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.

Справочник интегральных стабилизаторов напряжения. Импортные аналоги. Datasheets

Справочник интегральных стабилизаторов напряжения. Импортные аналоги.							В справочнике представлены микросхемы серий К142ЕН, К1277ЕН, К1278ЕН и К1156ЕН. Микросхемы серии К142ЕН и КР142ЕН в настоящее время выпускаются заводом ВЗПП (Воронеж)
Сайты отечественных производителей стабилизаторов							Главная страница
Оставить только серию КР142
Наименование	Аналог	PDF		Imax, A	Uвых, В	Прим.	Краткое описание
Параллельные стабилизаторы (регулируемый прецизионный стабилитрон):							-параметрические стабилизаторы напряжения
КР142ЕН19	TL431		2%	0,1	2,5…30		параметрический стабилизатор напряжения TL431 и отечественный аналог К142ЕН19
К1156ЕР5	TL431		1%	0,1	2,5…36		параметрический стабилизатор напряжения TL431 pdf, характеристики
Стабилизаторы с фиксированным напряжением:
К1278ЕН1.5			2%	0,8…5	1,5 В	Low Drop	линейный низковольтный интегральный стабилизатор напряжения К1278ЕН
К1278ЕН1.8			2%	0,8…5	1,8 В	Low Drop	линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения между входом и выходом
К1278ЕН2.5			2%	0,8…5	2,5В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 2,5В
К142ЕН26	LT1086			3	2,5 В	Low Drop	линейный интегральный стабилизатор напряжения К142ЕН26 «Low drop» на напряжение 2.5В
К142ЕН25	LT1086			3	2,9 В	Low Drop	К142ЕН25 представляет собой линейный стабилизатор напряжения 3 вольта с малым падением напряжения между входом и выходом
К1277ЕН3			4%	0,1	3 В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения К1277ЕН3 на напряжение 3 вольта
КР1170ЕН3	LM2931		5%	0,1	3 В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения К1170ЕН3 на напряжение 3 вольта
КР1158ЕН3 (А-Г)			2%	0,15…1,2	3 В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 3В
К1277ЕН3.3			4%	0,1	3,3 В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения 3.3В
КР1158ЕН3.3 (А-Г)			2%	0,15…1,2	3,3 В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 3.3В
К142ЕН24	LT1086			3	3,3 В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения КР142ЕН24 на 3.3В с малым падением
К1278ЕН3.3			2%	0,8…5	3,3 В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 3.3 вольта
КР1170ЕН4	LM2931		5%	0,1	4 В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 3 вольт
КР142ЕН17А			5%	0,04	4,5В	Low Drop	КР142ЕН17А — интегральный стабилизатор напряжения на 4.5 вольт. В datasheet приведены характеристики, цоколевка, применение
КР142ЕН17Б			5%	0,04	5В	Low Drop	микросхема КР142ЕН17Б — стабилизатор напряжения на 5В
К1277ЕН5	MC78L05		4%	0,1	5В	Low Drop	маломощный стабилизатор напряжения 5 вольт
КР1170ЕН5	LM2931		5%	0,1	5В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 5 вольт
КР1157ЕН5 (А-Г)	MC78L05		4%	0,25	5В		маломощный стабилизатор напряжения 5 вольт
КР1158ЕН5 (А-Г)	L4805		2%	0,15…1,2	5В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 5В
К1156ЕН1	LM2925		4%	0,5	5В	Low Drop +RESET	интегральный стабилизатор напряжения 5 вольт с выходом сброса
КР142ЕН5 (А,В)	MC7805		2%,4%	3	5В		Интегральный стабилизатор напряжения на 5 вольт КР142ЕН5А (или иначе КРЕН5А). Подробные характеристики и цоколевка приведены в datasheet. Аналогом для КРЕН5А является MC7805.
К1278ЕН5			2%	0,8…5	5В	Low Drop	мощный интегральный стабилизатор напряжения 5 вольт К1278ЕН5
КР1157ЕН6	MC78L06		4%	0,1	6В		маломощный стабилизатор напряжения 6 вольт
КР1170ЕН6	LM2931		5%	0,1	6В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 6 вольт
КР1158ЕН6 (А-Г)			2%	0,15…1,2	6В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 6В, цены
КР142ЕН5 (Б,Г)	MC7806		2%,4%	3	6В		микросхема стабилизатора напряжения на 6 вольт КР142ЕН5Б и КР142ЕН5Г. Подробные характеристики и цоколевку смотри в datasheet. Импортный аналог MC7806.
КР1157ЕН8	MC78L08		4%	0,1	8В		маломощный стабилизатор напряжения 8 вольт, цена
КР1170ЕН8	LM2931		5%	0,1	8В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 8 вольт, цены
КР1157ЕН9	MC78L09		2%,4%	0,1	9В		маломощный стабилизатор напряжения 9 вольт
КР1170ЕН9	LM2931		5%	0,1	9В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 9 вольт
КР1158ЕН9 (А-Г)	L4892		2%	0,15…1,2	9В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 9В
КР142ЕН8 (А,Г)	MC7809		3%,4%	1,5	9В		КР142ЕН8А и КР142ЕН8Г — микросхемы стабилизаторов напряжения на 9В. Краткое наименование — КРЕН8А и КРЕН8Г. Аналог — MC7809. Подробные характеристики и цоколевка приведены в datasheet.
КР1170ЕН12	LM2931		5%	0,1	12В	Low Drop	интегральный стабилизатор напряжения 12 вольт
КР1157ЕН12	MC78L12		2%,4%	0,25	12В		маломощный стабилизатор напряжения 12 вольт
КР1158ЕН12 (А-Г)	L4812		2%	0,15…1,2	12В	Low Drop	микросхема стабилизатора напряжения на 12В
КР142ЕН8 (Б,Д)	MC7812		3%,4%	1,5	12В		стабилизатор напряжения на 12В КР142ЕН8Б (краткое название — КРЕН8Б) и его аналог, импортный стабилизатор напряжения MC7812.
КР1157ЕН15	MC78L15		2%,4%	0,25	15В		маломощный стабилизатор напряжения 15 вольт
КР1158ЕН15 (А-Г)			2%	0,15…1,2	15В	Low Drop	микросхема стабилизатор напряжения на 15В
КР142ЕН8 (В,Е)	MC7815		3%,4%	1,5	15В		Стабилизатор напряжения на 15В КР142ЕН8Е (кратко — КРЕН8Е). Подробные характеристики и цоколевка приведены в datasheet. Импортный аналог — MC7815.
КР142ЕН15 (А-Е)			4%	0,1	+15/-15	двуполярн	двуполярный стабилизатор напряжения КРЕН15 на +/- 15В
К142ЕН6 (А-Е)			2%,6%	0,2	+15/-15	двуполярн	микросхема двуполярного стабилизатора напряжения
КР1157ЕН18	MC78L18		2%,4%	0,25	18В		маломощный стабилизатор напряжения 18 вольт
КР142ЕН9 (А,Г)	MC7818		2%,3%	1,5	20В		интегральный стабилизатор напряжения 20В
КР1157ЕН24	MC78L24		2%,4%	0,25	24В		маломощный стабилизатор напряжения на 24 вольта
КР142ЕН9 (Б,Д)	MC7824		2%,3%	1,5	24В		Микросхема стабилизатора напряжения на 24В КР142ЕН9Б. Импортный аналог — MC7824.
КР1157ЕН27			2%,4%	0,1	27В		маломощный линейный стабилизатор напряжения КР1157ЕН27 с выходным напряжением 27 вольт
КР142ЕН9 (В,Е)			2%,3%	1,5	27В		интегральный стабилизатор напряжения на 27В КР142ЕН9В и КР142ЕН9Е. Подробные характеристики приведены в datasheet.
Регулируемые стабилизаторы напряжения:
КР142ЕН15 (А-Е)				0,1	+/- 8…23	двуполярн	двуполярный регулируемый стабилизатор напряжения на +/- 15В КР142ЕН15
К142ЕН6 (А-Е)				0,2	+/- 5…25	двуполярн	микросхема двуполярного регулируемого стабилизатора напряжения К142ЕН6
КР1157ЕН1				0,1	1,2…37		регулируемый маломощный стабилизатор напряжения
КР142ЕН1 (А-Г)				0,15	3…12		регулируемый стабилизатор напряжения КР142ЕН1 от 3 до 12 вольт
КР142ЕН2 (А-Г)				0,15	12…30		регулируемый стабилизатор напряжения от 12 до 30 вольт
КР142ЕН14				0,15	2…37		регулируемый стабилизатор напряжения КР142ЕН14 от 2 до 37 вольт
К1156ЕН5 (Д)	LM2931			0,5	1,25…20	Low Drop	регулируемый линейный стабилизатор с низким падением напряжения
К142ЕН3 (А-Г)				1	3…30		регулируемый стабилизатор напряжения К142ЕН3 (от 3 до 30 вольт), pdf
К142ЕН4 (А-Г)				1	3…30		регулируемый стабилизатор напряжения от 3 до 30 вольт
КР142ЕН10	LM337			1	-(3…30)	отрицат	регулируемый стабилизатор отрицательного напряжения КР142ЕН10 (datasheet)
КР142ЕН12 (А,Б)	LM317T			1,5	1,2…37		LM317 — микросхема регулируемого стабилизатора напряжения от 1,2 до 37 вольт, цены LM317 datasheet
КР142ЕН18 (А,Б)	LM337			1,5	-(1,2…26)	отрицат	регулируемый интегральный стабилизатор отрицательного напряжения КР142ЕН18 (datasheet)
142ЕН11	LM337			1,5	-(1,3…30)	отрицат	микросхема стабилизатор отрицательного напряжения 142ЕН11
К1278ЕР1				0,8…5	1,25…12	Low Drop	datasheet на регулируемый стабилизатор напряжения К1278ЕР1
КР142ЕН22 (А,Б)	LT1084			5,5	1,2…34	Low Drop	datasheet на регулируемый стабилизатор напряжения К142ЕН22 и ее аналог микросхема LT1084, pdf
КР1151ЕН1	LM196			10	1,2…17,5		мощный регулируемый стабилизатор напряжения К1151ЕН1 до 10А
Импульсные:
К142ЕП1				0,25
							*
							Справочник по отечественным мощным биполярным транзисторам. Справочник диодов выпрямительных. Справочник операционных усилителей отечественных. Datasheet на КМОП-цифровые микросхемы Справочник по КРЕНкам серии 142

