и способов включения опорного напряжения. Наибольшее распространение получили схемы, где схема сравнения совмещена с УПТ и источником опорного напряжения, в качестве которого обычно используются кремниевые стабилитроны. Основные схемы сравнения, в схемах стабилизаторов с последовательным регулирующим элементом приведены на рис. 17-49 и 17-50.

Во всех схемах питание коллекторной нагрузки УПТ осуществляется от дополнительного источника Ubx2, плюс которого в схемах стабилизаторов с последовательным регулирующим транзистором соединяется с минусом выходного напряжения. В общем случае для питания коллекторной нагрузки может быть использовано основное напряжение питания стабилизатора Uxi, но это существенно ухудшает стабильность. Обычно i/pxz дополнительно стабилизируется при помощи кремниевого стабилитрона.

Путем изменения соотношения плеч делителя схемы (рис. 17-49) можно получать различные соотношения между напряжениями £/еых и Uon, причем за Uon принимают напряжение стабилизации кремниевого стабилитрона.

В стабилизаторах используются также дифференциальные схемы сравнения (дифференциальные усилители). По сравнению с соответствующими схемами (рис. 17-49) эти схемы (рис. 17-50) имеют на один транзистор больше, но отличаются и некоторыми преимуществами:

1. В них происходит компенсация температурного дрейфа напряжения базы транзисторов и Tg, что особенно важно при использовании Uon с малым температурным коэффициентом.

2. В отличие от схемы на рис. 17-49, а, где напряжение Uon включено в цепь эмиттера транзистора, в схемах на рис. 17-50, а к б опорное напряжение включено в цепь базы, что уменьшает нестабильность из-за влияния дифференциального сопротивления источника Uon-

3. В схемах на рис. 17-50, в, г, д для питания опорного стабилитрона можно использовать напряжение 1/вх2, в то время как в схемах на рис. 17-49,6, в с одним транзистором требуется дополнительное напряжение Ubx3- В схемах на рис. 17-49, б, в имеется возможность использовать общий источник вместо Ubx2 и t/вхз, однако это требует дополнительного усложнения схемы и полной изоляции этого источника от выходных напряжений стабилизатора [Л. 10].

Схема на рис. 17-50,6 особенно удобна при соотношении напряжений £/еых >2t/on-Это связано с тем, что в схеме на рис. 17-50, а (как и на рис. 17-49, а) напряжение коллектора транзистора УПТ равно примерно t/вых-Соп, а в схеме на рис. 17-50,6 равно Uon- Следовательно, в схемах на рис. 17-50, а и 17-49, а при больших значениях £/еых. чтобы сохранить напряжение коллектора малым, надо увели-

чивать Uon- Так как обычно t/on=8-bl0 в, то схема на рис. 17-50,6 чаще применяется прн [/еых>20 в.

В отличие от схемы на рис. 17-50, а в схеме на рис. 17-50,6 увеличение напряжения и вых приводит не к увеличению, а к уменьшению тока транзистора Гг. Поэтому в этой схеме для соблюдения необходимых фазовых соотношений сопротивление нагрузки Ry включается не в транзистор Гг, а в транзистор Tg.

В схемах на рис. 17-50, в и г при регулировке выходного напряжения меняется режим транзистора Т2, и на его коллектор необходимо подавать отрицательный потенциал, на 1-2 в больший, чем Свых, что относится к недостаткам этой схемы. Этого недостатка нет в схеме на рис. 17-50, й, где опорное напряжение сначала делится постоянным делителем, а регулировка Свых осуществляется, как и в схеме на рис 17-50, а. Если напряжение, снимаемое с /?д1, взять на 1 в меньше, чем наименьшее значение регулируемого напряжения 17 вых. то коллектор транзистора можно, как и Б схеме на рис. 17-50, а, соединять с минусом Ubbix-

