Эрл Гейтс - Введение в электронику

Рис. 27–20. Транзисторный последовательный регулятор напряжения, использующий переменный резистор, регулируемый вручную.

Транзистор включен таким образом, что через него течет ток нагрузки. Путем изменения тока базы транзистора можно управлять величиной тока, текущего через транзистор. Для того, чтобы сделать эту цепь саморегулирующейся, требуются дополнительные компоненты (рис. 27–21).

Рис. 27–21. Саморегулирующийся последовательный стабилизатор.

Эти компоненты позволяют транзистору автоматически компенсировать изменения входного напряжения и тока нагрузки.

На рис. 27–22 изображен простой последовательный стабилизатор.

Рис. 27–22. Последовательный стабилизатор.

На его вход подается нестабилизированное постоянное напряжение, а на его выходе получается стабилизированное постоянное напряжение меньшее по величине. Транзистор включен как эмиттерный повторитель, и поэтому здесь отсутствует обращение фазы между базой и эмиттером. Напряжение на эмиттере повторяет напряжение на базе. Нагрузка подключена между эмиттером транзистора и землей. Напряжение на базе транзистора устанавливается с помощью стабилитрона. Следовательно, выходное напряжение равно напряжению стабилизации стабилитрона за вычетом 0,7 вольта падения напряжения на переходе база-эмиттер.

Когда входное напряжение на транзисторе увеличивается, выходное напряжение также пытается увеличиться. Напряжение на базе транзистора установлено с помощью стабилитрона. Если на эмиттере появляется положительный потенциал больший, чем на базе, проводимость транзистора уменьшается. Когда транзистор уменьшает свою проводимость, это действует так же, как включение между входом и выходом большого резистора. Большая часть добавившегося входного напряжения падает на транзисторе и только малая его часть увеличит выходное напряжение.

Недостатком стабилизатора с эмиттерным повторителем является то, что стабилитрон должен быть рассчитан на достаточно высокую мощность, а стабилитроны большой мощности стоят дорого.

Наиболее популярным типом последовательных стабилизаторов является стабилизатор с обратной связью. Он содержит цепь обратной связи, контролирующую выходное напряжение. При изменениях выходного напряжения появляется управляющий сигнал. Этот сигнал управляет проводимостью транзистора. На рис. 27–23 изображена блок-схема стабилизатора с обратной связью.

Рис. 27–23. Блок-схема последовательного стабилизатора с обратной связью.

Нестабилизированное напряжение постоянного тока подается на вход стабилизатора. Более низкое стабилизированное постоянное напряжение появляется на выходе стабилизатора.

К выходу стабилизатора подключена цепь выбора напряжения . Цепь выбора напряжения — это делитель напряжения, который подает выходное напряжение для сравнения на цепь регистрации ошибок. Это напряжение изменяется при изменениях выходного напряжения.

Цепь регистрации ошибок сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением. Для получения опорного напряжения используется стабилитрон. Разность между выходным и опорным напряжением называется напряжением ошибки . Напряжение ошибки усиливается усилителем ошибки. Усилитель ошибки управляет проводимостью последовательно включенного транзистора. Проводимость транзистора меняется в ту или иную сторону для компенсации изменений выходного напряжения.

На рис. 27–24 изображена схема стабилизатора напряжения с обратной связью. Резисторы R 3, R 4и R 5— цепь выбора напряжения. Транзистор Q 2работает в качестве и регистратора, и усилителя ошибки. Стабилитрон D 1и резистор R 1задают опорное напряжение. Транзистор Q 1— последовательно включенный регулирующий транзистор. Резистор R 2является коллекторной нагрузкой транзистора Q 2и подает смещение на базу транзистора Q 1.

Рис. 27–24. Последовательный стабилизатор с обратной связью.

Если выходное напряжение начинает увеличиваться, то увеличится и напряжение, передаваемое для сравнения. Это увеличит напряжение смещения на базе транзистора Q 2. Напряжение на эмиттере транзистора Q 2удерживает постоянным стабилитрон Это приводит к увеличению проводимости транзистора Q 2и увеличению тока через резистор R 2. Это, в свою очередь, приведет к уменьшению напряжения на коллекторе транзистора Q 2и на базе транзистора Q 1. Теперь уменьшатся прямое смещение транзистора Q 1и его проводимость. Когда проводимость транзистора убывает, через него течет меньший ток. Это снижает падение напряжения на нагрузке и компенсирует увеличение напряжения.

Выходное напряжение может быть точно установлено с помощью потенциометра R 4. Для увеличения выходного напряжения стабилизатора движок потенциометра R 4вращают в отрицательном направлении, что уменьшает напряжение выбора на базе транзистора Q 2, снижая его прямое смещение. Это приводит к уменьшению проводимости транзистора и к увеличению напряжения на коллекторе транзистора Q 2и на базе транзистора Q 1. Последнее увеличивает прямое смещение транзистора Q 1и его проводимость. Через нагрузку теперь будет течь больший ток, что увеличит выходное напряжение.

Серьезным недостатком последовательного стабилизатора является то, что транзистор включен последовательно с нагрузкой. Короткое замыкание в нагрузке приведет к большому току через транзистор, а это может вывести его из строя. Необходима цепь, поддерживающая ток, проходящий через транзистор, на безопасном уровне.

На рис. 27–25 изображена цепь, которая ограничивает ток через транзистор последовательного стабилизатора.

Рис. 27–25. Последовательный стабилизатор с обратной связью с цепью ограничения тока.

Как видно из рисунка, в цепь обратной связи добавлен последовательный регулятор напряжения. Транзистор Q 3и резистор R 6образуют цепь ограничения тока. Для того чтобы транзистор Q 3проводил, переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении напряжением не менее 0,7 вольта. Когда между базой и эмиттером приложено напряжение 0,7 вольта, транзистор начинает проводить.

Если R 6равно 1 ому, то ток, необходимый для получения на базе транзистора Q 30,7 вольта, равен:

I= E/ R= 0,7/1

I= 0,7 А или 700 мА.

Когда через нагрузку протекает ток, меньший 700 мА, напряжение база-эмиттер транзистора Q 3меньше, чем 0,7 В, и он закрыт. Когда транзистор Q 3закрыт, цепь работает так, как будто ее не существует. Когда ток превышает 700 мА, падение напряжения на резисторе R 6превышает 0,7 В. Это приводит к тому, что транзистор Q 3начинает проводить ток через резистор R 2. Это уменьшает напряжение на базе транзистора Q 1, и его проводимость уменьшается. Ток не может превышать 700 мА. Величина предельного тока может быть изменена путем изменения величины резистора R 6. Увеличение R 6уменьшает величину предельного тока.