Импульсные стабилизаторы отрицательного напряжения | Техника и Программы

Хотя стабилизатор типа ZAfl05 предназначен для работы с положитель­ным выходным напряжением, его можно приспособить для получения отрицательных напряжений. Но все же лучшие результаты и более про­стой реализации можно добиться используя ИС, специально разрабо­танные для получения отрицательных выходных напряжений. Примером такого стабилизатора напряжения является ИС LAfl04, показанная на рис. 17.2.

Рис. 17.2. Принципиальная схема интегрального стабилизатора напря­жения LM104. Эта ИС аналогична ИС ZM105, но сделана так, чтобы пользователю было легко и просто стабилизировать отрицательное напряжение. National Semiconductor Corp.

Две схемы импульсных стабилизатора с отрицательным выходным напряжением приведены на рис. 17.3. Общая идеология и применение совпадают с ИС LAflOS.

В предназначенной для работы с большими токами схеме (рис. 17.3В), возможности расширены за счет введения нескольких изменений. И катушка индуктивности, и фиксирующий диод должны быть рассчита­ны на больший ток. Заметьте, что вывод источника опорного напряже­ния уже не подключен к нестабилизированному входу, а связан с базой выходного транзистора Q2.

Рис. 17.3. Импульсные стабилизаторы отрицательного напряжения. (А) Схема с одним дополнительным транзистором, обеспечивающая на выходе отрицательное напряжение 5 В. (В) Схема с двумя допол­нительными транзисторами для увеличения выходного тока. National Semiconductor Corp.

Этот прием используется для того, чтобы предотвратить превышение положительного напряжения на выводе 5 относительно вывода 3 больше чем на 2 В, что неблагоприятно сказывается на работе ИС LM104. Хотя это изменение достигает своей цели, оно может в некоторых случаях да­вать нежелательный побочный эффект, потому что ухудшается стабилиза­ция из-за введения в источник опорного напряжения нестабилизированно­го входного напряжения. К счастью, это влияние можно устранить, включая последовательно с резистором положительной обратной связи R6 конденсатор емкостью 0,01мкФ. Емкость конденсатора достаточно велика, поэтому слабо изменяет гистерезис компаратора на частоте колебаний, но преграждает путь постоянной составляющей напряжения обратной связи.

Поскольку схема способна выдавать больший ток, необходимость в быстрой реакции полупроводниковых приборах становится более насто­ятельной. Мало того, что медленные компоненты выделяют большее количество тепла, при значительных токах быстро возрастает вероят­ность серьезных нарушений в схеме из-за больших значений максималь­ных токов и петлевых токов блока. В этом случае нельзя применять низ­кочастотные транзисторы и фиксирующие диоды. Накопление заряда в обычных выпрямительных диодах приводит не только к большому рас­сеянию мощности непосредственно в диоде, но и создает короткое за­мыкание для переключающего транзистора, когда он включается (в этом случае диод едва ли можно называть фиксирующим). Как подчер­кивалось в предыдущих главах, ИИП требует скоординированной рабо­ты соответствующих устройств и компонент. Сбой лишь в одном месте может пагубно отразиться на всей последовательности действий, необ­ходимых для достижения высокого к.п.д. и слаженной работы.

nauchebe.net

Непрерывный стабилизатор отрицательного напряжения

Изобретение относится к области источников электропитания и может быть использовано в структуре сложно-функциональных блоков. Технический результат заключается в возможности создания в одном кристалле в рамках перспективных технологических процессов аналоговых функциональных узлов и цепей стабилизации их напряжений питания. Непрерывный стабилизатор отрицательного напряжения содержит первый и второй входные транзисторы, источник опорного напряжения, делитель выходного напряжения, токовое зеркало, регулирующий элемент стабилизатора и эмиттерный повторитель. 4 ил.

 

Изобретение относится к области источников электропитания и может быть использовано в структуре СФ-блоков.

В современной микроэлектронике широко применяются стабилизаторы отрицательного напряжения (СН), имеющие специфическую архитектуру, основанную на «обязательном» применении, одного или нескольких p-n-p транзисторов. Авторам не известны стабилизаторы отрицательного напряжения, реализованные только на n-p-n транзисторах. В то же время ряд новых технологических процессов, например SGB25VD, внедряемых в России, не обеспечивают p-n-p транзисторами различные аналоговые устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является микросхема стабилизатора напряжения LM120, описанная в монографии Полянина К.П. «Интегральные стабилизаторы напряжения». - М., Энергия, 1979, с.142, рис.5-12. Аналогично устроены многие другие микросхемы ведущих зарубежных фирм [1-10]. Кроме этого различные модификации данной схемы отрицательного стабилизатора напряжения приведены в [11, 12].

