в некоторых случаях ради уменьшения числа мощных сплов1>1х транзисторов применяют параллельное соединение резистора и транзистора (рис. 10.18). Данный способ приводит к ухудшению диф;}№рен-циальных показателей стабилизатора. Однако, подняв усиление в цепи обратной связи, можно легко скомпенсировать увеличение некоторых нестабильностей. При расчетах силовой цепи параллельный резистор R объединяется с проводимостью силового транзистора.

Последний вариант схемы силовой цепн из нескольких транзисторов (рис. 10.19) представляет собой последовательное включение двух (или более) транзисторов. Подобное соединение применяют в высоковольтных стабилизаторах, когда разница в напряжениях Е и и получается большей, чем допустимое для одного транзистора напряжение между коллектором и эмиттером.

Рис. 10.17

Рис. 10.18

Рис. 10.19

Обеспечение равномерного распределения общего напряжения Е-и между двумя последовательными транзисторами достигается путем подключения базы транзистора 1\ к средней точке делителя напряжения Ri, Ro. Так как у биполярных транзисторов Uq, имеет величину меньше вольта, то распределение напряжения между транзисторами не больше, чем на вольт, будет отличаться от распределения напряжения между резисторалнг. Если ток, протекающий по делителю напряжения, много больше тока базы транзистора То и сопротивления резисторов одинаковы, то напряжение U, на транзисторах практически одинаковы. С увеличением сопротивлений резисторов R и R, неравномерность распределения напряжения возрастает. Эту неравномерность \южно определить из следующего соотношения:

y..x-U ,RlMh, (10.64)

где R - сопротивление резисторов Ri и R,.

В двух последних вариантах силовой цепи величина сопротивления резисторов, шунтирующих транзисторы, определяет минимальный ток стабилизатора, так как при полностью запертых транзисторах весь ток шунта протекает по нагрузке стабилизатора.

§ 10.5. Схемы усилителей и цепей сравнения линейных стабилизаторов

Среди усилительных схем наиболее простой является схема рнс. 10.20, а, которая содержит однокаскадный усилитель (транзистор Т.,) в цепи обратной связи. Источник входного напряжения £, используется и для питания усилителя. Источник опорного напряже-

0) Е,

ПНЯ (стабилитрон Ri) получает питание со стороны в[э1Ходного напряжения, что обеспечивает большую стабильность Е,. Резистор переменного сопротивления, включенный в цепь делителя цепи сравнения, необходим для регулировки и точной установки величины выходного напряжения.

Самым существенным недостатком данной схемы является невысокая стабильность по входному напряжению из-за прямой связи базы силового транзистора с источником Е^ через резистор Ry. Воспользовавшись результатами исследования схемы рис. 10.13 и отметив, что в данном случае источник £2 заменяет Е-, получим в соответствии с (10.52) и (10.55) интересующую нас величину, как сумму kpi

и ko.

kEv = {kEu + N,)l{\ +k.N.Ne). (10.65)

Так как по величине коэффициент сравним с единицей, то значение квх получается относительно большим.

Из схем рис. 10.20, а - в лучшие показатели имеют схемы рис. 10.20, 6, в. В первой из них вместо резистора /?у включен стабилизатор тока на транзисторе Т^, а во второй применен дополнительный источник Ео . Стабилизатор тока благодаря большому выходному сопротивлению уменьшает величину N а в схеме с дополнительным источником, который подсоединен к выходу стабилизатора, внешняя прямая связь отсутствует.

Схемы стабилизаторов рис. 10.20, б, в применяют для получения выходного напряжения больше 8-10 В. Связано это с неудобством выбора низковольтного стабилитрона для получения стабильного опорного напряжения. Низковольтные стабилитроны обладают большим внутренним сопротивлением и худшей температурной стабильностью. В схемах рис. 10.20 выходное напряжение всегда больше опорного, так как для цепи, проходящей через про.межуток эмиттер-база силового транзистора, промежуток коллектор-эмиттер усилительного транзистора и опорный источник, получаем

Рис. 10.20

(10.66)

Напряжение на выходе меньше опорного можно получить в схеме рис. 10.21, а, в которой источник опорного напряжения (стабилитрон ДО подключен к дополнительному источнику питания Для этой схемы

и = -и + и . (10.6/)

При высокостабильиых стабилитронах xoponjyio температурную стабильность выходного напряжения обеспечивает схема рис. 10.21, б, в которой применен дифференциальный усилитель на транзисторах т1 и 7з. Опорный стабил1трон включен в базовую цепь Т^, а сигнал обратной связи подан на базу Т^. Изменение температуры транзисторов Тз и Та в одинаковой степени смещает их рабочие точки и дестабилизирующее изменение напряжения на коллекторе Та не возникает.

