ТРАНЗИСТОРНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА 150 вольт

А. Дружинин, Радио №7/1965, ст. 52

Стабилизированный источник пи­тания, схема которого показана на рис. 1, представляет собой стабилизатор компенсационного ти­па с регулирующими транзистора­ми Т1 — Т₄, однокаскадным уси­лителем постоянного тока Т₅, T₆ и источником опорного напряже­ния Л₃. При изменении напряжения сети в пределах 200—245 в и тока нагрузки 0—200 ма выходное напря­жение изменяется менее, чем на 0,1 в. Двойная амплитуда пульсации не превышает 10 мв. Напряжение, вы­прямленное мостовым выпрямителем^— Д2—Д5 через сопротивление R₄ и два последовательно соединенных со­ставных транзистора T1, Т₂ и T₃, T4 поступает на сопротивление на­грузки стабилизатора R_н, а также делитель R₁₄ — R₁₆ Этот делитель вместе с транзистором Т₅ и стабили­троном Л₃ образует схему сравнения. Часть выходного напряжения стаби­лизатора, снимаемая с сопротивле­ний R₁₅, R₁₆, сравнивается с опор­ным напряжением на стабилитроне Л₃. Разность этих напряжений в отрицательной полярности прило­жена к переходу база—эмиттер тран­зистора Т₅ и определяет величину тока цепи базы, а в конечном счете и величину сопротивления регули­рующих транзисторов Т₁ — T₄.

Процесс стабилизации происходит следующим образом. При увеличении выпрямленного напряжения вслед­ствие повышения напряжения пита­ющей сети или уменьшения тока на­грузки напряжение на выходе стаби­лизатора также стремится увели­читься. Однако при этом происходит увеличение напряжения, подводи­мого к базе транзистора T₅ с дели­теля R₁₄ — R₁₆, что вызывает возра­стание тока цепи базы, а следова­тельно, и тока цепи коллектора T₅. Сопротивление коллекторно-эмитерного перехода T5 и напряжение на нем уменьшаются. Вследствие этого увеличиваются базовый и коллек­торный токи транзистора T6.

Коллекторная цепь Т₆ и цепь базы T₄ питаются от выпрямителя на дио­де Д₁ через общее сопротивление R₁₃, поэтому увеличение тока цепи кол­лектора T6 вызывает уменьшение то­ка цепи базы транзистора T₄. Со­противление составного транзистора Т₃, Т4 возрастает, падение напряже­ния на сопротивлениях коллекторно- эмиттерных переходов увеличивается. Одновременно растет падение напря­жения на втором составном транзи­сторе T1, T₂ Поскольку R₅ = R₆, напряжение между обоими состав­ными транзисторами распределяется равномерно. Таким образом, увели­чение выпрямленного напряжения на входе стабилизатора компенсируется возрастанием падения напряжения на регулирующих транзисторах T1—T₄ и напряжение на выходе стабилизатора практически не изменяется. При уменьшении входного напряжения либо увеличении тока нагрузки про­исходит обратный процесс.

Транзисторы стабилизатора за­щищены от перенапряжений, воз­никающих во время переходных про­цессов при включении стабилизатора, резких колебаниях нагрузки и пр. Для этой цели служат лампы Л₁, Л₂, сопротивление R₃, полупроводнико­вый диод Д₆. Благодаря включению этих элементов напряжение на каж­дом транзисторе не возрастает выше 40 в. Напряжение зажигания двух неоновых ламп Л₁, Л₂ составляет около 80 V, поэтому, когда-напряже­ние между коллектором транзистора Т1 и базой транзистора T₄ превысит эту величину, диод Д₆ откроется, а базовый ток T₄ увеличится. Послед­нее вызовет уменьшение общего со­противления регулирующих тран­зисторов T₁ — T₄ и ограничит даль­нейшее возрастание напряжения на них. Стабилизатор выходит из ре­жима стабилизации, выходное на­пряжение начинает расти.

Величина сетевого напряжения, при котором начинается действие за­щиты, зависит от тока нагрузки. В самом неблагоприятном случае, при токе нагрузки равном нулю, это напряжение составляет 248 в (см. рис. 2). При номинальном токе нагрузки 200 ма режим стабили­зации не нарушается даже при крат­ковременном возрастании напряже­ния сети на 20%. Длительные пере­напряжения недопустимы, так как регулирующие транзисторы могут выйти из строя. Чтобы транзисторы Т₅ — T6 не вышли из строя во время действия защиты (вследствие одно­временного возрастания напряже­ния и тока цепи коллектора), включе­но сопротивление R₁₂. Полупровод­никовый диод Д₇ защищает переход база—эмиттер транзистора Т₅ от на­пряжения обратной полярности, воз­никающего в момент включения ста­билизатора.