Существенный недостаток известного СН состоит в том, что он содержит p-n-p транзисторы. Это не позволяет на его основе создавать непрерывные СН по многим перспективным технологическим процессам, например SGB25VD. В тех случаях, когда применение p-n-p транзисторов допускается (например, техпроцесс АБМК_1_3 НПО «Интеграл»), ряд параметров СН, например радиационная стойкость, ухудшаются из-за «плохих» характеристик этих транзисторов.

Основная задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы исключить из структуры СH p-n-p транзисторы. Это позволяет создавать в одном кристалле в рамках перспективных технологических процессов не только аналоговые функциональные узлы на n-p-n транзисторах, но цепи стабилизации их напряжений питания.

Поставленная задача решается тем, что в непрерывном стабилизаторе отрицательного напряжения фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входные транзисторы, коллекторы которых связаны с общей шиной 3, источник опорного напряжения 4, включенный между общей шиной 3 и базой первого 1 входного транзистора, делитель выходного напряжения 5, общий вывод которого соединен с общей шиной 3 источника питания, вход соединен с выходом 6 устройства, а выход подключен к базе второго 2 выходного транзистора, токовое зеркало 7, регулирующий элемент стабилизатора 8, эмиттер которого связан с источником входного нестабильного напряжения 9, а коллекторный выход подключен к выходу 6 устройства, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введен дополнительный эмиттерный повторитель 10, вход которого соединен с выходом токового зеркала 7, а выход подключен к общему эмиттерному выходу токового зеркала 7 и базе регулирующего элемента 8, причем вход токового зеркала 7 соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора через первый 11 дополнительный резистор, а выход токового зеркала 7 связан с эмиттером второго 2 входного транзистора через второй 12 дополнительный резистор.

На фиг.1 показана схема СН-прототипа.

Схема заявляемого устройства, соответствующего формуле изобретения, показана на фиг.2.

На фиг.3 представлена схема заявляемого устройства в среде PSpice на моделях интегральнык транзисторов НПО «Интеграл» (г.Минск).

На фиг.4 показана зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки. Из данных графиков следует, что при изменении тока нагрузки на 100 мА выходное напряжение заявляемого СН изменяется на 2 мВ.

Непрерывный стабилизатор отрицательного напряжения содержит первый 1 и второй 2 входные транзисторы, коллекторы которых связаны с общей шиной 3, источник опорного напряжения 4, включенный между общей шиной 3 и базой первого 1 входного транзистора, делитель выходного напряжения 5, общий вывод которого соединен с общей шиной 3 источника питания, вход соединен с выходом 6 устройства, а выход подключен к базе второго 2 выходного транзистора, токовое зеркало 7, регулирующий элемент стабилизатора 8, эмиттер которого связан с источником входного нестабильного напряжения 9, а коллекторный выход подключен к выходу 6 устройства. В схему введен дополнительный эмиттерный повторитель 10, вход которого соединен с выходом токового зеркала 7, а выход подключен к общему эмиттерному выходу токового зеркала 7 и базе регулирующего элемента 8, причем вход токового зеркала 7 соединен с эмиттером первого 1 входного транзистора через первый 11 дополнительный резистор, а выход токового зеркала 7 связан с эмиттером второго 2 входного транзистора через второй 12 дополнительный резистор. В частном случае дополнительный эмиттерный повторитель 10 реализован на транзисторе 13 и двухполюснике 14, а регулирующий элемент включает составной транзистор Дарлингтона (элементы 17 и 18). Делитель выходного напряжения 5 содержит традиционные резисторы 15 и 16.

Рассмотрим работу СН фиг.2.

При изменении опорного напряжения 4 на величину u0 появляется приращение эмиттерного тока транзистора 1 (i11), определяемое по формуле

где - коэффициент усиления по напряжению между базой транзистора 1 и эмиттером транзистора 13.

С другой стороны, приращение напряжения в узле «А»

где Ki12.1=-1 - коэффициент усиления но току токового зеркала 7.

Из последнего уравнения можно найти, что

Таким образом, коэффициент усиления по напряжению

Если выбрать R12=R11, то Ky>>1.

