2.3.2. Транзисторный стабилизатор

Максимальная выходная мощность диодного стабилизатора зависит от значений и стабилитрона. Область применения таких стабилизаторов по мощности можно расширить, если использовать усилитель тока на транзисторе (рис. 4.4). Эта схема работает следующим образом. При возрастании по какой-либо причине напряжения происходит увеличение напряже­ния и напряжения , так как , а . Возрастание вызывает рост коллекторного тока , что приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе, а это компенсирует начальное возрастание . Так как при работе транзистора в активной области ток коллектора ( ) экспоненциально зависит от напряжения , то изменение , необходимое для компенсации , будет сопровождаться малым изменением напряжения . Таким образом, и будет небольшим.

Рис. 4.4. Схема стабилизатора параллельного типа

Поскольку ток нагрузки диодного стабилизатора Д-R (рис. 4.4) является базовым током управляющего транзистора, то ток нагрузки транзисторного стабилизатора может быть в раз больше, чем у схемы диодного стабилизатора.

Рассматривая схему как линейную, можно показать, что

. (4.10)

Выходное сопротивление

, (4.11)

где и – соответственно сопротивление эмиттера и базы транзистора.

Сопротивление эмиттера транзистора существенно зависит от эмиттерного тока, который, в свою очередь, определяется током нагрузки. С уменьшением эмиттерного тока выходное сопротивление стабилизатора увеличивается, что приводит к ухудшению стабилизирующих свойств схемы. Уменьшать можно, применяя более мощный транзистор и увеличивая ток эмиттера. Заметим, что последнее приводит к ухудшению КПД схемы.

2.4. Последовательные стабилизаторы напряжения

На рис. 4.5 показана схема стабилизатора последовательного типа (регулирующий транзистор включён последовательно с нагрузкой), который представляет собой эмиттерный повторитель. Источником опорного напряжения в этой схеме является стабилитрон Д. Выходное напряжение стабилизатора .

Рис. 4.5. Схема стабилизатора последовательного типа

Схема работает следующим образом. При возрастании по какой-либо причине выходного напряжения (возрастает или увеличится ), происходит уменьшение отпирающего напряжения транзистора (считаем, что падение напряжения на стабилитроне изменяется мало), что уменьшает ток эмиттера, в результате выходное напряжение изменяется мало. Коэффициент стабилизации схемы в линейном приближении равен

. (4.12)

Выходное сопротивление такой схемы определяется выражением (4.11).

Таким образом, у этой схемы и и с увеличением тока эмиттера или, что то же, с увеличением тока нагрузки уменьшается. Схема такого стабилизатора на практике применяется чаще, чем схема с параллельным включением регулирующего транзистора, так как она имеет больший КПД и позволяет использовать менее мощный транзистор. К недостаткам однокаскадных транзисторных схем следует отнести сравнительно высокое выходное сопротивление.

В двухкаскадном стабилизаторе последовательного типа (рис. 4.6а) транзистор Т1 является регулирующим, а транзистор Т2 – сравнивающим и усиливающим. Источником опорного напряжения является стабилитрон. При увеличении выходного напряжения сигнал ошибки воздействует на вход транзистора Т2 (напряжение считается постоянным), вызывая увеличение тока . Это приводит к уменьшению базового и эмиттерного тока транзистора Т1. В свою очередь, уменьшение эмиттерного тока Т1 приводит к уменьшению .

Обычно минимальный рабочий ток стабилитрона больше тока базы транзистора Т2, поэтому вводят дополнительную токопроводящую цепь через (на рис. 4.6а эта цепь показана пунктиром). Чтобы избежать применения токопроводящей цепи, стабилитрон можно включить не в базовую, а в эмиттерную цепь усилительного транзистора (рис. 4.6б).

Рис. 4.6а. Двухкаскадный стабилизатор последовательного типа

Рис. 4.6б. Двухкаскадный стабилизатор последовательного типа со стабилитроном в цепи эмиттера

Анализ двухкаскадного стабилизатора удобно проводить, рассматривая обобщённую схему рис. 4.7.

Рис. 4.7. Обобщённая схема двухкаскадного стабилизатора

В ней учтено, что на рабочем участке стабилитрон можно представить резистором, номинал которого равен дифференциальному сопротивлению стабилитрона. Используя обобщённые матричные методы анализа, можно показать, что коэффициент стабилизации выходного напряжения обобщённой схемы рис. 4.7

, (4.13)

здесь .

При выводе выражения (4.13) учтено, что для стабилизаторов напряжения стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора (рис. 4.7)

, (4.14)

здесь .

Как видно из выражений (4.13) и (4.14), повышение эффективности работы двухкаскадных последовательных стабилизаторов напряжения может быть достигнуто за счёт уменьшения , и увеличения . Заметим, что, изменяя коэффициент деления делителя , , можно изменять величину номинального выходного напряжения.