Теоретическое введение

Лабораторная работа №7.

Транзисторный стабилизатор напряжения.

Цель работы: Знакомство и исследование одной из схем стабилизатора напряжения, снятие его характеристик.

Приборы:

1. Измерительная панель лабораторного стенда.

2. Электронный вольтметр.

3. Авометр.

4. Осциллограф.

Теоретическое введение.

Выходное напряжение выпрямительных схем источников электропитания обычно имеет пульсации в несколько вольт, так как ёмкости накопительных конденсаторов не могут быть выбраны бесконечно большими. Кроме того, выходное напряжение таких схем сильно зависит от колебаний напряжения сети и изменения нагрузки. Для уменьшения влияния этих факторов можно использовать включённый последовательно с нагрузкой элемент с регулируемым сопротивлением. Такой способ называется последовательной стабилизацией напряжения.

Напомним, что в курсе электротехники вы уже сталкивались с параметрическими усилителями напряжений, использующих в своей основе стабилитрон. Поэтому здесь мы их рассматривать не будем.

Не будут рассмотрены также импульсные регуляторы напряжения. Укажем лишь принцип их работы. Он состоит лишь в том, что формирует постоянное напряжение, минимальное значение которого превышает требуемый уровень стабилизированного напряжения. Разность этих напряжений падает на мощном регулирующем транзисторе, который включается последовательно с нагрузкой.

Простейшим последовательным стабилизатором напряжения является эмиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источнику опорного напряжения. Опорное напряжение может быть получено, например, как показано на рис.7.1, при помощи стабилитрона из нестабилизированного входного напряжения . (Опорное напряжение можно получить, используя схемы на биполярных транзисторах, операционных усилителей).

Рис.7.1 Стабилизация напряжения с помощью эмиттерного повторителя.

За счёт ООС по напряжению выходное напряжение стабилизатора устанавливается равным величине . Изменение выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки определяется выходным сопротивлением стабилизатора:

. (7.1)

При мВ и мА получим величину порядка 0,3 Ом.

Колебания входного напряжения сглаживаются, благодаря малому дифференциальному сопротивлению стабилитрона . Изменение выходного напряжения составляет:

(7.2)

Величина называется коэффициентом стабилизации. Для рассмотренной схемы он лежит в пределах 10÷100.

Если необходимо регулирование выходного напряжения, то используют часть опорного напряжения, снимаемую с движка потенциометра. Схемная реализация такой возможности показана на рис.7.2

Рис.7.2. Модифицированная схема для регулировки выходного напряжения при .

Сопротивление потенциометра может быть мало по сравнению с величиной .

В описанных выше схемах выходное сопротивление стабилизатора определялось параметрами эмиттерного повторителя. Оно может быть ещё больше снижено путём применения регулирующего усилителя, охваченного отрицательной обратной связью. Подобные схемы имеют, как правило, ограниченный выходной ток. Это делается для того, чтобы не перегружать выходные транзисторы в случае, например, короткого замыкания.

Рассмотрим более подробно принцип работы стабилизатора напряжений (рис. 7.3).

Рис.7.3. Принципиальная схема стабилизатора напряжений.

Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон . Транзистор является усилителем напряжения, который усиливает напряжение разбаланса между указанным опорным (на эмиттере ) и частью выходного напряжения, снимаемого с резистора . Ток, снимаемый с коллектора , усиливается усилителем тока на транзисторах , , собранных по схеме Дарлингтона.

Напряжение разбаланса появляется при изменении сопротивления нагрузки. Происходящие при этом изменения тока поддерживают падение напряжения на нагрузке на постоянном уровне (т.е. при, например, уменьшении нагрузки возрастает через неё так, что =const). При уменьшении нагрузки выходное напряжение начинает уменьшаться, также уменьшается напряжение на базе транзистора . Это приводит к большому открытию транзисторов и , что поднимает напряжение на нагрузке.

Защита в данном стабилизаторе от чрезмерного увеличения силы тока в цепи нагрузки осуществляется следующим образом: при увеличении выходного тока в нагрузке увеличивается падение напряжения на . При достижении этим напряжением значения, необходимого для открывания транзистора (≈0,6В), Указанный транзистор открывается и шунтирует ток коллектора , что приводит к уменьшению и через нагрузку. Ток защиты примерно равен:

(7.3)