Последовательный стабилизатор представляет собой переменное сопротивление, включенное последовательно с нагрузкой (рис. 2). При уменьшении нагрузки уменьшается и R для поддержания постоянного напряжения на нагрузке. если же входное напряжение стабилизатора возрастает, увеличивается и R.
4. Стабилизатор на стабилитроне и транзисторе
Как следует из рис. 3, простой, но эффективный стабилизатор последовательного типа можно выполнить, используя стабилитрон с транзистором.
Транзистор включен как эмиттерный повторитель. Разность между входным напряжением и напряжением на стабилитроне составляет приблизительно 0,6 В, т. е. оно равно падению напряжения на переходе эмиттер-база. Такое включение позволяет стабилизатору отдавать больший ток в нагрузку.
5. Транзисторный стабилизатор с парой Дарлингтона
Еще более эффективного управления током можно достигнуть, включив второй транзистор для образования так называемой пары Дарлингтона (рис. 4).
Примечание. Преимуществом такой схемы является возможность применения резистора и стабилитрона, рассчитанных на меньшую мощность.
6. Стабилизатор с обратной связью на транзисторах
Широко используются стабилизаторы с обратной связью, изготовленные как на базе дискретных компонентов, так и на основе интегральных схем. Принцип работы такого стабилизатора поясняется рис.5.
Выходное напряжение сравнивается с известным эталонным напряжением. Сигнал ошибки (разность между стабилизируемым и известным напряжениями) усиливается и используется для управления переменным последовательным сопротивлением (последовательно включенным регулирующим транзистором). Основная транзисторная схема показана на рис. 6, а схема с использованием операционного усилителя на рис. 7.
|
В схеме на рис. 6 транзистор обнаруживает сигнал рассогласования и усиливает его. Если выходное напряжение растет, увеличивается и
В результате этого возрастает проводимость транзистора VTl, и через Rl протекает больший ток. При этом понижается напряжение на базе транзистора УТ2, следствием чего будет увеличение сопротивления УТ2 и повышение выходного напряжения до исходного значения.
7. Стабилизатор с обратной связью на операционном усилителе
Стабилизатор, показанный на рис. 7, работает почти так же, как и описанный выше (рис. 6), за исключением того, что коэффициент усиления операционного усилителя гораздо выше, чем одиночного транзистора.
Усилитель усиливает разность между опорным напряжением на VD 1 и стабилизируемым напряжением на R3 и соответствующим образом управляет транзистором VTl. Если напряжение на R3 растёт, VDl начинает запирать VTl.
Характерной особенностью стабилизаторов с обратной связью является то, что выходным напряжением легко управлять, изменяя R2.
Примечание. Термочувствительные элементы необходимы для защиты как стабилизатора напряжения, так и нагрузки. Если регулирующий транзистор разогреется слишком сильно, может быть повреждена схема стабилизатора и в результате выйдет из строя нагрузка.
Стабилизаторы напряжения на интегральных схемах обычно имеют внутреннюю тепловую защиту, которая отключает их в случае перегрева. Это осуществляется с помощью термочувствительного транзистора, который физически располагается рядом с регулирующим транзистором. Его запирающее базовое напряжение составляет приблизительно 0,4 В.
|
Как только регулирующий транзистор разогревается, напряжение, требуемое для отпирания термочувствительного транзистора, падает. Если избыточно высокая температура отпирает термочувствительный транзистор, он снимает напряжение с базы регулирующего транзистора и отключает стабилизатор напряжения.
Примечание. Термочувствительные схемы обычно имеют гистерезис, поэтому стабилизатор не слишком быстро возвращается к исходному состоянию. Это исключает возможность низкочастотных тепловых колебаний.
Другие средства тепловой защиты включают в себя плавкие предохранители и прерыватели цепи. Плавкий предохранитель, как известно, представляет собой тонкую проволоку металла (обычно в стеклянном корпусе), которая плавится при перегреве. Для восстановления работоспособности схемы предохранитель нужно заменить.
Прерыватель цепи представляет собой биметаллическую пластинку. Когда пластинка нагревается, металлы расширяются в различной степени, заставляя ее изгибаться и размыкать электрические контакты. Цепь разрывается, и стабилизатор отключается.
8. Ограничители тока
Ограничители тока обеспечивают защиту стабилизатора напряжения и схемы нагрузки путем ограничения тока до безопасного значения.
Устройство ограничения тока может быть выполнено на транзисторе и резисторе (рис.8). При нормальной работе напряжение эмиттер-база транзистора УТ3, ограничивающего ток, недостаточно для его отпирания.
|
Однако, когда ток стабилизатора становится слишком большим, падение напряжения на Rl увеличивается и открывает транзистор УТ3. При этом уменьшается напряжение на базе VTl, растет сопротивление транзистора. В результате выходной ток удерживается на безопасном уровне.
9. Схема защиты нагрузки
Принцип действия. Схема, показанная на рис. 9, не защищает источник питания, но защищает нагрузку. Она состоит из однооперационного триодного тиристора (ОТТ), непосредственно соединенного с нагрузкой.
Если выходное напряжение оказывается слишком высоким, тиристор открывается и выходное напряжение падает до очень низкого значения. В этом случае обычно перегорают предохранители или происходит размыкание цепи, поскольку
источник питания оказывается закороченным.
После этого схему нужно отключить и включить снова для возвращения однооперационного триодного тиристора в исходное состояние.
Схема обнаруживает перенапряжение следующим образом.
Обычно источник питания имеет на выходе +5 В. Следовательно, рассчитанный на 6,2 В стабилитрон находится в непроводящем состоянии, ток в цепи управляющего электрода тиристора не течет. Если же, выходное напряжение превышает 6,2 В (в результате отказа какого-либо компонента источника питания), однооперационный триодный тиристор включается. В результате выходное напряжение снижается до низкого уровня.
Разновидности стабилизаторов напряжения на ИС. Существует много разновидностей стабилизаторов напряжения на интегральных схемах (ИС). Они используются в стабилизаторах фиксированного (положительного, отрицательного, положительного и отрицательного одновременно) или изменяемого напряжения. ИС может также включать в себя ограничитель тока и тепловой прерыватель.
Одним из широко распространенных типов стабилизаторов на ИС являются стабилизаторы серии 7800. Выходной ток этих ИС превышает 1 А при наличии ограничения тока и автоматического теплового отключения. ИС рассчитаны на постоянные напряжения 5,6,8, 12, 15, 18 и 24 В. Их легко использовать, поскольку они имеют только три вывода.