Линейные транзисторные стабилизаторы компенсационного типа.

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия могут быть выполнены как с последовательным (рис. 5.9,а), так и с параллельным (рис. 5.9,б) включением регулирующего элемента (РЭ) относительно нагрузки.

В данных стабилизаторах любые изменения выходного напряжения в схеме сравнения (СС) сравниваются с опорным (эталонным)напряжением.

При этом сигнал рассогласования с выхода СС через УПТ поступает на регулирующий элемент РЭ. В схеме с последовательным включением РЭ компенсация осуществляется за счет изменения падения напряжения на самом регулирующем элементе. В схеме с параллельным включением РЭ поддержание уровня выходного напряжения осуществляется за счет изменения тока в нем, в результате чего меняется падение напряжения на , включенном последовательно с нагрузкой. В качестве основной элементной базы в стабилизаторах с непрерывным регулированием используют биполярные и полевые транзисторы, а также операционные усилители. В настоящее время промышленность выпускает также маломощные непрерывные стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении. Принципиальная схема транзисторного стабилизатора напряжения непрерывного действия с последовательным включением РЭ, выполненного на биполярном транзисторе VT1 представлена на рис. 5.10. В состав СС входит выходной делитель, выполненного на резисторах и источник опорного напряжения. Источник опорного напряжения представляет собой параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1, и резисторе Он питается от выходного напряжения стабилизатора. Усилитель в схеме состоит из транзистора и резистора Ry. Принцип действия схемы заключается в следующем. При изменений входного напряжения Uвх например увеличении, возрастает выходное напряжение Uвых, что приводит к росту напряжения на нижнем плече делителя.

Напряжение сравнивается с опорным напряжением Uon стабилитрона VD1. Увеличение приводит к росту положительного потенциала на базе транзистора по отношению к его эмиттеру. При этом увеличиваются токи базы и коллектора транзистора и уменьшается положительный потенциал на базе регулирующего транзистора VT1 относительно его эмиттера. Ток базы транзистора VT1 уменьшается, что приводит к увеличению его напряжения коллектор-эмиттер . А поскольку то увеличение препятствует дальнейшему увеличению выходного напряжения, т.е. обеспечивает стабилизацию выходного напряжения с определенной степенью точности. В случае изменения тока нагрузки например увеличения, выходное напряжение в первый момент уменьшается за счет роста напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT1. Это вызывает снижение напряжения на нижнем плече делителя. Уменьшаются положительный потенциал базы транзистора , его базовый и коллекторный токи. Ток базы транзистора VT1 увеличивается, а напряжение коллектор-эмиттер регулирующего транзистора уменьшается, что и обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.

Регулировка выходного напряжения в схеме осуществляется потенциометром . При перемещении его движка в направлении плюсовой шины стабилизатора увеличивается напряжение , чтоприводит к росту токов базы и коллектора транзистора . Ток базы транзистора VT1 уменьшается, увеличивается, а напряжение на выходе стабилизатора уменьшается. При перемещении движка потенциометра в сторону минусовой шины напряжение на выходе стабилизатора увеличивается. Для определения коэффициента стабилизации и внутреннего сопротивления схемы найдем приращение (ошибку) выходного напряжения стабилизатора. Из схемы, представленной на рис. 5.10, получим где — сопротивление коллектора транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером; — коэффициент усиления транзистора VT1 по напряжению; — приращение напряжения база-эмиттер и тока коллектора транзистора VT1. Считая, что получим .Приращение напряжения равно разности приращений напряжений на коллекторе транзистора и на выходе стабилизатора: Так как усилитель постоянного тока питается от изменяющегося напряжения, равного входному то напряжение на коллекторе транзистора будет изменяться как под влиянием напряжения питания, так и за счет приращения напряжения на его базе: где —сопротивление коллектора и коэффициент усиления по напряжению транзистора в схеме с общим эмиттером соответственно; — приращение напряжения на входе усилителя постоянного тока; — приращение напряжения питания усилителя постоянного тока Для уменьшения изменений выходного напряжения, связанных с изменением окружающей температуры, в схемах предусматривается температурная компенсация. В схеме, представленной на рис. 5.10, термокомпенсирующим элементом является диод или стабилитрон , включенный в прямом направлении в верхнее плечо делителя. Диод или стабилитрон, включенный в прямом направлении, имеет отрицательный температурный коэффициент. Увеличение температуры окружающей среды приводит к уменьшению напряжения на диоде , а напряжение увеличивается, что в результате приводит к снижению выходного напряжения, т.е. изменения выходного напряжения, связанные с изменением напряжения стабилитрона VD1, противоположны по знаку изменениям выходного напряжения, связанным с изменением напряжения на компенсирующем диоде . Такая температурная компенсация возможна, если температурный коэффициент стабилитрона VD1 положительный. В случае если температурный коэффициент стабилитрона отрицательный, в одно из плеч делителя включают термозависимое сопротивление, которое и обеспечивает температурную компенсацию. Для компенсации температурного дрейфа напряжения база-эмиттер усилительного транзистора VTy иногда используется дифференциальная схема усилителя постоянного тока.

Принцип действия схемы, представленной на рис. 5.12,а, аналогичен принципу действия схемы, приведенной на рис. 5.10.При изменении напряжения на входе, например увеличении, возрастает напряжение на выходе , что ведет к увеличению напряжения на нижнем плече делителя и в свою очередь к увеличению положительного потенциала на базе усилительного транзистора и, следовательно, его базового и коллекторного токов. Так как ток коллектора транзистора VT2, равный сумме токов , величина постоянная, то увеличение тока приводит к уменьшению тока базы регулирующего транзистора, что вызывает увеличение напряжения коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, препятствующее изменению выходного напряжения. Аналогично схема работает при изменении тока нагрузки и регулировки выходного напряжения. В качестве стабилизатора тока в коллекторной цепи транзистора можно использовать полевой транзистор (см. рис. 5.12,б).