Схеми на пасивних елементах та діодах (стр. 2 из 2)
1.Коєфіцієнт стабілізації
Кст=U2/U1*ΔU1/ΔU2 (1)
2.Вихідний опір
Rвих=U2хх/І2кз
В виразі (1) ΔU1 ,i ΔU2,- абсолютна нестабільність напруги на вході і виході СН.
U2хх-вихідна напруга у режимі холостого ходу(відключеного навантаження).
І2кз- вихідний струм СН при Rн=0.
Якість стабілізатора тим вища , чим більше коефіцієнт стабілізації і менший вихідний опір. СН напруги можуть можуть будуватися як з використанням діодів так і транзисторів, а також широко використовуються СН на мікросхемах (однак у них також використовується з’єднання діодних і транзисторних стабілізаторів).
Діодні стабілізатори напруги (ДСН) (мал.13)
Даний СН з використанням в якості регулюючого елемента кремнієвого стабілітрона , працюючого в режимі пробою , і включеного паралельно навантаженню.( Звідси назва даної схеми – стабілізатор паралельного типу.
Принцип стабілізації вихідної напруги заснований на використанні оберненої гілки ВАХ кремнієвих стабілітронів.(мал.14)
При досягненні напруги на діоді величини Uст , рівній напрузі лавиного пробою, вона стає практично постійною і мало змінюється при зміні (нестабільності) підведеної до діода напруги.
Коефіцієнт стабілізації ДСН з використанням кремнієвих стабілітронів досягає декількох тисяч , що допустимо в більшості випадків. Однак, порівняно високий вихідний опір Rвх≈τд і рівний опору стабілітрона в режимі пробою( 10-20 Ом), мала навантажувальна здатність ( Ін від одиниць до десятків міліампер) обмежує їх застосування в якості "самостійних" схем стабілізації. Незважаючи на це ДСН широко застосовуються в якості схем формування високо стабільної опорної напруги в більш складних схемах транзисторних СН.
Транзисторні СН (мал.15)
Схема одно каскадного ТСН представляє з себе емітерний повторювач , в цеп емітера якого включене навантаження Rн, а на базу замість змінного сигналу подано постійну опорну напругу від діода СН. Як видно з малюнку 5.15, напруга на виході ТСН буде визначатися величиною опорної напруги Uоп. (величину Uбе напруги на опорі відкритого переходу б-е можна не враховувати).
Використання ТСН дозволяє вирішити проблему забезпечення необхідного коефіцієнту стабілізації (у однокаскадного ТСН Кст досягає від декількох сотень до декількох тисяч) і потрібної навантажувальної здібності (вихідний струм ТСН визначається струмом емітера використовує мого транзистора). Однак, вихідний опір залишається достатньо високим і приблизно рівним опору емітерного переходу б-е:Rвх=r е і має порядок одиниць і десятків Ом.
Кардинально рішити проблему забезпечення вихідного опору СН близького до нуля вдається в схемах СН з використанням операційного підсилювача.(мал.16).
Дійсно, нехай ΔU- задана абсолютна нестабільність вихідної напруги U2 . Підсилена ОП величина ΔU , з його виходу у виді U=KoΔU подається на базу транзистора VT1 і викликає приріст його струму емітера на величину: ΔІе=КоΔU/rе .
Тоді вихідний опір СН рівний відношенню приростів вихідної напруги і струму буде визначатися виразом: Rвих=ΔU/ΔIе=ΔU*rе/Ко*ΔU=rе/Ko
Враховуючи що Ко має порядок до 106 -108 ,вихідний опір такого СН має порядок тисячних долей ома і менше.
Стабілізатори струму.(СТ) .СТ призначенні для підтримання незмінного вихідного струму І2 при змінні опору навантаження Rн і вхідної напруги U 1.(мал.17)
В більшості практичних схем роль стабілізуючого елемента виконують транзистори , хоча це не виключає застосування інших елементів(баретторів, стабісторів та ін.).
На малюнку 5.18 зображено типовий варіант стабілізатора з включеним навантаженням в цеп колектора.
Величина струму в навантаженні І2 при вибраному транзисторі і стабілітроні, та заданій напрузі джерела Ек визначається величинами резисторів Ro і Rе, і опором навантаження.
Принцип роботи СТ даного типу аналогічний принципу роботи схеми емітерної стабілізації струму колектора.
Нехай наприклад струм через напругу виріс на величину ΔІ ,це призведе до збільшення напруги URe ≈I2*Re(величиною струму бази можна знехтувати), а напруга на стабілітроні, працюючому в режимі пробою залишається незмінною. В результаті напруга на ділянці база-емітер VT1, рівна:Uбе=Ucт-URe зменшиться, а викликане її зменшення пропорціональне зменшенню струму колектора, автоматично призведе до зменшення струму I2 через навантаження. Приріст вихідного струму СТ протилежного знака, призведе до автоматичної зміни напруг і струмів, розглянутих вище, в протилежну сторону.
В аналогових інтегральних мікросхемах широке розповсюдження получив СТ, отримавший назву "струмове дзеркало" або "відбивач струму". (мал.19)
Відмінність даної схеми від раніше розглянутої (мал.18) складається в тому що замість стабілітрона в ній використовується транзистор VT1 в діодному включенні.
Розглянемо властивості схеми в припущенні ідентичності транзисторів VT1 і VT2 і рівності опорів R1 іR2.
З мал.19 слідує:
Uбе1+IеR1=Uбе2+Iе2R2
Нехтуючи для простоти струмом бази з урахуванням ідентичності транзисторів схеми отримуємо, що
Iе1=І1, а Iе2=І2, тобто І1=І2
Таким чином, в розглянутий схемі вихідний струм І2 повторює або "відображає" вхідний струм І1 ,звідси і назва схеми.
Якщо опори R1 I R2 вибрати неоднаковими , то неоднаковими будуть і струми емітерів. Тоді з урахуванням того, що Uбе1 і Uбе2 (напруга на відкритому переході БЕ) мало залежить від величини струму і залишаються рівними: . Uбе1=Uбе2, маємо:I2=I1*(R1/R2)
Тобто струм І2 "відбиває" вхідний струм І1 , як в збільшеному масштабі, так і в зменшеному масштабі