Микросхемы регулируемые стабилизаторы напряжения. Микросхемы стабилизаторы напряжения. Параметрические

Доброго времени суток!

Сегодня, хотелось бы затронуть тему питания электронных устройств.

Итак, прошивка готова, микроконтроллер куплен, схема собрана, остается лишь подключить питание, но где его взять? Предположим что микроконтроллер AVR и схема запитывается 5 вольтами.

Получить 5в нам помогут следующие схемы:

Линейный стабилизатор напряжения на микросхеме L 7805

Данный способ самый простой и дешевый. Нам понадобятся:

1. Микросхема L 7805 или её аналоги.
2. Крона 9v или любой другой источник питания (ЗУ телефона, планшета, ноутбука).
3. 2 конденсатора (для l 7805 это 0.1 и 0.33 микроФарад).
4. Радиатор.

Соберем следующую схему:

Данный стабилизатор основывает свою работу на микросхеме l 7805, которая обладает следующими характеристиками:

Максимальный ток: 1.5A

Входное напряжение: 7-36 В

Выходное напряжение:5 В

Конденсаторы служат для сглаживания пульсаций. Однако, падение напряжения происходит непосредственно на микросхеме. То есть если на вход мы подаем 9 вольт, то 4 вольта (Разница между входным напряжением и напряжением стабилизации) упадут на микросхеме l 7805. Это приведет к выделению тепла на микросхеме, количество которого легко рассчитать по формуле:

(Входное напряжение – напряжения стабилизации)* ток через нагрузку.

То есть если мы подаем 12 вольт на стабилизатор, которым мы питаем схему, которая потребляет 0.1 Ампера, на l 7805 рассеется (12-5)*0.1=0.7 вт тепла. Поэтому, микросхему необходимо закрепить на радиаторе:

Плюсы данного стабилизатора:

1. Дешевизна (Без учета радиатора).
2. Простота.
3. Легко собирается навесным монтажом, т.е. отсутствует необходимость изготовления печатной платы.

Минусы:

1. Необходимость размещения микросхемы на радиаторе.
2. Отсутствует возможность регулировки стабилизируемого напряжения.

Данный стабилизатор отлично подойдет как источник напряжения для простых, нетребовательных к питанию схем.

Импульсный стабилизатор напряжения

Для сборки нам понадобится:

1. Микросхема LM 2576S -5.0 (Можно взять аналог, однако обвязка будет другой, уточните в документации конкретно вашей микросхемы).
2. Диод 1N5822.
3. 2 конденсатора(Для LM 2576S -5.0, 100 и 1000 микроФарад).
4. Дроссель (Катушки индуктивности) 100 микроГенри.

Схема подключения следующая:

Микросхема LM 2576S -5.0 обладает следующими характеристиками:

• Максимальный ток: 3A
• Входное напряжение:7-37 В
• Выходное напряжение: 5В

Стоит заметить что данный стабилизатор требует большего количества компонентов(А так же наличия печатной платы, для более аккуратного и удобного монтажа). Однако данный стабилизатор обладает огромным преимуществом перед линейным собратом — он не греется, да и максимальный ток в 2 раза выше.

Плюсы данного стабилизатора:

1. Меньший нагрев (Отсутствует необходимость покупки радиатора).
2. Больший максимальный ток.

Минусы:

1. Дороже линейного стабилизатора.
2. Сложность навесного монтажа.
3. Отсутствует возможность изменения стабилизируемого напряжения (При применении микросхемы LM 2576S -5.0).

Для питания простых любительских схем на микроконтроллерах AVR , представленных выше стабилизаторов достаточно. Однако в следующих статьях, мы попробуем собрать лабораторный блок питания, который позволит быстро и удобно настраивать параметры питания схем.

Спасибо за внимание!

