"10" июня 2022 г.

ЛИНЕЙНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Линейный стабилизатор напряжения схематично представляет собой делитель напряжения, на одном плече которого напряжение поддерживается неизменным за счет изменения его на другом плече.

Давайте сразу перейдем к конкретному примеру на котором рассмотрим принцип работы линейного стабилизатора.

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА СТАБИЛИТРОНЕ

На рисунке 1 приведена схема такого устройства. В простейшем варианте в его состав входят:

• стабилитрон (как он работает описано здесь);
• и токоограничивающий резистор R (по ссылке смотрим что это такое).

Поскольку падение напряжения на стабилитроне VD постоянно, то Uвых – есть наша искомая стабилизированная величина, которая определяется техническими характеристиками стабилитрона конкретного типа.

Но ток, протекающий через стабилитрон нужно ограничивать (его значение тоже определяется типом радиоэлемента). Для этих целей используется резистор R.

Расчет его значения достаточно прост:

• берем максимально возможное значение Uвх;
• вычитаем из него Uвых;
• получаем падение напряжения на резисторе U;
• зная рабочий ток стабилитрона по закону Ома рассчитываем величину R.

Можно было бы сразу и формулу написать: R=U/I

Не забываем про размерность. В радиоэлектронике удобней пользоваться такими значениями:

• напряжение – Вольт;
• ток – милиАмпер;
• сопротивление – килоОм.

Таким образом, принцип действия такого стабилизатора напряжения очевиден. Если изменится Uвх, то изменится ток через резистор и изменится на нем падение напряжения U. Это позволит сохранить стабильное Uвых.

Недостатки параметрического стабилизатора напряжения.

Поскольку излишнее напряжение "гасится" на резисторе (или другом элементе при иных схемотехнических решениях) то КПД оставляет желать лучшего. Причем, чем больше разница между входным и стабилизированным напряжением, тем потери выше.

Кроме того, для рассмотренной схемы выходные токи ограничиваются параметрами стабилитрона и больших значений получить не получится.

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ

Схема такого стабилизатора приведена на рисунке 2.

Здесь можно видеть уже знакомую цепочку R – VD, которая формирует опорное (стабильное) напряжение на стабилитроне и базе транзистора VT.

Поскольку транзистор на эмиттере всегда имеет напряжение равное базовому за вычетом падения на p-n переходе (порядка 0,7 В для кремниевых и 1,2 германиевых) то U вых тоже будет стабилизированным.

Что касается тока, то транзистор имеет такой параметр как коэффициент передачи по постоянному току h₂₁. Он может быть от 10 и выше.

Таким образом, получаем выходной ток в h₂₁ больше, чем ток стабилизации стабилитрона. Естественно, ограничением будет выступать номинальный ток коллектора, но здесь все зависит от типа транзистора.

По большому счету, дальнейшие пояснения излишни.

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Предыдущие схемы для стабилизации использовали опорное напряжение. Можно ввести в схему обратную связь и получить компенсационный стабилизатор напряжения (рис.3).

Здесь наш транзистор VT, выступающий в роли стабилизатора, управляется операционным усилителем DA.

Как это работает.

На один вход "операционника" подается опорное напряжение, сформированное по рассмотренному выше принципу.

На второй вход через делитель напряжения поступает информация о величине Uст. При его изменении на выходе микросхемы получаем сигнал, который управляет транзистором. Кстати, это уже шаг на пути к интегральным стабилизаторам напряжения, которые широко используются в радиотехнике.

Кстати, если вместо постоянного резистора R3 использовать переменный, то мы получим стабилизатор с регулируемым выходным напряжением.

В завершение – не надо путать линейные стабилизаторы напряжения и бытовые, которые стабилизируют сетевое напряжение 220 Вольт для питания электроприборов. Принцип работы и назначение у них принципиально различаются.