Исследование компенсационного стабилизатора напряжения

Цель работы — изучение принципа действия компенсационного стабилизатора напряжения и его исследование при изменении входного напряжения и нагрузки; расчет коэффициента стабилизации и выходного сопротивления (рис. 53).

Пояснения. Значительно лучшими параметрами обладает компенсационный стабилизатор напряжения: его коэффициент стабилизации может достигать сотен и даже тысяч единиц.

Наиболее распространен компенсационный стабилизатор напряжения, регулирующий элемент которого включен последовательно нагрузке (рис. 54). На вход схемы подается отфильтрованное нестабилизированное напряжение U_BX (его предельные отклонения от среднего значения ±^U), которое распределяется между регулирующим транзистором VT1 и сопротивлением нагрузки R 4, т. е.

U_BX = U _КЭУТ1 + Uвых. (20).

Принцип действия стабилизатора состоит в следующем. Если увеличится U_вх, то автоматически почти на столько же увеличится U_Кэуть а Uвых — незначительно. При уменьшении U_BX уменьшается U_кэуть а U_вых— незначительно.

Усилитель сигнала рассогласования выполнен на транзисторе VT2, на эмиттерный переход которого поступает два напряжения: опорное U_on, вырабатываемое параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD, и напряжение aUвых, пропорциональное выходному напряжению (а — коэффициент деления делителя, выполненного на потенциометре R3). Сигнал рассогласования складывается из этих двух напряжений:

Uр = U_БЭУТ2 = аUвых — Uon, (21).

усиливается и поступает на базу регулирующего транзистора VT1, потенциал эмиттера которого равен выходному напряжению U_Bыx стабилизатора. Напряжение в эмиттерной цепи транзистора складывается из двух напряжений:

U_бэvт1 — L^kvt2 — U_вых. (22).

Увеличение входного напряжения сопровождается увеличением выходного, а, следовательно, напряжения aUвыхПри этом напряжение U_БЭVt2 и ток коллектора транзистора VT2 увеличиваются, а напряжения U_KVT2 и U _бэут1 в соответствии с формулой (22) уменьшаются. Одновременно уменьшается коллекторный ток транзистора VT1, что равноценно увеличению сопротивления его промежутка коллектор—эмиттер и, следовательно, напряжения U_Кэут1- Таким образом, почти все приращение напряжения Uв_X приходится на регулирующий транзистор VT1, а напряжение и_вых в соответствии с формулой (20) остается неизменным. Выходное напряжение стабилизатора все же изменяется, так как для поддержания нового электрического состояния транзистора VT1 необходим некоторый сигнал рассогласования, тем меньший, чем выше коэффициент усиления усилителя сигнала рассогласования.

Уменьшение входного напряжения схема компенсирует уменьшением сопротивления промежутка коллектор _ эмиттер транзистора VT1, напряжение на котором уменьшается, а выходное напряжение стабилизатора изменяется незначительно. Аналогично стабилизатор реагирует на пульсации входного напряжения, значительно ослабляя их на выходе.

При изменении положения движка потенциометра R3 изменяется выходное напряжение U_BыX стабилизатора. Это происходит потому, что в схеме автоматически поддерживается соотношение между напряжениями в эмиттерной цепи транзистора VT2 в соответствии с формулой (21). Из этой формулы следует, что U_BыX ~ U_0п/a. Если движок потенциометра R3 сместить к верхнему по схеме выводу (а= 1), то выходное напряжение стабилизатора приблизится к опорному.

При уменьшении, а (смещение движка потенциометра R3 к нижнему выводу) выходное напряжение увеличивается и соответственно уменьшается напряжение U_K3VTi, пока транзистор VT1 не перейдет в насыщение. Тогда Uвых = Uвх — Uкэут1нас ~ Ubx- В этом режиме транзистор VT1 перестает управляться, а стабилизатор — стабилизировать напряжение. Обычно напряжение на промежутке коллектор — эмиттер транзистора VT1 составляет не менее 3—5 В при максимальном напряжении на выходе схемы. Такое же минимальное напряжение ^кэут! необходимо для сглаживания пульсаций.