Значительно лучшими параметрами обладает компенсационный стабилизатор напряжения: его коэффициент стабилизации может достигать сотен и даже тысяча единиц. Наиболее распространен компенсационный стабилизатор напряжения, регулирующий элемент которого включен последовательно нагрузке (рис.28).
Рисунок 28 Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения с последовательно включенным регулирующим элементом
На вход схемы подаётся отфильтрованное нестабилизированное напряжение Uвх (его предельное отклонения от среднего значения ±∆U), которое распределяется между регулирующим транзистором VT1 и сопротивлением нагрузки R4, т.е. Uвх = Uкэvт1 + Uвых
Принцип действия стабилизатора состоит в следующем: если увеличится Uвх, то автоматически почти на столько же увеличится U кэvт1, а U вых – изменится незначительно.
Усилитель сигнала рассогласования выполнен на транзисторе VT 2, на эмиттерный переход которого поступает два напряжения: опорное Uоп, вырабатываемое параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD, и напряжение άUвых, пропорциональное выходному напряжению
(ά - коэффициент деления делителя, выполненного на потенциометре R3). Сигнал рассогласования (складывается из этих двух напряжений): Up = Uбэvт2 = άUвых – Uоп, усиливается и поступает на базу регулирующего транзистора VT 1, потенциал эмиттера которого равен выходному напряжению Uвых стабилизатора. Напряжение в эмиттерной цепи транзистора складывается из двух напряжений: Uбэvт1 = Uкvт2 - Uвых
Увеличение входного напряжения сопровождается увеличением выходного, а, следовательно, напряжения άUвых. При этом напряжение Uбэvт2 и ток коллектора транзистора VT 2 увеличиваются, а напряжение U кvт2 и Uбэvт1 в соответствии с формулой (2.4) уменьшаются. Одновременно уменьшается коллекторный ток транзистора VT1, что равноценно увеличению сопротивления его промежутка коллектор – эмиттер и, следовательно, напряжения Uкэvт1. Таким образом, почти все приращение напряжения Uвх приходится на регулирующий транзистор VT 1, а напряжение Uвых в соответствии с формулой (2.2) остаётся неизменным. Выходное напряжение стабилизатора всё же изменяется, так как для поддержания нового электрического состояния транзистора VT 1 необходим некоторый сигнал рассогласования, тем меньший, чем выше коэффициент усиления усилителя сигнала рассогласования.
Уменьшение входного напряжения схема компенсирует уменьшением сопротивления промежутка коллектор – эмиттер транзистора VT 1, напряжение на котором уменьшается, а выходное напряжение стабилизатора изменяется незначительно. Аналогично стабилизатор реагирует на пульсации входного напряжения, значительно ослабляя их на выходе.
При изменении положения движка потенциометра R3 изменяется выходное напряжение Uвых стабилизатора. Это происходит потому, что в схеме автоматически поддерживается соотношение между напряжениями в эмиттерной цепи транзистора VT 2 в соответствии с формулой (2.3). Из этой формулы следует, что Uвых = Uоп/ ά. Если движок потенциометра R3 сместить к верхнему по схеме выводу (ά = 1), то выходное напряжение стабилизатора приблизится к опорному.
При уменьшении ά (смещение движка потенциометра R3 к нижнему выводу) выходное напряжение увеличивается и соответственно уменьшается напряжение Uкэvт1 - пока транзистор VT1 не перейдет в насыщение. Тогда Uвых = Uвх – Uкэvт1нас ≈ Uвх. В этом режиме транзистор VT1 перестает управляться, а стабилизатор стабилизировать напряжение. Обычно напряжение на промежутке коллектор - эмиттер транзистора VT1 составляет не менее 3 - 5 В при максимальном напряжении на выходе схемы. Такое же минимальное напряжение Uкэvт1 необходимо для сглаживания пульсаций.