Įtampos stabilizatorius

Įtampos stabilizatorius – maitinimo šaltinis, teikiantis pastovią išėjimo įtampą kintant įėjimo įtampai ir apkrovos srovei.

Lygiagretūs ir nuoseklūs stabilizatoriai

Stabilizuojantis elementas (dažniausiai tranzistorius) gali būti jungiamas nuosekliai su apkrova, padidėjus įtampai apribodamas jos srovę. Šis labiausiai paplitęs stabilizatorius tipas vadinamas nuosekliu. Reguliuojantis elementas taip pat gali būti jungiamas lygiagrečiai su apkrova, suvartodamas esamu laiko momentu nenaudojamą srovės perteklių (lygiagretus stabilizatorius). Kad vartojant daugiau srovės įtampa sumažėtų, tokio stabilizatoriaus maitinimo šaltinis jungiamas per varžą. Lygiagretus stabilizatorius nebijo trumpojo jungimo, tačiau dėl mažo ekonomiškumo yra palyginus retai naudojamas.

Atraminė įtampa

Bet kuriam stabilizatoriui reikalingas etaloninis nedidelės galios įtampos šaltinis. Toks šaltinis paprastai sukuriamas panaudojant stabilitroną. Stablitronas per varžą sujungiamas su maitinimo šaltiniu atvirkštine diodui įprastajai kryptimi. Paprastu diodu tokiu atveju srovė netekėtų. Stabilitronu srovė ima tekėti kai jam tenkanti įtampa viršija paprastai nedidelę (voltai ar dešimtys voltų) tam stabilitrono tipui specifinę ribą U_z. Toliau didinant grandinės įtampą, stabilitronui tenkanti įtampa nesikeičia: didėja tik rezistoriui tenkanti įtampos dalis. Stabilitrono įtampa ir yra stabilizatoriaus etaloninis įtampos šaltinis. Kartais reikiama įtampa gaunama nuoselkiai sujungus kelis stabilitronus (įtampos sudedamos). Tuomet naudinga jungti stabilitronus su priešingu temparatūriniu koeficientu (sumažėja temperatūros įtaka stabilizuojamai įtampai). Apkrovos varža R_L turi būti daug mažesnė už R_v. Iš kitos pusės, R_v turi būti pakankamai didelė kad stabilitrono srovė neviršytų jam nustatytų ribų. Šį atraminį įtampos šaltinį galima laikyti mažos galios lygiagrečiuoju stabilizatoriumi.

Nuoseklus stabilizatorius su tranzistoriumi

Paprasčiausiu atveju nuoseklaus stabilizatoriaus tranzistoriaus bazė gali būti tiesiogiai sujungta su atraminės įtampos šaltiniu:

Atraminės įtampos šaltinis (R_v-D1) generuoja pastovią įtampą U_z. Jei stabilizatoriaus išėjimo įtampa U_out nukrinta daug žemiau šios reikšmės, padidėja tranzistoriaus bazės – emiterio įtampa U_be. Kartu sustiprėjusi bazės srovė labiau atidaro tranzistorių, tiekdama apkrovai daugiau srovės. Tekant daugiau srovės per tokią pat apkrovos varžą, įtampa ir vėl padidėja. Realiai išėjimo įtampa yra artima atraminei įtampai minus kritinė bazės - emiterio įtampa, kuriai esant tranzistoriaus bazės grandine ima tekėti srovė (paprastai volto dalys). Patikimam darbui užtikrinti įėjimo įtampa turi būti keletu voltų aukštesnė nei stabilizuojama išėjimo įtampa.

Nuoseklus stabilizatorius su operaciniu stiprintuvu

Žymiai geresnę stabilizavimo kokybę galima pasiekti tarp tranzistoriaus ir atraminės įtampos šaltinio įjungiant operacinį stiprintuvą:

Šiuo atveju operacinis stiprintuvas labiau atidaro tranzistorių kuomet įtampa jo invertuojančiame įėjime nukrinta žemiau tiesioginiame iėjime esančios atraminės įtampos. Naudojant įtampos daliklį (R1, R2, R3) galima gauti įvairią stabilią išėjimo įtampą nuo stabilitrono įtampos U_z iki įėjimo įtampos U_in.

Šaltiniai

1. Zener Theory and Design Considerations. Handbook., 2005, p. 7. [1]

Operacinio stiprintuvo taikymas
Diferencialinis stiprintuvas  | Integratorius | Diferenciatorius | Analoginis sumatorius | Įtampos stabilizatorius | Superdiodas | Giratorius | Šmito trigeris |