Stabilizatory kompensacyjne

Zasada działania stabilizatorów kompensacyjnych polega na zmianie rezystancji statycznej regulatora, który sterowany jest różnicą napięć ”Є” (tzw. sygnałem błędu),

uzyskiwaną na drodze ciągłego porównywania wartości napięcia (lub jego części) wyjściowego U_o z wartością napięcia źródła odniesienia.

Stabilizatory kompensacyjne mogą pracować w układzie szeregowym oraz równoległym. Decyduje o tym sposób włączenia regulatora, szeregowo z obciążeniem lub równolegle do obciążenia.

W przypadku stabilizatora szeregowego działanie jego jest następujące. Z chwilą, załóżmy, zmniejszenia się wartości napięcia wyjściowego U_o, maleje proporcjonalnie spadek napięcia na rezystorze R₃, a więc maleje potencjał wejścia odwracającego wzmacniacza. Ponieważ potencjał wejścia nieodwracającego jest stały (źródło odniesienia), zwiększa się, zatem sygnał błędu Є, który wzmocniony przez wzmacniacz powoduje wzrost potencjału na jego wyjściu i zmniejszenie rezystancji statycznej tranzystora T (dzięki lepszemu wysterowaniu). W konsekwencji zwiększa się prąd i_o i napięcie U_o utrzymuje się na stałym poziomie. Jak widać mamy tu do czynienia ze zjawiskiem ujemnego sprzężenia zwrotnego, które jest podstawą działania stabilizatora.

Przyjmując, że sygnał błędu jest bliski zeru (Є→0) otrzymamy

Stąd zależność ma wartość napięcia wyjściowego

Identyczną zależność otrzymamy dla układu równoległego.

W przypadku stabilizatora równoległego działanie układu jest następujące. Zmniejszenie wartości R_o zwiększa prąd i napięcie wyjściowe ma tendencje do spadku. Z chwilą zmniejszenia się napięcia U_o maleje potencjał wejścia nieodwracającego wzmacniacza, a więc maleje również A-krotnie (A-wzmocnienie wzmacniacza) potencjał wyjścia wzmacniacza. Rośnie rezystancja statyczna regulatora, maleje wartość prądu i_t płynącego przez tranzystor, a zatem maleje również wartość prądu płynącego przez szeregowy rezystor R_s(i_o+i_t). Spadek napięcia na rezystorze R_s maleje, co powoduje zwiększenie się napięcia wyjściowego. W konsekwencji tych zmian napięcie U_o utrzymuje się na stałym poziomie. Stabilizatory równoległe stosuje się rzadko i najczęściej przy stałych poborach prądu obciążenia. Zasadniczą ich wadą jest niska sprawność rzędu 30÷40%. Zaletą natomiast jest to, że są odporne na zwarcia.

Prąd zwarcia w takim układzie wynosi i_ozw= U_we/R_{s ;}

a maksymalny prąd obciążenia dla zakresu stabilizacji wynosi i_{o max}=( U_we-U_o)/R_s .

Jeśli nie jest wymagana wysoka jakość stabilizacji często rezygnuje się w ogóle z zastosowania wzmacniacza w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, a napięcie wzorcowe doprowadza się do bazy tranzystora sterującego. Układ taki przedstawiony jest poniżej. Jest to układ wtórnika emiterowego, którego obciążenie stanowi rezystancja obciążenia R_o. Układ ten ma zaletę, że przez diodę Zenera nie płynie nigdy całkowity prąd wyjściowy, lecz zmniejszony 1/β razy (jest to prąd bazy tranzystora T). Dzięki temu osiąga się większe rezystancje R₁, a zatem lepsze wartości współczynników stabilizacji. Rezystancja wewnętrzna omawianego stabilizatora określona jest przez własności wtórnika emiterowego i wynosi

R_w ≈ r_BE/β .

Natomiast wartość napięcia wyjściowego jest napięciem diody Zenera pomniejszonym o spadek napięcia na złączu baza-emiter tranzystora T

U_o=U_z-0,7 V.

Omawiany układ jest prostym stabilizatorem parametrycznym szeregowym, w którym napięcie wyjściowe jest nie regulowane. W przypadku gdy zachodzi potrzeba takiej regulacji stosuje się układ z możliwością regulacji (b), w którym do bazy tranzystora T doprowadza się część napięcia diody Zenera z równolegle dołączonego potencjometru. Należy jednak pamiętać, że w tym układzie parametry stabilizatora pogarszają się w miarę zmniejszania napięcia wyjściowego. Wynika to z faktu, że przy dolnych położeniach suwaka, tranzystor nie jest sterowany bezpośrednio z diody Zenera (małe r_z), lecz prąd bazy przepływa przez część rezystancji potencjometru, co zwiększa rezystancję źródła sterującego pracą tranzystora T. W układach stabilizatorów kompensacyjnych wyższej jakości stosuje się zawsze wzmacniacz prądu stałego, którego wartość wzmocnienia wpływa w sposób decydujący na wartości współczynników stabilizacji. Najczęściej stosowane są następujące rozwiązania:

- stabilizatory z prostymi wzmacniaczami tranzystorowymi

- stabilizatory z tranzystorowymi wzmacniaczami różnicowymi

- stabilizatory ze wzmacniaczami operacyjnymi

POWRÓT