В компенсационных стабилизаторах напряжения (КСН) в качестве регулирующего элемента используются транзисторы, что позволяет значительно увеличить выходной ток и коэффициент стабилизации стабилизатора. По отношению к нагрузке регулирующий транзистор включается последовательно или параллельно. Соответственно, КСН разделяют на стабилизаторы последовательного и параллельного типа. Схемы КСН последовательного типа различаются схемами управления регулирующим транзистором, и в зависимости от структурной схемы КСН делятся на КСН без усилителя ошибки и КСН с усилителем ошибки.
КСН без усилителя ошибки фактически является эмиттерным повторителем (схема с общим коллектором), на базу транзистора которого подается опорное напряжение (рис. 1.1 а).
На практике обычно в качестве источника опорного напряжения используется параметрический стабилизатор напряжения (см. рис. 1.1).
Работа схемы КСН описывается двумя уравнениями:
Uвх=UКЭ+Uн, (1)
Uоп=UБЭ+Uн. (2)
При увеличении входного напряжения и напряжение на нагрузке также увеличивается, но поскольку Uоп=сonst, то это приводит к уменьшение напряжения UБЭ, что в свою очередь приводит к увеличению напряжения UКЭ, так что напряжение на нагрузке увеличивается незначительно, почти весь прирост входного напряжения воспринимает на себя регулирующий транзистор VT1. Режим работы регулирующего транзистора при постоянном сопротивлении нагрузки Rн (Iн = сonst) приведен на рис. 1.2.
Рисунок 1.2 – Режим работы стабилизатора
Режим работы транзистора выбирается так, чтобы при минимальном значении входного напряжения Uвхmin рабочая точка b транзистора находилась вблизи линии насыщения. При номинальном значении входного напряжения рабочая точка транзистора определяется координатами Iн, UКЄном (точка а на рис. 1.2). Выбор транзистора по мощности и обеспечения теплового режима регулирующего транзистора осуществляется по рабочей точкой при максимальном значении входного напряжения Uвхmах (точка с на рис. 1.2).
При изменении тока нагрузки величина тока через транзистор меняется, рабочая точка транзистора не должна переходить в область насыщения, поэтому величина UКЭmin выбирается по максимальному току нагрузки.
КСН по схеме на рис. 1.1 б можно рассматривать как параметрический стабилизатор напряжения с усилителем тока. Коэффициент стабилизации при изменении входного напряжения равен коэффициенту стабилизации параметрического стабилизатора:
. (3)
Выходное сопротивление стабилизатора, который определяет коэффициент стабилизации при изменении тока нагрузки, определяется как
, . (4)
Для схем, работающих с большими токами применяют составной транзистор (Дарлингтона или Шиклаи) – объединение двух или более биполярных транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току (βсост равен произведению коэффициентов усиления по току каждого транзистора). Составной транзистор имеет три вывода (база, эмиттер и коллектор), которые эквивалентны выводам обычного одиночного транзистора (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 – Соединение транзисторов по схеме Шиклаи
Сопротивление R1 выбирается из условия:
, (5)
где UБЭз – напряжение на переходе база-эмиттер закрытого транзистора VT1 (0,1 В);
IКБ0 – обратный ток коллектора при отключенном эмиттере транзистора.
Балластное сопротивление параметрического стабилизатора напряжения рассчитывается по формуле:
, (6)
где IСТmin – минимальный ток стабилитрона;
IБmin – минимальный ток базы транзистора,
, (7)
где βmin – минимальный коэффициент усиления по току.
Напряжение стабилизации стабилитрона VD1 выбирается из условия:
UСТ=Uн+UБЭ, (8)
и обычно на (0,7 ÷ 1) В больше напряжения на нагрузке.
К.п.д. последовательного КСН без усиления составляет (60÷75)%, поэтому эта схема получила широкое применение для питания нагрузок, которые допускают изменение напряжения питания порядка единиц процентов, в широком диапазоне изменения тока нагрузки.
а)
б)
. (3)
, 
. (4)
, (5)
, (6)
, (7)