Интегральный линейный стабилизатор напряжения
Представленная на рис. 1 схема стабилизатора может быть выполнена в виде интегральной схемы. Такие схемы выпускаются промышленностью (например, серии mА78хх, LM310, 142ЕНхх, TPS77xxx и др.) на несколько значений стандартных выходных напряжений: от 1,2 до 27 В. В этом исполнении схема имеет только три внешних вывода: вход, выход и массу (общий вывод). Требования, предъявляемые к регулирующему усилителю, не очень высоки, поэтому, как правило, достаточно простейшей схемы дифференциального усилителя, показанной на рис. 2. Для получения опорного напряжения могут быть использованы различные способы. На рис. 2 в качестве источника опорного напряжения (ИОН) показан символический стабилитрон VD1. Реально в низковольтных стабилизаторах используется ИОН на ширине запрещенной зоны. Впервые его применил Р. Видлар в одном из первых трехвыводных стабилизаторов LM109. За счет отрицательной обратной связи, образуемой делителем напряжения R1, R2, выходное напряжение стабилизатора устанавливается равным
Uвых = Uоп(1 + R2/R1).
Рис. 2. Типовая упрощенная схема интегрального стабилизатора напряжения
Интегральный стабилизатор напряжения имеет встроенную систему ограничения выходного тока. Для этого в схему включены резистор R3 и транзистор VT2. Если падение напряжения на R3 превысит величину, равную приближенно 0,6 В, транзистор VT2 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора VТ1, поэтому величина выходного тока стабилизатора ограничена уровнем
Iвых.макс = 0,6В/R3.
При этом мощность, рассеиваемая на выходном регулирующем транзисторе VT1, равна
Pт = Iвых.макс(Uвх - Uвых). (1)
В случае короткого замыкания эта мощность значительно превысит предельную мощность для регулирующего транзистора, т.к. при этом выходное напряжение упадет от номинальной величины до нуля. Чтобы снизить мощность, рассеиваемую в этом случае транзистором, одновременно с уменьшением выходного напряжения нужно уменьшать уровень ограничения тока. При таком способе ограничения тока внешняя характеристика стабилизатора имеет неустойчивый участок. Она изображена на рис. 3. В случае значительного увеличения напряжения на регулирующем транзисторе происходит быстрый рост мощности, рассеиваемой на его коллекторном переходе. Это обусловлено тем, что соответственно возрастает разность напряжений (Uвх - Uвых), которая входит в выражение для мощности (1). Защита выходного транзистора от перегрева в этом случае достигается тем, что уровень ограничения тока Iвых.макс делают зависимым от разности напряжений (Uвх - Uвых). В схеме на рис. 2 для этой цели служат резистор R5 и стабилитрон VD2.
Рис. 3. Внешняя характеристика стабилизатора напряжения с защитой от перегрузки по току
Если разность напряжений (Uвх - Uвых) остается меньшей, чем напряжение стабилизации стабилитрона VD2, через резистор R5 ток не течет. В этом случае уровень ограничения тока остается равным 0,6В/R3. Если же эта разность превысит величину напряжения стабилизации стабилитрона, то вследствие образования делителя напряжения на резисторах R5, R4 появляется положительное напряжение, приложенное к эмиттерному переходу транзистора VT2. При этом транзистор VT2 будет открываться при соответственно меньших токах через регулирующий транзистор VT1.
В последних моделях ИМС стабилизаторов напряжения все шире применяется тепловая защита от перегрузок. Так например, ADP3303 снабжен схемой, которая резко снижает выходной ток при нагреве кристалла до температуры 165°С.
Конденсатор Ск осуществляет необходимую частотную коррекцию схемы. В качестве дополнительной меры по предотвращению самовозбуждения следует включать на входе и выходе стабилизаторов конденсаторы емкостью 0,1...10 мкФ. В последнее время на рынке появились стабилизаторы, так называемые, "Cap-free", которые не требуют подключения конденсаторов параллельно выходу. Примером может служить REG103 фирмы Burr-Brown.
Кроме стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением выпускаются также регулируемые стабилизаторы напряжения (например, 142ЕН3 или 1168ЕН1). В схемах таких стабилизаторов отсутствует делитель напряжения R1, R2, а база транзистора VT4 подключена к выводу микросхемы для соединения с внешним делителем напряжения. Значительная часть ИМС регулируемых стабилизаторов (mА78G, 142ЕН4 и др.) имеет как минимум 4 вывода, поскольку ток собственного потребления микросхемы составляет единицы миллиампер и зависит от нагрузки. Поэтому его нельзя замкнуть через цепь внешнего делителя напряжения, поскольку это вызовет изменение напряжения на делителе при изменении тока нагрузки. Совершенствование схемотехники ИМС стабилизаторов позволило снизить этот ток до десятков микроампер и избавиться от четвертого вывода (LM317, LT1085 и др.).
В то же время, наличие специального вывода для подключения цепи обратной связи по напряжению позволяет обеспечить высокую стабильность напряжения на удаленной нагрузке (сделать его независимым от падения напряжения на соединительных проводах). Поэтому наряду с трехвыводными, выпускаются ИМС стабилизаторов с большим числом выводов (например, ADР3331, TPS70151 и др.) которые наряду со входом обратной связи имеют также управляющие входы для отключения нагрузки от стабилизатора и некоторые другие.
|