Транзисторные стабилизаторы с составным регулирующим транзи­стором и усилителем постоянного тока (при малой емкости на выходе) обычно самовозбуждаются на час­тотах порядка нескольких килогерц. Чтобы избежать этого, необходимо включить конденсатор С₅, емкость которого подбирают эксперименталь­но по отсутствию самовозбуждения стабилизатора (начиная с несколь­ких тысяч пикофарад). Чрезмерное увеличение этой емкости ухудшает стабилизацию выходного напряже­ния при быстрых изменениях тока нагрузки.

При токах нагрузки стабилиза­тора, близких к нулю, требуемая величина управляющего тока цепи базы транзистора Т₃ может оказаться меньше неуправляемого тока цепи коллектора транзистора T₄ и про­цесс стабилизации нарушится. Со­противление R₃ увеличивает коллек­торный ток R₄, уменьшая тем самым влияние тока /_ко. С этой же целью включено сопротивление R₇.

Налаживание стабилизатора не­сложно. Потенциометром R₁₅ выход­ное напряжение устанавливают рав­ным 150 в. Выбирают место отвода обмотки II трансформатора таким образом, чтобы при напряжении сети 200 в и токе нагрузки 200 ма падение напряжения на коллекторно-эмитерном переходе каждого из тран­зисторов T₁, Т₃ было около 2 — 3 в. Параметры неоновых ламп Л₁, Л₂ должны быть такими, чтобы сумма напряжений на них составляла около 80 в. Поскольку газовые стабилиза­торы имеют большой разброс пара­метров, для уверенного ‘зажигания стабилитрона Л₃ последовательно с диодом Д₇ следует включить сопро­тивление 5—10 ком. Пределы и ко­эффициент стабилизации удобно про­верять, пользуясь вольтметром с растянутой шкалой. Для проверки величины пульсации выходного на­пряжения и отсутствия паразитных колебаний необходим осциллограф.

Все транзисторы, которые будут применены в стабилизаторе, необхо­димо проверить. Для транзисторов П14Б I_К0 не должен превышать 30 мка, для П4Д и П202 -— не более 400 мка. Желательно иметь транзи­сторы с возможно меньшей величи­ной этого тока.

Если от стабилизатора надо полу­чить импульсный ток, амплитуда которого значительно превышает 200 ма (при условии, что его среднее значение сохраняется прежним), то следует увеличить емкость конден­сатора С₆. Если длительность им­пульсов, исчисляется микросекунда­ми, параллельно электролитическо­му конденсатору C₆ обладающему большим сопротивлением в области высоких частот, необходимо вклю­чить конденсатор 0,01—0,5 мкф со слюдяным или бумажным диэлек­триком.

Обмотки трансформатора Тр₁ на­мотаны на сердечнике из пластин Ш-20, толщина набора 40 мм (раз­мер окна 20 X 50 мм). Обмотка I содержит 1250 витков провода ПЭВ 0,41, обмотка II — 870 -f- 30 + + 30 витков провода ПЭВ 0,41, обмотка III — 125 витков провода ПЭВ 0,12. Конденсаторы С₄ и С₅ металлобумажные, остальные—элек­тролитические. Газовый стабилиза­тор СГЗС можно заменить на СГ2П. Стабилитроны СГ1П, СГ4С приме­нять нельзя, так как их напряжение стабилизации (145—160 в) обычно выше требуемого.

Транзисторы T2 и T₄ снабжены дюралюминиевыми радиаторами (пла­стины размерами 30X 80X 25 мм}. Для Т₁, Т₃ можно использовать готовые радиаторы, состоящие из 9 пластин размерами 6,5X6,5 см. При само­стоятельном изготовлении достаточно использовать для каждого транзи­стора расположенную вертикально дюралюминиевую пластину разме­рами 19 X 7,5 см и толщиной 4— 8 мм. Место закрепления транзистора необходимо тщательно отшлифовать и смазать невысыхающим маслом.

Конструктивно все детали стабили­затора смонтированы на вертикаль­ной панели размерами 300 X 150 мм. В нижней части расположен силовой трансформатор и конденсаторы филь­тра, в средней части — монтажная плата с радиодеталями, а в верхней закреплены радиаторы транзисторов П4Д и стабилитрон. На лицевой сто­роне панели расположены тумблер включения сети, держатели предо­хранителей и неоновых ламп. По­тенциометр R₁₅ регулировки выход­ного напряжения на переднюю панель не выведен, так как им пользуются только при налаживании. Конструк­ция заключена в футляр размерами 300 X 150 X 90 мм, который имеет вентиляционные отверстия.