книги / Транзисторные стабилизаторы напряжения

Увеличить коэффициент п можно также заменой резистора R\ источником постоянного напряжения (батареей Е, стабилитроном Д) или резистора R2 генератором постоянного тока (например, транзи­ стором, включенным по схеме с ОБ).

В схемах сравнения на рис. 16,а и 6 увеличение выходного на­ пряжения приводит к увеличению тока коллектора транзистора схе­ мы сравнения. В схеме на рис. 16,в увеличение входного напряжения приводит к уменьшению тока коллектора транзистора Т2. Это при-

Рис. 17. Схемы сравнения для UB — U0-

водит к необходимости построения усилителя сигнала рассогласова­ ния на двух транзисторах (в отличие от ранее рассмотренных) с тем, чтобы получить необходимую фазу управляющего воздейст­ вия для регулирующего транзистора. Достоинством схемы является возможность ее использования в стабилизаторах с выходным на­ пряжением, значительно превышающим опорное напряжение.

При включении стабилитрона в цепь эмиттера (рис. 16,6) на­

31

требуется дополнительный источник вспомогательного напряжения Uвс. Схема сравнения на рис. 17,6 находит большее распростране­ ние, поскольку ее можно применять в стабилизаторах с регулируе­ мым выходным напряжением, где с целью обеспечения постоянства тока, протекающего через стабилитрон, важно уменьшать изменяю-' щуюся часть тока источника опорного напряжения.

Встабилизаторах, для которых выполняется неравенство С/н<

<.U0, широкое применение находят схемы с так называемым инверс­ ным опорным напряжением, т. е. опорным напряжением, имеющим полярность, противоположную выходному напряжению (рис. 18).

Выходное напряжение в этой схеме равно:

где n — R2f{Rx+ # 2). Напряжение Un уменьшается с увеличением п и достигает минимального значения при п = 1 .

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Усилители постоянного тока УПТ (усилители сигнала рассогла­ сования) в простых стабилизаторах напряжения обычно совмещают­ ся со схемой сравнения.

В схеме на рис. 16,6 транзистор Т\ является регулирующим

цепь базы Т2 и соответственно весь транзистор Г2 следует считать схемой сравнения. В то же время в схеме по рис. 16,6 Т2 является еще и транзистором УПТ.

К УПТ стабилизаторов предъявляются высокие требования в части стабильности его параметров, так как - погрешности других элементов устраняются цепью обратной связи. Погрешность же, вносимая УПТ и вызванная изменением его параметров (в особен­ ности зависящих от температуры), должна быть сведена к мини­ муму. В УПТ могут использоваться транзисторы как р-п-р, так и п-р-п типов (табл. 3). При использовании многокаскадных УПТ целесообразно применение транзисторов обоих типов, так как в этом случае упрощается согласование каскадов. Последнее время в ка­ честве УПТ широко применяют линейные интегральные схемы (на­ пример, серии К 140),

Эффективность УПТ существенно зависит от величины и ста­ бильности коллекторного напряжения усилительного транзистора и повышается с их повышением. Поэтому питание коллекторной цепи транзистора Г2 входным нестабилизированным напряжением (рис. 16, 18) используется лишь в простейших схемах стабилизаторов. Обыч­ но для этой цели в схему вводятся дополнительные источники ста­ бильного напряжения. Такое напряжение удобно получить, напри­ мер, путем удвоения напряжения основной обмотки (в случае пита­ ния стабилизатора от выпрямителя), стабилизируя его кремниевым стабилитроном До (рис. 19). Если такой возможности нет, необхо­ димо применить дополнительный источник UBC (рис. 20).

Если регулирующий транзистор стабилизатора составной, то ста­ билитрон До целесообразно включать, как показано на рис. 20.

32

Такое включение позволяет увеличить крутизну коллекторного тока регулирующего элемента, а следовательно, повысить коэффициент стабилизации и уменьшить выходное сопротивление стабилизатора.

Для уменьшения погрешностей, вызванных влиянием темпера­ туры (и частично разбросом параметров усилительных транзисто­ ров), применяются дифференциальные схемы УПТ. Типовые схемы таких усилителей приведены на рис. 21.

Особенности дифференциальных усилителей рассмотрим на при­

вода

__к—

в качестве опорного.

