-5В из +5В на 142ЕП1А.
РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >-5В из +5В на 142ЕП1А.
Действующие лица и исполнитель:
Ш:старый железный Шкаф, стоящий на складе, доверху набитый всяческой дрянью, в основной массе достойной проживания на ближайшей помойке.
Inet:глобальная свалка, претендующая на звание Вселенского Кладезя Премудрости, имеющая обыкновение тусоваться под ником «Internet».
С: Семёныч. Легендарная личность. В свои 55 сделал, не выпустив из десятка, местного чемпиона по настольному теннису (предварительно скушав с ним на пару 0,5 коньяка).
Н: Начальник (no more comments).
ЕП: 142ЕП1А, новехонькая — прямо из ленты.
WB: макетная плата Wish Board no. 206, весьма пожилая, но ещё вполне контактная.
К: Кеша. Помощник, типа. Маленький, но гордый. Декоративный орёл, одним словом.
О: Осциллограф С1-112А.
я: скромный автор этих строк, он же, собственно, исполнитель…
Пролог.
Н: Слухай сюды, пенсионэр. Кар-роче: штоб людям удобно было. И штоб недорого — всё из того, чё есть на складу. Какой те щё маг?зин ? И так навал?м всякого де… Добра, в смысле. Барахла, то есть.
я: А… Э…
Н: И штоб быстро. Щ-щитаю до… Двух. С большим запасом должно хватить.
я: А… Э…
Н: (многозначительно) Кстати: полтора уже только что было.
Сцена первая.
Ш: Чё припёрся ?
я: Понимаешь, как-то видел здесь среди прочего хлама стабилизаторы 142-й серии…
Ш: Врёшь, не было такого.
я: Ну хоть взглянуть-то можно ?
Ш: Зачем ? Небось, на золотой лом сдать ?! Ну времена, ну ворья развелось ! Вали, пока охрану не вызвал !
Ш: (с сомнением и неохотой) В натуре ? Ну, глянь, там, на второй снизу полке…
я: (копаюсь в коробках) О ! Что-то с похожей внешностью… Так, 142ЕП1А… И что, больше совсем ничего ?!
Ш: Я ж те как человеку сразу сказал: НЕ-БЫ-ЛО.
я: Хотя бы справочный листок к ней есть ?
Ш: Да ты задолбал уже ! Хошь — забирай, как есть. Не хошь — вали. А то щас этой дверцей по башке отоварю — враз дорогу не то, что сюда — отсюда забудешь!
Сцена вторая.
я: Так, ладно… Поиск: +142ЕП1А +применение Найти
Inet: Найдено: «Здесь вообще кто-нибудь что-нибудь знает про применение 142ЕП1А ?»
я: Хм… Поиск: 142ЕП1А Найти
Inet: (скучно) «Справочники В. Р. Козака: 142ЕП1А — набор элементов для построения импульсных источников питания…»
я: Вот это да ! С первого раза — и в самую тютельку ! (клик)
Inet: (скучно) «Справочники В. Р. Козака. Микросхемы для источников питания: UNDER CONSTRUCTION».
я: Ну вот, приехали…
Inet: (живее) А у меня ещё их есть ! По запросу: «142ЕП1А» найдено 1 246 ссылок: «Продам 142ЕП1А. Минимальная партия — 50 шт».
Inet: (еще живее) По запросу: «142ЕП1А» найдено 2 068 ссылок: «Закажите товар через меня, любимого, то есть через Internet: 142ЕП1А:»
я: Да пшёл ты… О, идея ! Сгоняю-ка к Семёнычу на участок ремонта — вдруг как у него что-нибудь из справочной макулатуры завалялось ?
Inet: (в отчаянии вдогонку) По запросу: «142ЕП1А» найдено 385 449 ссылок: «Гигабайты бесплатного порно видео высочайшего качества !..»
Сцена третья.
я: Привет, Семёныч ! Скажи, пожалуйста, у тебя старые справочники по 142-й серии есть ?
С: Ну… А что, совсем старые ?
я: Дык… 142-я даже во времена застоя исторического материализма уже была немолодой.
я: Как так — нет ? А это что, по-твоему, на последней странице ?!
С: От же, в самом деле…
я: (с подозрением) Слышь, Семёныч, а с очками-то что ?
С: (грустно) Да вот… Пролил на стол канифоль на спирту и нечаянно положил их в лужу…
Сцена четвертая.
