Stabilizatoare de tensiune cu componente discrete (Stabilizatoare de tensiune cu reactie)

   Continui prezentarea unor materiale despre stabilizatoarele de tensiune din cartea "Amplificatoare audio si sisteme muzicale" fiind foarte utile pasionatilor si, mai ales, incepatorilor.. deoarece contin pe langa teorie si calcule pentru scheme de realizat practic....

Stabilizatoare de tensiune cu reactie

   Stabilizatoarele cu reactie (figura 11.23) sunt sisteme de reglaj automat care mentin marimea de iesire Uo la o valoare constanta, comandata de marimea de referinta U_REF. Marimea Uo, sau o partea a acesteai (kUo) este comparata in permanenta cu marimea de referinta U_REF, iar diferenta kUo - U_REF = ε (eroare), dupa  o amplificare corespunzatoare, comanda un element regulator care modifica pe Uo, pana la anularea erorii.

Fig.11.23. Schema bloc a unui stabilizator cu reactie

   Prin marirea complexitatii sistemului de reglare, eroarea poate fi redusa considerabil, rezultand un stabilizator cu performante deosebit de bune. In functie de modul de conectare a elementului in raport cu sarcina, stabilizatoarele cu reactie sunt de tipul serie sau de tipul paralel.

   Stabilizatoarele serie au un consum mic in gol, au randament ridicat si asigura o stabilizare mai buna decat cele in paralel, in schimb, necesita circuite de protectie speciale la suporasarcina sau la scurtcircuitea bornelor de iesire.

   In figura 11.24.a se prezinta cea mai simpla schema de stabilizator cu reactie cu element de reglaj serie, iar figurile 11.24.b si 11.24.c sunt date variante imbunatatite ale aceleiasi scheme.

Fig.11.24. Stabilizatoare cu reactie cu element de reglaj serie:

a)   configuratie fundamentala   b) si c) variante imbunatatite

   Tranzistorul T2, avand rol de compensator si amplificator de eroare, amplififca diferenta intre tensiunile 

,

luata potentiometric si tensiunea de referinta U_REF, data de dioda Zener. Se poate scrie relatia 

din care rezulta valoarea tensiunii stabilizate

    (11.48)

   Orice tendinta de crestere a tensiunii stabilizate Uo se traduce prin cresterea tensiunii de eroare ε aplicata pe baza tranzistorului T2. Aceasta comanda cresterea curentului sau de colector, deci scaderea curentului de baza al tranzistorului T1. Scaderea curentului I_B1 are ca efect cresterea rezistentei echivalente intre emitorul si colectyorul tranzistorului T1, deci readucerea tensiunii Uo l ao valoare mai mica, adica se produce stabilizarea tensiunii Uo.

   Pentru proiectarea stabilizatorului din figura 11.24 se parcurg urmatoarele etape: alegerea tranzistorului regulator T1, calculul rezistentei de baza R_B, alegerea tranzistorului de comanda T2, alegerea diodei Zener, calculul valorilor rezistentelor divizorului de iesire R1, R, R2.

   Exemplu

   Sa se proiecteze un stabilizator serie cu reactie, care sa furnizeze la iesire o tensiune stabilizata Uo = 15V, la un curent de 1A, tensiunea de intrare variind intre limitele U_Im = 20V si U_IM = 30V.

   Se parcurg urmatoarele etape:

   a) alegerea tranzistorului regulator serie T1

   Se verifica tensiunea minima colector-emitor:

   Puterea disipata maxima este

   Se va alege un tranzistor capabil sa disipe aceasta putere la un curent de 1A, avand U_CEmax= 30V (pentru a nu se distruge la U_IM = 30V, in ipoteza unui scurtcircuit de scurta durata la iesire). Se alege tranzistorul 2N3055.

   b) Calculul rezistentei de baza R_B:

   Tranzistorul 2N3055 are un factor de amplificare minim β = 20, deci curentul sau de baza maxim este 

Rezistenta de baza R_B are valoarea R_B = 110

Se alege din catalog rezistenta R_B = 110Ω/0,5W.

   c) Alegerea tranzistorului de comanda T2

   Se alege tranzistorul 2N2222 capabil sa furnizeze un curent de colector mai mare de 50mA (pentru comanda tranzistorului T1).