Аналогично можно показать, что коэффициент усиления от цепи базы транзистора 2 в цепь эмиттера транзистора 13 гораздо больше единицы .

Таким образом, петлевое усиление (Т), определяющее погрешности стабилизации выходного напряжения СН

где - коэффициент усиления входного каскада;

- коэффициент усиления каскада с общим эмиттером 8 образованного регулирующим элементом 8 и резистором нагрузки Rн;

- коэффициент передачи делителя напряжения 5.

Высокие значения Т обеспечивают малое выходное сопротивление СН и высокую стабильность Uн при изменении тока нагрузки в широких пределах (фиг.4).

Таким образом, предлагаемый стабилизатор отрицательного напряжения реализуется только на n-p-n транзисторах и имеет достаточно высокие качественные показатели.

Источники информации

Непрерывный стабилизатор отрицательного напряжения, содержащий первый (1) и второй (2) входные транзисторы, коллекторы которых связаны с общей шиной (3), источник опорного напряжения (4), включенный между общей шиной (3) и базой первого (1) входного транзистора, делитель выходного напряжения (5), общий вывод которого соединен с общей шиной (3) источника питания, вход соединен с выходом (6) устройства, а выход подключен к базе второго (2) выходного транзистора, токовое зеркало (7), регулирующий элемент стабилизатора (8), эмиттер которого связан с источником входного нестабильного напряжения (9), а коллекторный выход подключен к выходу (6) устройства, отличающийся тем, что в схему введен дополнительный эмиттерный повторитель (10), вход которого соединен с выходом токового зеркала (7), а выход подключен к общему эмиттерному выходу токового зеркала (7) и базе регулирующего элемента (8), причем вход токового зеркала (7) соединен с эмиттером первого (1) входного транзистора через первый (11) дополнительный резистор, а выход токового зеркала (7) связан с эмиттером второго (2) входного транзистора через второй (12) дополнительный резистор.

www.findpatent.ru

Как понять - стабилизаторы положительного и отрицательного напряжения ?

Буквально. Точно так же как напряжение относительно общей шины может быть положительно и отрицательно, так же и стабилизаторы для этих напряжений.

0

ответ написан 5месяцев назад

Общая шина у положительного стабилизатора минусовая ?

0

комментарий написан 5месяцев назад

Угу. На фото: сверху - положительный, снизу - отрицательный, вместе - стабилизатор двуполярного напряжения.

0

комментарий написан 5месяцев назад

ясно

0

комментарий написан 5месяцев назад

Войдите что бы оставлять комментарии

Смотрите картинку, думаю всё и так ясно 8)

0

ответ написан 5месяцев назад

a) стабилизатор положительного напряжения ? б) стабилизатор отрицательного напряжения ?

0

комментарий написан 5месяцев назад

Что не ясно? у первого - относительно общей земли + у второго -, отрицательные напряжения нужны для формирования уровней сигналов в разных интерфейсах например RS-232 и т. д.

0

комментарий написан 5месяцев назад

же всё ясно

0

комментарий написан 5месяцев назад

Войдите что бы оставлять комментарии

может сначала просто с напряжением разобраться....

0

ответ написан 5месяцев назад

6 комментариев

А чё с ним разбираться? Это разность потенциалов.

0

комментарий написан 5месяцев назад

вооот!!!! относительно чего?

0

комментарий написан 5месяцев назад

Разность потенциалов между двумя точками проводника.... и этих точек может быть бесконечное множество.

0

комментарий написан 5месяцев назад

Относительно друг дружке. А ноль так, под ногами вертится

0

комментарий написан 5месяцев назад

Относительно того... относительно чего мы хотим измерить напряжение.

0

комментарий написан 5месяцев назад

ну допустим без придирок.... разность потенциалов независит от наших хотений))). почитайте инфы много так долго писать))) http://katod-anod.ru/articles/25

0

комментарий написан 5месяцев назад

Войдите что бы оставлять комментарии

От средней точки туда и сюда

0

ответ написан 5месяцев назад

0 комментариев

Войдите что бы оставлять комментарии

-стабилизатор положительного напряжения-когда выходное напряжение относ-но нуля (общего провода) -положительное (и стабилизатор держит стабильным этот уровень) -стабилизатор отрицательного напряжения-когда выходное напряжение относ-но нуля (общего провода) -отрицательное (и стабилизатор держит стабильным этот уровень)

0

ответ написан 5месяцев назад

ЧАго? )) Как это относительно нуля (нулевого провода)? Ноль он может быть только относительно чего либо, сам по себе провод не может быть с нулевым потенциалом. Всегда измерения ведутся относительно чего либо.