Весьма тщательно должна быть выполнена защита транзисторов в стабилизаторе. Транзисторы имеют малую перегрузочную способность и поэтому даже кратковременная перегрузка излишне большим током или напряжением выводит их из строя.

Защищать необходимо в первую очередь транзисторы силовой цепи. В стабилизаторе с последовательным включением регулирующего транзистора опасными режимами, вызывающими выход его из

Т

Г; 4

Рис. 10.21

строя, являются: 1) короткое замыкание на выходе, приводящее к перегрузке по току, и 2) сброс нагрузки, приводящий к повышению напряжения на входе стабилизатора и, следовательно, перегрузке по напряжению. Особенную опасность представляет сброс нагрузки в источниках питания с LC-фильтром, стоящим перед стабилизатором, так как переходный процесс в нем связан со значительными перенапряжениями. Схему сравнения и усилитель стабилизатора защищают лишь от повышения напряжения, которое может явиться следствием пробоя силового транзистора в стабилизаторе.

Защита транзисторов с помощью плавких предохранителей неэффективна, так как транзистор выходит из строя раньше, чем сгорает плавкий предохранитель. Если же сделать малой кратность тока срабатывания предохранителя, то он будет иметь вместе с малым временем срабатывания и малую надежность. Поэтому в схемах стабилизаторов в дополнение к предохранителям широко применяют быстродействующие реле, стабилитроны, защищающие транзисторы от перенапряжений, и специальные транзисторные схемы защиты.

Чисто транзисторная схема защиты (рис. 10.22) обеспечивает и самостоятельное восстановление нормального режима после устранения перегрузки. Падение напряжения на заищтиом резисторе отпирает нормально запертый транзистор Тд при достижении током

нагрузки некоторого значения, зависящего от положения движка переменного резистора R.

Открывшись, транзистор Тз практически разрывает основную цепь обратной связи (делитель R, R, транзистор Tj) и вводит в действие вторую цепь обратной связи (резистор R5, транзистор Т3), которая стабилизирует падение напряжения на резисторе R и, следовательно, ток нагрузки. Таким образом, при уменьшении сопротивления нагрузки стабилизатор превращается в источник тока. Причем отдаваемый им ток не превышает опасной для силового транзистора величины.

В аварийном режиме почти все напряжение источника гасится на транзисторе и он должен выдерживать его, не пробиваясь. В более совершенных схемах защиты в качестве последовательного резистора защиты используют симмет-

рирующий резистор одного из параллельных силовых транзисторов.

Рис. 10.22

Рис. 10.23

Промышленностью выпускается большое число различных стабилизаторов напряжения в виде микросхем, из которых некоторые представляют собой функционально законченные устройства - стабилизаторы напряжения на фиксированные значения выходного напряжения.

Помимо этого, выпускаются микросхемы, допускающие различные варианты включения. Так, микросхемы серии К142 типа К1ЕН421 и К1ЕН422 (рис. 10.23) могут быть включены как стабилизатор с регулируемым или устанавливаемым выходным напряжением. Для этого к ним подсоединяют внешний делитель напряжения цепи сравнения (резисторы /?1 и R). При ином включении внешних элементов данные микросхемы могут стать стабилизаторами тока. Если ток, требуемый от стабилизатора больше допустимого для транзистора Tj микросхемы, то на ее основе может быть сделан стабилизатор на повышенный ток. В этом случае подключают дополнительно внешний транзистор, повышающий мощность, который совместно с транзистором Т^ образует составной транзистор (рис. 10.24).

При выполнении микросхем серии 142 используют все рассмотренные ранее особенности усилителей, способствующие повышению качества стабилизатора.