   d) Alegerea diodei Zener

   Se alege o dioda cu tensiunea de stabilizare mai mica decat 

unde k < 1, asa cum rezulta din relatia (11.48) si un curent de colector mai mare sau egal cu celal tranzistorului T2 (50mA). Se alege tipul PL9v1, care are U_Z = 9,1V si I_Z = 50mA.

   e) Calculul valorilor rezistentelor divizorului R1, R si R2

   Divizorul de tensiune trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- Sa realizeze un factor de divizare kUo dat de relatia (11.48), adica

de aici, 

Se admite un factor de divizare reglabil in limitele +10%, adica se obtin relatiile

- Curentul care trece prin divizor sa fie mai mic decat curentul de sarcinaIo, dar mult mai mare ca I_B2, pentru a nu modiifca factorul de divizare k. Aceste cerinte se scriu sub forma:

Daca tranzistorul T2 are un curent de colector de 50mA, cu β = 20,curentul sau de baza va fi I_B2 = 1mA. Relatiile de mai sus sunt verificate pentru 

Introducand aceasta valoare in expresiile factorului de divizare minim si maxim, se obtin valorile de catalog ale rezistentelor:

    Schema stabilizatorului proiectat este data in figura 11.25.

Fig.11.25. Schema unui stabilizator serie cu reactie

   O imbunatatire a factorului de stabilizare este data in figura 11.24.a se poate realiza cu variantele prezentate in figurile 11.24.b si 11.24.c. In schema din figura 11.24.b este introdusa dioda Zener DZ2 in locul rezistentei R1, avand tensiunea Zener fixata de valoarea 

si curentul

.

   Tensiunea U_Z fiind fixata, rezulta ca amplificatorul de eroare T2 va sesiza variatiile ΔU₀ si nu variatiile 

ca in cazul din figura 11.24.a.

   In schema din figura 11.24.c potentialul de emitor al tranzistorului T2 este fixat de grupul R3, DZ de catre tensiunea stabilizata U₀ si nu de catre tensiunea nestabilizata U_I ca in cazul schemei din figura 11.24.a. La proiectarea acestei scheme trebuiesa se tina cont de faptul ca faptul ca rezistenta R3 si dioda Zener DZ se aleg astfel incat curentul de emitor al tranzistorului t2 sa fie maimic decat curentul prin rezistenta R3, pentru a nu afecta tensiunea de referinta U_Z a diodei Zener.

   In schemele prezentate in schema 11.24, tranzistorul T2 are atat rolul de a compara tensiunea de referinta kU₀ cu cea de referinta U_Z, cat si rolul de amplificator de eroare. In scopul maririi amplificarii, intre tranzistoarele T1 si T2 se pot intercala unul sau mai multe etaje de amplificare. Un exemplu in acest sens este prezentat in figura 11.26.

Fig.11.26. Stabilizator de tensiune cu amplificare marita pe bucla de reactie

   Stabilizatoarele in care etajul de intrare este constituit dintr-un etaj diferential de amplificare realizeaza performantele mai bine, decat cele cu amplificarea directa. In figura 11.27 este prezentata schema unui astfel de montaj. Elementul de reglaj de tip serie este compus din tranzistoarele T1 si T2 in montaj Darlington (amplificator de curent).

Fig.11.27. Stabilizator de tensiune cu amplificator diferential

   Etajul diferential amplificator de eroare este compus din tranzistoarele identice T2 si T4. Pe baza tranzistorului T3 se aplica tensiunea de referinta U_Z a diodei Zener, iar pe baza tranzistorului T4 se aplica tensiunea de reactie kU_O obtinuta potentiometric prin grupul R1, R, R2. Semnalul de eroare 

 este amplificat de etajul diferential si comanda baza tranzistorului T2. Tensiunea stabilizata are valoarea

   Cu doua tranzistoare identice in montaj diferential se realizeaza si o compensare buna a montajului cu temperatura, deoarece efectele termice asupra celor doua tranzistoare se anuleaza daca acestea se afla permanent la aceeasi temperatura. O compensare suplimentara fata de temperatura se poate realiza daca se utilizeaza  ca sursa de referinta diode Zener compensate (de exemplu de tipul ROZ82A,B fabricate (n.r - odata, in timpuri de mult apuse) de ICCE Bucuresti).

