Данный стабилизатор имеет высокий коэффициент стабилизации, малое время установления выходного напряжения при скачкообразных изменениях тока нагрузки, а также сохраняет работоспособность при малой разнице входного и выходного напряжений.
Устройство состоит из двух стабилизаторов — последовательного и параллельного. Параллельный стабилизатор (VD1, R1 и эмиттерный переход транзистора VT3) подключен к выходу устройства. Следует только отметить, что основной недостаток параллельного стабилизатора (низкий КПД) устранен тем, что его ток мал и фиксирован при любом токе нагрузки. Принципиальная схема стабилизатора приведена на рис.1.
Рис.1.
Выходное напряжение Uвых = Uст + Uбэ, где Uст, Uбэ соответственно падения напряжений на стабилитроне VD1 и эмиттерном переходе транзистора VT3. Ток через стабилитрон VD1 равен Iст = Uбэ/R1. В связи с этим выходное напряжение можно незначительно (на 0,1... 0,2В) регулировать подбором резистора R1. При увеличении сопротивления резистора R1 ток, протекающий через стабилитрон, уменьшается и соответственно уменьшается падение напряжения на нем и выходное напряжение.
Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. Ток коллектора транзистора VT3 фиксирован источником тока на транзисторе VT4 (ток затвора транзистора VT1 практически отсутствует). Следовательно, напряжение Uбэ транзистора VT3 также фиксировано. При изменении тока нагрузки изменяются напряжение на коллекторе транзистора VT3 и ток стока транзистора VT1. Таким образом, выходное напряжение поддерживается постоянным, поскольку ток через стабилитрон не изменяется.
Так как выходное сопротивление полевого транзистора велико, петлевое усиление стабилизатора также велико. Оно пропорционально входному сопротивлению регулирующего элемента и обратно пропорционально дифференциальному сопротивлению эмиттерного перехода транзистора VT3. Кроме того, при использовании в регулирующем элементе полевого транзистора весьма мал коэффициент прямой передачи входного возмущения. Поэтому в стабилизаторе удается получить коэффициент стабилизации более 5000 при токе нагрузки до 0,5 А.
Минимальное падение напряжения на регулирующем элементе равно 1,2В, а максимальный ток нагрузки определяется начальным током стока транзистора VT1, статическим коэффициентом передачи тока базы транзистора VT2 и может достигать 0,5...0,8 А. Этим же пределом ограничен и ток замыкания цепи нагрузки, так как в этом случае полевой транзистор переходит в режим стабилизации тока. Так как выходное напряжение стабилизатора равно нулю (в режиме замыкания), напряжение на затворе транзистора VT1 также равно нулю.
В этом случае ток стока транзистора VT1 будет несколько меньше начального, что и ограничивает ток замыкания. В стабилизаторе можно использовать традиционные цепи защиты от перегрузки по току. Следует лишь отметить, что в случае перегрузки стабилизатора надежно закрыть регулирующий элемент можно, только воздействуя на транзистор VT2.
При скачкообразных изменениях тока нагрузки (такой режим характерен для цифровых и микропроцессорных устройств) в любом стабилизаторе возникает переходный процесс, обусловленный наличием емкости нагрузки и инерционностью петли обратной связи. Например, при резком увеличении тока нагрузки происходит “провал” выходного напряжения, который компенсируется за счет открывания регулирующего элемента (в последовательном стабилизаторе).
В случае же скачкообразного уменьшения тока емкость нагрузки продолжает заряжать остаточный ток регулирующего элемента, вследствие чего образуется “выброс” выходного напряжения. После закрывания регулирующего элемента конденсатор на выходе стабилизатора начинает относительно медленно разряжаться через делитель напряжения обратной связи. Возникает переходный процесс, длительность которого в десятки и сотни раз может превышать время установления выходного напряжения при скачкообразном увеличении тока нагрузки [1].
В описываемом стабилизаторе даже при закрытом регулирующем элементе выходное сопротивление определяется не высокоомным делителем напряжения обратной связи, а малым дифференциальным сопротивлением стабилитрона VD1 и эмиттерного перехода транзистора VT3, включенными последовательно.
То есть параллельный стабилизатор в данном устройстве выполняет функции источника образцового напряжения, делителя напряжения обратной связи и устройства подавления выбросов выходного напряжения. Длительность переходного процесса сокращается в десятки раз по сравнению со стабилизаторами, у которых образцовое напряжение формируется традиционно (например [2]), а выброс напряжения незначителен и мало зависит от быстродействия петли обратной связи.
Стабилизатор может работать с выходным фиксированным напряжением до 20...30В, необходимо лишь подобрать стабилитрон VD1. Устройство некритично к выбору транзисторов, необходимо только отметить, что транзистор VT1 следует выбирать с максимально возможным начальным током стока и напряжением отсечки Uотс < Uвых. Транзистор VT4 может быть любым из указанной серии, при условии, что его начальный ток стока находится на уровне 0,5...1 мА.
Устойчивость в работе стабилизатора обеспечивают конденсаторы С1 и С2. При замене конденсатора С2 на другой, емкостью до 20 мкФ, конденсатор С1 можно исключить.
Настройка
Правильно собранный стабилизатор начинает работать сразу, и налаживание его заключается лишь в подборе сопротивления резистора R1 для установки выходного напряжения с нужной точностью.
Е. Старченко
