Все сказанное свидетельствует о том, что диодный стабилизатор не обладает должной гибкостью и с его помощью трудно, а часто невозможно удовлетворить многим техническим заданиям, в которых комбинации величин U2, 1 , Рвых, К могут быть самыми различными.

Простой способ повысить коэффициент стабилизации при прочих равных условиях состоит в использовании каскадных схем (рис. 23-6). Идея таких схем очевидна, поскольку входное напряжение второго каскада стабилизировано первым каскадом [177]. Расчет каскадного стабилизатора осуществляется справа налево , т. е. от выхода к входу. Легко убедиться, что общий коэффициент стабилизации двухкаскадной схемы равен:

1 (1-Hl) 201/?03 /Г)0 00\

[t/2-f/H. aKc№l-f/?02)-f/д.мин(2/?01+/?02)]/-д1Гд2

где для второго каскада положено = 0. Номинальное напряжение стабилитрона Дх составляет:

/д1 = /2+(/ .

; 4 -д. мин) Rf

(23-24)

Например, если в качестве стабилитрона принять стабилитрон типа Д814В, то при /?02 = 175 Ом и / . акс = 16 мА получим 17д1 = 13,5 В. В качестве i?i можно принять стабилитрон типа Д814Д, имеющий r, = 15 Ом. Тогда при бщ = 0,1 и Rqi опт ~ 200 Ом находим К ~ 120 (на порядок больше, чем в простейшей однокаскадной схеме на стабилитроне Д814В). Выходное сопротивление определяется вторым каскадом и остается равным /-дз = 10 Ом.

Диодные стабилизаторы используются главным образом в качестве источников опорного напряжения для более мощных транзисторных стабилизаторов (рис. 23-7, 23-9 и др.) или в качестве источника питания для слаботочных схем, например

цепей смещения. В этих случаях иногда удается обеспечить условие /н. акс

и току / может быть весьма высокой.

Рис. 23-6. Двухкаскадный диодный стабилизатор.

при котором стабильность по напряжению

При / . акс -0. т. е. на холостом ходу, предельный коэффициент стабилизации согласно (23-20) имеет максимальное значение

со макс

(i-eHi)f/2

/д. минд

(23-25а)

Наоборот, при полной нагрузке, когда ?==/ . акс ~0,5 /д. доп [см. выражения (23-16) и рис. 23-3], коэффициент стабилизации согласно (23-20) имеет минимальное значение

2(1-енг)62

(23-256)

Расчеты по формулам (23-25) показывают, что минимальный коэффициент стабилизации не превышает 50 даже у слаботочных

стабилитронов, а у сильноточных он составляет всего 15-40. Максимальный коэффициент стабилизации у слаботочных стабилитронов лежит в пределах 150-750, а у сильноточных достигает 1000-5000.

Температурный и временной дрейф диодных стабилизаторов такой же, как у отдельного стабилитрона (см. § 3-3). В широком диапазоне температур дрейф выходного напряжения может составлять до 10% и больше, что намного превышает нестабильность по входному напряжению и току нагрузки.

В последнее время, особенно в микроэлектронике, получили распространение диодные стабилизаторы, у которых вместо стабилитрона используется кремниевый р-п переход, включенный в прямом направлении (см. рис. -4- 2-21,6). В частности, это

может быть эмиттерный переход транзистора (при этом коллектор обычно соединяют с базой). Такие стабилизаторы на холостом ходу обеспечивают коэффициент стабилизации, равный 15-20 при напряжениях 0,6-0,7 В; выходное сопротивление определяется рабочим током согласно (2-38).

Транзисторные стабилизаторы. Анализ показывает, что однокаскадный параллельный стабилизатор не имеет преимуществ перед диодным, а двухкаскадный уступает по параметрам двухкаскадному последовательному. Поэтому рассмотрим только трех каскадную схему (рис. 23-7).

Сравнивая эту схему со скелетной схемой на рис. 23-2,с, замечаем, что в данном случае опорный элемент представлен стабилитроном Д, сравнивающий элемент - усилителем тока на транзисторах Та, Т И регулирующий элемент - мощным транзистором Т. Соответственно

1 161 Мкг ki I

Рис. 23-7.

+Ео1

Трехкаскадный стабилизатор.

параллельный

(23-26)

где /?вхз=/-бз + (1+Рз)/-эз.

Тогда согласно (23-17) характеристическое сопротивление, а вместе с ним и выходное сопротивление стабилизатора будут равны:

д + бз + (1+Рз) Гэа

(23-27)

Коэффициент стабилизации в оптимальном режиме, свойственном мощным стабилизаторам, согласно (23-21) равен:

Аопт=77--То-- (гб-гь)

\н. макетК1 макс/ \оо

Выходное напряжение практически равно напряжению стабилитрона:

г/2=г/д+г/бзг/д. (23-29)

так как во всех реальных схемах U -Кл-

Токоотводящие резисторы Ro вместе с источниками питания Ео обеспечивают минимальный остаточный ток регулирующего транзистора и позволяют снизить номинальную мощность усилительных транзисторов.

В самом деле, в отсутствие резистора Ro ток транзистора Ti (при максимальной нагрузке) составлял бы:

kiPiPzMa. мин-

При /д. ии = 2 мА и Pi,2,3 = 30 получается Ii ~ 54 А, что, конечно, неприемлемо. При наличии резистора Rgi, сопротивление которого выбрано из условия

/о1 = = /к2-/б1. (23-30)

транзистор Ti находится в нормальном режиме.

Полагая /93 = 1 мА, можно считать Гэз= 25 Ом; тогда при Гд = 10 Ом; = 100 Ом и 1,2,3 = 30 получим из (22-26):

Лвых = 0,028-[-0,004 = 0,032 Ом.

Как видим, определяющую роль в значении 7?вых играет слагаемое, содержащее Гдз. Для того чтобы оба слагаемых были равноценными, нужно увеличить -ок /з примерно на порядок, т. е, до максимального значения, свойственного маломощнымтранзисторам. В этом случае можно получить /?вых < 0,01 Ом, т. е. на 2-3 порядка меньше, чем в диодном стабилизаторе.

При использовании мощных транзисторов ток нагрузки может доходить до нескольких ампер, а при параллельном соединении транзисторов - до 10 А и выше. Для таких токов балластное сопротивление может иметь столь малое значение (1-2 Ом), что его роль вполне может играть выходное сопротивление выпрямителя. Более того, последнее нередко превышает необходимое значение Ro и тогда стабилизатор не может работать в оптимальном режиме, если не пересчитать выпрямитель.

* В этом условии считается, что напряжение {/35=0, поэтому

о, .Т-

Базовым и коллекторным токами в правой части (23-30) задаются, исходя из желательного режима транзисторов.

Сопротивления /?ог и /?оз выбирают из аналогичных условий.