Линеарни стабилизатори напона — намена, основни параметри и склопна кола

Можда данас ниједна електронска плоча не може без бар једног извора константног константног напона. И врло често као такви извори служе линеарни регулатори напона у облику микрокола. За разлику од исправљача са трансформатором, где напон на овај или онај начин зависи од струје оптерећења и може незнатно да варира из различитих разлога, интегрисано микроколо - стабилизатор (регулатор) је у стању да обезбеди константан напон у тачно дефинисаном опсегу од струје оптерећења .

Ова микрокола су изграђена на бази транзистора са ефектом поља или биполарних транзистора, који непрекидно раде у активном режиму. Поред регулационог транзистора, на кристалу микрокола линеарног стабилизатора уграђено је и управљачко коло.

Историјски гледано, пре него што је постало могуће производити такве стабилизаторе у облику микрокола, постојало је питање решавања проблема температурне стабилности параметара, јер ће се загревањем током рада параметри чворова микро кола мењати.

Решење је дошло 1967. године, када је амерички инжењер електронике Роберт Видлар предложио стабилизаторско коло у којем би регулациони транзистор био повезан између нерегулисаног извора улазног напона и оптерећења, а појачавач грешке са температурно компензованим референтним напоном би био присутан у контролно коло. Као резултат тога, популарност линеарних интегрисаних стабилизатора на тржишту је брзо скочила.

Погледајте фотографију испод. Овде је приказан поједностављени дијаграм линеарног регулатора напона (као што је ЛМ310 или 142ЕНкк). У овој шеми, оперативни појачавач са повратном спрегом негативног напона без инвертовања, користећи своју излазну струју, контролише степен откључавања регулационог транзистора ВТ1, повезаног у коло са заједничким следбеником колектора - емитера.

Сам оп-амп се напаја из улазног извора у облику униполарног позитивног напона. И иако негативни напон овде није погодан за напајање, напон напајања оп-амп може се без проблема удвостручити, без страха од преоптерећења или оштећења.

Закључак је да дубока негативна повратна спрега неутралише нестабилност улазног напона чија вредност у овом колу може достићи 30 волти. Дакле, фиксни излазни напони се крећу од 1,2 до 27 волти, у зависности од модела чипа.

Микро коло стабилизатора традиционално има три пина: улаз, заједнички и излаз.На слици је приказано типично коло диференцијалног појачала као дела микро кола за добијање референтног напона Примењена Зенер диода.

У нисконапонским регулаторима, референтни напон се добија на празнини, као што је Видлар први предложио у свом првом линеарном интегрисаном регулатору, ЛМ109. У кругу негативне повратне спреге отпорника Р1 и Р2 уграђен је раздјелник, чијим дјеловањем излазни напон постаје једноставно пропорционалан референтном напону у складу са формулом Уоут = Увд (1 + Р2 / Р1).

Отпорник Р3 и транзистор ВТ2 уграђени у стабилизатор служе за ограничавање излазне струје, па ако напон на отпорнику за ограничавање струје пређе 0,6 волти, тада ће се транзистор ВТ2 одмах отворити, што ће узроковати да се базна струја главног контролног транзистора ВТ1 ограничен. Испоставља се да је излазна струја у нормалном режиму рада стабилизатора ограничена на 0,6 / Р3. Снага коју троши регулациони транзистор зависиће од улазног напона и биће једнака 0,6 (Уин — Уоут) / Р3.

Ако из неког разлога дође до кратког споја на излазу интегрисаног стабилизатора, онда расипану снагу на кристалу не треба оставити као раније, пропорционалну разлици напона и обрнуто пропорционалну отпору отпорника Р3. Дакле, коло садржи заштитне елементе — зенер диоду ВД2 и отпорник Р5, чији рад поставља ниво струјне заштите у зависности од разлике у напону Уин -Уоут.

На горњем графикону можете видети да максимална излазна струја зависи од излазног напона, тако да је микроколо линеарног стабилизатора поуздано заштићено од преоптерећења.Када разлика напона Уин-Уоут премаши стабилизацијски напон зенер диоде ВД2, делилац отпорника Р4 и Р5 ће створити довољно струје у бази транзистора ВТ2 да га искључи, што ће заузврат изазвати ограничење струје базе за повећање регулационог транзистора ВТ1.

Најновији модели линеарних регулатора, као што је АДП3303, опремљени су термичком заштитом од преоптерећења када излазна струја нагло опадне када се кристал загреје на 165 ° Ц. Кондензатор у горњем дијаграму је потребан за изједначавање фреквенције.

Узгред, о кондензаторима. Уобичајено је да се на улаз и излаз интегрисаних стабилизатора повезују кондензатори минималног капацитета од 100 нф како би се избегло лажно активирање унутрашњих кола микрокола. У међувремену, постоје такозвани стабилизатори без поклопца, као што је РЕГ103, за које нема потребе за уградњом стабилизационих кондензатора на улаз и излаз.

