Общие сведения. Стабилизатором называют устройство, автоматически поддерживающее с заданной точностью напряжение или ток в нагрузке при изменении питающего напряжения или

 

Стабилизатором называют устройство, автоматически поддерживающее с заданной точностью напряжение или ток в нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки в обусловленных пределах.

Основным параметром стабилизатора напряжения является коэффициент стабилизации напряжения, а стабилизатора тока - коэффициент стабилизации тока

K _{ст U}= ; K _{ст I}= при R _н= const,

где U _вх, U _вых, I _вых - номинальные напряжения на входе и выходе стабилизатора и номинальный ток нагрузки;

DU_вх, DU_вых, D I_вых - изменения напряжений на входе и выходе стабилизатора и изменение тока нагрузки.

Влияние нагрузки R _н оценивается по внешним характеристикам U _вых(I _вых) и I _вых(R _н) или выходным (внутренним) сопротивлением стабилизатора

R _вых= при U _вх= const.

Для стабилизатора напряжения R _вых < < R _н, а для стабилизатора тока - R _вых> > R _н.

Применяют два типа стабилизаторов: параметрические и компенсационные.

В параметрических стабилизаторах используются элементы с нелинейной вольтамперной характеристикой (ВАХ), обеспечивающие постоянство напряжения при значительных изменениях тока для стабилизаторов напряжения и постоянство тока при изменении напряжения в стабилизаторах тока. Такими элементами могут быть стабилитроны, бареттеры или транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы напряжения имеют большие коэффициенты стабилизации и меньшее R _вых при более высоком КПД. Структурная схема такого стабилизатора приведена на рис.6.1. Стабилизатор состоит из источника эталонного напряжения (1), измерительного элемента (2) и регулирующего элемента (3).

На входы измерительного элемента подаются эталонное напряжение U ₀ и U _вых. Если U _вых не равно U ₀ появляется сигнал рассогласования, который поступает на вход регулирующего элемента. Под действием этого сигнала падение напряжения на регулирующем элементе меняется таким образом, чтобы U _вых оставалось постоянным

U _вых= U _вх -DU=const.

В качестве источника эталонного напряжения чаще всего используется стабилитрон, а роль регулирующего элемента выполняет транзистор или составной транзистор. В большинстве современных стабилизаторов измерительный элемент выполняется на операционном усилителе.

В работе предлагается исследовать компенсационный стабилизатор на транзисторе, схема которого показана на рис.6.2. Источник эталонного напряжения выполнен на стабилитроне VD, режим которого задается резистором R₂. Транзистор VT2 выполняет роль измерительного элемента. Изменение U _вых приводит к изменению I _б2 и соответственно к изменению I _к2. Изменение I _к2 вызывает противоположное изменение I _б1, так что U _вых= U _вх- U _кэ1 остается практически неизменным.

K _{cm U}= h ₂₁/(h ₁₁+ R ₁); R _вых= .

Рис.6.1

Рис.6.2

В настоящее время широко применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Например, микросхема К142ЕН1 представляет собой регулируемый стабилизатор с выходным напряжением 3-12 В на ток до 150 мА. В схеме предусмотрена защита от перегрузки и коротких замыканий на выходе.

Рис.6.3

I Э

Схема исследуемого стабилизатора тока показана на рис.6.3. На базе транзистора VT поддерживается постоянный потенциал, задаваемый параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD. Нагрузка R _н включена в коллекторную цепь транзистора VT, который работает по схеме ОБ, где I _к= aI _э.

Ток эмиттера I _э определяется напряжением U _эб= U ₀- R ₂ I _э

Благодаря этому устанавливается режим работы

I _э=(U ₀- U _эб)/ R ₂= const

У современных транзисторов a ®1, таким образом, получается устройство, выходной ток которого I _вых= I _к» I _э, не зависит от R _н, а определяется только U ₀ и R ₂. Режим стабилизации поддерживается до тех пор, пока транзистор VT работает в активном режиме, т.е. U _вх> DU + I _вых R _н, где DU - напряжение насыщения транзистора.

Отсюда максимальное значение сопротивления нагрузки, при котором сохраняется рабочий режим стабилизатора

R _{н max}= .

Коэффициент стабилизации тока

K _ст= I _вых/(U _вх h ₂₂).

Выходное сопротивление стабилизатора

R _вых= .