Большое влияние на выходное напряжение оказывает температура. В схемах на рис. 17-49 при увеличении температуры изменяется опорное напряжение (для широко используемых стабилитронов Д808 и Д814А увельчивается примерно на 4,5 жв/°С) и уменьшается напряжение между базой и эмиттером транзистора схемы сравнения (примерно на 2 мвГС). Температурное изменение параметров регулирующего элемента можно не учитывать, так как оно ослабляется цепью обратной связи. При выборе достаточно низкоомного делителя можно пренебречь и влиянием нулевого тока коллектора транзистора схемы сравнения. Если при этом сопротивления делителя выбраны достаточно стабильными по температуре (проволочными), то в указанных схемах сравнения происходит частичная температурная компенсация. Для полной температурной компенсации, например, в схеме на рис. 17-49, а можно в верхнее плечо делителя последовательно с .д1 включить в прямом направлении термокомпенсирующие р-п переходы (плоскостные диоды или стабилитроны). Можно включить для термокомпенсации р-п переходы в прямом направлении последовательно с опорным кремниевым стабилитроном. Подробно вопросы температурной стабильности и температурной компенсации рассмотрены в [Л. 10].

В дифференциальных схемах сравнения температурные изменения обоих транзисторов схемы сравнения почти полностью взаимно компенсируются. При использовании в качестве источника опорного напряжения кремниевого стабилитрона Д808 (Д814А) надо полностью скомпенсировать его положительный температурный коэффи-

циент. Для этой цели последовательно с опорным стабилитроном включаются в прямом направлении 2-3 р-п перехода.

В стабилизаторах с последовательным регулирующим элементом при перегрузках по току и коротких замыканиях на регулирующем транзисторе возникают большие

Cstii

Рис 17-51. Практическая схема транзисторного стабилизатора напряжения.

перегрузки по мощности и напряжению. В определенных условиях, если не принять мер защиты, даже кратковременные перегрузки могут вывести регулирующий элемент из строя из-за теплового или потенциального Пробоя. В качестве элементов схем защиты можно использовать последовательное включение с регулирующим транзистором сопротивления, ограничивающего его ток и напряжение при коротких замыканиях, а также плавкие предохранители, релейные и специальные полупроводниковые схемы. Для ограничения напряжения регулирующего транзистора в режиме коротких замыканий можно его шунтировать мощными кремниевыми стабилитронами Д815-Д817 [Л. Ш, И].

Практическая схема стабилизатора с последовательным РЭ приведена на рис. .17-51. В этой схеме показан дополнительный параметрический стабилизатор, стабилизирующий напряжение Ubxz-

На выходе стабилизатора включен конденсатор Свых, повышающий устойчивость и улучшающий переходные характеристики стабилизатора. Для повышения устойчивости используется также конденсатор Ск емкостью 0,03-0,1 мкф, включенный между базой транзистора схемы сравнения и плю-

сом выходного напряжения. Для защиты последовательно с регулирующим транзистором включен предохранитель, а в коллектор маломощного транзистора Tis включен резистор. Для повышения надежности, особенно в с абилизаторах с повышенным выходным напряжением, коллекторную цепь маломощного транзистора иногда целесообразно питать от напряжения Ubxz-как это показано пунктиром.

Монтаж стабилизаторов следует производить именно так, как вычерчена схема иа рис. 17-51.

Расчет последовательного регулирующего элемента

Исходные данные включают следующие задаваемые параметры и величины.

Выходное напряжение: номинальное tEbix, минимальное Ubux.mkh и максимальное С/вых.макс-

Токи нагрузки: максимальный /д и минимальный /н.мнн (включающие и внутреннее потребление);

Тип питающего напряжения и его допустимое изменение в процентах в сторону увеличения Afc-f- уменьшения At/c-

Допустимая нестабильность выходного напряжения А1/вых.с.д в процентах при изменении напряжения сети или допустимый коэффициент стабилизации при изменении напряжения сети

t/с.макс /17 7П

вых.с.д

где At/с.макс - максимальное отклонение от номинального значения.

Допустимое напряжение пульсаций выходного напряжения в процентах Оп.вых.д.

Допустимое изменение выходного напряжения А£/еых.н.д(в процентах) при заданном изменении тока нагрузки или допустимое выходное сопротивление стабилизатора

р А £/вых.н.д Увых ..

-- --100 (/ -/ . ) (2)

Диапазон рабочих температур: максимальная, номинальная и минимальная температуры среды (Гс.макс. Ус, Гсмин ).

