СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, ЗАЩИЩЕННЫЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК

Е. ДОДОНОВ, Радио №1/1967, ст.40

Защите от коротких замыканий и перегрузок транзисторных ста­билизаторов напряжения надо уделять большое внимание. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через мощные проходные тран­зисторы и нагрузку увеличивается. Если сопротивление нагрузки про­должает уменьшаться, то может на­ступить такой момент, когда мощ­ность, рассеиваемая на проходных транзисторах стабилизатора, достиг­нет предельно допустимого уровня. Тогда даже небольшое увеличение тока нагрузки выведет стабилизатор из строя

В настоящее время разработано много методов’ защиты стабилиза­торов напряжения от перегрузок, но все они требуют введения дополни­тельных устройств. Соблюдая опре­деленные условия при конструиро­вании стабилизаторов напряжения, можно; не применяя дополнительных узлов и деталей, добиться того, чтобы при перегрузках на выходе стабили­затор запирался. Это свойство ста­билизатора должно быть заложено в самом принципе его работы.

Работа стабилизатора, схема кото­рого показана на рис. 1, заключается в следующем. Напряжение обратной связи/ возникающее при сравнении выходного напряжения с эталон­ным, в противофазе подается через усилитель на выходной каскад. Та­ким образом стабилизатор охвачен глубокой отрицательной обратной связью. Можно добиться, чтобы при перегрузке обратная связь меняла знак (из отрицательной становилась положительной). При этом напря­жение на выходе будет стремиться не к заданному значению, соответствующему нормальной работе ста­билизатора, а к нулю. Тогда с умень­шением выходного напряжения будет пропорционально уменьшаться и ко­эффициент обратной связи. Такой стабилизатор подобно триггеру будет иметь два устойчивых состояния. Следовательно, он может находиться как в открытом, так и в закрытом состоянии. На рис. 2 показаны на­грузочные характеристики трех раз­ных стабилизаторов.

Характеристика стабилизатора без защиты от перегрузок показана пунк­тирной линией, с ограничением то­ка — тонкой сплошной линией и характеристика предлагаемого ста­билизатора — жирной линией.

Участок АВ совпадает у всех стабилизаторов. При токе нагрузки, превышающем уровень точки В, стабилизаторы ведут себя по-раз­ному. У первого начинает падать напряжение, но растет ток, у второго падает напряжение, а ток почти не меняется. Выходное напряжение рас­сматриваемого стабилизатора вслед­ствие изменения знака обратной свя­зи стремится к нулю.

Обратный ’процесс Перехода из закрытого состояния в открытое, про­исходит в момент включения входного напряжения Если в результате перегрузки выхода стабилизатор за­крылся, то нужно выключить и вновь включить вход стабилизатора. При нормальной нагрузке на выходе ста­билизатор возобновит работу.

На рис. 1 показана конкретная схема стабилизатора, о котором толь­ко что говорилось. Он состоит из каскада сравнения выходного на­пряжения с эталонным (Т₅); источ­ника эталонного напряжения (диод Д₂); трехкаскадного усилителя Т₃, Т₂) и выходного каскада (Т1). Чтобы стабилизатор работал по из­ложенному выше принципу, необхо­димо следующее. Каскад, в котором выходное напряжение сравнивается с эталонным (Т₅), и стабилитрон (Д₂) должны питаться только выходным напряжением стабилизатора. Ток вы­ходного каскада (Т1) должен изме­няться пропорционально току срав­нивающего! каскада (Т₅). Устойчивое состояние закрытого стабилизатора возникает в результате того, что транзистор выходного каскада (Т1) открывается при появлении выход­ного тока, отсутствующего, когда стабилизатор заперт. Чтобы стабили­затор перешел из закрытого состояния в рабочее, необходимо подать на выход стабилизатора начальное на­пряжение. Для этого служит кон­денсатор С₁.

В момент включения входного на­пряжения конденсатор заряжается током цепи базы транзистора Т₃. Импульс тока, возникший на кон­денсаторе и усиленный транзистором Т₂, на короткое время откроет ста­билизатор. Как только на выходе появится напряжение, через тран­зистор Т1 потечет ток, выходное на­пряжение будет стремиться увели­читься. С ростом выходного напря­жения будет расти напряжение и на стабилитроне Д₂., Как только ста­билитрон откроется, дальнейший рост выходного напряжения пре­кратится, так как даже незначитель­ный дальнейший рост напряжения вызовет запирание транзистора Т5. Конденсатор С₁ не только служит источником запускающего импульса, но и устраняет самовозбуждение стабилизатора. Диод Д₁ в цепи эмиттера транзистора Т₁ нужен для создания смещения на базе этого транзистора. Это гарантирует устой­чивость работы стабилизатора при малых, нагрузках на выходе.

Выходное напряжение можно регу­лировать подбором сопротивлений резисторов R₉ и R₁₀, которые в случае необходимости можно заме­нить потенциометрами. Предельное значение тока нагрузки, превышение которого вызовет запирание стабили­затора, можно изменять подбором сопротивления резистора R₈.