   Stabilizatorul de tip paralel cu reactie este mai putin raspandit decat stabilizatorul de tip serie. Se utilizeaza in cazul unor variatii mici ale tensiunii de alimentare sia variatiei bruste ale curentului de sarcina.

   In figura 11.28 este prezentata schema practica de stabilizator cu reactie in configuratie de tip paralel. Tranzistorul T3 compara tensiunea de referinta data de dioda Zener cu tensiunea de reactie kU_O (luata potentiometric), iar diferenta lor este amplificata de acest etaj. Curentul de colector al tranzistorului T3 comanda curentul de baza al tranzistorului T2, astfel incat tranzistorul compus T1-T2, prin rezistenta de balast R1 furnizeaza la iesire tensiunea stabilizata U_O a carei valoare poate fi fixata intre anumite limite prin intermediul potentiometrului R.

Fig.11.28. Schema unui stabilizator cu reactie, de tip paralel

   Stabilizatoarele de tensiune cu amplificatoare operationale au capatat o mare raspandire datorita performantelor care se pot obtine in schemele de stabilizare.

   In schemele de stabilizare cu AO (amplificatoare operationale) sunt utilizate atat ca stabilizatoare propriu-zise, cat si, mai ales, ca amplificatoare de eroare in circuitele de reactie pentru comanda elementelor de reglaj de tip serie sau de tip paralel.

   In figura 11.29 se prezinta schema unui stabilizator cu AO pentru curenti mici de sarcina (cca 10mA).

Fig.11.29. Stabilizator cu A), pentru curenti de sarcina mici

   Pe intrarea neinversoare a AO se aplica tensiunea U_Z stabilizata de dioda Zener. Amplificatorul neinversor are factorul de amplificare

constant, independent de tensiunea de alimentare astfel ca tensiunea de iesire este

            (11.49)

   Prin modificarea raportului  R₂/R₁ se pot obtine tensiuni stabilizate de diverse valori (mai mari decat tensiunea de referinta  U_Z). Curentul de sarcina este limitat la valoarea curentului maxim I_AM ob debitat de AO, conform relatiei

      (11.50)

   Utilizarea AO in configuratia stabilizatoarelor de tensiune este ilustrata in figura 11.30. In ambele scheme din aceasta figura, AO compara tensiunea de referinta  U_REF (sau o partea din aceasta,  kU_REF) cu tensiunea de iesire stabilizata  U_O (sau o parte din aceasta,  kU_O). Eroarea rezultata prin aceasta comparatie este amplificvata de catre AO si aplicata pe baza tranzistorului de reglaj serie T, care actioneaza in sensul readucerii tensiunii stabilizate U_O la valoarea impusa.

Fig.11.30. Stabilizatoare de tensiune cu AO:

a) pentru  U_O >  U_REF   b) pentru  U_O <  U_REF  

   Valoarea tensiunii stabilizate este data de relatia

        (11.51)

pentru schema din figura 11.30.a si

       (11.52)

pentru schema din figura 11.30.b.

   Cele doua scheme se utilizeaza fie pentru a obtine tensiuni stabilizate mai mari ca U_REF, fie pentru a obtine tensiuni stabilizate mai mica ca U_REF.

   Alimentarea AO se face la tensiunea de intrare U_I nestabilizata, deoarece amplificarea circuitului nu depinde de tensiunea de alimentare (daca se respecta anumite limite de catalog). Tensiunea de referinta se obtine de la bornele unei diode Zener alimentata printr-o rezistenta de polarizare fie de la tensiunea nestabilizata U_I, fie de la cea stabilizata U₀.

   In figura 11.31 se prezinta schema unui stabilizator de 12V si 400mA realizat cu AO integrat βA741 (n.r. - LM741, etc). Intrarea neinversoare a AO este mentinuta la potentilaul constant de 6,2V de catre dioda Zener PL6V2Z, polarizata prin rezistenta R3. La intrarea inversoare se aplica tensiunea kU₀ (k = 0,5), prin grupul de rezistoare R1, R2, R. Potentiometrul R permite reglajul fin al tensiunii stabilizate in limitele 12V + 20%. AO alimenteaza baza tranzistorului BD135, acesta fiind element de reglare de tip serie.