Известно, что для сохранения неизменного положения рабочей точки на коллекторной характеристике транзистора с ростом темпе­ ратуры напряжение смещения на эмиттерном переходе должно уменьшаться. Невыполнение этого требования приводит к допол­ нительному открыванию транзистора и увеличению его эмиттерного и коллекторного токов. В дифференциальном усилителе при условии неизменного опорного напряжения, подаваемого на вход эмиттерного повторителя, транзисторы Т\ и Т2 с ростом температуры будут открываться. Происходящее при этом возрастание эмиттерного тока транзисторов приводит к увеличению падения напряжения на рези­ сторе R3- В результате базы транзисторов становятся более положи­ тельными по отношению к плюсовой шине, что ограничивает возра­ стание их эмиттерных и коллекторных токов.

Напряжение на резисторе R3 изменяется в соответствии с тем­ пературными изменениями напряжения С?ЭБ обоих транзисторов Тх

и 'Г2. Насколько уменьшится £/ЭБ, настолько же увеличится падение

напряжения на резисторе R3, и наоборот. Таким образом, путем подачи опорного напряжения на усилитель через эмиттерный повто­ ритель автоматически осуществляется необходимая • корректировка положения рабочей точки на коллекторных характеристиках тран­ зисторов при изменениях температуры.

Для улучшения стабилизации питание коллекторов усилитель­ ных транзисторов дифференциальных усилителей может осущест­ вляться от вспомогательных источников (аналогично схемам на рис. 19 или 20).

Дифференциальный усилитель, приведенный на рис. 21,6, может использоваться, как и усилитель по рис. 16,в, при больших выход­

дует Заметить, что напряжение на резисторе R4 в этой схеме должно быть примерно на 1 В меньше минимального выходного напря­ жения. В противном случае коллекторные цепи УПТ необходимо подсоединять к дополнительному источнику.

Более сложные (два транзистора вместо одного) дифферен­ циальные УПТ имеют следующие преимущества перед простейшими схемами:

компенсируют температурный дрейф напряжения баз транзисто­ ров Т1 и Т2, что особенно важно при использовании источников опорного напряжения с малым температурным коэффициентом;

существенно уменьшают нестабильность выходного напряжения из-за более''''слабого влияния дифференциального сопротивления^ источника опорного напряжения.

Дальнейшего улучшения характеристик стабилизатора можно достичь применением в качестве УПТ высококачественных много­ каскадных усилителей. Отличительные особенности таких усилителей состоят в том, что в них наряду с широкой полосой пропускания частот усиливаемого сигнала, начинающихся от нулевых частот, реализуются высокая чувствительность, значительное входное сопро­ тивление и достаточно большие коэффициенты усиления. Однако попытки одновременно реализовать все перечисленные характери­

38

стики приводят к серьезному усложнению схем усилителей. Одно­ временно увеличивается опасность самовозбуждения стабилизатора при использовании в нем многокаскадных усилителей.

Непрерывное совершенствование элементной базы усилителей, обусловленное прогрессом электроники, приводит к пересмотру мно­ гих из установившихся взглядов на предельные возможности раз­ личных схем усилителей, что особенно заметно при сравнительном анализе характеристик УПТ в интегральном исполнении и анало­ гичных устройств на дискретных элементах. В настоящее время

Рис. 22. Принципиальная схема интегрального УПТ.

промышленностью - выпускается класс линейных интегральных ми­ кросхем, многие из которых с успехом могут использоваться в ка­ честве УПТ транзисторных стабилизаторов напряжения (табл. 4).

Остановимся более подробно на микросхеме типа 1УТ401, кото­ рая нашла достаточно широкое применение в стабилизаторах и представляет собой трехкаскадный УПТ с дифференциальным вхо­ дом. Ее принципиальная схема приведена на рис. 22. Общее число транзисторов в микросхеме девять. Транзисторы Т\ и Т2 образуют дифференциальный входной каскад, в эмиттерную цепь которого включен генератор тока, выполненный в виде стабилизатора тока на транзисторе Тз. Для компенсации влияния температуры на коллекторный ток транзистора Т3 вследствие изменения напряжения база — эмиттер используется транзистор ТА в диодном включении.

Транзисторы Т5 и Т6 входят в состав промежуточного дифферен­ циального каскада, осуществляющего дальнейшее усиление сигнала, й одновременно преобразуют симметричный выход дифференциаль­ ного каскада к одиночному выходному сигналу. Выходной каскад содержит генератор тока на транзисторе Г8, который одновременно

39