И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

В простейшем варианте стабилизацию напряжения получают на основе использования полупроводникового стабилитрона или газоразрядного диода с холодным катодом (другие названия — лампа тлеющего разряда, ионная лампа или стабиливольт ), т. е. элементов, характеризующихся нелинейной зависимостью между падением напряжения на этом элементе и протекающим через него током. В определенном, относительно большом интервале изменений тока напряжение на элементе меняется незначительно. В более сложных схемах стабилизацию получают, используя транзисторы, иногда с дополнительными каскадами усиления и с использованием обратной связи. Транзистор в качестве стабилизирующего элемента в этих схемах действует как переменное сопротивление, включенное последовательно с нагрузкой или параллельно с ней.

Схема стабилизатора напряжения с лампой тлеющего разряда представлена на рис. 6.17. Лампа и нагрузка включены параллельно. Последовательно с лампой включен резистор R. Ток нагрузки протекает через нагрузку и резистор R, а ток лампы — через лампу и резистор R, следовательно, падение напряжения на резисторе R определяется суммой тока нагрузки и лампы.

Рис. 6.17. Стабилизатор лампой тлеющего разряда

Стабилизация происходит следующим образом. При мгновенном увеличении тока нагрузки возникает мгновенное увеличение падения напряжения на резисторе R, и в результате этого напряжение на нагрузке и на лампе мгновенно снижается. Это вызывает уменьшение тока лампы, поэтому в итоге протекающей через резистор Rток и падение напряжения на нем изменяются незначительно. При возникновении мгновенного уменьшения тока нагрузки происходит рост тока лампы, противодействующий изменению тока нагрузки.

Стабилизация осуществляется также при изменениях входного напряжения, поскольку рост (или убывание) напряжения вызывает рост (или убывание) протекающего через лампу тока. Например, при использовании лампы тлеющего разряда, предназначенной для работы при напряжении 105 В, и изменениях протекающего через лампу тока в интервале 5—30 мА напряжение на электродах, а следовательно, и на нагрузке, изменяется не более чем на ± 1 В.

Лампы тлеющего разряда (газотроны) выпускают для работы при различных напряжениях (70—150 В). Для стабилизации больших напряжений можно соединить последовательно несколько ламп тлеющего разряда. Следует подчеркнуть, что газотроны в схемах стабилизаторов используются все реже.

Схема стабилизатора напряжения с полупроводниковым стабилитроном представлена на рис. 6.18. Его работа аналогична работе стабилизатора с лампой тлеющего разряда. Изменения тока, протекающего через диод в нормальном диапазоне работы, велики, а напряжение на диоде почти постоянно, поэтому небольшие изменения вызывают большие изменения тока, благодаря чему протекающий через нагрузку ток и падение напряжения на ней остаются почти неизменными.

Полупроводниковые стабилитроны выпускаются в широком ассортименте для работы при различных напряжениях стабилизации, а также для стабилизации малых напряжений, для которых лампы тлеющего разряда не выпускаются.

Рис. 6.18. Стабилизатор напряжения с полупроводниковым стабилитроном

Схема последовательного стабилизатора с электронной лампой показана на рис. 6.19. В этой схеме лампа работает как переменное сопротивление, включенное последовательно с нагрузкой. Сопротивление зависит от смещения на сетке, устанавливаемого падением напряжения на резисторе R. При мгновенном изменении напряжения на нагрузке изменяется также падение напряжения на резисторе R, тогда как падение напряжения на ионной лампе, подключенной к сетке лампы, поддерживается На постоянном уровне. Например, увеличение напряжения на сопротивлении Rвызывает рост напряжения смещения, а следовательно, и рост сопротивления лампы, что приводит к увеличению падения напряжения на ней. Рост последнего вызывает уменьшение падения напряжения на нагрузке и возврат этого напряжения к его номинальному значению. При мгновенном уменьшении напряжения на нагрузке изменения падений напряжения будут происходить в направлении, противоположном описанному выше, а также вызовут возвращение напряжения на нагрузке до его номинального значения. На том же самом принципе основан процесс стабилизации при изменениях входного напряжения.

Рис. 6.19. Последовательный стабилизатор с электронной лампой и лампой тлеющего разряда (газотрон)

Схема подобного стабилизатора представлена на рис. 6.20. Напряжение на выходе регулируют изменением напряжения смещения на сетке лампы с помощью переменного резистора.

Рис. 6.20. Последовательным стабилизатор с регулировкой выходного напряжения

Схема такого стабилизатора представлена на рис. 6.21, а . Она соответствует схеме с лампой, показанной на рис. 6.19, с той разницей, что лампа тлеющего разряда заменена полупроводниковым стабилитроном, питаемым через резистор R. Разность между напряжениями на нагрузке и базе равна напряжению смещения перехода эмиттер — база. Последовательный стабилизатор на транзисторе с регулировкой напряжения показан на рис. 6.21, б . В нижнем положении движка потенциометра база соединена с массой (землей) и напряжение на нагрузке равно нулю. В верхнем положении движка переход коллектор — база закорачивается, а переход эмиттер — база представляет собой малое сопротивление, включенное последовательно с нагрузкой. При этом напряжение на нагрузке максимально.

Рис. 6.21. Последовательный стабилизатор с транзистором и полупроводниковым стабилитроном ( а) и с регулировкой выходного напряжения ( б)