Για να αποφύγουμε την κύματωση αλλά και να μπορέσουμε να ρυθμίσουμε την τάση εξόδου στο φορτίο, χρησιμοποιούμε διατάξεις σταθεροποίησης με ενεργά εξαρτήματα. Οι διατάξεις σταθεροποίησης χωρίζονται σε δυο κατηγορίες. Στις διατάξεις σταθεροποίησης τάσης, που συμπεριφέρονται σαν πηγές σταθερής τάσης και στις διατάξεις σταθεροποίησης ρεύματος, που συμπεριφέρονται σαν πηγές σταθερού ρεύματος. Στην ιδανική τους μορφή έχουν, οι πρώτες μηδενική εσωτερική αντίσταση και οι δεύτερες άπειρη εσωτερική αντίσταση.
Η σταθεροποίηση της τάσης DC επιτυγχάνεται συνήθως με κατάλληλα κυκλώματα που συνδέονται παράλληλα ή σε σειρά με το φορτίο του τροφοδοτικού ή με κυκλώματα ηλεκτρονικών διακοπτών ελεγχόμενης αγωγιμόπτητας, τα λεγόμενα switching regulators.
Σταθεροποίηση με ακόλουθο εκπομπού
Το κύκλωμα του παρακάτω σχήματος είναι ένα παράδειγμα σταθεροποίησης με ακόλουθο εκπομπού. Ένα τρανζίστορ ισχύος συνδέεται σε σειρά με το φορτίο κατά μήκος των ακροδεκτών συλέκτη – εκπομπού, ενώ η βάση του συνδέεται σε μια τάση αναφοράς που δημιουργείται με μια δίοδο Zener και μια αντίσταση.
Η DC τάση εξόδου είναι Vout=Vz+VBE. Αυτή η τάση είναι σταθερή ίση με την τάση Zener συν την τάση VBE του τρανζίστορ που έχουν σταθερή τιμή. Αν η τάση Vin μεταβληθεί η τάση Zener παραμένει σχεδόν σταθερή και κατά συνέπεια σταθερή μένει και η τάση εξόδου.
Το ρεύμα που διαρρέει την δίοδο Zener γράφεται: IZ = IR – IB. Για να λειτουργήσει η δίοδος στην περιοχή Zener πρέπει IZ > 0 δηλαδή IR>IB. Επειδή IR = (Vin-VZ)/R και ΙΒ=ΙC/β προκύπτει ότι R < β(Vin-VZ)/IC
Διάταξη σταθεροποιητή αρνητικής ανάδρασης
Στο παρακάτω σχήμα δίνεται ένα κύκλωμα σταθεροποιητή αρνητικής ανάδρασης:
Το τρανζίστορ Τ2 ενεργεί σαν ακόλουθος εκπομπού. Το τρανζίστορ Τ1 είναι μέρος του βρόγχου αρνητικής ανάδρασης. Εδώ μέρος της τάσης εξόδου VF συγκρίνεται με την τάση αναφορά VZ. To T1 ενισχύει τη διαφορά VF – VR και τροφοδοτεί τη βάση του Τ2.
Υποθέτουμε ότι η τάση φορτίου αυξάνει. Η τάση αρνητικής ανάδρασης VF θα αρχίσει να αυξάνει. Ενώ η τάση εκπομπού του Τ1 κρατείται σταθερή από την δίοδο Zener, περισσότερο ρεύμα περνάει μέσα από το Τ1 και από την αντίσταση R3. Αυτό μειώνει την τάση βάσης του Τ2. Σαν αποτέλεσμα έχουμε μείωση της τάσης εκπομπού του Τ2 αντισταθμίζοντας έτσι την αύξηση στην τάση φορτίου.
Εάν η τάση φορτίου ελαττώνεται η τάση ανάδρασης VF ελαττώνεται. Αυτό περιορίζει το ρεύμα μέσα από το Τ1 και R3. Η υψηλότερη τάση στη βάση του T2 αυξάνει την τάση εκπομπού του Τ2 και στη συνέχεια αντισταθμίζει την πραγματική ελάττωση στη τάση φορτίου.
Κατά τη λειτουργία του κυκλώματος, ισχύει VF=VZ+VBE. Το ρεύμα μέσα από την αντίσταση R1 θα είναι Ι1=VF/R1=(VZ+VBE)/R1 . Όμως το ρεύμα βάσης του Τ1 είναι πολύ μικρό και μπορούμε να το θεωρήσουμε μηδενικό. Επομένως το ρεύμα που θα διαρρέει την R2 είναι το ίδιο με εκείνο της R1 δηλαδή ίσο με I1. Συνάγουμε ότι η τάση εξόδου είναι Vout=(R1+R2)I1 => Vout=(VZ+VBE)(R1+R2)/R1. Βλέπουμε ότι η τάση εξόδου έχει σταθερή τιμή και ρυθμίζεται από τον λόγο (R1+R2)/R1.
Περιοριστής ρεύματος
Αν στο κύκλωμα της προηγούμενης παραγράφου βραχυκυκλώσουμε το φορτίο, θα έχουμε ένα τεράστιο ρεύμα μέσα από το T2. To T2 ή η δίοδος ανόρθωσης ή και τα δυο θα καταστραφούν. Για να αποφύγουμε αυτές τις πιθανότητες χρησιμοποιούμε το κύκλωμα του παρακάτω σχήματος:
Για φυσιολογικά ρεύματα η τάση στην αντίσταση R4 είναι μικρή και το τρανζίστορ Τ3 δεν άγει. Με αυτές τις συνθήκες ο σταθεροποιητής δουλεύει όπως περιγράψαμε. Αν όμως έχουμε υπερβολικό ρεύμα φορτίου τότε η τάση κατά μήκος της R4 γίνεται αρκετά μεγάλη οπότε άγει το τρανζίστορ Τ3. Το ρεύμα συλλέκτη του Τ3 περνά μέσα από την R3. Αυτό ελαττώνει την τάση βάσης του Τ2 και το κάνει σχεδόν μη αγώγιμο για να προλάβει τη βλάβη.
Στο σχήμα ο περιοριστής ρεύματος αρχίζει όταν η τάση κατά μήκος της R4 γίνει περίπου 0,6 ή 0,7V. Σ’ αυτό το σημείο το τρανζίστορ T3 ανοίγει και ελαττώνει την τάση του Τ2. Αν R4=1Ω ο περιοριστής ρεύματος αρχίζει όταν το ρεύμα φορτίου είναι 600 ή 700mA. Διαλέγοντας άλλες τιμές για την R4 μπορούμε να αλλάξουμε το επίπεδο τη περιοριστή ρεύματος.