Последовательный стабилизатор

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.