Fig.11.31. Schema unui stabilizator cu reactie cu AO

NOTA: n.r. = nota redactiei (comentariu la ce a fost scris in materialul original si trebuie comentat)

Stabilizatoare de tensiune cu componente discrete (stabilizatoare de tensiune parametrice)

   Continui prezentarea unor materiale despre stabilizatoarele de tensiune din cartea "Amplificatoare audio si sisteme muzicale" fiind foarte utile pasionatilor si, mai ales, incepatorilor.. deoarece contin pe langa teorie si calcule pentru scheme de realizat practic....

STABILIZATOARE DE TENSIUNE

   Stabilizatoarelel de tensiune sunt circuite electronice, de tip cuadropol, care se conecteaza intre sursa de alimentare de curent continuu (obtinuta dupa redresare si filtrare) si consumator, avand rolul de a mentine constanta tensiunea la bornele consumatorului in raport cu variatiile tensiunii sursei, ale rezistentei de sarcina, ale temperaturii ambiante sau ale altor factori perturbatori.

   In figura 11.11.a se rezinta schema stabilizatorului sub forma unui cuadropol, iar in figura 11.11.b si 11.11.c se prezinta cele 2 tehnici  principale de realizare a unui stabilizator de tensiune: cu element de reglare tip serie (E.S.), respectiv cu element de reglare de tip paralel (E.P.).

Fig.11.11. Schema bloc a stabilizatorului de tensiune

a) cuadropol,  b) cu element de reglare de tip serie  c) cu element de reglare de tip paralel

   Pentru aprecierea performantelor unui stabilizator se definesc urmatoarele marimi caracterisitice:

- coeficientul de stabilizare So (fata de tensiunea de alimentare) prin relatia

, la Io si T constante;

- coeficientul de temperatura S_T

, la Ui si Io constante

- rezistenta de iesire (interna) Ro, prin relatia

, la Ui si T constante

- eficienta (randamentul) stabilizatorului ηi,  prin relatia

   Stabilizatoarelel cu element serie au performante mai bune decat cele cu element de reglaj paralel; cu toate acestea, stabilizatoarele de tip paralel se utilizeaz ain unele aplicatii datorita simplitatii schemei (vezi stabilizatoarele cu diode Zener) si a faptului ca nu necesita circuite speciale de protectie la suprasarcina sau scurtcircuit la iesire.

STABILIZATOARELE DE TENSIUNE CU COMPONENTE DISCRETE

   Stabilizatoarele de tensiune cu componente discrete sunt folosite datorita unor cerinte practice, cum ar fi: simplitatea schemei de stabilizare, gama larga de variatie a tensiunii stabilizate, etc. Aceste stabilizatoare sunt de urmatoarele tipuri: stabilizatoare parametrice, stabilizatoare cu reactie si stabilizatoare in regim de comutatie.

Stabilizatoare de tensiune parametrice

   Stabilizarea parametrica a tensiunii se bazeaza pe proprietatea diodelor Zener de a mentine intr-un domeniu dat (domeniu de stabilizare) tensiunea constanta la bornele lor. Performantele acestor stabilizatoare sunt stric determinate de caracteristica tensiune-curent (figura 11.12.a) a diodelor Zener folosite.

Fig.11.12. Stabilizator parametric cu dioda Zener:

a) caracterisitica tensiune-curent a diodei Zener  b) schema electrica

   Diodele Zener sunt caracterizate prin urmatoarele marimi electrice: tensiune nominala U_ZN si curentul nominal I_ZN; tensiunea minima U_Zm si curentul minim I_Zm; tensiunea maxima U_ZM si curentul maxim I_ZM; puterea maxima disipata P_ZM. Semnificatia acestor marimi poate fi urmarita in figura 11.12.a. Se fabrica diode Zener pentru tensiuni nominale intre limitele 3..200V, curenti nominali intre limitele 5mA..1A si puteri in gama 0,25..50W.

   In schemele simple de stabilizare, diodele Zener (DZ) se conecteaza in paralel cu rezistenta de sarcina R_L, asa cum se indica in figura 11.21.b. Acest stabilizator  este de tipul "cu element de reglaj paralel".

   Coeficientul de stabilizare (fata de tensiunea de alimentare) se calculeaza cu relatia

                                                              (11.36)

unde R₁ este rezistenta de balast, iar

                                            (11.37)

este rezistenta dinamica a diodei Zener in zona sa activa.