0

комментарий написан 5месяцев назад

-относительно чего либо-- как раз этот ЧЕГО и общий провод,, ноль, земля

0

комментарий написан 5месяцев назад

Ноль относительно чего? Понимаю название - общий провод. Но название "нулевой провод" не понимаю.

0

комментарий написан 5месяцев назад

нуля (общего провода) или земля в схемах

0

комментарий написан 5месяцев назад

Войдите что бы оставлять комментарии

Так же как на одной машине плюс на массе у аккумулятора, а на другой минус, значит и вся электроника имеет прямую проводимость или обратную, по плюсу или по минусу, положительная и отрицательная ...Дошло?

0

ответ написан 5месяцев назад

Дошло.. дошло...

0

комментарий написан 5месяцев назад

Войдите что бы оставлять комментарии

science.ques.ru

Мощный стабилизатор напряжения своими руками

Опубликовал admin | Дата 13 марта, 2013

Стабилизатор напряжения на ток 10А

     Здравствуйте уважаемые читатели. Давно хотел опробовать схему мощного, регулируемого стабилизатора напряжения, схема которого представлена в книге «Микросхемы для линейных источников питания и их применение» издательство Додэка 1998г. Схема изображена на рисунке 1.

     На рисунке2 изображена схема, которую собрал я. В ней отсутствуют диод, резистор 2 и конденсатор 2. Резистор R2 необходим для замыкания токов утечки мощных транзисторов. Об установке дополнительных элементов можно подробно ознакомиться в вышеупомянутой книге. Вот небольшая выдержка из данной книги.

Данные испытуемого стабилизатора

Напряжение на входе………………………. 22В
Напряжение на выходе……………………. 14,15В
Ток ……………………………………………………... 0... 5А
Провал напряжения на выходе………. 0,05В

Напряжение пульсаций не мерил, так как запитывал стабилизатор от БП постоянного тока.
И так на вход подал 22В, резистором R5 установил напряжение на выходе 14В – точнее было 14,15. При увеличении тока нагрузки до 5А напряжение на выходе уменьшилось до 14,1В, что соответствует провалу напряжения в 50млВ, что довольно не плохо.

     При падении напряжения на самом стабилизаторе 10В и токе через мощные транзисторы 5А т.е. мощности, выделяемой на них в виде тепла в 50Вт, радиатор данных размеров нагревается до температуры 80 (на фото 1 правда 75 – потом температура поднялась) градусов.

     Для кремния это, «как с добрым утром». Но после прогонки стабилизатора при этой температуре в течении примерно часа, скоропостижно умер один из КТ829А (пробой к-э, но при снижении температуры все свойства транзистора восстанавливались, для меня это совсем не единичный случай в моей практике, именно поэтому я всегда испытываю свои поделки при повышенной и пониженной температуре, если предполагается, что они будут работать с возможным изменением климатики), пришлось заменить. Транзисторы у меня все б\у, выпаяны из старых телевизоров. Резисторы, стоящие в эмиттерах мощных транзисторов, больше нужны для контроля коллекторных токов данных транзисторов, чем для их выравнивания. У меня разброс этих токов от транзистора к транзистору изменялся в разы, что потребовало подбора транзисторов. Например ток одного транзистора был 1,64А, а другого – 0,63А. Так, что эти яко бы уравнивающие резисторы в эмиттерных цепях можно после подборки транзисторов спокойно убрать. Стабилизатор собран навесным способом прямо на радиаторе (см. фото 2). При монтаже стабилизатора надо соблюдать некоторые условия.


1. Провод идущий от резистора R5 на землю, необходимо припаять непосредственно к выходной клемме блока.
2. Конденсаторы С1 и С2 устанавливаются в непосредственной близости с микросхемой стабилизатора.
3. Резистор R4 лучше всего припаивать непосредственно на соответствующие выводы микросхемы.
4. С1 и С2 лучше танталовые.

     После сборки стабилизатора обязательно проверьте осциллографом выходное напряжение стабилизатора – возможно самовозбуждение оного. Если возникнет возбуд, то возможен сильный разогрев С1 и С2 вплоть до взрыва. При первом включении всегда быстренько пальчиками пощупайте электролиты на предмет повышения их температуры. Стабилизатор нормально работает при входном напряжении 34В, при этом выходное напряжение должно быть не более 24В (зависит от номинала резистора R5 и высчитывается с помощью формулы).