я: (сканируем нужные листы) Итак, что за неонка у ней внутре ? Глядя на схему электрическую принципиальную, сочиня… изображаем (sic !) схему функциональную:
Вот входной дифференциальный усилитель компаратора, прекрасно. С его выхода сигнал поступает на один из входов аналогового сумматора. Ко второму входу сумматора подключен плюсовой выход выпрямительного мостика, а минусовой выход того же мостика — к входу сумматора, на который работает дифференциальный усилитель. Очевидно, что рост уровня напряжения, приложенного между выводами 14 и 15, вне зависимости от его полярности приведет к переключению компаратора в состояние «0» и блокировке реакции на состояние выхода дифференциального усилителя. С выхода сумматора сигнал поступает на триггер Шмидта (с малой разностью U
Что там у нас ещё осталось в запасе? Изолированная от описанных выше компонент схема Дарлингтона с Uкэ 40 В, обеспечивающая в импульсе Iк1+Iк2 до 200 мА.
Сцена пятая.
я: Вот и рабочий день уже тог?… Ладно, продолжим дома.
WB: Ну, и кого ты на этот раз приволок ?
я: Да ладно тебе ворчать, старая, смотри лучше, какая красотища ! Вся в золоте, а ножки-то, ножки !..
я: Ага, скажи еще — дипломатов. И вообще, страху нет. Сейчас мы ей пластическую без наркоза… Пинцет, отвёртку !
ЕП: Эй, вы что там, с ума посдурели ? Нет ! Отпустите !! Не е ет !!! Изверги !!! Садюги !!! Фашисты !!! А а а а !!!! А А А А А А А !!!!!!!!!
я: Так, лупу, иголку ! Вправляем выводы на место.
WB: Ох… О о… О, да ! Да !! Ещё немножко !!! Ах !!! Хорошо-о-то ка-ак !!!! Гляди-ка, не соврал, всё, что нужно, по своим гнёздам сидит !
я: То ли ещё будет ! Собираем:
Ожидаемое от данной схемы самоочевидно. Для получения опорного напряжения к выводу 7 (вход Uст) подключен стабилитрон КС133А. При этом на выходе Uоп напряжение составляет порядка 1 В. На «дарлингтоне» собран генератор с трансформаторной обратной связью, рабочая точка которого управляется выходным напряжением компаратора. В виду того, что необходимо получить 5В относительно земли, да к тому же ещё достаточной мощности, катушка обратной связи, с которой снимается также и полезный сигнал, включена в цепь эмиттера. Режим возбуждения выбран жестким, чтобы ускорить запуск генератора и, тем самым, уменьшить НЧ-пульсации выходного напряжения. Выбросы напряжения на обмотке W2 выпрямляются диодом VD3 и сглаживаются фильтром C3R3C4. При начальном включении неинвертирующий вход компаратора подключен через резистор делителя напряжения обратной связи R1 к +5В. Поскольку опорное напряжение существенно ниже, на выходе компаратора устанавливается уровень «1», и генератор запускается. Когда отрицательное напряжение на выходе преобразователя достигнет уровня, достаточного для того, чтобы утянуть напряжение на неинвертирующем входе компаратора ниже U
Эпилог.
ЕП: очухавшись и раздухарившись) Дадут мне здесь сёдня чё-нить пожрать или как?!
ЕП: (сыто-пьяно-довольно) Хорошо, тёпленько!
О: (занудно) Слышь, а покажи-ка что на выходе компаратора делается, встань на 11-ю ногу:
(задумчиво) Н-да… Этот пресловутый триггер Шмидта в компараторе — вовсе не шедевр. Больше смахивает на безобразного качества генератор линейно-ступенчатого напряжения. И как оно только работает — развертки не приложу… Кто-нибудь видит тут паспортные 200-наносекундные фронты?
К: А чё сразу — Кеша, Кеша… КЕША ХОРОШИЙ ! А Я ГОВОРЮ — ХОР-РОШИЙ !!!
я: Примечания.
1. Сердечник трансформатора был выбран из соображения: «из того, что было под рукой прямо здесь и сейчас». Однозначно, возможно намного лучшее массогабаритное решение (например, на сердечнике из пермаллоя или порошкового железа).
2. Может показаться, что «для пущей надежности и стабильности» стоит включить резистор 1…2 кОм между выводом 1 и землей. Опыт показал, что лучше этого не делать: образуется контур с выпрямителем на эмиттерных переходах, и дополнительно выделяемая постоянка весьма чувствительно разогревает R6, т. е. снижается общий КПД. А без него — и R6, и A1 холодные, как огурцы на грядке.