Допустимая нестабильность выходного напряжеьшя Д£/еых .т в процентах при заданном изменении температуры от номинального значения или допустимый температурный коэффициент стабилизатора

A=ff. (17-73)

где А Г - наибольшая из разностей

Ус.макс-с и - Тс.мин

Порядок расчета (схема на рис. 17-48). Определяем коэффициенты изменения входного напряжения стабилизатора в режиме холостого хода, считая, что это изменение

пропорционально сети:

изменению

макс - 1 +

напряжения

(17-74)

t/bxl =

Задаемся относительной амплитудой пульсации входного напряжения t/gxi

m = 7- . (17-75)

texl

где t/ni- амплитуда пульсаций напряжения t/fixi. питающего стабилизатор.

При [/вых > 5е выбираем

Оп1 < (0,3 - 0.7) (1 - а н). (17-76)

При t/вых < 5е выбираем

Сп1<0.1-0,2. (17-77)

Находим коэффициент изменения мгновенного значения напряжения выпрямителя:

Л ии = Омин - Опь (17-78)

макс = Омакс-f Oni- (17-79)

Задаемся величиной внутреннего сопротивления выпрямителя Rbi, питающего стабилизатор.

При 1/еь1х < 5 в

Rbi ~ 0,3£/вых н- (17-80) При [/вых > 5 в

/?1!=(0,3--0,15)£/еых н. (17-81)

Задаемся минимально допустимым напряжением между эмиттером и коллектором составного регулирующего транзистора

к.эХмнн-

Для трехкаскадного составного транзистора из германиевых транзисторов выбираем [/к.э1мин =2 в, для кремниевых транзисторов 4-6 в. Если используется параллельное соединение транзисторов, (к.эхмин должно быть увеличено на величину падения напряжения в симметрирующих сопротивлениях (около 0,5 в). Напряжение tK-simhh должно быть также увеличено на величину разброса входного напряжения выпрямителя.

Определяем максимальный ток выпрямителя

/ех1 = /н+/доп, (17-82)

где /доп - ток, потребляемый от выпрямителя внутри схемы стабилизатора (ток щун-та выпрямителя, ток сопротивлений R12, Ru на рис. 17-48 и т. д.). Отнощение /доп н еет величину 0,03-0,1 и уменьщается при увеличении /н.

Определяем номинальное среднее Увхъ максимальное среднее Ubxiubkc и мгновенное ивхшакс значения напряжения ненагруженного выпрямителя, а также номинальное и максимальное средние значения напряжения нагруженного выпрямителя

CexIh texlmakch-

еых.,.аакс~Ь к.э1 мнн-Ьвх1е1. мин

ивх1 макс = texl ,aKcJ Bxl макс ~ exI макс tBXlH =Ubx1 - IBXl El? Bxl макс.н = Bxl макс- bxi ?b1 }

(17-83)

(17-84)

Определяем номинальную и максимальную мощности выпрямителя:

P = /bxii/bxi;

Р макс = Ех1 вхХмакс-

Определяем номинальную и минимальную выходную мощность стабилизатора при токе /н:

РВЬ.х = / еых: I (j, g5

еых.мии - н tbhx.mhh- )

Определяем номинальный и минимальный к. п. д. стабилизатора с выпрямителем при токе /н:

= Реых/Р I

Чмин - вых.мин/ макс- )

Определяем максимальную мощность потерь, выделяемую в стабилизаторе в самых худщих условиях,

Рп = Рмакс(1-Г1, ). (17-87)

Найденный к. п. д. и Рп не учитывают потери в трансформаторе, определяемые током холостого хода, и потери в дополнительных цепях стабилизатора (вспомогательные источники напряжения и т. д.). Эти дополнительные потери должны суммироваться с Рп при расчете теплового режима стабилизатора. 7bxih. вхъ -Рмакс ?bi. Рп используются в дальнейщем для расчета выпрямителя.

Если после расчета выпрямителя величины Rbi и существенно расходятся с величинами, заданными в начале расчета, то следует сделать перерасчет.

Определяем максимальное мгновенное напряжение между коллектором и эмиттером мощного регулирующего транзистора

к.э11макс ~ вх! макс вых.мин

- (н.мии-Ь доп)/?е1-. (17-88)

Определяем максимальную среднюю мощность, рассеиваемую в мощном регулирующем транзисторе,

кэн макс = (iBxl макс.н f еых..чин -

-t/c) /н, (17-89)

где t/c 0,5 е-падение напряжения на симметрирующих сопротивлениях параллельно включенных транзисторов.

Мощный регулирующий транзистор выбираем по данным формул (17-88) и