Функциональная схема транзисторного стабилизатора (рис. 93) состоит из управляющего элемента УЭ, усилителя постоянного тока УПТ и исполнительного элемента ИЭ. Управляющий элемент УЭ включается параллельно нагрузке и имеет схему сравнения. Здесь сравниваются напряжение
а — коэффициент деления выходного напряжения) с опорным (эталонным) напряжением Uэт. Напряжение на выходе управляющего элемента равно разности этих напряжений, т. е.
Усилитель постоянного тока УПТ предназначен для повышения чувствительности стабилизатора. Он усиливает разностное напряжение, которое воздействует на Исполнительный элемент схемы ИЭ. В результате изменяется сопротивление исполнительного элемента, включенное последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. Сопротивление исполнительного элемента автоматически увеличивается с возрастанием входного напряжения или сопротивления и уменьшается при снижении входного напряжения или уменьшении сопротивления нагрузки Rн. Благодаря этому поддерживается Практически постоянным выходное напряжение стабилизатора как при колебании входного напряжения, так и при изменении тока нагрузки.
В простейшем транзисторном стабилизаторе напряжения (рис. 94, а) в качестве управляющего элемента используется мост, состоящий из резисторов R1, R2, R3 и кремниевого стабилитрона Д. К диагонали моста аб приложено выходное напряжение стабилизатора UВЫХ, а к диагонали вг присоединен участок эмиттер — база транзистора Т2. Транзистор Т2 выполняет роль усилителя постоянного тока, а транзистор Т1 — исполнительного элемента стабилизатора. Сопротивление участка эмиттер — коллектор исполнительного транзистора Т1 включено последовательно в цепь нагрузки RH.
Рис. 93. Функциональная схема транзисторного стабилизатора напряжения
Резистор R4 включен в цепь коллектора транзистора Т2. Поэтому с изменением тока коллектора транзистора Т2 будут изменяться падение напряжения на резисторе R4 и потенциал базы транзистора Т1 относительно его коллектора и эмиттера.
Напряжение между точками в и г моста управляющего элемента
Рассмотрим процесс стабилизации при уменьшении входного напряжения UВХ. Выходное напряжение UВЫХ стабилизатора при этом сначала снизится. В результате уменьшатся падение напряжения
и напряжение U2 на участке эмиттер — база транзистора Т2.
Уменьшение напряжения Uвг снизит ток в цепи коллектора транзистора Т2, в результате чего уменьшаются падение напряжения на резисторе R4 и потенциал базы исполнительного транзистора Т1 относительно коллектора. Разность потенциалов между эмиттером и базой транзистора Т1 увеличивается. В результате уменьшится сопротивление участка эмиттер—коллектор этого транзистора, а напряжение на нагрузке Rн восстановится примерно до номинального значения.
С увеличением входного напряжения UΒΧ напряжение Uвых, ток коллектора транзистора Т2 и падение напряжения на резисторе R4 увеличатся, а напряжение между эмиттером и базой транзистора Т1 уменьшится. В результате сопротивление участка эмиттер—коллектор транзистора Т1 увеличится, а напряжение на нагрузке уменьшится, приближаясь к своему номинальному значению.
Рис. 94. Схема транзисторных стабилизаторов напряжения
Аналогичным образом стабилизируется выходное напряжение с изменением сопротивления нагрузки Uн.
Транзисторные стабилизаторы напряжения, выполненные по рассматриваемой схеме, имеют невысокую точность стабилизации напряжения и малую выходную мощность.
Усовершенствованная схема транзисторного стабилизатора напряжения (рис. 94, б) от рассмотренной выше схемы отличается следующим. Для повышения стабильности эталонного напряжения UЭТ последовательно с кремниевым стабилитроном Д1 включен германиевый диод ГД. При этом положительный температурный коэффициент напряжения кремниевого стабилитрона компенсируется отрицательным температурным коэффициентом германиевого диода.
Усилитель постоянного тока имеет два каскада (транзисторы Т4 и Т3). Благодаря этому увеличивается коэффициент усиления усилителя, повышается чувствительность стабилизатора напряжения. Усилитель постоянного тока получает повышенное стабилизированное напряжение от дополнительного источника напряжения Uдоб. Стабилизированное напряжение возникает на кремниевом стабилитроне Д2, в цепь которого включено ограничительное сопротивление RO. Такое питание улучшает работу усилителя постоянного тока и качество стабилизации напряжения.
Для повышения мощности исполнительный элемент схемы составлен из двух параллельно включенных транзисторов Т1 и Т2. Резисторы R5 и R6 включены в цепи эмиттеров для равномерного распределения токов между этими транзисторами. Базы транзисторов Т1 и Т2 соединяются с эмиттером транзистора Т3.