Выпускаемые отечественной промышленностью интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142 позволяют простыми схемными методами получить стабилизированные напряжения в достаточно большом диапазоне — от единиц вольт до нескольких десятков вольт. Рассмотрим некоторые схемные решения, которые могут представить интерес для радиолюбителей.

Микросхема КР142ЕН5А — это интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +5 В. Типовая схема включения этой микросхемы уже была представлена в книге (см.

рис. 105). Однако, несколько изменив схему включения, можно на базе этой микросхемы построить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 5,6 В до 13 В. Схема представлена на рис. 148.

На вход интегрального стабилизатора (вывод 17 микросхемы DA1) поступает нестабилизированное напряжение +16 В, а на вывод 8 — сигнал с выхода стабилизатора, регулируемый переменным резистором R2 и усиленный по току транзистором VT1. Минимальное напряжение (5,6 В) складывается из напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого транзистора, которое равно около 0,6 В, и номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора в его типовом включении (5 В). При этом движок переменного резистора R2 находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения; конденсатор С2 устраняет возможное высокочастотное возбуждение микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора — до 3 А (микросхема при этом должна быть размещена на теплоотводящем радиаторе).

Микросхемы К142ЕН6А (Б, В, Г) представляют собой интегральные двуполярные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. При этом максимальное входное напряжение каждого из плеч 40 В, а максимальный выходной ток — 200 мА. Однако на базе этого стабилизатора можно построить двуполярный регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема представлена на рис. 149.

Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R2 и R4. Следует помнить, что максимальная рассеива-

емая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода).

Микросхемы КР142ЕН18А и КР142ЕН18Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с выходным напряжением 1,2…26,5 В и выходным током 1 А и 1,5 А соответственно. Регулирующий элемент стабилизатора включен в минусовой провод источников питания. Корпус и цоколевка стабилизаторов этого типа аналогичны микросхеме КР142ЕН5А.

Микросхемы оснащены системой защиты от перегрузки выходным током и от перегрева. Входное напряжение должно находиться в диапазоне 5…30 В. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 8 Вт. Типовая схема включения микросхем КР142ЕН18А (Б) приведена на рис. 150.

При всех условиях эксплуатации емкость входного конденсатора С 1 не должна быть менее 2 мкФ. При наличии сглаживающего фильтра выходного напряжения, если длина проводников, соединяющих ег

Стабилизаторы напряжения: классификация, схемы, параметры, достоинства

Параметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации K_ст, выходное сопротивление R_вых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения K_ст= [ ∆u_вх/ u_вх] / [ ∆u_вых/ u_вых]

где u_вх, u_вых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆u_вх — изменение напряжения u_вх; ∆u_вых — изменение напряжения u_вых, соответствующее изменению напряжения ∆u_вх.

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина K_ст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением R_вых= | ∆u_вых/ ∆i_вых|

где ∆u_вых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆i_вых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина R_вых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η_ст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р_н, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Р_вх: η_ст = Р_н / Р_вх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).
Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения u_э (на ∆u_э), а значит, и входного напряжения u_вх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆u_вых.

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆u_вых.

 Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆u_вх (на схеме пунктир): R_вых= r_д|| R₀≈ r_д, т.к. R₀>> r_д η_ст = ( u_вых· I_н) / ( u_вх· I_вх) = ( u_вых· I_н) / [ u_вх( I_н + I_вх) ].

K_ст= ( ∆u_вх/ u_вх) : ( ∆u_вых/ u_вых) Так как обычно R_н>> r_д Следовательно, K_ст≈ u_вых / u_вх· [ ( r_д+ R₀) / r_д]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Компенсационные стабилизаторы

Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ).

Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения постоянно сравнивается с эталонным напряжением.

 В зависимости от их соотношения сравнивающим и усиливающим элементом вырабатывается управляющий сигнал для регулирующего элемента, изменяющий его режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

В качестве ИОН обычно используют ту или иную электронную цепь на основе стабилитрона, в качестве СУЭ часто используют операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный или полевой транзистор.

Чаще всего регулирующий элемент включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным (рис. 2.83, а).

Иногда регулирующий элемент включают параллельно нагрузке, и тогда стабилизатор называют параллельным (рис. 2.83, б. Здесь СУЭ и ИОН с целью упрощения не показаны). В параллельном стабилизаторе используется балластное сопротивление R_б, включаемое последовательно с нагрузкой.

В зависимости от режима работы регулирующего элемента стабилизаторы разделяют на непрерывные и импульсные (ключевые, релейные).

В непрерывных стабилизаторах регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных — в импульсном.

Рассмотрим типичную принципиальную схему непрерывного стабилизатора (рис. 2.84, а).
Эта схема соответствует приведенной выше структурной схеме последовательного стабилизатора. Для того чтобы выполнить наиболее просто анализ этой схемы на основе тех допущений, которые были рассмотрены при изучении операционного усилителя,изобразим эту схему по-другому. При этом цепи питания операционного усилителя для упрощения рисунка изображать не будем.
Из схемы (рис. 2.84, б) очевидно, что на элементах R2, R3, DA и VT построен неинвертирующий усилитель на основе ОУ с выходным каскадом в виде эмиттерного повторителя на транзисторе VT, а входным напряжением для него является выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения на элементах R1 и VD. В соответствии с указанными выше допущениями получаем:

u_R3= u_ст, т.е. i_R3· R₃= u_ст

u_R2 = u_R3 – u_вых

i_R2 = − i_R3 = − u_ст/ R₃

Подставляя выражение для i_R2 в предыдущее уравнение, получим − u_ст/ R₃· R₂= u_ст – u_вых. Следовательно, u_вых = u_ст· ( 1 + R₂/ R₃)

Последнее выражение в точности повторяет соответствующие выражения для неинвертирующего усилителя (входным напряжением является напряжение u_ст).

Полезно отметить, что ООС охватывает два каскада — на операционном усилителе и на транзисторе. Рассматриваемая схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи по сравнению с местной.

Основным недостатком стабилизаторов с непрерывным регулированием является невысокий КПД, поскольку значительный расход мощности имеет место в регулирующем элементе, так как через него проходит весь ток нагрузки, а падение напряжения на нем равно разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора.

В конце 60-х годов стали выпускать интегральные микросхемы компенсационных стабилизаторов напряжения с непрерывным регулированием (серия К142ЕН). В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжениями. В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами.

Некоторые параметры интегральных стабилизаторов приведены в табл. 2.1, а вариант подключения к стабилизатору К142ЕН1 внешних элементов — на рис. 2.85.
Резистор R предназначен для срабатывания защиты по току, а R₁ — для регулирования выходного напряжения. Микросхемы К142УН5, ЕН6, ЕН8 являются функционально законченными стабилизаторами с фиксированным выходным напряжением, но не требуют подключения внешних элементов.

Импульсные стабилизаторы напряжения в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непрерывные стабилизаторы.

Благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов таких стабилизаторов, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 − 80 %, в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30 − 50%.

