Схема стабилизатора напряжения

В последнее время большой популярностью пользуются стабилизаторы напряжения с падающей характеристикой системы защиты [1—3]. Они обладают способностью автоматически возвращаться в режим стабилизации напряжения после устранения причины перегрузки, на регулирующем элементе в режиме замыкания нагрузки рассеивается сравнительно небольшая мощность. Ниже представлена схема стабилизатора напряжения.

Такой стабилизатор обычно содержит источник образцового напряжения, дифференциальный усилитель, систему защиты и регулирующий элемент на составном транзисторе. В систему защиты входят устройство ограничения тока нагрузки и цепь со стабилитроном, включенным параллельно регулирующему элементу. Эта цепь формирует падающий участок нагрузочной характеристики. Ограничитель тока нагрузки построен на токоизмерительном резисторе, включенном между базой и эмиттером транзистора, шунтирующего эмиттерные переходы регулирующего элемента.

Недостаток этих стабилизаторов — значительная разность между входным и выходным напряжениями, необходимая для нормальной работы устройства. Она состоит из падения напряжения на источнике тока в коллекторной цепи дифференциального усилителя и эмиттерных переходах составного транзистора регулирующего элемента и равна примерно 3 В. Столь большое значение не позволяет достичь высокого КПД устройства, особенно при низком выходном напряжении. Например, пятивольтовый стабилизатор, выполненный по подобной схеме, будет иметь КПД около 60 %.

Падение напряжения на стабилизаторе может быть снижено до 1... 1,5 В, если в источнике тока в коллекторной цепи дифференциального усилителя использовать германиевый транзистор, а в регулирующем элементе — составной транзистор с дополнительной симметрией.

Еще больше повысить КПД стабилизатора позволяет его построение но схеме “с малым напряжением потерь”

[I]. Составной регулирующий транзистор должен быть включен здесь по схеме с общим эмиттером по отношению к нагрузке, поэтому для управления регулирующим элементом используют инвертирующий выход дифференциального усилителя. В этом случае необходимость в источнике тока отпадает, так как коллекторный ток с этого выхода дифференциального усилителя непосредственно служит базовым током составною транзистора регулирующего элемента. Минимальная разность между входным и выходным напряжениями, достаточная для нормальной работы стабилизатора, равна падению напряжения на токоизмерительном резисторе плюс напряжение насыщения выходного транзистора и не превышает 1 В.

Cтабилизатор схема:

Добиться дальнейшего уменьшения напряжения потерь на стабилизаторе можно только одним путем — снижением падения напряжения на токоизмерительном резисторе. Эта возможность реализована в стабилизаторе, схема которого показана на рис. 1. Резистор R2 устройства защиты включен в цепь источника тока, выполненного на полевом транзисторе VT2. Максимальный выходной ток 1,„а„ стабилизатора определяется выражением l^^”(0,6—L)R2)/Rl, где UR2 — падение напряжения на резисторе. R2.

Подборкой резистора R3 устанавливают ток через резистор R2 равным 1 мА. Таким образом, максимальное падение напряжения на резисторе R1 примерно равно 0,2 В.

Основные технические характеристики стабилизатора

Коэффициент стабилизации . . 500 Выходное сопротивление, Ом . . 0,5 Максимальный ток нагрузки, мА 100 Входное напряжение, В . . , . 9,3...15 Выходное напряжение, В ... 9

Коэффициент подавления пульсации, дБ ........ 55

КПД при входном напряжении 9,3 В, %,....... 93

Температурный коэффициент выходною напряжения. %/" С —0.35

Вид нагрузочной характеристики стабилизатора при различных значениях входного напряжения показан на рис. 2.

Пределы изменения входного напряжения можно расширить в сторону увеличения использованием стабилитрона VD2 с более высоким напряжением стабилизации. При этом, однако, нагрузочная характеристика несколько изменится.

Стабилизатор обладает определенной универсальностью. Выходное напряжение можно изменять подборкой резистора Кб в пределах от Uoбp+(2... 3) В до максимально допустимого напряжения Uкэ используемых транзисторов (Uобр — образцовое напряжение). Эти 2...3 В необходимы для работы источника тока, собранного на транзисторе VT2. Необходимой формы на грузочной характеристики добиваются подборкой элементов VD2 и R7. Максимальный ток нагрузки устанавливают подборкой резистора R1. Без каких-либо изменений стабилизатор может работать при токе нагрузки до 1 А. При еще большем токе составной регулирующий транзистор должен быть уже не двойным, а тройным — придется добавить еще более мощный транзистор.

В стабилизаторе можно использовать и другие маломощные кремниевые транзисторы соответствующей структуры, подходящие по напряжению. Транзистор КТ814А также может быть заменен на другой, структуры р-п-р, рассчитанный на соответствующую рассеиваемую мощность. Следует использовать транзисторы с малым напряжением насыщения.

Описанный стабилизатор может быть рекомендован к использованию в устройствах, где требования к стабильности выходного напряжения умеренные, а главными факторами являются высокий КПД и наличие защиты от перегрузок и замыканий в нагрузке с автоматическим возвращением в рабочий режим после устранения перегрузки.

г. Донецк А. СТЕХИН

ЛИТЕРАТУРА

1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.— М.: Мир, 1983, с. 258--262.

2. Талалов А. Полевой транзистор в стабилизаторе напряжения. — Радио, 1983, № 1.

3. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки, схема стабилизатора .— Радио. 1984, № 9,