   Rezistenta de iesire (interna) a stabilizatorului este aproximativ egala cu rezistenta dinamica a diodei Zener:

                                                            (11.38)

   Un stabilizator cu dioda Zener are deci performante cu atat mai bune, cu cat rezistenta dinamica a acesteia este mai mica si cu cat rezistenta de balast R₁ este mai mare. Dar cresterea rezistentei de balast R₁ atrage dupa sine cresterea tensiunii de alimentare a stabilizatorului si totodata micsorarea randamentului acestuia.

   Pentru proiectarea stabilizatorului cu dioda Zener se porneste de la marimile electrice cerute de sarcina, Uo si Io, si de la limitele U_Im ..U_IM si I_om ..I_oM de variatie ale tesniunii stabilizate, respectiv ale curentului de sarcina. Tinand cont de aceste date, se determina rezistenta de balast R₁, iar apoi se alege dioda Zener.

   Rezistenta de balast se determina cu relatia

                                            (11.39)

unde U₀ este tensiunea la bornele sarcinii, egala cu tensiunea nominala a diodei Zener U_ZN, iar I_Zm este curentul minim de la care dioda Zener asigura stabilizarea tensiunii (cuprins, de obicei, intre 1mA si 5mA).

   Se determina apoi puterea maxima disipata pe dioda:

      (11.40)

   Dioda Zener aleasa trebuie sa fie capabila sa disipe aceasta putere la temperatura maxima a mediului in care functioneaza.

   Se determina apoi valorile maxime si minime ale curentului prin dioda Zener:

    (11.41)

    (11.42)

in care U_ZM, U_Zn, I_ZN  si I_Zm sunt date de catalog ale diodei Zener, indicate in figura 11.12.b.

Exemplu

   Sa se proiecteze un stabilizator de tensiune pentru un receptor care consuma un curent Io cuprins intre 5mA si 50mA, la o tensiune Uo = 7,5V, stiind ca variatiile tensiunii retelei (transmise la intrarea stabilizatorului) sunt de +10% si -15% din tensiunea nominala. Prin urmare: Iom = 5mA, IoM = 50mA, Uo = 7,5V, U_Im = 0,85U_I, U_IM = 1,1U_I. Se admite ca I_Zm = 5mA.

Se alege valoarea nominala a tensiunii de intrare:

 U_I = (1,5..2,5) x U₀ = 15V.

Se determina rezistenta de balast:

 R₁ = (0,85 x 15 - 7,5) / (0,05 + 0,005) = 95,5Ω

Se alege R₁ = 100Ω.

Se determina puterea maxima disipata pe dioda:  

P_ZM = 7,5 x ((1,1 x 15 - 7,5) / 100 - 0,005) = 0,63W

Din catalog, se alege dida Zener de 1W, de tipul PL7V5Z, cu parametrii: 

U_Zm = 7V, U_ZM = 7,9V, I_ZM = 130mA, r_Z = 7Ω.

Se verifica:

   I_Zmax = (1,1 x 15 - 7,9) / 100 - 0,005 = 0,081 < 0,13A = I_ZM 

si

   I_Zmin = (0,85 x 15 - 7) / 100 - 0,05 = 0,0075 > 0,005A = I_Zm.

   In figura 11.13 se prezinta cateva variante de stabilizatoare de tensiune cu diode Zener, variante care urmaresc imbunatatirea performantelor stabilizatorului.

Fig.11.13. Variante de stabilizatoare de tensiune cu dioda Zener

a) cu conectare in cascada  b) cu compensare termica   c) cu montaj in punte  

d) cu generator de curent constant  e) cu conectare serie  f) cu reglajul lui Uo

   Montajul din figura 11.13.a utilizeaza conectarea in cascada a doua stabilizatoare de tipul celui descris anterior. Prin aceasta se imbunatateste factorul de stabilizare global, care devine egal cu produsul factorilor de stabilizare sl fiecarui etaj on parte. Este evident ca in aceasta configuratie U_Z2  > U_Z1  si I₁  > I₂  > I₀. Dezavantajul principal al stabilizatorului parametric cu mai multe etaje consta in randamentul sau foarte mic, deoarece sunt necesare tensiuni de intrare mari in raport cu tensiunea stabilizata.

