Podręcznik

1. Stabilizatory napięcia stałego

1.3. Stabilizatory napięcia ze sprzężeniem zwrotnym (kompensacyjne)

Zasada działania stabilizatora kompensacyjnego polega na zmianie rezystancji statycznej elementu regulacyjnego (np. tranzystora mocy), który jest sterowany różnicą napięć (tzw. sygnał błędu - ε), uzyskiwaną na drodze ciągłego porównywania wartości napięcia wyjściowego U₂ lub jego części
z wartością napięcia odniesienia (tzw. napięcie referencyjne).

Stabilizatory kompensacyjne mogą pracować w układzie szeregowym (rys.1.3a) lub równoległym
(rys.1.3b). Decyduje o tym sposób włączenia elementu regulacyjnego – szeregowo lub równolegle
w stosunku do odbiornika. Aby uzyskać niezbędne dla działania tych układów ujemne sprzężenie zwrotne, źródło odniesienia dołączone jest w stabilizatorach szeregowych do nieodwracającego wejścia wzmacniacza operacyjnego, a w równoległych do wejścia odwracającego. Zmiany napięcia wyjściowego stabilizatora powodują zmiany sygnału błędu. Sygnał błędu jest wzmacniany przez wzmacniacz operacyjny k_UR razy i zmienia wysterowanie tranzystora regulacyjnego, tzn. jego rezystancję statyczną. Zmiany następują, aż do momentu pełnego skompensowania sygnału błędu.
W idealnym wypadku, gdy ε → 0 napięcie referencyjne równe jest napięciu wyjściowemu lub jego części U_od wynikającej z zastosowanego rezystancyjnego dzielnika napięcia.

$U_{ref}=U_{od}$

(1.10)

Na tej zasadzie działają wszystkie stabilizatory kompensacyjne, niezależnie od topologii zastosowanego obwodu.

Rys.1.3. Kompensacyjne stabilizatory napięcia: a) szeregowy, b) równoległy

Przy założeniu, że wzmacniacz operacyjny jest idealny można w warunkach równowagi napisać:

$U_{ref}=U_2\frac{R_2}{R_1+R_2}$

(1.11)

Zatem napięcie wyjściowe jest równe:

$U_2=U_{ref}(1+\frac{R_{1}}{R_2})$

(1.12)

Jeżeli nie wymaga się wysokiej jakości stabilizacji, rezygnuje się z zastosowania wzmacniacza
w pętli sprzężenia zwrotnego, a napięcie referencyjne doprowadza się bezpośrednio do bazy tranzystora sterującego (rys.1.4). Stabilizator pracuje w tym wypadku w układzie wtórnika emiterowego. Rezystancja wyjściowa oraz napięcie wyjściowe dla takiego układu jest równa:

$r_{WY}=\frac{r_{BE}}{\beta },\, \, \, \, \, \, \, \, U_2=U_{ref}-U_{D0}=U_{ref}-0.7V$

(1.13)

Decydujący wpływ na parametry stabilizatorów kompensacyjnych mają:

- dokładność źródła referencji (wzorcowego napięcia odniesienia),
- wzmocnienie napięciowe zastosowanego wzmacniacza.

Rys.1.4. Szeregowy kompensacyjny stabilizator napięcia w układzie wtórnika emiterowego