В силовом элементе, работающем в ключевом режиме, средняя за период коммутации мощность, рассеиваемая в нем, значительно меньше, чем в непрерывном стабилизаторе, так как хотя в замкнутом состоянии ток, протекающий через силовой элемент, максимален, однако падение напряжения на нем близко к нулю, а в разомкнутом состоянии ток, протекающий через него, равен нулю, хотя напряжение максимально. Таким образом, в обоих случаях рассеиваемая мощность незначительна и близка к нулю.

Малые потери в силовых элементах приводят к уменьшению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того, использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов.

К недостаткам импульсных источников питания относят наличие пульсаций выходного напряжения.

Рассмотрим импульсный последовательный стабилизатор напряжения (рис. 2.86).
Ключ S периодически включается и выключается схемой управления (СУ) в зависимости от значения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе регулируют, изменяя отношение t_вкл / t_выкл, где t_вкл, t_выкл — длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях. Чем больше это отношение, тем больше напряжение на выходе.

В качестве ключа S часто используют биполярный или полевой транзистор.

Диод обеспечивает протекание тока катушки индуктивности тогда, когда ключ выключен и, следовательно, исключает появление опасных выбросов напряжения на ключе в момент коммутации. LC-фильтр снижает пульсации напряжения на выходе.

Ещё одно интересное видео о стабилизаторах:

Стабилизатор тока на lm317, lm338, lm350 для светодиодов

В последнее время интерес к схемам стабилизаторов тока значительно вырос. И в первую очередь это связано с выходом на лидирующие позиции источников искусственного освещения на основе светодиодов, для которых жизненно важным моментом является именно стабильное питание по току. Наиболее простой, дешевый, но в то же время мощный и надежный токовый стабилизатор можно построить на базе одной из интегральных микросхем (ИМ): lm317, lm338 или lm350.

Datasheet по lm317, lm350, lm338

Прежде чем перейти непосредственно к схемам, рассмотрим особенности и технические характеристики вышеприведенных линейных интегральных стабилизаторов (ЛИС).

Все три ИМ имеют схожую архитектуру и разработаны с целью построения на их основе не сложных схем стабилизаторов тока или напряжения, в том числе применяемых и со светодиодами. Различия между микросхемами кроются в технических параметрах, которые представлены в сравнительной таблице ниже.

	LM317	LM350	LM338
Диапазон значений регулируемого выходного напряжения	1,2…37В	1,2…33В	1,2…33В
Максимальный показатель токовой нагрузки	1,5А	3А	5А
Максимальное допустимое входное напряжение	40В	35В	35В
Показатель возможной погрешности стабилизации	~0,1%	~0,1%	~0,1%
Максимальная рассеиваемая мощность*	15-20 Вт	20-50 Вт	25-50 Вт
Диапазон рабочих температур	0° — 125°С	0° — 125°С	0° — 125°С
Datasheet	LM317.pdf	LM350.pdf	LM338.pdf

* – зависит от производителя ИМ.

Во всех трех микросхемах присутствует встроенная защита от перегрева, перегрузки и возможного короткого замыкания.

Lm317, самая распространенная ИМ, имеет полный отечественный аналог — КР142ЕН12А.

Выпускаются интегральные стабилизаторы (ИС) в монолитном корпусе нескольких вариантов, самым распространенным является TO-220. Микросхема имеет три вывода:

1. ADJUST. Вывод для задания (регулировки) выходного напряжения. В режиме стабилизации тока соединяется с плюсом выходного контакта.
2. OUTPUT. Вывод с низким внутренним сопротивлением для формирования выходного напряжения.
3. INPUT. Вывод для подачи напряжения питания.

Схемы и расчеты

Наибольшее применение ИС нашли в источниках питания светодиодов. Рассмотрим простейшую схему стабилизатора тока (драйвера), состоящую всего из двух компонентов: микросхемы и резистора. На вход ИМ подается напряжение источника питания, управляющий контакт соединяется с выходным через резистор (R), а выходной контакт микросхемы подключается к аноду светодиода.

Если рассматривать самую популярную ИМ, Lm317t, то сопротивление резистора рассчитывают по формуле: R=1,25/I₀ (1), где I₀ – выходной ток стабилизатора, значение которого регламентируется паспортными данными на LM317 и должно быть в диапазоне 0,01-1,5 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора может быть в диапазоне 0,8-120 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе, рассчитывается по формуле: P_R=I₀²×R (2). Включение и расчеты ИМ lm350, lm338 полностью аналогичны.

Полученные расчетные данные для резистора округляют в большую сторону, согласно номинальному ряду.

Постоянные резисторы производятся с небольшим разбросом значения сопротивления, поэтому получить нужное значение выходного тока не всегда возможно. Для этой цели в схему устанавливается дополнительный подстроечный резистор соответствующей мощности. Это немного увеличивает цену сборки стабилизатора, но гарантирует получение необходимого тока для питания светодиода. При стабилизации выходного тока более 20% от максимального значения, на микросхеме выделяется много тепла, поэтому ее необходимо снабдить радиатором.

Онлайн калькулятор lm317, lm350 и lm338

Допустим, необходимо подключить мощный светодиод с током потребления 700 миллиампер. Согласно формуле (1) R=1,25/0,7= 1.786 Ом (ближайшее значение из ряда E2—1,8 Ом). Рассеиваемая мощность по формуле (2) будет составлять: 0.7×0.7×1.8 = 0,882 Ватт (ближайшее стандартное значение 1 Ватт).

На практике, для предотвращения нагрева, мощность рассеивания резистора лучше увеличить примерно на 30%, а в корпусе с низкой конвекцией на 50%.

Кроме множества плюсов, стабилизаторы для светодиодов на основе lm317, lm350 и lm338 имеют несколько значительных недостатков – это низкий КПД и необходимость отвода тепла от ИМ при стабилизации тока более 20% от максимального допустимого значения. Избежать этого недостатка поможет применение импульсного стабилизатора, например, на основе ИМ PT4115.

Тема 4. Стабилизаторы напряжения и тока

Типы стабилизаторов, их основные параметры, параметрические стабилизаторы напряжения и параметрические стабилизаторы токаследует изучать по /1,2,3/. Изучите работу схем, основные характеристики, коэффициент стабилизации. Степень усвоения проверяется тестированием по этому разделу.

Линейные компенсационные стабилизаторы напряжения и тока.Принцип действия, функциональные и принципиальные схемы, коэффициент стабилизации, нагрузочные характеристики хорошо изложены в /1,2,3,5/. Построение и расчет стабилизаторов на интегральных микросхемах изложен ниже. Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы №6 «Линейные стабилизаторы напряжения» являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Построение и расчет стабилизаторов на интегральных микросхемах

 

Рис. 6.1

Типовая схема включения интегральных микросхем стабилизаторов на фиксированное напряжение приведена на рис. 6.1. Выходной конденсатор С2 (не менее 1 мкФ для танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных конденсаторов) обеспечивает устойчивость при импульсном изменении тока нагрузки, снижает уровень пульсации. Входной конденсатор С1 (не менее 2,2 мкФ для танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных конденсаторов) необходимо включить для устранения генерации при скачкообразном включении входного напряжения. Эта генерация возникает в стабилизаторе из-за влияния паразитных индуктивности и емкости соединительных проводов, образующих контур ударного возбуждения. В отсутствии С1 амплитуда паразитных колебаний может превысить максимально допустимое входное напряжение, что приведет к пробою перехода коллектор-эмиттер регулирующего транзистора. В тех случаях, когда емкость С₂>20мкФ, случайные замыкания входной цепи могут представлять опасность для микросхемы, поскольку импульсы разрядного тока выходных конденсаторов будут создавать на ней импульсы обратного напряжения значительной амплитуды. Для защиты микросхемы от подобных перегрузок необходимо включить диод VD1 (КД510А), шунтирующий ее при замыкании входной цепи.