3. На последнем снимке развертка:
— вертикальная 2 В/дел.,
— горизонтальная 1 мкс/дел.
4.А предельная рабочая частота 142ЕП1А по паспорту равна 100 кГц…
Вопросы, как обычно, складываем тут.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Глава 3. Схемотехника Импульсных стабилизаторов
напряжения на микросхемах
3.7. Микросхема кр142еп1 управления импульсным стабилизатором напряжения
Интегральная микросхема КР142ЕП1А, КР142ЕП1Б (в дальнейшем интегральная схема – ИС) представляет собой узел управления импульсным стабилизатором напряжения с коммутируемым током до 0,2 А и частотой коммутации до 100 кГц. Микросхемы выполнены по планарно – эпитаксиальной технологии с изоляцией p-n переходом [5].
Прибор оформлен в пластмассовом корпусе 2103.16 (238.16–2), чертеж корпуса представлен на рис. 56, а. Масса прибора не более 1,5 г.
Принципиальная схема показана на рис. 56, б. В нем можно выделить три основные независимые части – источник образцового напряжения, выходной составной транзистор и пороговое устройство.
а б
Рис. 56
Источник образцового напряжения – ИОН – (выводы 5 ¸ 9) построен по стандартной схеме. Положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации стабилитрона VD1 компенсирован отрицательным ТКН эмиттерного перехода транзистора VT1 и p–n перехода диода VD2. Вывод 7 от базы транзистора VT1 может быть использован для снятия некомпенсированного образцового напряжения, для изменения режима работы источника, для использования узла как датчика температуры.
В составной транзистор (выводы 1 ¸ 4, 16) входят транзисторы VT2,VT3. Пороговое устройство состоит из входного дифференциального усилителя, триггера Шмитта и узла внешней синхронизации.
Дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах VT11 и VT12, а транзисторы VT9 и VT10 включены по схеме «токового зеркала» и служат высокоомной нагрузкой транзисторов VT11 и VT12. При этом VT9 является простейшим стабилизатором тока, а VT10, включенный как диод, используется для формирования напряжения UБЭ транзистора VT9.
На базу VT12 подается с делителя цепи сравнения часть выходного напряжения стабилизатора, а на базу VT11 — опорное напряжение. Дифференциальный усилитель усиливает разность значений напряжения сигналов на его входах. Усиленное разностное напряжение снимается с коллектора VT11 и поступает на базу транзистора VT8, включенного по схеме с общим коллектором.
Этот транзистор обеспечивает развязку дифференциального усилителя и входа триггера Шмитта, собранного на транзисторах VT4 ¸ VT6 и резисторах R4 ¸ R8. Триггер Шмитта преобразует выходное напряжение дифференциального усилителя в прямоугольные импульсы (их снимают с коллектора транзистора VT4).
Диодный мост VD3 ¸ VD6 вместе с транзистором VT7 позволяют синхронизировать триггер Шмитта внешним сигналом.
Типовая схема ключевого стабилизатора напряжения, построенного на ИС КР142ЕП1А, изображена на рис. 57.
Рис. 57
ИОН микросхемы питается непосредственно входным напря-жением стабилизатора, а порого-вое устройство – стабилизирова-нным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзисторVT1, работающий усилителем тока). Коммутирующим элемен-том стабилизатора, собранным на внешних транзисторахVT2,VT3, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзис-тора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряженияR7,R9 подводится к выходу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход дифференциального усилителя (выв. 13) подано высокостабильное напряжение с ИОН.3.7.1. Принцип действия ИСН с РЭ
У двухпозиционных (релейных) стабилизаторов напряжения в цепи отрицательной обратной связи имеется релейный элемент с двумя порогами срабатывания (рис. 30), управляющий работой регулирующего устройства (РУ). Такую характеристику, например, имеет триггер Шмитта.
В процессе работы стабилизатора на входе релейного элемента происходит непрерывное сравнивание выходного напряжения (Uвых) ИСН с заданным опорным пороговым напряжением. В зависимости от приложенного ко входу сигнала ошибки релейный элемент может находиться в одном из двух возможных состояний: открытом и закрытом.