   Compensarea termica a diodei Zener se poate realiza prin plasarea in serie cu aceasta a uneia sau mai multor diode cu siliciu polarizate direct (figura 11.13.b). Diodele Zener cu tensiuni peste 5V au coeficientul de temperatura pozitiv, pe cand diodele cu siliciu au coeficient de temperatura negativ (cca. -2mV/⁰C), ca urmare, este posibila compensarea termica a acestora, la variatia temperaturii mediului. Inconvenientul metodei consta in faptul ca, odata cu cresterea tensiunii Zener, creste si numarul de diode de compensare necesare.
   O imbunatatire a stabilizarii in raport cu tensiunea de intrare se poate obtine cu montajul din figura 11.13.c. El este utilizat in situatiile in care rezistenta dinamica r_z a diodei Zener este relativ mare (diodele Zener cu tensiuni nominale de 100..200V au rezistente dinamice de ordinul sutelor de ohmi, pan ala ordinul kiloohmilor). Cu ajutorul rezistentei  R₃ se echilibreaza efectul rezistentei  r_z. Echilibrarea se obtine corect numai l ao singura valoare a curentului, care se alege la mijlocul domeniului de lucru prevazut.
   In figura 11.13.d se prezinta un stabilizator, la care rezistenta de balast  R₁ se inlocuieste printr-un montaj de tip generator de curent constant, format din grupul  R₁, R₂, DZ1 si tranzistorul T.  El mentine curentul de colector constant in raport cu variatiile tensiunii de intrare  U₁. Grupul  R₁-DZ1 functioneaza ca un stabilizator parametric obisnuit, tensiounea la bornele diodei DZ1 fiind practic constanta. Aceasta tensiune practic constanta se regaseste si la bornele rezistentei  R₁, deci curentul de emitor al tranzistorului (si cel de colector) nu se modifica semnificativ, ca urmare, punctul de functionare pe caracteristica diodei DZ2 nu se modifica la variatiile tensiunii de intrare intre limitele  U_Im si  U_IM. Acest montaj, pe langa faptul ca are coeficient de stabilizare foarte mare, are is randament ridicat.
   Prin conectarea in serie a mai multor diode Zener (care potr admite acelasi curent) se poate extinde limita tensiunii stabilizate (figura 11.13.e). In acest montaj, daca unele diode au coeficientul de temperatura pozitiv, iar altele negativ, este posibila o compensare globala a stabilizatorului.
   Montajul din figura 11.13.f permite obtinerea unei tensiuni stabilizate  U₀ de valoare reglabila, prin intermediul potentiometrului R. In acest montaj rezistenta de iesire a stabilizatorului este cu atat mai mare cu cat tensiunea de sarcina obtinuta potentiometric ( U₀) este mai mica.
   Utilizarea tranzistoarelor in schemele de stabilizare parametrica permite extinderea curentilor de sarcina pana la ordinul amperilor sau zecilor de amperi. Tranzistorul are rolul de a a mplifica curentul de iesire al stabilizatorului. In functie de modul de cum este conectat tranzistorul, exista configuratii de tip serie, serie-paralel sau paralel. Configuratia serie are o eficienta mai buna decat configuratia paralel, insa necesita circuite suplimentare de protectie a elementului serie impotriva suprasarcinii sau a scurtcircuitului la iesire.
   In figura 11.14 se prezinta configuratia standard a unui stabilizator parametric cu tranzistor serie. Tranzistorul poate fi de tip npn (figura 11.14.a) sau pnp (figura 11.14.b).

Fig.11.14. Stabilixzator de tensiune cu tranzistor serie:

a) cu tranzistor npn  b) cu tranzistor pnp

   Grupul format de dioda DZ si rezistenta  R₁ functioneaza ca stabilizator parametric simplu. Tranzistorul T este repetor pe emitor, asigurand in sarcina curentul:

             (11.43)

si tensiunea constanta

          (11.44)

   Fata de un stabilizator simplu o dioda Zener, schema cu tranzistor din figura 11.14 prezinta avantajul ca poate furniza un curent de β ori mai mare decat cel furnizat de dioda Zener, practic la aceeasi tensiune stabilizata, deci se poate utiliza tensiunea la bornele unei sarcini avand puterea de β ori mai mare. Utilizarea repetorului asigura totodata micsorarea rezistentei de iesire de β ori , adica 

.