Регулируемые стабилизаторы напряжения имеют дополнительный вывод, предназначенный для подключения делителя выходного напряжения (четырехвыводные стабилизаторы). С его помощью можно изменять или подстраивать выходное напряжение (рис. 6.2).

Рис. 6.2

Структурная схема DA такая же, как у трехвыводного стабилизатора. На практике регулируемые стабилизаторы могут иметь дополнительные выводы: для подключения умощняющих транзисторов к силовой цепи; для подачи внешнего сигнала, отключающего ИМС; для подключения конденсаторов корректирующих переходные процессы. Регулируемое выходное напряжение можно получить и с помощью трехвыводного стабилизатора (рис. 6.3).

Рис. 6.3

Выходное напряжение:

U_вых=U_выхном+(I_п+I_д)R₂ ,(6.1)

где U_выхном – выходное напряжение микросхемы; I_П – ток, потребляемый стабилизатором, I_д – ток делителя R1,R2.

На рис. 6.4 приведена принципиальная схема стабилизатора с регулированием выходного напряжения на ИМС К142ЕН1, К142ЕН2.

Рис. 6.4

Микросхема выполнена на кристалле 1,7Х1,7 мм. Регулируемый элемент – составной транзистор VT6, VT7. Применение составного транзистора позволяет существенно увеличить коэффициент передачи тока и уменьшить влияние неуправляемого коллекторного тока. Источник опорного напряжения служит для формирования опорного (эталонного) напряжения, с которым сравнивается часть выходного напряжения. Выделенный в результате сравнения сигнал рассогласования обеспечивает процесс автоматического регулирования выходного напряжения стабилизатора. Источник опорного напряжения в интегральном стабилизаторе представляет собой параметрический стабилизатор. В качестве стабилитрона VD1 используется эмиттер-базовый переход транзистора, смещенный в обратном направлении и имеющий характеристику лавинного пробоя. Для улучшения качества эталонного напряжения ток стабилитрона стабилизируется. В качестве стабилизатора тока используется МОП транзистор VT1, у которого закорочены выводы истока и затвора. Для уменьшения выходного сопротивления параметрического стабилизатора на его выход включают эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT3, резисторах R1, R2 и диоде VD2. Основным фактором, влияющим на качество опорного напряжения, является нестабильность, вызванная изменением температурных условий интегральной схемы. Для температурной компенсации опорного напряжения в схему параметрического стабилизатора вводят диод VD2.Делитель напряжения (резисторы R1, R2 ) позволяет получать опорное напряжение меньшее, чем напряжение стабилизатора VD1. Усилитель постоянного тока выполнен по дифференциальной схеме и состоит из транзисторов VT4, VT5. МОП транзистор VT2 включен как стабилизатор тока и является коллекторной нагрузкой транзистора VT5. Применение стабилизатора тока в качестве коллекторной нагрузки позволяет увеличить коэффициент усиления каскада.

Для нормальной работы интегрального стабилизатора напряжения, а также для получения заданного значения выходного напряжения к микросхеме подключают дополнительные дискретные элементы: резисторы и конденсаторы. Делитель напряжения, выполненный на резисторах R8, R9, является делителем обратной связи. Необходимую величину выходного напряжения устанавливают при помощи переменного резистора R8. При помощи резисторов R5, R6, R7 обеспечивается работа схемы защиты при заданных перегрузках по току. В данной схеме источник опорного напряжения и усилитель постоянного тока питаются от входного напряжения. При изменении входного напряжения U_вх ( например, увеличении ) в первый момент возрастает выходное напряжение U_вых. Это вызывает повышение напряжений на резисторах делителя R8, R9. Напряжение на нижнем плече делителя U_R8,9 сравнивается с напряжением на резисторе R3, которое равно опорному напряжению U_on. Увеличение напряжения U_R8,9 приводит к возрастанию токов базы и коллектора транзистора VT5. Ток стока МОП транзистора VT2 I_C2 величина постоянная, равная сумме токов I_K5+I_б7. При повышении тока I_K5 ток базы транзистора I_б7 уменьшается, так как I_C2=const. Уменьшение тока I_б7 приводит к уменьшению тока базы транзистора VT6 I_б6 и к увеличению напряжения коллектор – эмиттер. В результате напряжение U_вых уменьшается до своего первоначального значения с определенной степенью точности. При изменении тока нагрузки I_н ( например, понижении ) в первый момент уменьшаются падение напряжения на регулирующем транзисторе VT6 и падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника, питающего стабилизатор. Увеличивается выходное напряжение U_вых , что приводит к возрастанию напряжения на нижнем плече делителя U_R8,9. В дальнейшем схема работает так, как было показано выше. В стабилизаторе предусмотрена защита от перегрузок по току и от короткого замыкания. Эту функцию в интегральном стабилизаторе выполняет транзистор VT9, который работает совместно с дополнительными внешними резисторами R5, R6, R7.

Напряжение база-эмиттер транзистора VT9: U_бэ9=U_R6—U_бэ6—U_R5. При нормальной работе транзистора, когда ток нагрузки не превышает заданное максимальное значение, напряжение U_R5 мало и напряжение U_R6>(U_R5+U_бэ6).

В этом случае на базу транзистора VT9 относительно его эмиттера подается отрицательное смещение и он заперт. При перегрузке по току или коротком замыкании на выходе схемы напряжение U_R5 возрастает и становится больше напряжения (U_бэ6—U_R6). Транзистор VT9 открывается, и на базу составного регулирующего транзистора (VT6, VT7 ) подается отрицательный потенциал с резистора R5. Регулирующий транзистор запирается и ограничивает величину тока нагрузки. При устранении перегрузки схема возвращается в исходное состояние. Изменяя величину сопротивления резистора R5, можно регулировать величину тока, при котором срабатывает защита.

В интегральном стабилизаторе предусмотрена возможность запирать составной регулирующий транзистор внешним сигналом. Если на базу транзистора VT8 интегральной схемы ( вывод 9) от внешнего источника подать положительный сигнал, то транзистор открывается. При этом на базу составного регулирующего транзистора VT6, VT7 подается отрицательный потенциал через открытый транзистор VT8. Составной транзистор запирается. Выходное напряжение стабилизатора падает до нуля.

Качество работы ИСН оценивается следующими параметрами. Нестабильность выходного напряжения при заданном изменении входного напряжения:

, [%/B]. (6.2)

Коэффициент стабилизации – отношение относительных нестабильностей входного и выходного напряжений:

. (6.3)

Нестабильность по току при заданном сбросе тока нагрузки:

, [%/A], (6.4)

где I_выхном – номинальный ток нагрузки.

