Предлагаю на Ваш суд схему для линейного стабилизатора на транзисторах.
Регулируемый элемент (РЭ) собран на транзисторе VT4. Дифференциальный усилитель (ДУ) на транзисторах VT1, VT2 и дополнительный транзистор VT3 образует схему управления (СУ) или, как еще называют этот узел схемы, - усилитель постоянного тока (УПТ). Резисторы R4, R5 и R6 являются делителем выходного напряжения (Д) в цепи отрицательной обратной связи. Источник опорного напряжения (ИОН) представлен резистором R7 и стабилитроном VD1.
Данная схема обладает рядом достоинств. ИОН питается от выходного стабилизированного напряжения. ДУ на VT1 и VT2 имеет большое входное сопротивление по обоим входам, что позволяет использовать достаточно большие сопротивления в делителе и положительно сказывается на режиме работы параметрического стабилизатора используемого в качестве ИОН. Схема хорошо себя ведет при падении входного напряжения до уровня близкого в выходному, VT3 при этом без препятствий переходят в режим насыщения и шунтирует базу с коллектором VT4.
Четыре транзистора в схеме создают высокий коэффициент усиления, глубокую отрицательную связь и, соответственно, обеспечивают высокий коэффициент стабилизации.
Пульсации входного напряжения слабо влияют на токи в цепи базы VT3 и VT4 т.к. транзисторы VT1 и VT2 работают в режиме генераторов тока, а их коллекторные токи определяются напряжениями на базах и слабо зависят от напряжений на коллекторах.
Схема имеет имеет "условную" защиту от короткого замыкания (КЗ). Конечно эта схема не пригодна для использования в полноценных лабораторных источниках питания без введения дополнительной защиты от КЗ, но при случайных КЗ на выходе ток резко падает и транзисторы не сгорают. Ток КЗ примерно равен Iкз=Uвх/R2*h21(VT4). Ток в режиме КЗ не стабилизирован, но на практике такой защиты от случайного КЗ вполне достаточно.
Особенностью данной схемы является применение как минимум 4-х транзисторов, а отличие от других схем заключается в подключении выходных транзисторов VT3 и VT4 к дифференциальному каскаду на VT1 и VT2. При этом в схеме содержится минимальное число других элементов. РЭ и СУ содержит всего два резистора. Если число транзисторов уменьшить, то это будет уже другая схема с несколько худшими показателями.
VT3 и VT4 фактически образуют составной транзистор, однако заменить их составным p-n-p транзистором без изменения схемы не возможно. Коллекторный ток VT2 "отнимается" от тока базы VT4 в случае повышения входного напряжения или уменьшения мощности нагрузки.
И все-таки, можно предположить, что в схеме есть один "недостаток". Это недостаток - резистор R2. Данный резистор необходим для начального пуска схемы. После появления на выходе схемы напряжения необходимого для открытия VT1 (и VT3 соответственно) резистор R3 можно отключить от схемы (в этом случае, при КЗ схема действительно выключится). Может показаться, что необходимо подбирать оптимальное значение этого сопротивления (номиналы остальных резисторов легко рассчитываются). Однако на практике оказалось, что в качестве R2 можно взять достаточно большое сопротивление (помню значение 22 кОм) и схема будет работать и в широком диапазоне температур и широком диапазоне нагрузок.
Переменный резистор R5 служит для подстройки выходного напряжения. В реальных схемах его можно исключить (конечно же подсоединив базу VT2 к "средней точке" делителя R4/R6) и подобрать номиналы R4 и R6. Примерное значение выходного напряжения стабилизатора в этом случае определяется соотношением R4, R6 и напряжением ИОН: Uвых=Uион*(R4+R6)/R4. Суммарное сопротивление R4, R5, R6 должно быть не намного более, чем входное сопротивление дифференциального усилителя (обычно около ~ 2 кОм).
Значение резистора R1 может быть вычислено из требований по максимальному току потребления нагрузкой Imax: R1=(Uион-0,65В)/Imax*h21(VT3)*h21(VT4). Величина напряжения 0,65 В соответствует примерному падению на переходе база-эмиттер для кремниевых транзисторов. При выполнении данной оценки необходимо учитывать, что h21 (статический коэффициент усиления транзистора по току) в режиме насыщения может падать с традиционного значения 50..100 до примерно ~10.
Если не учитывать потребление ИОН, то сама схема СУ и РЭ потребляет ток примерно Iпот=(Uион-0.65)/R1 или Iпот~Imax/h21(VT3)/h21(VT4). Если значение h21(VT3)*h21(VT4) в худшем случае (насыщение обоих транзисторов) составит 100, то ток потребления схемой составит 1% от максимального тока нагрузки. Только не надо путать это значение с КПД, который не превышает величину 100%*(Uвых/Uвх)^2 для любого линейного стабилизатора.
Данную схему я использовал для конструирования стабилизаторов на 5, 6, 9 и 12 В. Для схем стабилизаторов на 5...6 В в качестве стабилитрона VD1 я использовал светодиод в прямом его включении. При небольшом токе около 1 мА обычные светодиоды светятся слабо, зато напряжение на их p-n переходе слабо зависит от тока и составляет величину около ~1,9 В. Применение светодиодов в качестве стабилитронов это известный трюк, который позволяет экономить электроэнергию для устройств с батарейным питанием (традиционные стабилитроны хорошо работают при токе стабилизации около Iст~10 мА, а светодиод всего при Iст~1 мА).
Значение резистора R7 может быть получено по следующей формуле: R7=(Uвых-Uион)/Iст.
Спустя примерно 16 лет с момента апробирования данной схемы я решил поделится своей маленькой разработкой со всем Миром и впервые опубликовать её используя Интернет.
