10.11. Стабилизаторы напряжения

Выходное напряжение блока питания может изменяться по двум причинам. Во-первых, может изменяться входное напряжение блока питания, что приводит к увеличению или уменьшению выходного напряжения. Во-вторых, может изменяться сопротивление нагрузки, что приводит к изменению потребляемого тока.

Многие электрические цепи рассчитаны на работу при определенном напряжении. Изменения напряжения могут влиять на работу цепи. Следовательно, блок питания должен обеспечивать выходное напряжение постоянной величины, независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Для того, чтобы этого добиться, после сглаживающего фильтра ставят стабилизатор напряжения.

Существует два основных типа стабилизаторов напряжения: параллельные и последовательные. Их названия определяются методом их соединения с нагрузкой. Параллельный стабилизатор подключается к нагрузке параллельно. Последовательный стабилизатор подсоединяется к нагрузке последовательно. Последовательные стабилизаторы более популярны, чем параллельные, так как они более эффективны и рассеивают меньшую мощность. Последовательный стабилизатор также работает в качестве управляющего устройства, защищая источник питания от короткого замыкания в нагрузке.

Рис. 10. 23

На рис. 10. 23 показана регулирующая цепь на основе стабилитрона. Это параллельный стабилизатор. Цепь, обеспечивает постоянное выходное напряжение при изменениях входного напряжения. Любое изменение напряжения проявляется в виде изменения падения напряжения на резисторе.

Рис. 10. 24

На рис. 10. 24 изображена параллельная регулирующая цепь, использующая транзистор. Заметим, что транзистор VT₁ включен параллельно нагрузке. Это защищает стабилизатор в случае короткого замыкания в нагрузке. Существуют более сложные параллельные стабилизаторы, которые используют более одного транзистора.

Для иллюстрации принципа работы последовательного стабилизатора рассмотрим переменный резистор, включенный последовательно с нагрузкой (рис. 7. 27). Для поддержания постоянного напряжения на нагрузке сопротивление R2 можно изменять. При увеличении входного напряжения сопротивление R2 увеличивают, чтобы на нем падало излишнее напряжение, и напряжение на нагрузке оставалось постоянным.

Рис. 10. 25

С помощью резистора R₂ можно также компенсировать изменения тока нагрузки. При увеличении тока нагрузки падение напряжения на переменном резисторе увеличивается. Это приводит к уменьшению падения напряжения на нагрузке. Если в момент увеличения тока уменьшить сопротивление, то падение напряжения на переменном резисторе останется постоянным. В результате постоянным окажется и выходное напряжение, несмотря на изменения тока нагрузки. На практике переменный резистор заменяют транзистором.

На рис. 10. 26 изображен простой последовательный стабилизатор. На его вход подается нестабилизированное постоянное напряжение, а на его выходе получается стабилизированное постоянное напряжение меньшее по величине. Транзистор включен как эмиттерный повторитель, и поэтому здесь отсутствует обращение фазы между базой и эмиттером.

Рис. 10. 26

Напряжение на эмиттере повторяет напряжение на базе. Нагрузка подключена между эмиттером транзистора и землей. Напряжение на базе транзистора устанавливается с помощью стабилитрона. Следовательно, выходное напряжение равно напряжению стабилизации стабилитрона минус 0, 7 В падения напряжения на переходе база-эмиттер.

Когда входное напряжение на транзисторе увеличивается, выходное напряжение также увеличивается. Напряжение на базе транзистора устанавливается с помощью стабилитрона.

Более популярным типом последовательных стабилизаторов является стабилизатор с обратной связью. Такой стабилизатор содержит цепь обратной связи, контролирующую выходное напряжение.

На рис. 10. 26 изображена схема стабилизатора напряжения с обратной связью. Серьезным недостатком последовательного стабилизатора является то, что транзистор включен последовательно с нагрузкой. Короткое замыкание в нагрузке приведет к большому току через транзистор, что может вывести его из строя. Необходима цепь, поддерживающая ток, проходящий через транзистор на безопасном уровне.

Рис. 10. 27

В последние годы вместо стабилизаторов на дискретных компонентах все чаще используют стабилизаторы на интегральных микросхемах.

Современные стабилизаторы на интегральных микросхемах дешевы и просты в применении. Большинство стабилизаторов на интегральных микросхемах имеют только три вывода (вход, выход и земля) и могут быть подсоединены непосредственно к выходу фильтра выпрямителя. Стабилизаторы на интегральных микросхемах обеспечивают широкий диапазон выходных напряжений как положительной, так и отрицательной полярности. Существуют также двухполярные стабилизаторы напряжения. Если стабилизатора с нужным напряжением нет среди стандартных микросхем, то можно использовать микросхему стабилизатора с регулируемым напряжением.

При выборе микросхемы стабилизатора необходимо знать напряжение и ток нагрузки, а также электрические характеристики нестабилизированного блока питания.