Увеличение выходного напряжения Uвых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто определенного значения напряжения срабатывания. В этот момент произойдет размыкание силовой цепи стабилизатора и выходное напряжении начнет уменьшаться. Снижение Uвых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения опускания Uотп. После этого регулирующее устройство (РУ) снова замкнет силовую часть ИСН, выходное напряжение начнет возрастать и описанный выше процесс снова повториться.
Интервал между напряжениями Uсраб и Uотп характеризует зону чувствительности релейного элемента.
Рассматривается установившийся режим работы ИСН, когда при замкнутом РУ ключе (рис. 57 внешние VT2, VT3 – открыты) происходит процесс накопления энергии в элементах L1,С4 силовой части от источника питания Uп и напряжение на сопротивлении нагрузки Rн растет [5].
При увеличении Uвых увеличивается и напряжение на сопротивлении R9 (выв. 12) делителя R 7, R9 цепи ООС на рис. 57. Это приведет к тому, что транзистор ИС (рис. 56 надо рис. 95) VT12 будет приоткрываться, VT11 — призакрываться, VT8 – приоткроется. В следствие этого положительный потенциал базы транзистора VT6 повысится и как только он достигнет порогового значения Uу = Uсраб – VT6 полностью откроется, а VT5 ,VT4 – полностью закроются. В результате чего на базу (выв. 4) VT3 ИС сигнал Uрэ (рис.30) с выхода порогового устройства (выв. 11) поступать не будет, так как ток коллектора транзистора VT4 равен нулю. В этом случае транзисторы VT2, VT3 ИС закроются и их токи коллекторов (выв. 2, 3) тоже будут равны нулю, следовательно, будут закрыты и внешние ключи VT2, VT3 (рис. 57) и через них коллекторный ток протекать не будет, а это приведет к тому, что накопленная энергия в фильтре L1,C4 начнет передаваться в нагрузку Rн и напряжение на ней будет уменьшаться (линейно при Iн = const).
Уменьшение Uвых вызовет снижение напряжения на R9. Как только Uвых достигнет некоторого наименьшего значения, соответствующего Uу = Uотп транзистор VT12 будет призакрываться, VT11 – приоткрываться, VT8 – призакрываться. Транзистор триггера Шмитта VT6 полностью закроется, а транзисторы VT5, VT4 будут полностью открыты. При этом величина импульса прямоугольного напряжения Uрэ на выходе триггера (выв.11) будет достаточной (приближенно Uрэ = 5 В – напряжению питания порогового устройства) для полного отпирания внутренних и внешних ключей VT2, VT3. Напряжение на выходе ИСН будет снова повышаться. В схеме устанавливаются автоколебания, а напряжение на нагрузке поддерживается неизменным в пределах, определяемых чувствительностью (рис. 30) по напряжению микросхемы КР142ЕП1.
Пусть ключи разомкнуты (т.е. VT2, VT3 закрыты) в течение времени паузы tп, а замкнуты в течение интервала tи =T – tп , где T = 1/f – период работы ключа, а f – частота коммутации (переключения). Так как скорость разрядки конденсатора C4 не зависит от напряжения Uп , то интервал tп не меняется при изменении входного напряжения. Колебания входного напряжения вызывают изменения лишь одной зарядной части периода tи = T — tп. Ее значение уменьшается с ростом Uп, а вместе с ней и весь период T , что ведет к увеличению частоты f работы ключа.
Увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению зарядной и разрядной частей периода (последняя изменяется резче). По этой причине увеличению тока нагрузки соответствует уменьшение периода работы ключа T и снижение относительной длительности паузы tп/T, т.е. частота коммутации транзисторов VT2, VT3 растет при увеличении тока нагрузки.
Самый большой период Tmax работы ключа такого стабилизатора соот-ветствует наименьшему току Iн min нагрузки и входному напряжению Uп min. В реальных схемах добиваются того, чтобы этот период Tmax получался достаточно малым, так как иначе (при низкой частоте) придется для сглаживания пульсаций U~н выходного напряжения применять громоздкий фильтр [5].
Чем больше скорость изменения выходного напряжения и выше чувствительность релейного элемента, тем выше частота коммутации стабилизатора.
