Стабилизаторы напряжения

Выходное напряжение выпрямителя может из­меняться по двум причинам. Во-первых, может из­меняться входное напряжение выпрямителя, что приводит к увеличению или уменьшению выходно­го напряжения. Во-вторых, может изменяться со­противление нагрузки, что приводит к изменению потребляемого тока.

Многие электрические цепи рассчитаны на рабо­ту при определенном напряжении. Изменения на­пряжения могут влиять на работу цепи. Следова­тельно, выпрямитель должен обеспечивать выходного напряжение постоянной величины независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Для того чтобы этого добиться, после сглаживающего фильтра ставят стабилизатор напряжения.

Существует два основных типа стабилизаторов на­пряжения: параллельные и последовательные. Их названия определяются методом их соединения с нагрузкой. Параллельный стабилизатор подключа­ется к нагрузке параллельно. Последовательный стабилизатор подсоединяется к нагрузке последова­тельно. Последовательные стабилизаторы более по­пулярны, чем параллельные, так как они более эф­фективны и рассеивают меньшую мощность. Пос­ледовательный стабилизатор также работает в ка­честве управляющего устройства, защищая источ­ник питания от короткого замыкания в нагрузке.

Рис. 12.13

На (рис. 12.13) показана простая регулирующая цепь на основе стабилитрона. Это параллельный ста­билизатор. Стабилитрон соединен последовательно с резистором. Входное постоянное напряжение при­кладывается к стабилитрону и резистору и смещает стабилитрон в обратном направлении. Резистор по­зволяет протекать малому току и поддерживать ста­билитрон в области пробоя. Входное напряжение должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона. Падение напряжения на стабилитро­не равно напряжению стабилизации стабилитрона. Падение напряжения на резисторе равно разности между входным напряжением и напряжением ста­билизации стабилитрона.

Цепь, изображенная на (рис. 12.13), обеспечивает постоянное выходное напряжение при изменениях входного напряжения. Любое изменение напряже­ния проявляется в виде изменения падения напряжения на резисторе. Сумма падений напряжения должна равняться входному напряжению. Выход­ное напряжение может быть увеличено или умень­шено путем замены стабилитрона и последователь­но включенного резистора.

Ток через нагрузку определяется сопротивлением нагрузки и выходным напряжением. Через последо­вательно включенный резистор течет сумма тока на­грузки и тока стабилитрона. Этот резистор должен быть тщательно подобран таким образом, чтобы ток через стабилитрон удерживал его в области стабили­зации .

Когда ток через нагрузку увеличивается, ток че­рез стабилитрон уменьшается, и сумма этих токов поддерживает напряжение постоянным. Это позво­ляет цепи поддерживать постоянное выходное на­пряжение при изменениях выходного тока так же, как и при изменениях входного напряжения.

Рис. 12.14

На (рис. 12.14) изображена параллельная регули­рующая цепь, использующая транзистор. Заметим, что транзистор VT₁ включен параллельно нагрузке. Это защищает стабилизатор в случае короткого замыкания в нагрузке. Существуют более сложные параллельные стабилизаторы, которые используют более одного транзистора.

Для иллюстрации принципа работы последова­тельного стабилизатора рассмотрим переменный резистор, включенный последовательно с нагрузкой (рис. 12.15). Для поддержания постоянного напря­жения на нагрузке сопротивление R₂ можно изме­нять. При увеличении входного напряжения сопро­тивление R₂ увеличивают, чтобы на нем падало из­лишнее напряжение и напряжение на нагрузке ос­тавалось постоянным

Рис. 12.15

С помощью резистора R₂ можно также компенсиро­вать изменения тока нагрузки. При увеличении тока нагрузки падение напряжения на переменном резис­торе увеличивается. Это приводит к уменьшению паде­ния напряжения на нагрузке. Если в момент увеличе­ния тока уменьшить сопротивление, то падение напря­жения на переменном резисторе останется постоянным. В результате постоянным окажется и выходное напря­жение, несмотря на изменения тока нагрузки.

На практике переменный резистор заменяют тран­зистором. Транзистор включен таким образом, что через него течет ток нагрузки. Путем изменения тока базы можно управлять величиной тока, теку­щего через транзистор. В схему включают дополни­тельные элементы, которые позволяют транзистору автоматически компенсировать изменения входно­го напряжения и тока нагрузки.

Рис. 12.16

На (рис. 12.16) изображен простой последователь­ный стабилизатор. На его вход подается нестабили­зированное постоянное напряжение, а на его выходе получается стабилизированное постоянное напряже­ние меньшее по величине. Транзистор включен как эмиттерный повторитель, и поэтому здесь отсутствует обращение фазы между базой и эмиттером. Напря­жение на эмиттере повторяет напряжение на базе. Нагрузка подключена между эмиттером транзисто­ра и землей. Напряжение на базе транзистора уста­навливается с помощью стабилитрона. Следователь­но, выходное напряжение равно напряжению стаби­лизации стабилитрона минус 0,7 В падения напря­жения на переходе база-эмиттер.

Когда входное напряжение на транзисторе увели­чивается, выходное напряжение также пытается уве­личиться. Напряжение на базе транзистора установ­лено с помощью стабилитрона. Если на эмиттере по­является больший положительный потенциал, чем на базе, проводимость транзистора уменьшается. Когда транзистор уменьшает свою проводимость, это действу­ет так же, как установка между входом и выходом большого резистора. Большая часть добавившегося входного напряжения падает на транзисторе, и толь­ко малая его часть увеличит выходное напряжение.

В последние годы вместо стабилизаторов на дис­кретных компонентах все чаще используют стаби­лизаторы на интегральных микросхемах.

Современные стабилизаторы на интегральных мик­росхемах дешевы и просты в применении. Большин­ство стабилизаторов на интегральных микросхемах имеют только три вывода (вход, выход и земля) и могут быть подсоединены непосредственно к выходу фильтра выпрямителя. Стабилизаторы на интеграль­ных микросхемах обеспечивают широкий диапазон выходных напряжений как положительной, так и отрицательной полярности. Существуют также двухполярные стабилизаторы напряжения. Если стаби­лизатора с нужным напряжением нет среди стандар­тных микросхем, можно использовать микросхему стабилизатора с регулируемым напряжением.

При выборе микросхемы стабилизатора необхо­димо знать напряжение и ток нагрузки, а также элек­трические характеристики нестабилизированного блока питания.