Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Схемы включения линейных стабилизаторов напряжения
На следующих рисунках приведены типовые схемы включения стабилизаторов напряжения с фиксированным (а)и регулируемым (б) выходным напряжением. Конденсаторы и включают для повышения устойчивости стабилизаторов.
В стабилизаторах с фиксированным значением выходного напряжения имеется возможность изменения последнего в некоторых пределах. Для этого в цепь общего вывода включают стабилитрон, как показано на следующем рисунке. Схема позволяет повысить выходное напряжение на величину
Включение ИМС по схеме, показанной на предыдущем рисунке (б), возможно, но нежелательно, т. к. через резистор будет течь ток , потребляемый цепями управления стабилизатора, который зависит от тока нагрузки. Это приведет к увеличению выходного сопротивления стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора в этом случае определяется по формуле
Можно повысить выходное напряжение этого стабилизатора или сделать его регулируемым, если на общий вывод ИМС подать напряжение с делителя через неинвертирующий повторитель на ОУ.
Благодаря низкому выходному сопротивлению повторителя, влияние тока будет несущественным. Повысить максимальный выходной ток стабилизатора можно, включив дополнительный мощный транзистор, как показано на рисунках.
Схемы повышения максимального выходного тока с включением дополнительного мощного транзистора: а - по схеме с ОЭ, б — по схеме с ОК Вместе с внутренним регулирующим транзистором интегрального стабилизатора он образует комплементарный (a)или обычный (б)составной транзистор. Недостаток такого способа состоит в том, что встроенные схемы ограничения тока и защиты выходного транзистора самого стабилизатора не зависят от тока нагрузки и фактически не используется по прямому назначению. Некоторые фирмы выпускают микросхемы, содержащие, по существу, только цепи управления стабилизатором напряжения и предназначенные для подключения к мощному транзистору. Так, например, фирма Maxim Integrated Products производит ИМС типа МАХ687, к которой подключается -транзистор с малым напряжением насыщения коллектор—эмиттер. При фиксированном выходном напряжении 3.3 В этот стабилизатор допускает при токе нагрузки 1 А минимальную разность входного и выходного напряжений 0.14 В. Фирма Analog Devices выпускает в миниатюрном корпусе SO-8 микросхему регулятора ADP3310, которая совместно с мощным полевым транзистором способна отдать в нагрузку ток до 10 А. Миниматьная разность напряжений вход—выход составляет в этом случае порядка 0.5 В (существенно зависит от параметров регулирующего МОП-транзистора). Для токовой зашиты включается внешний резистор. За счет небольшого усложнения можно обеспечить зашитой от КЗ и схему со стандартным стабилизатором.
Стабилизатор с повышенным выходным током и защитой от КЗ
При чрезмерном токе через основной регулирующий транзистор открывается транзистор и перехватывает часть тока базы . Сопротивления схемы рассчитываются по формулам
где — максимально допустимый ток короткого замыкания, (b — коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ транзистора — максимальный выходной ток ИМС стабилизатора, — максимальный выходной ток всей схемы, а обычно принимается равным 0.7...0.8. Схема источника стабильного тока на ИМС стабилизатора напряжения приведена на следующем рисунке.
Сопротивление резистора R определяется выражением
При использовании в этой схеме ИСН с фиксированным выходным напряжением на резисторе R падает напряжение, равное номинальному выходному напряжению стабилизатора. Это составляет, например, для КР142ЕН5 около 5 В, что приводит к большим потерям энергии в резисторе. Поэтому в такой схеме целесообразно использовать ИМС регулируемого стабилизатора, например КР142ЕН12, у которого при такой схеме включения, это напряжение можно установить равным 1.2 В.
Для построения двухполярных стабилизаторов напряжения с выходным напряжением, например, ±5 В можно использовать схему, приведенную на следующем рисунке.
Поскольку потенциал неинвертирующего входа ОУ1 нулевой, то и потенциал инвертирующего входа этого усилителя также должен быть равен нулю. При работе ОУ в линейном режиме и равенстве сопротивлений резисторов в делителе это может быть только в случае равенства по абсолютной величине разнополярных напряжений на выходе схемы. В простейшем случае, если ток выхода отрицательной полярности не превосходит допустимого выходного тока ОУ, транзистор может быть исключен из схемы, а выход ОУ должен быть непосредственно соединен с отрицательным выходом стабилизатора. Стабилизация переменного синусоидального напряжения с сохранением низкого коэффициента гармоник представляет собой сложную техническую задачу. Непрерывную стабилизацию величины выходного напряжения практически без искажений можно осуществить с помощью автотрансформатора с автоматическим электроприводом. Худшие, хотя и неплохие результаты, дает применение в качестве регулирующих элементов дросселей насыщения, управляемых электронными схемами. Все это сложные дорогие системы, применение которых в дешевых маломощных устройствах не оправдано. В то же время, если не требуется обеспечивать низкий уровень гармонических искажений, можно легко стабилизировать действующее значение переменного напряжения с помощью двух линейных стабилизаторов. На следующем рисункепредставлена схема такого стабилизатора на ИМС LM317.
По сути, он представляет собой симметричный двухполярный ограничитель напряжения. Уровень ограничения Vo установлен резисторами в примере на схеме равным 6 В. Выходное напряжение определяется условием
График зависимости действующего значения выходного напряжения от амплитудного значения входного напряжения приведен на рисунке.
Коэффициент стабилизации, определяемый как
в окрестностях значений = 12 В равен 7.36 и с ростом амплитуды входного напряжения возрастает.
Эмиттерный повторитель с максимальной передачей тока в нагрузку. Чтобы обеспечить необходимый режим транзистора по току покоя при максимальной передаче тока в нагрузку, целесообразно включить источник тока на ИМС линейного стабилизатора, как это показано на рисунке.
Полоса пропускания этой схемы будет определяться частотными свойствами линейного стабилизатора, которые, как правило, невысоки. Получение искусственной общей точки. Часто при питании электронных устройств от батарей возникает необходимость получения из одного гальванически изолированного напряжения аккумуляторной батареи двух разнополярных напряжений, симметричных относительно нулевой (общей) точки. Это, в частности, нужно для питания операционных усилителей, которые в большинстве случаев должны усиливать входные сигналы обеих полярностей. В принципе для этих целей мог бы подойти резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с нулевой точкой (рисунок а).
Коэффициент деления напряжения такой схемы тем более стабилен, чем более низкоомными выбираются резисторы делителя. При этом, однако, возрастают потери в делителе, и падает общий КПД схемы. Лучшие характеристики имеет схема с операционным усилителем, подключенным по схеме неинвертирующего повторителя к средней точке резистивного делителя напряжения (рисунок б). В данной схеме делитель может быть высокоомным, т. к. он нагружен только входным током покоя операционного усилителя. ОУ сравнивает потенциал на выходе схемы с потенциалом в средней точке делителя и поддерживает напряжение на своем выходе таким, чтобы разность сравниваемых потенциалов была равна нулю. Этот эффект достигается благодаря действию отрицательной обратной связи. При малых (в пределах 1 мА) токах покоя, потребляемых этой схемой, такой активный делитель имеет выходное сопротивление менее 1 Ом. Фирма Texas Instruments (США) выпускает специальную ИМС типа TLE2425 для формирования искусственной средней точки. Эта ИМС изготавливается в малогабаритном трехвыводном корпусе ТО-92 и обеспечивает ток через искусственную нулевую точку до 20 мА в любом направлении при токе собственного потребления не более 0.25 мА и динамическом выходном сопротивлении не более 0.22 Ом.
|