1.2. Компенсационные стабилизаторы

1.2.1. Общие положения

В отличие от параметрических компенсационные стабилиза­торы напряжения (КСН) обеспечивают необходимую стабильность напряжения на нагрузке при помощи цепи отрицательной обратной связи, воздействующей на регулирующий элемент (РЭ). В зависи­мости от схемы включения РЭ компенсационные стабилизаторы разделяются на последовательные и параллельные, структурные схемы которых приведены соответственно на рис. 1.16 и 1.17.

Рис. 1.16. Структурная схема непрерывного последовательного стабилизатора

Рис. 1.17. Структурная схема непрерывного параллельного стабилизатора

В состав КСН любого типа входят следующие основные функциональные узлы: регулирующий элемент, устройство срав­нения (УС), усилитель постоянного тока (УПТ).

В качестве регулируемых сопротивлений на постоянном токе применяют транзисторы (рис. 1.18 и 1.19). Сигнал обратной связи поступает от источника выходного напряжения стабилизатора и усиливается в усилителе постоянного тока, затем воздействует на регулируемое сопротивление.

Рис.1.18. Функциональная схема не­прерывного последовательного стабилизатора

Рис.1.19. Функциональная схема не­прерывного параллельного ста­билизатора

Процессы стабилизации в схеме рис. 1.18 протекают сле­дующим образом. Допустим, входное напряжение скачком воз­росло на некоторое значение E. Это вызовет скачкообразный при­рост выходного напряжения и, следовательно, сигнала на входе усилителя на U₁. Выходное напряжение усилителя в соответствии с его характеристикой (рис. 1.18, б) начнет меняться и, воздействуя на базу транзистора, приведет к уменьшению тока базы. Падение напряжения на транзисторе при этом станет расти, и так как

E = Uтр(t) + U(t),

(1.2.1)

то будет уменьшаться первоначальное отклонение выходного на­пряжения U₁. Этим и обеспечивается отрицательная обратная связь в схеме.

В установившемся состоянии основная часть первоначаль­ного прироста выходного напряжения погасится на транзисторе, а на выходе останется лишь малая нестабильность U₂, значение ко­торой тем меньше, чем больше коэффициенты усиления усилителя и транзистора. В схемах с параллельным включением возрастание входного напряжения приводит к росту выходного напряжения, которое, поступая на базу транзистора через усилитель, имеющий характеристику, представленную на рис. 1.19, б, приоткрывает его. Ток, потребляемый транзистором, возрастает и, проходя по гася­щему резистору, увеличивает падение напряжения на нем. Так как для приращения напряжений в такой схеме должно соблюдаться условие

E = [Iн(t) + Iтр(t)]Rг + U(t),

(1.2.2)

то с ростом тока I_тр выходное напряжение начнет возвращаться к прежнему уровню, т.е. напряжение U(t) станет уменьшаться. В установившемся состоянии основная часть первоначального воз­мущения оказывается погашенной возросшим падением напряже­ния на резисторе R_г.

Введением обратной связи стабилизатор приобретает ряд по­лезных качеств, важнейшими из которых являются хорошая внеш­няя характеристика, высокие динамические показатели и высокая стабильность выходного напряжения при изменении внешних ус­ловий. В статическом состоянии все элементы схем стабилизаторов являются линейными резисторами и источниками ЭДС. Только при переходе от одного статического состояния к другому сопротивле­ния элементов и ЭДС изменяются. Поэтому такие стабилизаторы называются линейными.

Транзистор, а в схеме с параллельным включением и гася­щий резистор образуют силовую цепь стабилизатора. Цепь обрат­ной связи стабилизатора включает в себя элементы, с помощью которых определяют знак и отклонение выходного напряжения от стабилизируемого уровня, а также усилитель выделенного сигнала ошибки. Ту часть цепи обратной связи, где выделяется сигнал ошибки, называют схемой сравнения выходного напряжения с эта­лонным (опорным). Источниками опорного напряжения могут быть любые вторичные эталоны напряжения. Самым распространенным из них является стабилитрон.

Показатели нестабильности схем с параллельным и последо­вательным включением отличаются незначительно. Основное раз­личие этих схем  в КПД. Стабилизатор с последовательным вклю­чением всегда имеет КПД более высокий, чем стабилизатор с параллельным включением.

Нестабильности выходного напряжения, вызываемые изме­нениями напряжения подпитки и нестабильностью транзистора силовой цепи при большом коэффициенте усиления, оказываются значительно меньшими нестабильности, вызываемой опорным ис­точником и дрейфом усилителя.