Внутреннее сопротивление:

, [Ом].(6.5)

Коэффициент сглаживания пульсации – отношение переменой составляющей входного напряжения к переменной составляющей выходного напряжения.

, [дБ]. (6.6)

Если К_сг не приведено, можно считать К_сг=20lg К_ст.

Относительный температурный коэффициент нестабильности напряжения:

[%/^oC] , (6.7)

где U_вых0 – значение U_вых при нормальной температуре, а U_вых1 и U_вых2 – при температурах t₁ и t₂ соответственно;

t₁ и t₂ – крайние значения температурного интервала (для большинства ИСН t₂=125^оС, t₁=-60^оС ).

Падение напряжения на ИСН – U_пд, В.

Ток, потребляемый ИСН – I_П, мА.

Температурный коэффициент напряжения:

,[B/^oC]. (6.8 )

Допустимая мощность, рассеиваемая в ИСН, определяется в основном потерями на регулирующем элементе Р_расс.. Для увеличения рассеиваемой мощности микросхему устанавливают на теплоотвод. В таблице П2.3 Приложения 2 приведены параметры интегральных микросхем стабилизаторов напряжения.

Построение и расчет стабилизатора напряжения следует начать с выбора микросхемы. Исходные данные, необходимые для расчета: номинальное значение выходного напряжения U_вых; пределы регулирования выходного напряжения U_выхmin, U_выхmax; максимальный и минимальный токи нагрузки I_нmax, I_нmin; нестабильность входного напряжения α; нестабильность выходного напряжения K_u=∆U_вых/U_вых или коэффициент пульсаций выходного напряжения К_п; коэффициент стабилизации напряжения K_CT= α /K_u; внутреннее сопротивление стабилизатора R_вн; температурный коэффициент γ. Выбор ИМС производится по заданным U_вых, I_выхmax, К_ст (6.3), γ (6.8), R_вн (6.5). При этом следует отдавать предпочтение тем ИМС, которые работают с меньшим количеством внешних элементов. При этом должны быть выполнены условия : U_{вых имс}≥U_вых; I_{вых max имс}≥ I_{н max}; К_{ст имс}>К_ст. Независимо от типа выбранной микросхемы определяют минимальное, номинальное и максимальное напряжения на входе стабилизатора:

U_{вх min}=U_{вых max}+U_пд; ;U_{вх max}=U_вх (1+α ₍₊₎),

где α ₍₊₎ , α _(-) – наибольшие положительные и отрицательные относительные изменения входного напряжения соответственно.

Возможные пределы изменения КПД:

(предполагается, что ток, потребляемый стабилизатором, мал, т.е. I_вых≈ I_вх)

Элементы принципиальной схемы стабилизатора на ИМС К142ЕН1, К142ЕН2 (рис. 6.5) рассчитываются следующим образом: делитель выходного напряжения R4,R5 выбирается из условия, чтобы через него протекал ток I_д не менее 1,5 мА. Сопротивление резистора R5 определяется уровнем опорного напряжения и составляет обычно 1,2 кОм.

.

Емкость выходного конденсатора С2, повышающего устойчивость стабилизатора и снижающего уровень пульсации выходного напряжения, выбирается из условия С₂≥2,2 мкФ. Для повышения устойчивости включается также конденсатор С₁≈0,1 мкФ.

Ток через делитель R2,R3 выбирается равным I_д =0,3 мА, а R2=2 кОм. Напряжение U_бэ9 транзистора защиты составляет 0,7 В, поэтому сопротивление, кОм,

.

Рис. 6.5

Зависимость выходного напряжения стабилизатора от тока нагрузки при действии схемы защиты показана на рис. 6.6.

Рис. 6.6.

Напряжение на резисторе защиты R1 открывает транзистор защиты VT9 только при токе I_пор, при этом I_пор≤I_нmax, а сопротивление резистора R1=0,7/I_пор.

Включение последовательно в выходную цепь ИСН резистора R1 увеличивает его внутреннее сопротивление, поэтому R1 выбирают минимально возможным. Схема стабилизатора (рис. 6.7) может работать на повышенном токе нагрузки благодаря включению составного транзистора VT1,VT2.

Рис. 6.7

Расчет стабилизатора производится в следующем порядке. Ток через транзистор VT1

I_k1max=I_{н max}+I_п ,

где I_п  ток, потребляемый стабилизатором.

Максимальное напряжение на входе стабилизатора с учетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямителя r₀

U_вхmm=U_вхmax+(I_нmax—I_нmin)r_0.

Величину r₀ можно принять равной (0,050,1)U_вх/I_н.

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT1

U_кэ1max=U_вхmm—U_н.

Максимальная мощность, рассеиваемая на регулируемом транзисторе VT1

P_к1=(U_вхmax—U_н)I_к1max.

По данным U_кэ1max, I_k1max, P_k1 выбирают тип регулируемого транзистора.

При этом необходимо учесть, что расчетные величины должны быть меньше предельных величин, указанных в справочнике.

Максимальный ток базы транзистора VT1

I_б1max=I_k1max/h_21max.

Если I_б1max меньше номинального тока нагрузки I_ном ИМС, то транзистор VT2 вводить в схему не нужно. Вывод I3 ИМС следует соединить с базой VT1, а резистор R1 убрать. Транзистор VT1 является третьим в составном регулируемом транзисторе стабилизатора. Если I_б1max>I_ном, включают еще один транзистор VT2, предварительно определив следующие параметры.

Ток через резисторы R2, R3

I_R2,3=(1..1,5)I_ko2max,

где I_ko2max  наибольший обратный ток коллектора транзистора VT2. Если VT2 отсутствует, I_R2,3=1мА.

Сопротивление резисторов R2, R3

(R2+R3)=U_н/I_R2,3.

Максимальное значение тока эмиттера транзистора VT2

I_{э2 max}=(I_{б1 max} + I_R2,3)≈ I_{k2 max}.

Максимальное напряжение U_кэ2max транзистора VT2

U_кэ2max≈U_кэ1max.

Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT2,

Р_к2=I_k2max∙U_кэ2max.

По величинам I_k2max,U_кэmax, Р_к2 выбирают транзистор VT2.

Сопротивление R₁=U_н/1mA.

Наибольший ток базы транзистора VT2

I_б2=I_k2max/h_21э2max.

Необходимо проверить соблюдение условия I_б2max≤I_{выхmaxимс}.

Защита от перегрузки и короткого замыкания осуществляется напряжением, подаваемым с резистора R₄ на базу транзистора защиты по току в ИМС.

Сопротивление резистора защиты:

R4=U_R4/I_пор,

Отношение R2/R3 следует выбирать таким, чтобы при нормальном токе нагрузки напряжение между выводами 10 и11 ИМС, между базой и эмиттером транзистора защиты по току, было близким к нулю:

U_10-11=U_R4+U_бэ1—U_R2≈0.

Из этого условия определяют сопротивление:

.

Мощность, рассеиваемая на резисторах:

P_R=I_R²R.