Ток может достигать 10А при условии использования двух вентиляторов для принудительного обдува. В общем я уже подумываю на базе этого стабилизатора сделать себе лабораторный БП, дополнив его системами защиты и индикации, ну и естественно вольтметром и амперметром. Успехов всем. До свидания К.В.Ю.

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

Просмотров:43 733


www.kondratev-v.ru

Микросхемы стабилизаторы напряжения - параметрические

Сегодня для подключения аппаратуры к питанию редко применяют транзисторные стабилизаторы напряжения. Это обуславливается широкой популярностью использования интегральных приборов стабилизации.

Использование микросхем

Рассмотрим свойства импортных и отечественных микросхем, которые выступают вместо стабилизаторов напряжения. Они имеют параметры по таблице.

Зарубежные стабилизаторы серии 78… служат для выравнивания положительного, а серии 79… — отрицательного потенциала напряжения. Типовые микросхемы с обозначением L – маломощные приборы. Они сделаны в небольших пластиковых корпусах ТО 26. Стабилизаторы мощнее изготавливают в корпусе типа ТОТ, по подобию транзисторов КТ 805, и монтируются на теплоотводящие радиаторы.

Схема соединений микросхемы КР 142 ЕН5

Такая микросхема служит для создания стабильного напряжения 5-6 В, при силе тока 2-3 А. Электрод 2 микросхемы подключен к металлической основе кристалла. Микросхему фиксируют сразу на корпусе без изоляционных прокладок. Величина емкости зависит от наибольшего тока, протекающего через стабилизатор и при наименьших токах нагрузки – величину емкости нужно увеличить – конденсатор на входе должен быть не меньше 1000 мкФ, а на выходе не менее 200 мкФ. Рабочее значение напряжения емкостей должно подходить выпрямителю с резервом в 20%.

Если в схему электрода микросхемы (2) подключить стабилитрон, то напряжение выхода повысится до величины напряжения микросхемы, и к этому значению прибавляется напряжение стабилитрона.

Сопротивление на 200 Ом предназначено для повышения тока, протекающего через стабилитрон. Это оптимизирует стабильность напряжения. В нашем случае напряжение будет 5 + 4,7 = 9,7 В. Слабые стабилитроны подключаются подобным образом. Для повышения силы тока выхода стабилизатора можно применить транзисторы.

Микросхемы 79 типа служат для выравнивания отрицательного значения и в цепь подключаются подобным образом.

В серии микросхем КР 142 есть прибор с изменяемым напряжением выхода – КР 142ЕН12 А:

Нужно учесть, что цоколевка ножек 79 типа микросхем и КР 142 ЕН 12 имеют отличия от типовой. Эта схема при напряжении входа 40 В может выдать напряжение 1,2-37 В при силе тока до 1,5 А.

Замена стабилитронам

Одними из основных компонентов электронной аппаратуры стали стабилизаторы напряжения. До недавнего времени такие компоненты включали в себя:

  • Транзисторы различных серий.
  • Стабилитроны.
  • Трансформаторы.

Суммарное количество деталей стабилизатора было немалое, особенно регулируемого прибора. При возникновении специальных микросхем все изменилось. Новые микросхемы для стабилизаторов изготавливаются для большого интервала напряжений, со встроенными опциями защиты.

В таблице указан список популярных микросхем стабилизаторов с обозначениями.

Если нужно нестандартное напряжение с регулировкой, то применяют 3-выводные микросхемы с напряжением 1,25 вольт выхода и вывода управления.

Типовая схема работы микросхем на определенное напряжение показана на рисунке. Емкость С1 не ниже 2,2 микрофарад.

Регулируемые микросхемы в отличие от фиксированных приборов, без нагрузки работать  не могут.

Наименьший ток регулируемых микросхем 2,5-5 миллиампер для слабых моделей, и до 10 миллиампер для мощных. Для уменьшения пульсаций напряжения при повышенных напряжениях целесообразно подключать выравнивающий конденсатор величиной 10 мкФ. Диод VD 1 служит защитой микросхемы, если нет входного напряжения и подачи ее выхода к питанию. Диод VD 2 предназначен для разряжания емкости С2 при замыкании цепи входа или выхода.