Страница:МРБ 1193. Нефедов А.В. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Микросхемы. Часть 1.djvu/173
Предельно допустимые режимы эксплуатации
Входное коммутируемое напряжение < 40 В
в предельном режиме < 45 В
Допустимое напряжение питания узла опорного напряжения (Uni) 10…40 В
Допустимое напряжение питания узла порогового устройства
(Uu2) 5…7В
Амплитуда импульсов синхронизирующего напряжения . 2…4 В
Выходной ток < 0,2 А
в предельном режиме < 0,25 А
Рассеиваемая мощность в интервале давлений 6,7• Ю4…3« 105 Н/м2 (от 5000 мм рт. ст до 3 атм):
при Г =- 45…+ 55° С <0,8 Вт
в предельном режиме <0,9 Вт
при + 85 ° С <0,55 Вт
в предельном режиме 0,65 Вт
при Т = — 45…+ 85 ° С и Р = 6,7* 102 Н/м2 (5 мм рт. ст.) < 0,2 Вт
в предельном режиме < 0,25 Вт
Частота коммутации при Uком.вх = 40 В, /ВЫх = 50 мА:
К142ЕП1А, КР142ЕП1Б <100 кГц
КР142ЕП1А, КР142ЕП1Б <300 кГц
Температура окружающей среды —45…+85 ° С
Примечания: 1. Непрерывная работа в предельных режимах не более 1 ч. 2. Снижение Ррас в промежуточных диапазонах температур и давлений происходит по линейному закону.
КБ142ЕП1-4
Микросхема представляет собой бескорпусное устройство управления импульсным стабилизатором напряжения с частотой коммутации до 100 кГц и выходным током до 0,2 А.
Назначение выводов соответствует К142ЕП1 (А, Б), КР142ЕП1 (А, Б).
Общие рекомендации по применению
При подсоединении каждого вывода ИМС к контактной площадке допускается не более одного контактирования. Ломку пластин на кристаллы производить путем прокатывания пластин валиком в двух взаимно перпендикулярных направлениях параллельно линиям среза. Положение проволочных выводов после термокомпрессии должно быть ориентировано от кристалла.
Не допускается отсутствие напряжения на выводе 5 при поданном напряжении питания порогового устройства и соединенных выводах 6 и 1Q. При этом напряжение питания на выводе 5 должно быть равно или больше напряжения на выводе 10, но не выше 40 В.
Запрещается подведение каких-либо электрических сигналов (в том числе потенциалов шин «питание” и ’’земля») к незадействованным выводам ИМС.
Ток внешнего резистивного делителя не менее 1,5 мА ± 10 %. Входное управляющее напряжение, прикладываемое между выводами 12 — 8 или 13 — 8, не должно превышать 2,8 В.
Питание порогового устройства ИМС может осуществляться от индивидуального источника питания или источника питания узла опорного напряжения через внешний транзистор (схемы включения аналогичны К142ЕП1 (А, Б)).
172
Импульсный стабилизатор напряжения с высоким КПД 5В 2А (142ЕП2, КТ907)
Основное назначение этого стабилизатора электропитание переносной и бортовой радиоэлектронной аппаратуры, выполненной на микросхемах ТТЛ.
Основные технические характеристики:
Выходное напряжение, В……………………………………………………………5;
Максимальный ток нагрузки, А………………………………………………….2;
Входное напряжение, В……………………………………………………….7…40;
КПД, %………………………………………………………………………………71…78.
Принципиальная электрическая схема стабилизатора изображена на рис. 5.10. Основой устройства является интегральная микросхема К142ЕП1, в состав которой входят основные узлы и элементы ключевого стабилизатора напряжения. На один из входов узла сравнения (вывод 13) поступает напряжение около 1,8 В от образцового источника (вывод 9). На другой вход узла сравнения (вывод 12) поступает часть выходного напряжения с делителя R7, R8. Резистором R7 устанавливают выходное напряжение (его можно регулировать в пределах 3…9 В). Сформированные микросхемой импульсы управления с вывода 11 поступают на внутренний согласующий узел (вывод 4), с нагрузки которого усиленные импульсы управления через резистор R3 поступают на вход мощного ключевого элемента, собранного на транзисторах V2, V3.
Конденсатор СЗ улучшает передачу коротких фронтов управляющих импульсов. Мощные импульсы тока, сформированные ключевым элементом, поступают на дроссель L2. После закрывания ключевого транзистора V3 ток самоиндукции дросселя L2 протекает через дроссель L3, нагрузку и диод V4. Параметры диода V4 и дросселя L2 сильно влияют на КПД стабилизатора. Диод V4 должен быть высокочастотным и мощным, а дроссель иметь возможно большую добротность в интервале рабочих частот, а также сохранять индуктивность в условиях протекания через обмотку значительного намагничивающего тока.