Интегральные стабилизаторы типов К142ЕН3, К142ЕН4 выполнены на кристалле размером 2,2Х2,2 мм. Принципиальная электрическая схема значительно усложнена по сравнению со схемой стабилизаторов К142ЕН1, К142ЕН2 за счет введения двухкаскадного дифференциального УПТ с токостабилизирующими двухполюсниками, что существенно повысило стабильность по напряжению, а наличие мощного регулирующего транзистора обеспечило ток нагрузки ИМС до 1А.

Рис. 6.8

Типовая схема включения стабилизаторов К142ЕН3, К142ЕН4 приведена на рис. 6.8. Назначение элементов: R1  ограничительный резистор выключения микросхем внешним сигналом; R2  ограничительный резистор для регулирования порога срабатывания тепловой защиты в диапазоне температур корпуса микросхемы Тк от +65⁰ до +145⁰С; R3  резистор защиты от перегрузки по току или короткого замыкания; Ск  корректирующий конденсатор; совместно с выходным конденсатором Сн он обеспечивает устойчивую работу стабилизатора (обычно Ск=0,01 мкФ, Сн≈2,2 мкФ).

Резистор R2, кОм, выбирают из условия:

.

Сопротивление ограничительного резистора, кОм,

,

где U_y амплитуда управляющего импульса включения.

При управлении от микросхемы с ТТЛ- выходом U_y составляет около 5 В.

Сопротивление резистора защиты:

.

Ток, протекающий через выходной делитель R4, R5 I_д>1,5 мА.

Общее сопротивление делителя

.

Напряжение на резисторе R5 должно быть равно образцовому:

U_обр=2,5 В+10%. Тогда ;R₄=R_4,5—R₅.

Фиксированное выходное напряжение можно получить в стабилизаторах на ИМС К142ЕН5, К142ЕН8, КР142ЕН8, К142ЕН9, КР142ЕН17, КР1157, КР1162 (рис. 6.1). Номер входного, выходного и общего выводов указан в таблице П2.3. В зависимости от того, включен ли регулирующий транзистор в плюсовой или минусовой провод, в таблице приводится соответствующее обозначение (+вход) или (- вход). Эти же ИМС, а также КР142ЕН12, КР142ЕН18 могут использоваться в схемах стабилизаторов с регулированием выходного напряжения (рис. 6.3).

Ток делителя R1, R2 I_д>3I_п.

R₁=U_{вых ном}/I_д (6.9)

Используя формулу (6.1) и заменяя I_д из (6.9), получаем:

, (6.10)

Если в таблице П2.3 не указан I_п, I_д принимают равным 5 мА. Рассчитывая делитель в стабилизаторе на ИМС КР142ЕН12, КР142ЕН18, U_выхном нужно заменить на U_выхmin. Кроме того, для снижения уровня фона при выходном напряжении, близком к минимальному, рекомендуется в измерительный элемент стабилизатора на ИМС КР142ЕН12, КР142ЕН18 включать сглаживающий конденсатор С₃=(2…10) мкФ. При U_вых >25 В, если возможно замыкание входной цепи стабилизатора, следует при наличии конденсатора С3 включить диод VD2 (КД521А), защищающий вход управления микросхемы.

Микросхемы 142ЕН10 и 142ЕН11 – четырехвыводные регулируемые стабилизаторы. ИМС 142ЕН10 включается по схеме рис. 6.2 , а для ИМС 142ЕН11 выводы 3 и 4 соединяются и схема включения преобразуется в рис. 6.3. Ток делителя R1, R2 I_д>3I_п.

, (6.11)

где U_ос – напряжение обратной связи; в К142ЕН10 U_ос≈2,3 В, а в К142ЕН11 U_ос≈1,25 В. Сопротивления R1 и R2 находят из (6.11).

Микросхемы КР142ЕН14 – улучшенный аналог стабилизаторов К142ЕН1 и К142ЕН2. Типовая схема включения ИМС для выходного напряжения 2…7В показана на рис. 6.9, а для выходного напряжения 7…37 В – на рис. 6.10. Поскольку выводы 11 и 12 соединены, все узлы микросхемы питаются от общего источника нестабилизированного напряжения (совместное питание).

Рис. 6.9

Рис. 6.10

Выходное напряжение в схеме рис 6.9:

, (6.12)

а в схеме 6.10:

, (6.13)

В таблице 6.1 приведены расчетные значения сопротивления резисторов R1 и R2 для некоторых типовых значений выходного напряжения. Если необходимо плавно регулировать выходное напряжение, резистор R1 выбирают переменным.

Таблица 6.1.

Uвых	2,4	3	4	5	6	9	12	15	24	27	30
R1,кОм	4,75	4,12	3,12	2,15	1,15	1,87	4,87	7,87	16,19	19,8	22,9
R2,кОм	2,4	3,01	4,02	4,99	6,04	7,15	7,15	7,15	7,15	7,15	7,15

Если замыкание выходной цепи маловероятно, резистор системы защиты определяют по пороговому току нагрузки: R₃=0,65/I_пор.

Резистор R4 служит для уменьшения температурного коэффициента выходного напряжения и подавления паразитной генерации.

.

Этот резистор может быть исключен из схемы (R₄=0).

Если замыкания цепи нагрузки вероятны и их длительность может быть значительной, используют другую схему включения (рис.6.11).

Рис. 6.11

Резистор схемы защиты:

,

где I_з – остаточный выходной ток замыкания, I_пор– порог срабатывания системы защиты. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения измерительного элемента стабилизатора, а резисторы R4 и R 5 –базовый делитель напряжения транзистора системы защиты:

R₄=(I₃R₃/0,65-1)R₅ ;R₅=(U_вых+0,65)/I_д,

где I_д – ток делителя R4, R5 (рекомендуется выбрать I_д ≈ 0,001А).

Стабилизатор может быть умощнен дополнительным транзистором (рис. 6.12). Сопротивление базового резистора:

R₅=U_вых/0,001 (Ом).

Рис. 6.12

Если необходимо обеспечить минимальные потери напряжения на регулирующем транзисторе, можно применить схему, показанную на рис. 6.13.

Рис. 6.13

Сопротивление базового резистора R5 выбирают в пределах 100…200 Ом.

При работе стабилизаторов с умощняющими транзисторами (рис. 6.12, 6.13) необходимо выполнение условий:

I_порU_вх≤P_расс.max; (I_пор/h_21э+I_п)U_вх≤ P_расс.max ,

где h_21Э – минимальное значение коэффициента передачи транзистора VT1.

Для стабилизаторов по рис. 6.12, 6.13 подойдут мощные транзисторы, рассчитанные на ток коллектора 5 А и более. При выборе транзисторов необходимо учитывать, что подойдут лишь те экземпляры, у которых h₂₁>50…70.

Во всех схемах стабилизаторов на КР142ЕН14 С1>1 мкФ, С2≥100 пФ, С3>0,01 мкФ (конденсаторы С1и С3 устанавливают при необходимости).