Поред линеарних стабилизатора са фиксним излазним напоном, постоје и стабилизатори са подесивим излазним напоном за стабилизацију. У њима недостаје разделник отпорника Р1 и Р2, а база транзистора ВТ4 је изведена на засебну ногу чипа за повезивање екстерног разделника, као што је код 142ЕН4 чипа.

Модернији стабилизатори, у којима је потрошња струје контролног кола смањена на неколико десетина микроампера, као што је ЛМ317, имају само три пина.Да будемо поштени, напомињемо да данас постоје и регулатори напона високе прецизности као што је ТПС70151, који због присуства неколико додатних пинова омогућавају примену заштите од пада напона на прикључне жице, контролу пражњења итд. .

Изнад смо говорили о позитивним стабилизаторима напона, у односу на уобичајену жицу. Сличне шеме се такође користе за стабилизацију негативних напона, довољно је само галвански изоловати излазни напон улаза од заједничке тачке. Излазни пин је тада повезан са заједничком излазном тачком, а негативна излазна тачка ће бити улазна минус тачка повезана са заједничком тачком чипа стабилизатора. Регулатори напона негативног поларитета као што је 1168ЕНкк су веома згодни.

Ако је потребно добити два напона одједном (позитиван и негативан поларитет), онда за ту сврху постоје посебни стабилизатори који дају симетрично стабилизовани позитивни и негативни напон истовремено, довољно је само применити позитивне и негативне улазне напоне. на улазе. Пример таквог биполарног стабилизатора је КР142ЕН6.

Слика изнад је његов поједностављени дијаграм. Овде диференцијални појачавач # 2 покреће транзистор ВТ2, па се посматра једнакост -УоутР1 / (Р1 + Р3) = -Уоп. А појачало #1 контролише транзистор ВТ1 тако да потенцијал на споју отпорника Р2 и Р4 остаје нула. Ако су у исто време отпорници Р2 и Р4 једнаки, онда ће излазни напон (позитиван и негативан) остати симетричан.

За независно подешавање равнотеже између два (позитивна и негативна) излазна напона, можете прикључити додатне резне отпорнике на посебне пинове микрокола.

Најмањи пад напона карактеристика горњих линеарних регулаторних кола је 3 волта. Ово је доста за уређаје на батерије или батерије и генерално је пожељно минимизирати пад напона. У ту сврху, излазни транзистор је направљен пнп типа тако да струја колектора диференцијалног степена буде истовремено са базном струјом регулационог транзистора ВТ1. Минимални пад напона ће сада бити реда величине 1 волт.

Негативни регулатори напона раде на сличан начин са минималним опадањем. На пример, регулатори серије 1170ЕНкк имају пад напона од око 0,6 волти и не прегревају се када су направљени у кућишту ТО-92 при струјама оптерећења до 100 мА. Сам стабилизатор троши не више од 1,2 мА.

Такви стабилизатори се класификују као ниско спуштени. Још мањи пад напона се постиже на МОСФЕТ-базираним регулаторима (око 55 мВ при потрошњи струје чипа од 1 мА) као што је МАКС8865 чип.

Неки модели стабилизатора су опремљени пиновима за искључивање како би се смањила потрошња енергије уређаја у режиму мировања — када се на овај пин примени логички ниво, потрошња стабилизатора се смањује на скоро нулу (линија ЛТ176к).

Говорећи о интегралним линеарним стабилизаторима, истичу њихове карактеристике, као и динамичке и тачне параметре.

Параметри тачности су фактор стабилизације, тачност подешавања излазног напона, излазна импеданса и температурни коефицијент напона. Сваки од ових параметара је наведен у документацији; односе се на тачност излазног напона у зависности од улазног напона и тренутне температуре кристала.

Динамички параметри као што су коефицијент потискивања таласа и излазна импеданса су подешени за различите фреквенције струје оптерећења и улазног напона.

Карактеристике перформанси као што су опсег улазног напона, називни излазни напон, максимална струја оптерећења, максимална дисипација снаге, максимална разлика улазног и излазног напона при максималној струји оптерећења, струја празног хода, опсег радне температуре, сви ови параметри утичу на избор једног или други.стабилизатор за одређено коло.

Карактеристике линеарних регулатора напона

Ево типичних и најпопуларнијих кола за укључивање линеарних стабилизатора:

Ако је потребно повећати излазни напон линеарног стабилизатора са фиксним излазним напоном, зенер диода се додаје серијски на заједнички терминал:

Да би се максимизирала дозвољена излазна струја, снажнији транзистор је повезан паралелно са стабилизатором, претварајући регулациони транзистор унутар микрокола у део композитног транзистора:

Ако је потребно стабилизовати струју, стабилизатор напона се укључује према следећој шеми.

У овом случају, пад напона на отпорнику ће бити једнак напону стабилизације, што ће довести до значајних губитака ако је стабилизацијски напон висок.У том погледу, биће прикладније одабрати стабилизатор за најмањи могући излазни напон, као што је КР142ЕН12 за 1,2 волта.