Недостатки микросхем

Свойства микросхем остаются на уровне большинства использования в практике радиолюбителей. Из недостатков микросхем можно отметить:

  1. Повышенное наименьшее напряжение между выходом и входом, составляющее 2-3 вольта.
  2. Ограничения на наибольшие параметры: напряжение входа, рассеиваемая мощность, ток выхода.

Указанные недостатки не слишком заметны и быстро окупаются простым использованием и малой стоимостью.

ostabilizatore.ru

Кое-что из радиотехники » Схемы стабилизаторов напряжения и тока

   Стабилизированные источники питания необходимы для обеспечения независимости параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Практически в любой современной аппаратуре имеется стабилизатор напряжения, а то и несколько. В таких устройствах часто применяются операционные усилители ( ОУ ), с помощью которых решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причём ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.
Следящие стабилизаторы, как правило, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

Стабилизатор по схеме Рис.1 выдаёт напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор Рис.2 — меньшее. Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере — до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе. Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причём датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включённый в цепь эмиттера транзистора VT2. Когда падение напряжения на нём превысит Uб-э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10…15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилитронах по схемам на Рис.1, 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой суммы напряжений питания.

На Рис.3а приведена схема подобного стабилизатора в котором ОУ включён таким образом, что он сам питается стабилизированным напряжением. Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода ОУ DA1 смещён в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эмиттерный повторитель — составной ( VT2, VT3 ), а к базе защитного транзистора VT4 подключён делитель R4R5, что позволяет создать «падающую» характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А. Термокомпенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2). Выходное напряжение стабилизатора, равное +15В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001%. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1% за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме Рис.4. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.
В случае необходимости получения отрицательного выходного напряжения необходимо в качестве повторителя применить p-n-p транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по-другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности.

На Рис.5 приведены две упрощённые схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжения разного знака. В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго — выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +Uст и -Uст стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов ( несимметричные в общем случае ) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

В случае если необходимо иметь два питающих напряжения с заземлённой средней точкой, то можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (Рис. 6). Если R1=R2, то равны и выходные напряжения относительно заземлённой средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падение напряжения на участках коллектор — эмиттер равны половине входного напряжения. Это надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.
Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами, только за счёт уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два — три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышении уровня помех. Однако рациональное конструирование, и когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить «пролезание» высокочастотных помех в нестабилизированный источник первичного питания и нагрузку можно путём включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанный на постоянный ток 1…3 А. В ключевых стабилизаторах напряжения с успехом применяются интегральные компараторы.

На Рис. 7 приведена схема релейного стабилизатора на базе микросхемы К554СА2. Здесь компаратор DA1 работает от источников напряжения +12 и -6 В. Эта комбинация образована подключением вывода 11 положительного питания DA1 к эмиттеру транзистора VT1 (+18 В), вывода 2 — к стабилитрону VD6 (примерно +6 В), вывода 6 отрицательного питания — к нулевому потенциалу общей шины. Опорное напряжение стабилизатора формируется диодами VD3 — VD5, оно равно +4,5 В. Это напряжение подаётся на инвертирующий вход компаратора DA1, включённого по схеме детектора уровня с гистерезисной характеристикой из-за положительной обратной связи по цепи R5, R3. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через усилительный транзистор VT2, ключевой элемент на транзисторах VT3, VT4 и фильтр L1C7. Глубину отрицательной обратной связи по выходному напряжению регулируют переменным резистором R4, в результате оно изменяется в пределах 4…20 В при минимальном входном нестабилизированном напряжении +23 В и максимальном — до +60 В с применением элементов, рассчитанных на такое напряжение. В то же время переменная составляющая выходного напряжения ( пульсации ) проходят без ослабления через конденсатор С4, поэтому регулирование выходного напряжения не приводит к пропорциональному изменению пульсаций.
Данный стабилизатор напряжения относится к числу автогенерирующих, когда в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки, разряжающего накопительный конденсатор C7, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время включённого состояния транзисторов VT3, VT4. Усилитель управления на компараторе DA1 и транзисторе VT2 открывает ключевой элемент в тот момент, когда потенциал инвертирующего входа станет меньше, чем потенциал неинвертирующего (опорного) входа. В этот момент напряжение на нагрузке падает несколько ниже заданного уровня стабилизации, т.е пульсирует. После включения транзисторов VT3, VT4 ток через дроссель L1 нарастает, его индуктивность и конденсатор С7 запасает энергию, так что потенциал инвертирующего входа повышается. Благодаря действию усилителя управления ключевой элемент закрывается. Затем фильтр L1C7 отдаёт некоторую часть запасённой энергии в нагрузку, причём полярность напряжения на дросселе L1 меняется и цепь питания замыкается через диод VD7. Как только напряжение на конденсаторе С7 станет ниже опорного на величину гистерезиса, вновь включаются транзисторы VT3, VT4. Далее циклы повторяются.
В качестве дросселя L1 можно применить дроссели фильтров промышленного изготовления, например из серий Д8, Д5 — плоские и др., среди которых выбирают типономинал с требуемой индуктивностью, рассчитанный на ток подмагничивания не менее ожидаемого тока нагрузки и пригодный к использованию на частотах до 50 кГц.
Диод VD7 должен быть обязательно быстродействующим с большим допустимым импульсным током, не менее удвоенного значения тока нагрузки. В стабилизаторе по схеме на Рис. 7, где ток нагрузки 2 А, возможна замена его на диоды КД212Б, КД217А и некоторые другие. Конденсатор С7 из ряда К53 или танталовый типов К52-7А, К52-9, К52-10, С9 — ёмкостью не менее 15,…2,2 мкФ.
Большая потребность в стабилизаторах для питания аппаратуры привела к необходимости разработки и производства специальных линейных микросхем — стабилизаторах напряжения. В интегральном исполнении преобладают последовательные регуляторы с непрерывным или импульсным режимом управления. Стабилизаторы строятся как для положительных так и для отрицательных напряжений питания. Выходное напряжение может быть регулируемым или фиксированным, например +5 В для питания блоков с цифровыми микросхемами или ±15 В для питания аналоговых микросхем. К данной группе из выпускаемых стабилизаторов относятся категория регулируемых стабилизаторов КР142ЕН1 и К142ЕН2.