Для питания узлов управления микросхемы А1 предназначен вспомогательный источник, состоящий из внутреннего параметрического стабилизатора (его выходное напряжение снимается с вывода 6 микросхемы) и усилителя тока на транзисторе VI. Напряжение питания узлов управления (поступающее на вывод 10) равно примерно 5 В. Для уменьшения проникновения импульсных помех в питающую сеть и цепь нагрузки, служат фильтры, включенные на входе и выходе стабилизатора.
Дроссель L2 намотан на ферритовом броневом магнитопроводе типоразмера Б22 2000НМ, зазор 0,2 мм. Обмотка содержит 20 витков провода ПЭВ-2-0,25, намотанных в пять проводов. Все пять обмоток соединены параллельно. Дроссели L1 и L3 могут быть любыми индуктивностью не менее 30 мкГн, способными без изменения индуктивности пропускать ток до 2 А. Их можно намотать на отрезках длиной около 20 мм ферритового стержня диаметром 8 мм от магнитной антенны. Число витков 8… 15; провод ПЭВ-2 сечением 0,8…1,2 мм2. Транзистор КТ907А можно заменить любым мощным высокочастотным кремниевым п-р-п транзистором. Вместо диода КД213А можно использовать любой из этой серии.
Для обеспечения устойчивости и надежной работы стабилизатора следует обратить внимание на рациональный монтаж входных цепей микросхемы, а именно: вывод 12 надо соединить кратчайшим путем с делителем R7, R8, который, в свою очередь, должен быть непосредственно подключен к конденсатору Сб. Перед монтажом деталей на плату необходимо убедиться в их исправности. Рисунок печатной платы представлен на рис. 5.11
А. ЩЕРБИНА, С. БАЛТИЙ, В. ИВАНОВ В последние годы широкое распространение получили интегральные стабилизаторы напряжения. Источники питания на их основе отличаются малым числом дополнительных деталей, невысокой стоимостью и хорошими техническими характеристиками. Появилась возможность снабдить каждую плату сложного устройства собственным стабилизатором напряжения (СН), а значит, использовать для его питания общий нестабилизированный источник. Это значительно повысило надежность таких устройств (выход из строя одного СН приводит к отказу только того блока, который к нему подключен), во многом сняло проблему борьбы с наводками на длинные провода питания и импульсными помехами, порожденными переходными процессами в этих цепях. В настоящее время промышленность выпускает широкий ассортимент микросхем серий 142, К142 и КР142. В их состав входят стабилизаторы с регулирующим транзистором, включенным в плюсовой провод выходной цепи, и регулируемым выходным напряжением (142ЕН1-142ЕН4, КР142ЕН1 — КР142ЕН4), то же, но с фиксированным выходным напряжением (142EHS, 142ЕН8, 142ЕН9, К142ЕН8, К142ЕН9, КР142ЕН5, КР142ЕН8, КР142ЕН9; далее в тексте — 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9), двуполярные с фиксированным выходным напряжением (142ЕН6, К142ЕН6; далее — 142ЕН6), стабилизаторы с регулирующим элементом в минусовом проводе и регулируемым выходным напряжением (142ЕН10, 142ЕН11) и устройство управления ключевым СН (142ЕП1). Предлагаемая статья знакомит с особенностями использования приборов этой серии.
 Вся информация, предоставленная на данном ресурсе разрешена к ознакомлению детям школьного возраста. Все практическое использование связанно с повышенной электрической опасностью и разрешено детям только под присмотром родителей. |
Применение микросхемных стабилизаторов серии 142, К142, КР142
В последние годы широкое распространение получили интегральные стабилизаторы напряжения. Источники питания на их основе отличаются малым числом дополнительных деталей, невысокой стоимостью и хорошими техническими характеристиками. Появилась возможность снабдить каждую плату сложного устройства собственным стабилизатором напряжения (СН), а значит, использовать для его питания общий нестабилизированный источник. Это значительно повысило надежность таких устройств (выход из строя одного СН приводит к отказу только того блока, который к нему подключен), во многом сняло проблему борьбы с наводками на длинные провода питания и импульсными помехами, порожденными переходными процессами в этих цепях. В настоящее время промышленность выпускает широкий ассортимент микросхем серий 142, К142 и КР142. В их состав входят стабилизаторы с регулирующим транзистором, включенным в плюсовой провод выходной цепи, и регулируемым выходным напряжением (142ЕН1—142ЕН4, КР142ЕН1 — КР142ЕН4), то же, но с фиксированным выходным напряжением (142EH5, 142ЕН8, 142ЕН9, К142ЕН8, К142ЕН9, КР142ЕН5, КР142ЕН8, КР142ЕН9; далее в тексте — 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9), двуполярные с фиксированным выходным напряжением (142ЕН6, К142ЕН6; далее — 142ЕН6), стабилизаторы с регулирующим элементом в минусовом проводе и регулируемым выходным напряжением (142ЕН10, 142ЕН11) и устройство управления ключевым СН (142ЕП1). Предлагаемая статья знакомит с особенностями использования приборов этой серии.
