<p>Стабилизаторы напряжения и тока на ИМС</p>Задача создания стабильного источника питания встает всякий раз, когда необходимо обеспечить независимость параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Современная аппаратура, работающая на цифровых и аналоговых микросхемах, всегда предусматривает наличие стабилизаторов напряжения и тока, как правило, нескольких. С распространением интегральных операционных усилителей (ОУ) появилась возможность решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причем ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.
Следящие стабилизаторы, как известно, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.
Стабилизатор по схеме рис. 1 выдает напряжение U
выхбольшее, чем опорное напряжение стабилитрона V
D1,а стабилизатор по схеме рис. 2 — меньшее.
Рис. 1.Стабилизатор с делителем выходного напряжения
Рис. 2.Стабилизатор с делителем опорного напряжения
Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя V
T2увеличивают ток нагрузки, в нашем примере — до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе. Транзистор V
T1защищает выходной транзистор V
T2от перегрузок по току, причем датчиком тока служит резистор
R8небольшого сопротивления, включенный в цепь эмиттера транзистора V
T2.Когда падение напряжения на нем превысит Uб–э=0,6 В, откроется транзистор V
T1и зашунтирует эмиттерный переход транзистора V
T2.При токах нагрузки до 10… 15 мА резисторы
R7, R8и транзисторы V
T1, VT2можно не ставить. Отметим, что в стабилизаторах по схемам рис. 1 и 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой для ОУ суммы напряжений питания.
Если проектируемый источник питания имеет выходное напряжение, не меньшее чем сумма минимально допустимых напряжений питания для имеющегося ОУ, то его лучше включить в стабилизатор таким образом, чтобы усилитель питался стабилизированным напряжением. Схема подобного стабилизатора приведена на рис. 3.
Рис. 3.Улучшенный стабилизатор напряжения:
a — принципиальная схема, б — нагрузочная характеристика
Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода О У
DA1смещен в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона V
D3и транзистора V
T1.Выходной эммитерный повторитель — составной
(VT2, VT3),а к базе защитного транзистора V
T4подключен делитель
R4R5,что позволяет создать «падающую» характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А, хотя нормальный рабочий ток составляет 0,5 А. Термоком–пенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А
(DA2).Выходное напряжение стабилизатора, равное +15 В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001 %. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1 % за время не более 5 мкс.
Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме рис. 4.
Рис. 4.Источник питания с компенсированными пульсациями
Если движок переменного резистора
R1находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор
С2,в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора
R1пульсации будут компенсированы.
Стабилизаторы по приведенным выше схемам рассчитаны на положительное выходное напряжение. Чтобы получить отрицательное, надо в качестве повторителя применить
р–n–ртранзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по–другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности. На рис. 5 приведены две упрощенные схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжений разного знака.
