49. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения.

По сравнению с параметрическими компенсационные ПСН имеют более высокий коэффициент стабилизации и меньшее выходное сопротивление. Их принцип действия основан на том, что изменение напряжения на нагрузке усиливается и подается на РЭ, препятствующий изменению напряжения на нагрузке.

Структурные схемы параллельного и последовательного компенсационных ПСН имеют вид:

На структурных схемах:

• РЭ – регулирующий элемент;

• У – усилитель постоянного тока;

• R_H – нагрузка;

• ИОН – источник опорного напряжения, т.е. это источник неизменного во времени и с широком интервале температур напряжение;

• R_Б – баластный резистор.

Общий принцип действия стабилизатора напряжения заключается в воздействии на РЭ управляющей схемы, состоящей из усилителя У и источника ИОН. В функцию усилителя входит усиление разности напряжения на R_H и ИОН и подача усиленного сигнала на РЭ.

В схеме параллельного стабилизатора напряжения (СН) стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется, как и в параметрическом СН, путем изменения напряжения на R_Б за счет изменения тока РЭ. При неизменном входном напряжении постоянству напряжения нагрузки соответствует постоянство напряжения на R_Б. Изменению тока нагрузки от 0 до I_Hmax соответствует изменение тока РЭ от I_Hmax до 0.

В схеме последовательного СН стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется изменением напряжения на РЭ, т.е изменением сопротивления РЭ, а ток РЭ равен I_H.

Наличие РЭ в обеих схемах СН обуславливает потери энергии в них. Сравним эти схемы по КПД, исходя из одинаковых условий работы по U_BX, U_Н и I_H, а также учитывая, что потеря энергии в усилителе и ИОН значительно меньше, чем в R_Б и РЭ. Для параллельного СН определяющими являются потери в R_Б и РЭ, т.е.

.

Для последовательного СН определяющими являются потери в РЭ:

, т.е. на величину U_BXI_P меньше, чем в схеме параллельного СН.

Т.о., КПД последовательных СН существенно выше, чем параллельных. В связи с этим последовательные СН нашли большее распространение. Достоинством параллельных СН является их некритичность к перегрузкам по току и КЗ в нагрузке. В настоящее время разработано большое количество схем электронной защиты от КЗ и перегрузок для последовательных СН.

50. Простейший транзисторный стабилизатор.

Схема простейшего последовательного компенсационного СН имеет вид:

В этой схеме роль ИОН выполняет стабилитрон VD1, а роль сравнивающего РЭ выполняет транзистор VT1. Выходное напряжение U_H = U_CT – U_ЭБ.

эквивалентная схема

При отсутствии дестабилизирующих факторов транзистор работает в активном режиме, напряжение U_ЭБ составляет 0,1 – 0,3 В для германиевых и приблизительно 1В для кремниевых транзисторов, т.е. U_H приблизительно равно U_CT.

Принцип действия СН следующий: Пусть U_H уменьшилось. В этом случае напряжение U_ЭБ, равное U_СТ - U_H, увеличивается, ток базы повышается, U_КЭ уменьшается на столько, что U_H увеличивается до первоначального значения. Аналогично работает схема при повышении U_H.

Параметры СН определим с помощью его схемы замещения.

1. выходное сопротивление – оно равно выходному сопротивлению эмиттерного повторителя и при достаточно больших r_K и R_Б составляет: .

2. коэффициент стабилизации по напряжению можно рассчитать по следующей приближенной формуле: . Отношение , где - коэффициент использования входного напряжения. С его учетом получаем: . И для рассмотренной схемы К_{СТ U} приблизительно равняется от 150 до 300.

1. КПД стабилизатора напряжения: . Для реальных схем I_RБ << I_H, поэтому . Величина сопротивления R_Б рассчитывается по формуле: .