Stabilizatoare prin compensare cu dioda Zener

1. Principiul metodei

Stabilizatoarele prin compensare au la baza doua principii care exprima mecanismul fizic al stabilizarii. Acestea sunt ilustrate in figurile 1a si 1b.

 

a b

Fig. 1

Stabilizatorul din figura 1a este numit tip serie si contine sursa primara de tensiune, a carei valoare este variabila, rezistenta interna a sursei R_i, rezistenta de sarcina R_s si rezistenta variabila R_v.

La modificarea tensiunii E, R_v trebuie sa-si modifice valoarea astfel incat caderea de tensiune pe aceasta sa asigure constanta tensiunii de iesire.

Tensiunea de iesire poate fi modificata si prin modificarea rezistentei de sarcina. Si in acest caz tot modificarea lui R_v conduce la mentinerea constanta a tensiunii de iesire.

Stabilizatorul din figura 1b este numit de tip deviatie si contine elemente cu aceeasi semnificatie ca si primul. Mecanismul reglarii tensiunii de iesire se asigura prin modificarea caderii de tensiune pe rezistenta interna a sursei. Aceasta se realizeaza datorita variatiei curentului debitat de sursa ca urmare a variatiei lui R_v.

Practic se adopta structurile prezentate in figura 2.

 

a b

Fig. 2

Schema generala a unui stabilizator de tensiune cuprinde un element de control S legat in serie, ca in figura 2a, sau in derivatie, ca in figura 2b. In functie de plasarea acestui element stabilizatorul este de tip serie sau derivatie. Pozitionarea elementului de control se raporteaza la sarcina stabilizatorului. Pe cele doua figuri prin U_r s-a notat sursa de tensiune de referinta si prin C comparatorul.

Comparatorul primeste tensiunea U_r si U₂ pe care le compara si furnizeaza un semnal proportional cu diferenta lor. Acest semnal se numeste semnal de eroare .

Atunci cand U₂ are valoarea prestabilita, semnalul de eroare este nul si comparatorul nu actioneaza asupra elementului de control. Daca apare o variatie a lui U₂ semnalul de eroare actioneaza asupra elementului de control astfel ca tensiunea U₂ sa revina la valoarea prestabilita.

2. Stabilizator cu compensare tip derivatie

Structura cea mai simpla a unui stabilizator de acest tip este prezentata in figura 3. Tranzistorul are rolul de element de control si comparator.

Fig. 3

Cind tensiunea U₂ variaza, tensiunea U_z fiind constanta, va varia si U_BE in acelasi sens. Variatia lui U_BE conduce la o variatie de acelasi sens a curentului de colector, deci si a caderii de tensiune la bornele lui R₁. In acest fel U₂ va reveni la valoarea initiala.

3. Stabilizator cu compensare cu tranzistor serie

In acest tip de stabilizator tranzistorul este plasat in serie fata de sarcina si are rolul de element de control si de comparator.

Structura cea mai simpla a unui astfel de montaj este prezentata in figura 4.

Fig. 4

Atunci cand U₂ variaza, tensiunea U_BE va avea o variatie de sens contrar deoarece:

si U_z este presupusa constanta.

Variatia lui U_BE va antrena o variatie de acelasi sens pentru curentul prin tranzistor si deci va readuce U₂ la valoarea initiala.

Se constata ca valoarea coeficientului de stabilizare amonte nu depinde de parametrii tranzistorului ci numai de rezistenta dinamica a diodei Zener. Pentru a obtine o rezistenta de iesire (R_i) cat mai mica trebuie ca factorul de amplificare in curent al tranzistorului (h₂₁) sa fie cat mai mare.

Montajul nu este protejat la scurtcircuit pe sarcina, deci trebui prevazut un sistem de protectie