Полевые транзисторы и Г являются простейшими стабилизаторами тока. Один из них служит для питания опорного стабилитрона Ди другой - нагрузкой усилителыюго транзистора Т^. Усил1ггель обратной связи является дифференциальным (транзисторы и Ту). На базу Т„ подается усиливаемое напряжение обратной связи, снимаемое с внешнего делителя Ri и R. На базу Т^ через эмиттерный повторитель Т5 подается соответствующая доля опорного напряжения. Диод Д, является термокомпенсирующим. Транзисторы Т^ и Гд можно 11Спользовать для построения схемы защиты стабилизатора и схемы включения и выключения по определенной программе, задаваемой командным устройством системы питания.

4 г, 7j

1 W

>

К

и

Рис. 10.24

Данные микросхем серии К142 достаточно хорошие. Они обеспечивают нестабильность по входному напряжению, равную нескольким долям процента на вольт, и нестабильность по току нагрузки, меньшую 1%. Ток нагрузки до 50 мА.

Вариант включения микросхемы в стабилизатор, отдающий в нагрузку ток, равный нескольким амперам, приведен на рис. 10.24. В этой схеме помимо повышения мощности осуществляется коррекция переходного процесса в стабилизаторе. Корректирующим элементом является конденсатор С^, включенный между входом и выходом усилителя.

Приведенный пример показывает возможность замены усилителя стабилизатора серийной микросхемой. При проектировании стабилизаторов напряжения усилители сигналов обратной связи не рассчитывают, а стремятся применить вместо них готовую микросхему. Поэтому представляет интерес решение следующей задачи: насколько изменятся показатели микросхемы стабилизатора при повышенииее мощности? Решение проведем так. Выделим из микросхемы мощный выходной транзистор (см. Т^ на рис. 10.23), а всю остальную часть будем рас-

сматривать как усилитель с соответствующими параметрами и Через параметры силового транзистора Т, микросхемы ее показатели как стабилизатора напряжения можно выразить на основании (10.51) и (10.52):

Сяь,х = (1 +AyW(l +Pi)/[/-6i+l/gai+l/g2y].

kax = kE\ + ki\ = кэ1/0вых + ё^кб1 (61 + Igiy).

(10.68)

Включив повышающий мощность транзистор Ту, превратим выделенный транзистор в составной с параметрами, определяемыми соотношениями (10.62). Подставив в (10.68) параметры составного транзистора Гу - Tl, получим формулы, определяющие показатели стабилизатора с повышенной мощностью:

М+(Лбу+1/,у) Овых1

Свых кэу /, , кбу бу{1+Ру)\

kE\y = kE\

пыху &кэ1 \ Якэу бу + 1 , , кэ1эу+кбу/( бу + 1/эу)

(10.69)

Gsbixi = (Гб! + l/gsi + /2у)/(1 +Рг) - выходная проводимость простейшего стабилизатора напряжения, построенного на выделенном из микросхемы транзисторе Т^. Этими соотношениями удобно пользоваться при расчете стабилизатора, выполненного в виде микросхемы.

§ 10.6. Переходные процессы в схемах стабилизаторов

Полученные показатели стабилизаторов определяют статику процессов стабилизации. При проектировании вторичных источников питания необходимо учитывать и динамику процесса стабилизации.

Наиболее ярко динамические свойства стабилизатора проявляются при изменении тока нагрузки. Связано это с тем, что подводимые к стабилизатору напряжения получаются в результате выпрямления первичного переменного напряжения. Каждый выпрямитель имеет на выходе достаточно инерционный фильтр. Поэтому даже при скачках гервичного напряжения снимаемые с фильтров напряжения меняются медленно и не вызывают интенсивных переходных процессов в стабилизаторе.

Выходной ток стабилизатора прн подключении и отключении нагрузки меняется практически скачком. Достаточно быстрые изменения тока происходят и в процессе работы стабилизатора, так как радиоустройства потребляют, как правило, быстро меняющийся ток. Эти быстрые изменения тока могут вызвать интенсивные переходные процессы в стабилизаторе, во время которых выходное напряжение будет колебаться со значительной амплитудой около среднего значения. Эф.})ект стабилизации будет потерян.