16.3.2. СХЕМА С РЕГУЛИРУЮЩИМ УСИЛИТЕЛЕМ

В описанных выше схемах выходное сопротивление стабилизатора определялось параметрами эмиттерного повторителя. Оно может быть еще больше снижено путем применения регулирующего усилителя, охваченного отрицательной обратной связью. Такие схемы уже были рассмотрены в разд. 12.1, где они назывались управляемыми источниками напряжения. Преимуществом такой схемы является то, что выходное напряжение может быть точно отрегулировано путем изменения соотношения сопротивлений; кроме того, это напряжение практически не зависит от напряжения выходного транзистора.

Схема стабилизатора с использованием регулирующего усилителя не имеет принципиальных отличий от источников напряжения, описанных в разд. 12.1, однако ток, отдаваемый в нагрузку операционным усилителем, может оказаться недостаточным. В этом случае необходимо включить дополнительный усилитель мощности, который охватывается общей обратной связью. Для такого усилителя в принципе можно использовать схему, описанную в гл. 15. Поскольку выходное напряжение источника питания бывает только либо положительным, либо отрицательным и не меняет знака, цепи усилителей можно упростить и ограничиться одним мощным транзистором или схемой Дарлингтона.

На рис. 16.7 показана схемная реализация стабилизатора для положительного выходного напряжения. Схема состоит из операционного усилителя, включенного по схеме неинвертирующего усилителя с отрицательной обратной связью понапряжению, выходной ток которого усиливается эмиттерным повторителем на транзисторе Питание операционного усилителя осуществляется не симметричными относительно земли напряжениями, как обычно, а однополярным положительным

Рис. 16.7. Стабилизация напряжения с помощью регулирующего усилителя. Выходное напряжение

напряжением. Это накладывает ограничение на допустимый диапазон входных и выходных сигналов, которые могут быть только положительными. Для схем источников питания такое ограничение не играет роли, поэтому от использования отрицательного напряжения питания операционного усилителя можно отказаться. Еще одно преимущество подобной схемы состоит в том, что положительное напряжение питания операционного усилителя можно удвоить, не опасаясь превысить его предельно допустимых параметров. Таким образом, стандартные операционные усилители можно использовать в схемах стабилизаторов с выходным напряжением почти до 30 В.

Наличие положительного потенциала для питания операционного усилителя тоже необязательно, если, как показано на рис. 16.7, использовать для этих целей входное нестабилизированное напряжение Колебания этого напряжения практически не влияют на стабильность выходного напряжения, так как дрейф выходного напряжения, вызываемый изменением напряжения питания, в операционных усилителях крайне мал.

Ограничение выходного тока

Интегральные операционные усилители имеют встроенные схемы ограничения выходного тока, поэтому ток базы транзистора в схеме на рис. 16.7 ограничен величиной По этой причине выходной ток стабилизатора также ограничен величиной где В является статическим коэффициентом усиления тока транзистора Поскольку величина этого коэффициента может иметь значительный разброс и растет с увеличением температуры, такой косвенный способ ограничения выходного тока является нежелательным.

Более удобным является использование в качестве регулирующего ток параметра величины фактического выходного тока стабилизатора. Для этого в схему, изображенную на рис. 16.8, включены резистор и транзистор Если падение напряжения на превысит величину, равную приближенно 0,6 В, транзистор откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора Как уже было показано на рис 15.13, величина выходного тока стабилизатора ограничена уровнем

При этом мощность, рассеиваемая на выходном транзисторе равна

В случае короткого замыкания эта мощность значительно превысит предельно допустимую мощность для транзистора так как при этом выходное напряжение упадет от номинальной величины до нуля. Чтобы снизить мощность, рассеиваемую в этом случае выходным транзистором,

Рис. 16.8. Модифицированная схема для ограничения выходного тока. Предельное значение выходного тока макс

Рис. 16.9. Выходная характеристика стабилизатора напряжения с триггерной токовой защитой.

одновременно с уменьшением выходного напряжения можно уменьшать уровень ограничения тока. При таком способе ограничения тока получается падающая выходная характеристика стабилизатора напряжения. Она изображена на рис. 16.9.

В случае значительного увеличения входного напряжения происходит быстрый рост мощности, рассеиваемой на выходном транзисторе. Это обусловлено тем, что соответственно возрастает разность напряжений которая входит в выражение для мощности (16.9). Защита выходного транзистора от перегрева в этом случае достигается тем, что уровень ограничения тока делают зависящим от разности напряжений . В схеме на рис. 16.8 для этой цели служат резистор К 5 и стабилитрон

Если разность напряжений остается меньшей, чем напряжение стабилизации стабилитрона через резистор ток не течет. В этом случае уровень ограничения тока остается равным

Рис. 16.10. Типовая схема интегрального регулятора напряжения.

Если же эта разность напряжений превысит величину то вследствие образования делителя напряжения на резисторах появляется положительное напряжение, приложенное к переходу база-эмиттер транзистора При этом транзистор будет открываться при соответственно меньших величинах падения напряжения на резисторе