1.4 Стабiлiзатори напруги

Робота більшості електротехнічних пристроїв потребує постійної напруги живлення з визначеним ступенем точності. Основними причинами нестабільності напруги є коливання вхідної напруги та зміна навантаження. Напруга мережі може змінюватися не тільки повільно, але й швидко (стрибком), тому пристрій, що підтримує величину живлячої напруги у заданих межах, повинен діяти безперервно та автоматично. У вигляді такого пристрою застосовуються стабілізатори напруги.

Стабілізатори розподіляються за типом напруги на стабілізатори змінної напруги та стабілізатори постійної напруги. Найбільше застосування отримали стабілізатори постійної напруги, які за принципом дії розподіляються на параметричні і компенсаційні. При параметричному методі стабілізації дестабілізуючий фактор безпосередньо впливає на параметр нелінійного елемента стабілізатора. Компенсаційний метод стабілізації передбачає порівняння величини, що стабілізується, з еталонною, і різниця сигналів впливає на нелінійний елемент стабілізатора, тобто компенсаційні стабілізатори являють собою замкнену систему автоматичного регулювання.

Основними параметрами стабілізатора напруги є:

• коефіцієнт стабілізації за напругою:

; (1.19)

• вихідний (внутрішній) опір:

, (1.20)

Де та – вхідна та вихідна напруги стабілізатора; та – зміна вхідної та вихідної напруг;

– зміна вихідного струму (струму навантаження);

• коефіцієнт передачі напруги:

. (1.21)

Як джерело опорної напруги, на якому створюється еталонна напруга , застосовується стабілітрон. Принцип дії компенсаційного транзисторного стабілізатора напруги постійного струму розглянуто на прикладі схеми, котра наведена на рис. 3.

Нехай за якоїсь причини напруга на виході зросла на величину . Водночас збільшиться спад напруги на нижньому плечі подільника (). Різниця напруг, що знімаються зі стабілітрона VD та нижнього плеча подільникаприкладається до бази посилювального транзистора VТп. Від’ємний потенціал на базі VТп збільшується, що приводить до збільшення колекторного струмута падiнню напруги на резисторі.

Відбудеться відповідне зменшення від’ємного потенціалу бази регулюючого транзистора VТр, що означає зменшення різниці потенціалів між емітером та базою. Наслідком цього буде збільшення опору колекторного переходу транзистора VТр та збільшення падiння напруги на ньому . Збільшеннязкомпенсує приріст вихідної напруги , бо

. (1.22)

Рис. 3. Схема найпростішого компенсаційного транзисторного стабілізатора напруги

Як регулюючий елемент застосовується складний транзистор, який збільшує вхідний опір регулюючого транзистора VТр. Для узгодження потужного транзистора VТр з малопотужним посилювальним (керуючим) транзистором VТп застосовують транзистор, що носить назву узгоджуючого транзистора.

У схему можуть вмикатися декілька каскадів узгоджуючих транзисторів для значного зниження дестабілізуючої дії струму бази регулюючого транзистора VТр та виконання умови:

. (1.23)

Конденсатор збільшує швидкодію передачі зміни вихідної напруги на базу транзистора VТп, він шунтує резисторза змінною складовою струму і тим самим збільшує згладжування випрямленої напруги, тобто конденсаторзбільшує швидкодію схеми. Конденсаторвиступає як згладжувальний фільтр, крім того він запобігає можливому самозбудженню схеми.

Транзисторні стабілізатори застосовуються, як правило, в тих випадках, коли потрібно отримати стабілізовану напругу в декілька десятків та сотень вольт при струмі навантаження від декількох міліампер до десятків ампер.