На базе микросхем КР142ЕН1,2 можно создавать стабилизаторы отрицательных напряжений Рис. 8. При этом стабилитрон VD1 смещает уровень напряжения на выводе 8 относительно входного напряжения. Базовый ток транзистора VT1 не должен превышать максимально допустимого тока стабилизатора, иначе следует применить составной транзистор.

Широкие возможности микросхем КР142ЕН1,2 позволяют создавать на их основе релейные стабилизаторы напряжения (Рис. 9). В таком стабилизаторе опорное напряжение установлено делителем R4R5, а амплитуда пульсаций выходного напряжения на нагрузке задаётся делителем R2R3. Следует также иметь в виду, что ток нагрузки не может изменяться в широких пределах, обычно не более чем в два раза от номинального значения. Преимуществом релейных стабилизаторов является высокий КПД.

Также следует рассмотреть ещё один класс стабилизаторов — стабилизаторов тока, преобразующих напряжение в ток независимо от изменения напряжения нагрузки. Мощные источники тока предусматривают подключение к ОУ усилительных транзисторов.

На Рис.10 дана схема источника тока, а на Рис. 11 — схема приёмника тока. В обоих устройствах сила тока зависит от напряжения Uвх и номинала резистора R1, чем меньше входной ток ОУ и тем меньше ток управления первого (после ОУ) транзистора, который выбран поэтому полевым. Ток нагрузки может достигать 100 мА.

Схема простого мощного источника тока для зарядки устройства показана на Рис. 12. Здесь R4 — токоизмерительный проволочный резистор. Номинальное значение тока нагрузки Iн =ΔU/R4=5 A устанавливается примерно при среднем положении движка резистора R1. При зарядке автомобильной аккумуляторной батареи напряжение Uвх ≥ 18 В без учёта пульсаций выпрямленного переменного напряжения. В таком устройстве следует применять ОУ с диапазоном входного напряжения вплоть до напряжения положительного питания. Такими возможностями обладают ОУ К553УД2, К153УД2, К153УД6, а также КР140УД18.
Более подробно по данной тематике можно найти в источнике:
«В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ» выпуск 91, МОСКВА издательство ДОСААФ СССР, 1985 стр. 39-53

Поделиться ссылкой:

Похожее

admarkelov.ru

Линейные стабилизаторы на интегральных схемах

ЛИНЕЙНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
Регулируемый трехвыводный стабилизатор
Выходное напряжение вычисляется по формуле Vrcf [1 + (Rl / R2)). Схема может использоваться с интегральными стабилизаторами LM117 и LM317 при условии, что R1 - 240 Ом. За счет шунтирования резистора R2 конденсатором емкостью 0,01 мкФ можно уменьшить пульсации.

