3.2.4. Расчет параметров стабилизации

Коэффициент стабилизации

Для определения коэффициента стабилизации в выражении (1) нам неизвестна связь изменения входного напряжения с изменением выходного напряжения . Изменение входного напряжения распределяется между выходным напряжением и напряжением регулирующего элемента, при этом практически все изменение входного напряжения должно быть скомпенсировано изменением напряжения регулирующего элемента

. (27)

Схема управления КСН осуществляет отрицательную обратную связь по выходному напряжению и обладает результирующим коэффициентом усиления по напряжению равным

. (28)

Результирующим коэффициентом усиления по току равен

. (29)

Сопротивление регулирующего элемента равно коллекторному сопротивлению транзистора VT1

. (30)

Входное сопротивление усилителя определяется входным сопротивлением транзистора VT2 и приведенным к входу усилителя дифференциальным сопротивлением стабилитрона VD1

. (31)

Из уравнения (28) с учетом соотношений (27), (29), (30), (31) получим

. (32)

Согласно выражению (1) коэффициент стабилизации равен

. (33)

Коэффициент фильтрации определяется аналогично коэффициенту стабилизации, но с учетом передачи на частоте пульсаций. Так как в схеме рис. 11 отсутствуют фильтрующие емкости, то значения этих коэффициентов равны.

Выходное сопротивление КСН

Согласно определению (2) при с учетом (32)

, или

. (34)

3.2.5. Модификация схемы ксн последовательного типа на транзисторах одинаковой проводимости

Наличие вспомогательного параметрического стабилизатора, формирующего напряжение U₃, требует наличия дополнительного источника U₄, для которого необходима отдельная обмотка питающего трансформатора, свой выпрямитель и фильтр. Этот недостаток можно устранить, питая усилитель нестабилизированным напряжением U1. Модифицированная схема приведена на рис. 12.

Рис. 12. Модификация КСН на транзисторах одной проводимости

За упрощение схемы приходится расплачиваться ухудшением стабилизирующих параметров КСН и снижением к.п.д. Подключение коллекторного сопротивления R4 к нестабилизированному напряжению U₁ приводит к тому, что усилитель должен компенсировать не только изменение напряжения U₂, но и изменение тока резистора R4 при изменении напряжения U₁. Это влияние учитывается изменением сопротивления регулирующего элемента, при расчете которого сопротивление R4 приводится к коллекторной цепи транзистора VT1

. (35)

«Содержание»

Коэффициент стабилизации рассчитывается по выражению (33), но сопротивление регулирующего элемента R_РЭ и соответственно коэффициент стабилизации оказываются значительно меньше.

Для сохранения достаточного тока резистора R4 приходится увеличивать напряжение U1, что ведет увеличению потерь и снижению к.п.д.

3. Компенсационный стабилизатор последовательного типа на транзисторах разной проводимости

Применение транзисторов разной проводимости позволяет лучше согласовать усилитель с регулирующим элементом и упростить принципиальную схему. Принципиальная схема стабилизатора последовательного типа на транзисторах разной проводимости приведена на рис. 13.

Рис. 13. Принципиальная схема стабилизатора последовательного типа на транзисторах разной проводимости

Для связи регулирующего элемента (VT1) с усилителем (VT2) не требуется коллекторного резистора в усилителе

. (36)

Коэффициент передачи датчика напряжения равен

. (37)

Для обеспечения отрицательной обратной связи по выходному напряжению источник опорного напряжения подключен к плюсу выходного напряжения, а напряжение база-эмиттер транзистора VT2 определяется уравнением

. (38)

Напряжение, которое поддерживает КСН, равно

. (39)

Следует отметить, что по сравнению с предыдущими схемами изменился знак связи усилителя и регулирующего элемента и знак напряжения U_БЭ2.

Реакция схемы на отклонение выходного напряжения

Если выходное напряжение U₂ увеличилось, то:

Напряжение база-эмиттер транзистора VT2 согласно выражению (38) уменьшится;

Токи базы и коллектора транзистора VT2 уменьшаться;

Токи базы и коллектора транзистора VT1 согласно выражению (36) уменьшаться;

Ток нагрузки и напряжение нагрузки уменьшаться, то есть отклонение напряжения будет скомпенсировано.

Коэффициент стабилизации и выходное сопротивление КСН определяется выражениями (33) и (34), но .

Схема начального запуска

Для начального запуска схемы КСН используется цепь, состоящая из стабилитрона VD2 и резистора R4. При подаче питания U₁ в первый момент времени напряжение U₂ = 0, транзистор VT2 закрыт, базовый ток транзистора VT1 равен нулю и напряжение U₂ остается нулевым, то есть схема КСН без цепи начального запуска не формирует необходимого напряжения.

Напряжение стабилизации стабилитрона выбирается из условий

и . (40)

Если U₂ = 0, то стабилитрон VD2 пробивается и на выход КСН поступает напряжение через резистор R4, которое приоткрывает транзистор VT2. Транзистор VT2 открывает транзистор VT1, что ведет к дальнейшему увеличению выходного напряжения КСН и, в конечном итоге, его выходу на нормальный режим стабилизации. Если U₂ = U_2ном, то стабилитрон VD2 закрывается и цепь запуска отключается.

Внешняя характеристика КСН

Рассмотренная схема КСН автоматически защищает себя от короткого внешнего замыкания, так как при этом транзисторы VT2 и VT3 закрываются и выходной ток равен току цепи начального запуска. Внешняя характеристика КСН имеет вид, приведенный на рис. 14.

Рис. 14. Внешняя характеристика стабилизатора последовательного типа на транзисторах разной проводимости