СН, защищенный от повреждения разрядным током конденсаторов. Диод VD1 защищает микросхему DA1 от разрядного тока конденсатора С2, а диод VD2 — от разрядного тока конденсатора СЗ при замыкании на входе СН.
СН со ступенчатым включением. Функции «коммутирующего» элемента в этом устройстве выполняет транзистор VT1. В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор СЗ, поэтому транзистор открыт и шунтирует нижнее плечо делителя R1R2. При этом напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 близко к 0. По мере зарядки конденсатора через резистор R3 транзистор закрывается, напряжение на выводе 8 DA1, а следовательно, и на выходе устройства возрастает, и спустя некоторое время выходное напряжение достигает заданного уровня. Длительность установления выходного напря жения зависит от постоянной времени цепи R3C3. Назначение конденсаторов С1 и С2 — то же, что и в СН по схеме на рис. 1.
СН с выходным напряжением повышенной стабильности. Как видно из схемы, отличие этого СН от устройства по схеме на рис. 1 (кроме отсутствия защитных диодов и конденсатора СЗ) заключается в замене резистора R2 стабилитроном VD1. Последний поддерживает более стабильное напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 и тем самым дополнительно уменьшает колебания напряжения на нагрузке. Недостаток устройства — невозможность плавной регулировки выходного напряжения (его можно изменять только подбором стабилитрона VD1).
СН с регулируемым выходным напряжением, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 В. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2.
СН с внешними регулирующими транзисторами. Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1.5…3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов). Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключив к ней внешний регулирующий транзистор. При токе нагрузки до 180… 190 мА падение напряжения на резисторе R 1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора. При большем токе это падение напряжения достигает 0,6…0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1. Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот. Необходимо позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может достичь 20 А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно для вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.
Схема СН с ограничением тока через регулирующий транзистор . Эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. СН продолжает работать и при некотором дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки. Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов, (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).
Значительно меньше этот недостаток проявляется в СН по схеме на рис. 7. Если исходить из того, что напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT1 и прямое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока между микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и R1. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема. По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6…0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него. При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2VD2 уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается. Если же напряжение на выходе СН увеличивается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении. Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора R1, повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение) требует увеличения входного напряжения. В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.
В СН по схеме на рис. 8 транзистор VT1 также выполняет функции регулирующего элемента. Сопротивление резистора R1 выбирают таким образом, чтобы он открывался при токе нагрузки около 100 мА. Транзистор VT2 реагирует на изменение (под действием тока нагрузки) падения напряжения на резисторе R2 и открывается, когда оно достигает 0,6…0,7 В, защищая тем самым регулирующий транзистор VT1. У рассматриваемого устройства два недостатка. Во-первых, довольно большая рассеиваемая мощность (при максимальном токе входное напряжение должно превосходить выходное на величину, равную сумме минимального падения напряжения на микросхеме и значений напряжения на эмиттерном переходе транзисторов VT1 и VT2). Во-вторых, очень жесткие требования к регулирующему транзистору, который должен выдерживать максимальный ток стабилизатора при большом напряжении.
Мощный СН можно выполнить по схеме на рис. 9. Представленный вариант обеспечивает выходное напряжение в пределах 5…30 В при токе нагрузки до 5 А. Кроме микросхемы DA1 и регулирующего транзистора VT1, он содержит измерительный мост, образованный резисторами R2 — R5, R7, и компаратор на ОУ DA2. Особенность моста в том, что через входящий в него резистор R7 протекает большая часть тока нагрузки. Требуемое выходное напряжение устанавливают подстроенным резистором R6, значение тока (в данном случае 5 А), при превышении которого СН становится стабилизатором тока. Свечение светодиода HL1 сигнализирует о том, что устройство перешло в режим стабилизации тока.