Малогабаритные микросхемы стабилизаторы напряжения на 5 вольт. Интегральные стабилизаторы для микроконтроллеров

Согласитесь, бывают случаи, когда для питания электронных безделушек требуется стабильное напряжение, которое не зависит от нагрузки, например, 5 Вольт для питания схемы на микроконтроллере или скажем 12 Вольт для питания автомагнитолы. Чтобы не переворачивать весь инет и собирать сложные схемы на транзисторах, инженеры-конструктора придумали так называемые стабилизаторы напряжения . Это словосочетание говорит само за себя. На выходе такого элемента мы получим напряжение, на которое спроектирован этот стабилизатор.

В нашей статье мы рассмотрим трехвыводные стабилизаторы напряжения семейства LM78ХХ . Серия 78ХХ выпускаются в металлических корпусах ТО-3 (слева) и в пластмассовых корпусах ТО-220 (справа). Такие стабилизаторы имеют три вывода: вход, земля (общий) и вывод.

Вместо «ХХ» изготовители указывают напряжение стабилизации, которое нам будет выдавать этот стабилизатор. Например, стабилизатор 7805 на выходе будет выдавать 5 Вольт, 7812 соответственно 12 Вольт, а 7815 — 15 Вольт. Все очень просто. А вот и схема подключения таких стабилизаторов. Эта схема подходит ко всем стабилизаторам семейства 78ХХ.

Думаю, можно подробнее объяснить что есть что. На рисунке мы видим два конденсатора, которые запаиваются с каждой стороны. Это минимальные значения кондеров, можно, и даже желательно поставить большего номинала. Это требуется для уменьшения пульсаций как по входу, так и по выходу. Кто забыл, что такое пульсации, можно заглянуть в статью Как получить из переменного напряжения постоянное. Какое же напряжение подавать, чтобы стабилизатор работал чики-пуки? Для этого ищем даташит на стабилизаторы и внимательно изучаем. А вот собственно и он . Смотрите, из скольки транзисторов, резисторов и диодов Шотки и даже конденсатора состоит один стабилизатор! А прикиньте, если бы мы эту схемку собирали из элементов? =)

Идем дальше. Нас интересуют вот эти характеристики. Output voltage — выходное напряжение. Input voltage — входное напряжение. Ищем наш 7805. Он выдает нам выходное напряжение 5 Вольт. Желательным входным напряжением производители отметили напряжение в 10 Вольт. Но, бывает так, что выходное стабилизированное напряжение иногда бывает или чуть занижено, или чуть завышено. Для электронных безделушек доли вольт не ощущаются, но для презеционной (точной) аппаратуры лучше все таки собирать свои схемы. Здесь мы видим, что стабилизатор 7805 может нам выдать одно из напряжений диапазона 4,75 — 5,25 Вольт, но при этом должны соблюдаться условия (conditions), что ток на выходе в нагрузке не будет превышать 1 Ампера. Нестабилизированное постоянное напряжение может «колыхаться» в диапазоне от 7,5 и до 20 Вольт, при это на выходе будет всегда 5 Вольт. В этом то и заключается вся прелесть стабилизаторов.

Рассеиваемая мощность на стабилизаторе может достигать до 15 Ватт — это приличное значение для такой маленькой радиодетали. Поэтому, если нагрузка на выходе такого стабилизатора будет кушать приличный ток, думаю, стоит подумать об охлаждении стабилизатора. Для этого ее надо посадить через пасту КПТ на радиатор. Чем больше ток на выходе, тем больше по габаритам должен быть радиатор. Было бы вообще идеально, если бы радиатор еще обдувался кулером, как проц в компе.

Давайте рассмотрим нашего подопечного, а именно, стабилизатор LM7805. Как Вы уже поняли, на выходе мы должны получить 5 Вольт стабилизированного напряжения.

Соберем его по схеме

Берем нашу Макетную плату и быстренько собираем вышепредложенную схемку подключения. Два желтеньких — это кондерчики.

Итак, провода 1,2 — сюда мы загоняем нестабилизированное входное постоянное напряжение, снимаем 5 Вольт с проводов 3 и 2.

На Блоке питания мы ставим напругу в диапазоне 7.5 Вольт и до 20 Вольт. В данном случае я поставил напругу 8.52 Вольта.

И что же у нас получилось на выходе данного стабилизатора? Опаньки — 5.04 Вольта! Вот такое значение мы получим на выходе этого стабилизатора, если будем подавать напругу в диапазоне от 7.5 и до 20 Вольт. Работает великолепно!

Давайте проверим еще один наш стабилизатор. Думаю, Вы уже догадались, на сколько он вольт.

Собираем его по схеме выше и замеряем входящую напругу. По даташиту можно подавать на него входную напругу от 14.5 и до 27 Вольт. Задаем 15 Вольт с копейками.

А вот и напруга на выходе. Блин, каких то 0.3 Вольта не хватает для 12 Вольт. Для радиоаппаратуры, работающей от 12 Вольт это не критично.

Как же сделать простой и высокостабильный источник питания на 5, на 9 или даже на 12 Вольт? Да очень просто. Для этого Вам нужно прочитать вот эту статейку и поставить на выход стабилизатор на радиаторе! И все! Схема будет приблизительно вот такая для блока питания 5 Вольт:

Два электролитических кондера-фильтра, для устранения пульсаций, и высокостабильный блок питания на 5 Вольт к Вашим услугам! Чтобы получить блок питания на большее напряжение, нам нужно также на выходе транса тоже получить большее напряжение. Стремитесь, чтобы на кондере С1 напруга была не меньше, чем в даташите на описываемый стабилизатор.

Для того, чтобы стабилизатор не перегревался и не надо было бы ставить большие радиаторы с обдувом, если у Вас есть возможность, заводите на вход минимальное напряжение, написанное в даташите. Например, для стабилизатора 7805 это напряжение равно 7,5 Вольт, а для стабилизатора 7812 желательным входным напряжением можно считать напряжение в 14,5 Вольт. Это связано с тем, что излишнюю мощность стабилизатор будет рассеивать на себе. Как вы помните, формула мощности P=IU , где U — напряжение, а I — сила тока. Следовательно, чем больше входное напряжение стабилизатора, тем больше мощность, потребляемая им. А излишняя мощность — это и есть нагрев. В результате нагрева такой стабилизатор может перегреться и войти в состояние защиты, при котором дальнейшая работа стабилизатора прекращается.

Все большему числу электронных устройств требуется качественное стабильное питание без всяких скачков напряжения. Сбой того или иного модуля электронной аппаратуры может привести к неожиданныи и не очень приятным последствиям. Используйте же на здоровье достижения электроники, и не замарачивайтесь по поводу питания своих электронных безделушек. И не забывайте про радиаторы;-).

Купить дешево эти интегральные стабилизаторы можно сразу целым набором на Алиэкспрессе по этой ссылке.

Один из важных узлов радиоэлектронной аппаратуры — стабилизатор напряжения в блоке питания. Еще совсем недавно такие узлы строили на стабилитронах и транзисторах. Общее число элементов стабилизатора было довольно большим, особенно если от него требовались функции регулирования выходного напряжения, защиты от перегрузки и замыкания выхода, ограничения выходного тока на заданном уровне. С появлением специализированных микросхем ситуация изменилась. Микросхемные стабилизаторы напряжения способны работать в широких пределах выходных напряжения и тока, часто имеют встроенную систему защиты от перегрузки по току и от перегревания