Рис.1. Схема електрична принципова компенсаційного стабілізатора постійної напруги послідовного типу Компенсаційний стабілізатор напруги на транзисторах складається з регулюючого транзистора VT3, джерела опорної напруги на кремнієвому стабілітроні VD1, підсилюючого транзистора VT2, який виконує також функцію порівняння і вихідного подільника напруги на резисторах R6, R7, R8. Резистор R2 забезпечує необхідне значення струму, який протікає через стабілітрон VD1. Частина вихідної напруги знімається з резистора R6 і подається на базу транзистора VT2 і порівнюється з опорною напругою, яка визначається напругою стабілізації стабілітрона VD1. При збільшенні напруги на виході стабілізатора, напруга на базі транзистора VT2 зростає, що приводить до збільшення струму бази і відповідно струму колектора транзистора VT2. При зростанні колекторного струму VT2 збільшується спад напруги на резисторі R1, а потенціал колектора VT2 і бази VT3 зменшується, що приводить до запирання транзистора VT3. Його опір зростає, а напруга на виході стабілізатора зменшується. Аналогічно працює схема при зменшенні вихідної напруги і автоматично підтримує, з певною похибкою, вихідну напругу на заданому рівні. Якщо стабілізатор розрахований на невеликий струм (0,1 ... 0,3 А), то регулюючий транзистор вибирається з великим коефіцієнтом підсилення за струмом (? > 100) необхідність в транзисторі VT1 відпадає і база VT3 безпосередньо з’єднується з колектором VT2. при більших струмах використання додаткового транзистора VT1 стає необхідним. Схема захисту стабілізатора від короткого замикання на виході cкладається з транзистора VT4, резистора захисту R5 і подільника напруги R3 і R4. Спад напруги на резисторі захисту R5, який створюється струмом навантаження, прикладається до бази транзистора VT4 і є для цього транзистора від відкриваючий. Одночасно при допомозі подільника R3 і R4 на емітер транзистора VT4 подається напруга зміщення, яка підтримує транзистор VT4 в закритому стані. При досягненні струмом навантаження значення, при якому повинен спрацювати захист, спад напруги на R5 зростає і стає рівним напрузі відкривання VT4. Транзистор VT4 відкривається, напруга на його колекторі понижається, що приводить до закривання транзистора VT1 і VT3 При зменшенні струму навантаження транзистор VT4 закривається і стабілізатор працює в звичайному режимі. Розрахунок починаємо з визначення мінімальної напруги на вході стабілізатора
де Uке.min ( мінімальна напруга між емітером і колектором регулюючого транзистора. Для кремнієвого транзистора Uке.min=(4 ... 7) В; (Uвих ( відхилення напруги на виході стабілізатора від номінальної, (Uвих = 0,1·Uном. Номінальне і максимальне значення напруги на вході стабілізатора з врахуванням відхилення вхідної напруги (н буде дорівнювати
Визначаємо максимальний спад напруги на колекторі регулюючого транзистора VT3
Знаходимо максимальну потужність, яка розсіюються на колекторі регулюючого транзистора . При виборі регулюючого транзистора керуємося такими вимогами
Вибираємо тип регулюючого транзистора з відповідними електричними параметрами: (; Uке.доп; Iк.доп; Pк.доп. Визначаємо струм бази регулюючого транзистора
Якщо Іб3 > 10 мА, використовуємо додатковий транзистор VT1. Максимальна потужність, розсіювана додатковим транзистором . Вибираємо тип додаткового транзистора з відповідними електричними параметрами: (; Uке.доп; Iк.доп; Pк.доп. Визначаємо струм бази додаткового транзистора
Приймаємо значення струму колектора підсилювального транзистора VT2 з умови
Приймаємо значення Iк2. Якщо цей струм дуже малий (при наявності VT1), то вибирається Iк2 = (0,5 ... 2) мА. Вибираємо тип підсилюючого транзистора VT2 для якого відомі електричні параметри: Ік.max ; Uке.доп ; ( ; Pк.доп; f(. Знаходимо значення струму бази транзистора VT2 в режимі спокою
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, який повинен мати номінальну напругу стабілізації
Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона, для якого відомі електричні параметри: Ucт; Іст.min; Іст.max; rд. Знаходимо коефіцієнт ділення подільника напруги на резисторах R6, R7, R8 . Вибираємо струм подільника Іп1 = (1 ... 2) мА і знаходимо значення сумарного опору подільника
Оскільки вихідна напруга стабілізатора повинна регулюватися в границях (10%, а напруга стабілізації стабілітрона може також змінюватися в границях від Uст.min до Uст/max, то визначаємо опір нижнього плеча подільника для крайніх значень Uст і Uвих
Визначаємо значення опорів подільника
Опір резистора R2 розраховуємо з умови забезпечення протікання через стабілітрон додаткового струму
Задаємося значенням напруги додаткового джерела живлення підсилювального каскаду на транзисторі VT2 рівною E0 >Uвхmax і розраховуємо значення резистора R1
Визначаємо коефіцієнт підсилення за напругою підсилювального каскаду на транзисторі VT2
де S2=(Iк2/(Uбе2 ( крутизна характеристики транзистора VT2. Для малопотужних транзисторів значення крутизни дорівнює А/В. Знаходимо значення коефіцієнта стабілізації стабілізатора
Напруга E0 може бути вибрана рівною Uвх.min якщо розрахований Кст більший від заданого. При цьому спрощується принципова схема стабілізатора, так як відпадає необхідність у додатковому джерелі напруги. Задаємося максимально-допустимим значенням потужності, яка може розсіюватися на колекторі регулюючого транзистора VT1 в режимі перенавантаження і знаходимо значення опору захисту R5
де Uбе4 ( напруга відкривання транзистора захисту VT4. Для кремнієвих транзисторів Uбе3=0,6В. Встановлюємо максимальний струм спрацювання схеми захисту ІЗmax=(2 ... 3)Іном і визначаємо напругу зміщення транзистора VT4
Задаємося значенням струму подільника напруги на резисторах R3 і R4: Iп2 =(1 ... 2)мА і знаходимо значення резисторів цього подільника
Коефіцієнт корисної дії стабілізатора знаходимо використовуючи наступний вираз [ 1 ] , де ( . Задаємося напругою пульсацій на виході стабілізатора Uп (одиниці В). Напруга на виході випрямляча під навантаженням . Якщо в схемі використано мостовий випрямляч, то номінальна потужність трансформатора , де А = 1,2 ? коефіцієнт форми струму; UD ? спад напруги на одному діоді мостового випрямляча. Для кремнієвих діодів можна прийняти UD = 1 В. Внутрішній опір трансформатора , де В ? коефіцієнт втрат в трансформаторі, який залежить від його номінальної потужності (табл. 1). Табл. 1 Номінальна потужність, Вт В