Устройство, выполненное по схеме на рис.10, обеспечивает коэффициент нестабильности напряжения менее 0,001 % в широком интервале температуры и тока нагузки. Повышение точности поддержания выходного напряжения достигнуто введением цепи отрицательной обратной связи, состоящей из измерительного моста R1—R3VD1, ОУ DA2 и полевого транзистора VT1.
СН с параллельно включенными микросхемами. Увеличения выходного тока можно добиться не только введением внешнего регулирующего транзистора, но и параллельным соединением микросхем как показано на рис. 11. Включив две 142ЕН5А, можно получить выходной ток до 6 А. Здесь ОУ ОА1 сравнивает падения напряжения на резисторах R1R2. Его выходное напряжение так воздействует на микросхему DA2, что текущий через нее ток оказывается в точности равным току через DA3. Для предотвращения нежелательного повышения выходного напряжения в отсутствие нагрузки выход устройства нагружен резистором R6.
Двуполярный СН на основе однополярной микросхемы можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 12. Как видно, микросхема DA1 включена по типовой схеме в плюсовое плечо СН. Минусовое плечо содержит делитель напряжения из резисторов одинакового сопротивления RI, R2, инвертирующий усилитель на ОУ ОА2 и регулирующий транзистор VT1. ОУ сравнивает выходное напряжение плеч по абсолютной вели чине, усиливает сигнал ошибки и подает его в цепь базы транзистора VT1. Если напряжение минусового плеча по какой-либо причине становится меньше, чем плюсового (по абсолютной величине), напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 становится больше О, и его выходное напряжение понижается, открывая регулирующий транзистор VT1 в большей мере и, тем самым, компенсируя снижение напряжения минусового плеча. Если же это напряжение, наоборот, возрастает, процесс протекает в противоположном направлении и равенство выходных напряжений также восстанавливается.
СН с регулируемым выходным напряжением можно собрать по схеме на рис. 13. Здесь ОУ DA2 выполняет функции повторителя напряжения, снимаемого с движка переменного резистора R2. ОУ питается нестабилизированным напряжением, но на его выходной сигнал это практически не влияет, так как напряжение смещения нуля не превышает нескольких милливольт. Благодаря большому входному сопротивлению ОУ становится возможным увеличить сопротивление делителя R1R2 в десятки раз (по сравнению с СН с типовым включением микросхемы DA1) и, тем самым, значительно уменьшить потребляемый им ток.
Введение в цепь обратной связи СН усилителя на ОУ DA2 (рис. 14) позволяет снизить коэффициенты нестабильности. Коэффициент усиления усилителя определяется сопротивлением резисторов делителя R3R4 и при указанных на схеме номиналах равен 10. Требуемое выходное напряжение устанавливают переменным резистором R2.
Импульсный «понижающий» СН с устройством управления на микросхемном стабилизаторе серии 142ЕН8 можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 18. Требуемое выходное напряжение устанавливают подстроечным резистором R2.
«Понижающий» импульсный СН с узлом защиты от перегрузки, срабатывающей при выходном токе более 4 А.
Стабилизатор тока можно получить, включив микросхему, как показано на рис. 20. Выходной ток регулируют изменением сопротивления резистора R1, которое рассчитывают по формуле: R1=Uвых.ст/Iвых. Если этот резистор проволочный, его необходимо шунтировать керамическим конденсатором С2 емкостью 0,1.-0,15 мкФ.
Зарядное устройство может быть выполнено по схеме, изображенной на рис. 21. В данном случае оно предназначено для зарядки аккумуляторной батареи напряжением 12 В. Делитель RIR2 ограничивает максимальное выходное напряжение устройства на уровне 14 В, резистор R3 ограничивает ток зарядки полностью разряженной батареи м задает выходное сопротивление Rвых=R3(1+R2/R1).
В устройстве, собранном по схеме на рис. 22 (оно предназначено для зарядки 6-вольтовой батареи), транзистор VT1 выполняет функции нижнего плеча делителя (совместно с резистором R3), управляющего работой микросхемы DA1 таким образом, что зарядный ток остается все время неизменным. Пиковое значение тока через батарею GB1 зависит от сопротивления резистора R3 (при указанном на схеме сопротивлении 1 Ом — 0,6А).
Источник
