Рассмотрим СН параллельного типа с усилителем тока (рис. 4). R1 - балластный резистор в схеме стабилизатора. На вход транзистора VT подается разность двух напряжений - выходного и опорного, снимаемого со стабилитрона VD: Uбэ= Uн - Uст . Стабилитрон входит в состав параметрического СН, состоящего из VD и R2. При увеличении по какой либо причине выходного напряжения Uн увеличивается Uбэ, что приводит к возрастанию коллекторного тока транзистора. Суммарный ток через резистор R1 также возрастает и увеличивается падение напряжения на нем, а выходное напряжение, равное разности Uп - UR1, уменьшается. При уменьшении выходного напряжения происходят обратные процессы: Uбэ уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы и тока коллектора VT. Падение напряжения на R1 уменьшается и Uн возвращается к номинальной величине.
Рис. 5. Стабилизатор последовательного типа
Схема последовательного стабилизатора напряжения с эмиттерным повторителем приведена на рис. 5.
В подавляющем большинстве случаев в радиотехнических устройствах применяются последовательные СН, поскольку при прочих равных условиях параллельные СН имеют более низкий КПД, особенно при малых токах нагрузки. Мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором в таких стабилизаторах, прямо пропорциональна выходному напряжению. Кроме этого, потери мощности происходят и на балластном резисторе. Поэтому паралледьные СН находят ограниченное применение при низких, примерно до 5 вольт, выходных напряжениях и постоянной нагрузке. Только в таких условиях их использование окупается единственным достоинством, которое заключается в высокой стойкости этого типа стабилизаторов напряжения к перегрузкам по току вплоть до короткого замыкания нагрузки.
Требуемый ток стабилитрона устанавливается подбором резистора R1. Резистор R2 служит для обеспечения нормального режима работы транзистора VT при малых токах нагрузки. В цепь базы включен параметрический стабилизатор (VD, R1). Схема работает таким образом, что при изменении выходного напряжения меняется сопротивление участка эмиттер-коллектор Rэк транзистора. Пусть напряжение на нагрузке по какой-либо причине увеличилось, тогда напряжение между базой и эмиттером Uбэ=Uст-Uн уменьшится по величине. Ток базы и, следовательно, ток коллектора VT уменьшаются, а сопротивление Rэк увеличивается. Падение напряжения на участке эмиттер-коллектор возрастает настолько, чтобы выходное напряжение вернулось к номинальному значению.
По коэффициенту стабилизации стабилизаторы с эмиттерным повторителем мало отличаются от простейшего параметрического стабилизатора. Значительное повышение (в 5-10 раз) коэффициента стабилизации всех рассмотренных выше СН можно получить, обеспечив постоянство тока, протекающего через стабилитрон, при изменении входного напряжения стабилизатора. Для этой цели вместо балластного резистора (Rд на рис. 2 и R1 на рис. 5) нужно включить стабилизатор тока, собранный на биполярном транзисторе (рис. 6) [3]. Стабилизатор тока на схеме выделен пунктирной линией. Схема стабилизатора тока содержит параметрический стабилизатор (VD1, R2). Вместо стабилитрона VD1 можно поставить диод, включенный в прямом направлении по отношению к положительному полюсу источника питания.
Рис. 6. Стабилизатор тока на биполярном транзисторе
Рис. 7. Стабилизатор тока в последовательном СН
Стабилизация тока в данной схеме осуществляется благодаря малому углу наклона выходных характеристик транзистора (дифференциальное сопротивление участка эмиттер-коллектор rдиф=∆Uкэ/∆Iк велико) и наличию отрицательной обратной связи по току за счет резистора R1 в цепи эмиттера. Часть схемы последовательного стабилизатора напряжения (рис. 5), усовершенствованная таким образом, представлена на рис.7. В данном случае стабилизатор тока собран на транзисторе VT1 n-р-n-типа. Такое улучшение не только повышает коэффициент стабилизации, но и ограничивает ток коллектора, протекающий через регулирующий транзистор VT2 при перегрузке или коротком замыкании нагрузки. Ток базы VT2 при любом токе нагрузки не может превысить значения задаваемого стабилизатором тока. Следовательно, ток коллектора регулирующего транзистора будет ограничен на уровне Iк =Iст h21Э. Здесь h21Э - коэффициент передачи тока транзистора VT2.
Основной недостаток описанных выше схем СН - то, что они имеют фиксированное выходное напряжение, примерно равное напряжению стабилизации стабилитрона. Большие или меньшие величины Uн могут обеспечить стабилизаторы с усилителем сигнала обратной связи, которые принято называть компенсационными.
Рис. 4. Стабилизатор параллельного типа
Рис. 5. Стабилизатор последовательного типа
Рис. 6. Стабилизатор тока на биполярном транзисторе
Рис. 7. Стабилизатор тока в последовательном СН