   Factorul de stabilizare este egal cu cel dat de grupul DZ-R₁  adica

.

   Exemplu

   Sa se proiecteze un stabilizator cu tranzistor serie (figura 11.14.a) pentru alimentarea unei sarcini care consuma un curent Io, care variaza intre limitele 50..250mA, la o tensiune Uo de 9V, cunoscand ca tensiunea de intrare este  U_I =15+3V (variatii de +20% din tensiunea nominala). Pentru polarizarea corespunzatoare a tranzistorului serie se impune tensiunea  U_CEmin>2..3V.

   Proiectarea consta in alegerea tranzistorului T, dimensionarea grupului stabilizator R1-DZ, dupa metodica expusa mai inainte si verificarea parametrilor stabilizatorului.

   Se verifica tensiunea minima la bornele tranzistorului: 

U_CEmin= U_Im - U0 = 12 - 9 = 3V > 2V.

P_dmax = U_CEmax x I_oM = 9 x 0,25 = 2,25W.

   Se alege tranzistorul BD135 cu caracteristicile

 I_CM = 1A,  U_CEo= 45V,  P_dM = 6,5W, β = 40..140.

   Curentul de baza maxim al tranzistorului 

   Tensiunea diodei Zener

U_Z = U_0 + U_BE = 9 + 0,6 = 9,6V

   Se alege o dioda Zener cu urmatorii parametrii:

U_ZN = 10V, U_Zm = 9,4V, I_Zm = 2mA, I_ZM = 32mA, P_ZM =0,4W, r_Z = 15Ω

   Cu relatia (11.36) se determina valoarea rezistentei R1:

   Se verifica dioda Zener, cu relatiile (11.40)..(11.42):

   Parametrii stabilizatorului proiectat sunt:

   In figura 11.15 se prezinta schema amplificatorului stabilizat proiectat mai sus, unde tensiunea alternativa este furnizata de transformatorul cu priza mediana, avand in secundar 2x12V (valoare efectiva). Aceasta tensiune este redresata de diodele 1N4001 si filtrata de grupul R1-C1 si R2-C2. La bornele condensatorului C2 se obtine o tensiune continua de valoare U_I = 15+3V (variatiile de +3V provin de la  variatiile tensiunii retelei), care reprezinta tensiunea de intrare a stabilizatorului. La iesirea stabilizatorului se afla o rezistenta R4 de "presarcina" care asigura un curent de pornire pentru tranzistor, in situatia in care alimentatorul functioneaza in gol.

Fig.11.15. Exemplu de alimentator stabilizat cu tranzistor serie

  O schema de stabilizator care poate poate realiza la iesire o tensiune stabilizata reglabila este prezentata in figura 11.16. Tensiunea la iesirea stabilizatorului este 

   Performantele schemei de baza (figura 11.14) se pot imbunatati atat in sensul micsorarii rezistentei interne, cat si in sensul maririi factorului de stabilizare al stabilizatorului.

Fig.11.16. Stabilizator de tensiune cu iesire reglabila

   Pentru micsorarea rezistentei interne si cresterea curentului de sarcina a stabilizatorului, se utilizeaza fie conectarea in paralel a mai multor tranzistoare (figura 11.17.a), fie conectarea tranzistoarelor in montaj Darlington (figura 11.17.b, c). Tranzistoarele T1 si T2 la conexiunea lor in paralel trebuie selectate in functie de marimea factorului lor de amplificare β si trebuie protejate prin rezistentele R_E de egalizare a curentilor. Factorul de amplificare a gruparii in paralel este de 2β. Pentru montajul Darlington (cu tranzistoare npn  - figura 11.17.b - sau cu tranzistoare pnp - figura 11.17.c) factorul de amplificare este egal cu produsul factorilor de amplificare in curent al celor doua tranzistoare β = β₁β₂.

Fig.11.17. Tranzistoare compuse: 

a) in paralel,  b) montaj Darlington cu tranzistoare npn  c) montaj Darlington cu tranzistoare pnp

   Cresterea coeficientului de stabilizare se poate realiza utilizand montajul din figura 11.13.d , in care punctul de functionare al diodei Zener se stabilizeaza printr-un generator de curent constant.