Трехвыводный стабилизатор, управляемый TL430/1
Обе микросхемы включены последовательно и стабилизируют выходное напряжение. Значения в скобках приведены в качестве примера.

Прецизионный стабилизатор напряжения 5 В
В примере показан стабилизатор 5 В, 3 А на LM123. Необходим дополнительный стабилизатор отрицательного напряжения.

Защита по току 2 и 10 А для LM105
Порог ограничения определяется сопротивлением резистора R3, падение напряжения на нем воздействует на вывод 1 стабилизатора. Ток при коротком замыкании составляет приблизительно 25% от номинального выходного.

Регулируемый стабилизатор 0-10 В / 3 А на LM123
Нет необходимости стабилизировать дополнительное отрицательное напряжение. При делении его величины на 12 мА получают сопротивление резистора R6. Конденсатор С1 емкостью 2 мкФ снижает остаточные пульсации.

Стабилизатор напряжения 5 В / 12 А на LT1005
Регулирующий транзистор Q1 должен устанавливаться на радиатор. Транзистор Q2 ограничивает ток, воздействуя на управляющий вход стабилизатора LT1005 через транзистор Q3, который запитан от дополнительного выхода LT1005. При необходимости может использоваться транзистор Q4, обеспечивающий быстрый разряд выходного конденсатора после снятия разрешающего сигнала.

Стабилизаторы напряжения типа L78XX
Стабилизаторы типа L78XX выпускаются в корпусах ТО 3 или ТО 220 на напряжения 5,6,8,12,15,18 и 24 В. Их максимальный выходной ток равен 1 А. Разность напряжений V1 - V2 должна составлять минимум 2 В. Для приведенной выше схемы наименьшее значение выходного напряжения должно быть на 2 В выше рабочего напряжения используемого стабилизатора.

Проходной pnp-транзистор для стабилизаторов серии L78XXA
Для всех микросхем данной серии (в диапазоне 5-24 В) подключение транзистора BD534 позволяет достичь максимального тока в 4 А. Защита от короткого замыкания обеспечивается резистором Rsc и транзистором Q2.

Стабилизатор напряжения -5 В / 4 А на L7905
Фиксированные стабилизаторы типа L79XXS выпускаются на 5, 5,2,8,12,15,18,20,22 и 24 В, 1,5 А. Их входное напряжение должно быть по крайней мере на 3 В выше, чем выходное. Стабилизация по нагрузке меньше 2% при Iо, меняющемся в диапазоне от 5 мА до 1,5 А или во всем диапазоне входных напряжений (максимум 35 В). Подключение транзистора Q1 позволяет получить на выходе максимальный ток 4 А. Транзистор Q2 обеспечивает защиту по току.

Стабилизатор напряжения/тока 25 В / 1,5 А на L200
Регулятор на переменном резисторе R1 можно применять для ограничения выходного тока. Кроме того, он позволяет использовать данную схему в качестве источника стабильного тока с ограничением максимального напряжения на нагрузке за счет переменного резистора R2.

Подключение мощного pnp-транзистора к L200
Защита путем ограничения тока срабатывает, как только падение напряжения на выходах резистора Rsc достигает 450 мВ (разброс составляет от 380 до 520 мВ).

Проходной npn-транзистор для L200
При подключении к микросхеме L200 дополнительного прп-транзистора для ограничения тока требуется использовать дополнительный транзистор Q1. Ограничение начинается при падении напряжения на резисторе Rsс равном 0,7 В, то есть при Imax = 5 A, Rsс = 0,14Qm.

Стабилизатор отрицательного напряжения LM104
Подключение дополнительного транзистора позволяет увеличить выходной ток от 25 (при использовании одного стабилизатора LM104) до 200 мА, Выходное напряжение устанавливается из расчета 2 В на каждый килоом сопротивления R2. Пороговый уровень защиты от перегрузки (R3) составляет 0,3 В. Стабилизация по нагрузке лучше 0,05%, а стабилизация по входному напряжению составляет 0,2% при изменении на 20%.

Стабилизатор напряжения -10 В на LM104
Подключение к схеме рпр- и npn-транзисторов позволяет получить максимальный выходной ток 1 А. Выходное напряжение устанавливается из расчета 2 В на каждый килоом резистора R2. Пороговый уровень защиты от перегрузки (R3) составляет 0,3 В.

tehnodoka.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *