Параметрическими стабилизаторами напряжения называют электронные устройства, позволяющие получать на нагрузке стабильное (выходное) напряжение при нестабильном входном напряжении с помощью активных компонентов, отличающихся сильной нелинейностью своих вольт-амперных характеристик.
Далее мы рассмотрим давно ставшую классической схему простого параметрического стабилизатора напряжения на основе транзистора и стабилитрона в цепи его базы.
Стабилизатор данного типа может быть легко положен в основу любительского источника питания, максимальный ток нагрузки у которого будет определяться коэффициентом передачи тока примененного здесь транзистора и его максимально допустимым током коллектора. Главная задача — обеспечить надлежащее охлаждение регулирующего транзистора.
В качестве источника входного напряжения обычно принимается выпрямленное переменное напряжение со вторичной обмотки понижающего сетевого трансформатора. Понятно, что напряжение в сети, а значит и на выходе вторичной обмотки трансформатора, все время в небольших пределах скачет.
И здесь не достаточно просто выпрямить. Необходимо это напряжение как-то стабилизировать. Проблема в том, что обычные интегральные стабилизаторы (так называемые кренки) не всегда в состоянии обеспечить требуемый ток. Именно в этих условиях часто и спасает применение силового транзистора.
Итак, что мы видим на схеме: стабилитрон Dz, ограничительный резистор Ro, регулирующий транзистор T и сопротивление нагрузки Rн.
Стабилитрон, как известно, выполняет роль слаботочного ограничителя напряжения, и у каждого стабилитрона есть свое номинальное напряжение стабилизации, а также предельный ток, при котором это напряжение стабилизации достаточно стабильно.
Например, стабилитрон типа 1N4743A имеет напряжение стабилизации 13 вольт и в принципе он способен обеспечить, хотя и с существенным разогревом собственного корпуса, ток стабилизации до 30 мА.
Ток стабилизации в 19 мА — приемлемый рабочий ток для данного стабилитрона, при котором его дифференциальное сопротивление равно 700 Ом.
Допустим, входное напряжение у нас будет плавать в диапазоне от 13 до 15 вольт. Тогда пусть 19 мА будет максимальным током стабилизации стабилитрона Dz. Значит последовательно со стабилитроном необходимо включить ограничительный резистор Ro номиналом 100 Ом.
В этих условиях, при подключенной к выходу стабилизатора нагрузке, (при присоединенном резисторе Rн) между базой и эмиттером силового транзистора T будет присутствовать характерное для кремниевого транзистора падение напряжения величиной около 0,7 вольт, мало зависящее от тока через транзистор Т (от тока нагрузки).
Транзистор будет открыт и станет питать нагрузку лишь при условии, что потенциал на его базе превышает потенциал на его эмиттере на 0,7 вольт. В результате, поскольку на стабилитрон приходится ровно 13 вольт, на сопротивление нагрузки придется около 12,3 вольт, но никак не более.
Если напряжение на входе превысит 13 вольт, — избыток напряжения попросту упадет на переходе коллектор-эмиттер транзистора Т в процессе параметрического регулирования выходного напряжения. На выходе, на нагрузке, будет устойчиво удерживаться 12,3 вольта. То есть напряжение будет таким образом стабилизировано на этому уровне.
Здесь необходимо отметить, что при небольшом токе нагрузки, порядка нескольких микроампер, выходное напряжение подобного стабилизатора возрастет.
Напряжение холостого хода при разомкнутой цепи на выходе будет на 0,6-0,7 В больше нормального напряжения стабилизации, поскольку напряжение между базой и эмиттером при столь малых токах приближается к нулю.
Именно по этой причине к выходу такого стабилизатора всегда подключают балластный резистор, обеспечивающий минимальный ток холостого хода в несколько миллиампер.
Смотрите также:
Защита затвора полевого транзистора
Импульсные стабилизаторы напряжения
Электронный ключ на транзисторе - принцип работы и схема
Андрей Повный