   In figura 11.18 se prezinta o schema de sursa de tensiune stabilizata reglabila, cu performante buna, realizata pe baza observatiilor de mai sus. Tensiunea alternativa de 18V obtinuta prin intermediul transformatorului de retea este redresata de puntea redresoare 3PM05 si filtrul de grupul R1-C1, R2-C2. La bornele condensatorului C2 se obtine tensiunea de intrare in stabilizator U_I = 20+3V.

Fig.11.58.  Sursa de tensiune stabilizata reglabila

   Grupul format din componentele R3, R4, DZ3 si T3 constituie un generator de curent constant pentru diodele DZ1 si DZ2, conectate in serie. Aceste diode sunt de tipul PL6V8, avand U_ZN = 6,8V, rezultand o tensiune stabilizata reglabila (prin potentiometrul R) pana la valoarea 

   Montajul Darlington format din tranzistoarele T1 si T2 poate debita un curent de sarcina de pana la 3A. Rezistenta de presarcina R6 are valoarea de 120Ω.

   Configuratia paralel a stabilizatorului parametric cu tranzistor este prezentata in figura 11.19. Se poate observa ca valoarea tensiunii stabilizate este

                  (11.45)

Fig.11.19. Stabilizator parametric de tip paralel:

a) cu tranzistor npn   b) cu tranzistor pnp

   Circuitul prezinta avantajul unei bune stabilizari datorate tranzistorului T. Daca tensiunea la bornele sarcinii tinde sa creasca, de exemplu, creste si tensiunea U_BE, care comanda marirea curentului de colector, deci marirea caderii de tensiune pe rezistenta R1, si, deci, revenirea tensiunii de sarcina la valoarea sa initiala. Prin urmare, variatiile de tensiune datorate tensiunii de intrare sau modificarii sarcinii sunt compensate de variatiile curentului in rezistenta R1. Fata de stabilizatorul parametric simplu cu dioda Zener, stabilizatorul paralel asigura un curent de iesire si o putere stabilizata mult mai mare (de β ori).

   Se pot obtine tensiuni stabilizate reglabile, cu schemele din figura 11.20. In schema din figura 11.20.a Uo < Uz, iar in cea din figura 11.20.b, Uo > Uz. Rezulta tensiunile reglabile potentiometric:

          (11.46)

respectiv

     (11.47)

Fig.11.20. Schema unui stabilizator reglabil de tip paralel cu tranzistor

Exemplu

   Sa se proiecteze un stabilizator de tensiune cu tranzistor in configuratie paralel (figura 11.19.a) avand tensiunea stabilizata +9V, limitele de variatie ale curentului de sarcina I_om = 20mA si I_oM = 200mA si ale tensiunii de alimentare U_Im = 14V si U_IM  = 18V.

   Alegerea diode Zener:

 U_Z =  U₀ -  U_BE = 9 - 0,6 = 8,4V.

   Se alege dioda Zener de mica putere DZ8V2 avand

 U_ZN = 8,2V la  I_ZN = 5mA.

  Calculam rezistenta de balast:

Se alege valoarea standardizata R1 = 22Ω. Curentul minim de colector se considera de cca 0,1 x I_oM.

  Alegerea tranzistorului:

- puterea disipata pe R1 este 

- puterea disipata pe tranzistor:

   Se lege tranzisotrul BD135 cu caracteristicile

 I_CM = 1A,  U_CEo= 45V,  P_dM = 6,5W, β = 40..140.

   Rezistenta de polarizare a diodei Zener:

se alege standardizata R2 = 910Ω. 

   Cu aceste valori, schema este cea din fugura 11.19.a.

   Pentru curenti de sarcina care depasesc 500mA se recomanda utilizarea tranzistoarelor compuse, in montaj Darlington, asa cum se indica in figura 11.21, pentru stabilizatorul de 9V/0,5A.

Fig.11.21. Stabilizator de tensiune pentur curenti mari

   Imbinarea calitatilor functionale ale stabilizatoarelor serie si ale celor paralel conduce la realizarea unor montaje combinate de tip serie-paralel (figura 11.22). Elementul de reglaj serie este constituit din tranzistoarele T1 si T2 (conexiune Darlington), iar elementul paralel este tranzistorul T3. Diodele D1, D2 si D3, compenseaza dioda Zener si variatia tensiunilor U_BE cu temperatura.

Fig.11.22. Stabilizator de tensiune de tip serie-paralel