КИХ стабилизаторов - серии LM320 и LM340. Серия 7800 обеспечивает ток нагрузки до 1 А и снабжена внутренней защитой от повреждений в случае перегрева или чрезмерного тока нагрузки (ИМС не сгорает, а выключается). Кроме того, предусмотрена защита прибора при выходе из области безопасной работы (см. разд. 5.07) за счет уменьшения предельно возможного тока при увеличении разности входного и выходного напряжений. Такие стабилизаторы дешевы и просты в употреблении, и это делает реальным проектирование схем с большим количеством печатных плат, к которым подводится нестабилизи-рованное постоянное напряжение, а отдельный стабилизатор устанавливается на каждой плате. В табл. 5.7 приведены характеристики представительной выборки из семейства трехвыводных стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением.

5.16. Четырехвыводные стабилизаторы

Для тех применений, в которых надо иметь возможность регулировки выходного напряжения, существуют стабилизаторы с четырьмя выводами, которые почти так же просты в употреблении, как и трехвыводные. Пример - стабилизатор [.iA78G (aA79G - это его аналог с отрицательным выходным напряжением). Четвертый вывод - управляющий , с помощью которого параллельно выходу присоединяется делитель напряжения (рис. 5.27), Делитель выбирается так, чтобы неста-на управляющем выводе было билизир.

/imG

Выход

Хемпя Упр.

+15 В (стэбилизир.) 0-1А

напряжение +5 В (для i.A79G должно быть -2,23 В). На практике в качестве Ri обычно используется регулировочный потенциометр для точной установки значения выходного напряжения. Этот вид стабили- Р -затора хорош в тех случаях,

когда нужны нестандартное напряжение или точная подстройка. Они, как и стабилизаторы серии 7800, не прецизионны. Температурный коэффициент выходного напряжения при изменениях входного напряжения ( сеть ) или тока нагрузки у них посредственны (табл. 5.8). Тем не менее так как хорошо спроектированные схемы не очень требовательны по отношению к своим источникам питания, то для них Эти стабилизаторы вполне подходят. Как и у трехвыводных стабилизаторов, в четырехвыводных существуют внутренняя тепловая защита, защита от короткого замыкания и защита от выхода из области безопасной работы.

5.17. Трехвыводные регулируемые стабилизаторы

Стабилизатор с улучшенными характеристиками и простой в употреблении - это LM317, трехвыводный стабилизатор положительного напряжения. У него нет вывода на землю; вместо этого у него поддерживается постоянное напряжение i/вых' равное 1,25 В между выходом и регулировочным выводом. На схеме рис. 5.28 показан

простейший способ применения

Per.

Выход

кОм

ВЫХ

~ 1 мкФ

Рис. 5.28.

этого стабилизатора. Стабилизатор подводит напряжение 1,25 В к резистору Ri, поэтому через него течет ток 5 мА. Регулировочный вывод потребляет очень небольшой ток (50- 100 мкА), поэтому выходное напряжение равно (/ ых=1.25(И-+/?г ?1)В.Но в таком случае выходное напряжение можно регулировать от 1,25 до 25 В. Для тех применений, которые требуют фиксированного выходного напряжения, R обычно подстраивается в очень узком диапазоне для увеличения точности подстройки (применяется последовательное соединение фиксированного резистора и подстроечного). Схема 317 выпускается в разных корпусах: пластмассовых на большую мощность, металлических большой мощности (ТО-3) и в корпусах для маломощных транзисторов. Схема в корпусе на большую мощность, оснащенная соответствующим радиатором, может отдавать ток до 1,5 А. Поскольку эта схема не имеет непосредственного заземления, ее нельзя использовать в стабилизаторах на высокое напряжение, т. е. в тех случаях, когда разность входного и выходного напряжений превосходит допустимый максимум 40 В.

Упражнение 5.4. Спроектируйте стабилизатор на -f-5 В на основе схемы 317. Обеспечьте регулировку напряжения в пределах ±20% с помощью подстроечного потенциометра.

Существуют трехвыводные регулируемые стабилизаторы, рассчитанные на более сильные токи, например LM350, рассчитанный на 3 А, и LM338, рассчитанный на 5 А. Выпускаются также подобные стабилизаторы на отрицательные напряжения, например LM337, аналог LM317 (табл. 5.8).

5.18. Дополнительные замечания о трехвыводных стабилизаторах

Общие характеристики трех- и четырехвыводных стабилизаторов. Приводимые ниже данные типичны для большинства трех- и четырехвыводных ИМС стабилизаторов и могут быть использованы для грубой прикидки ожидаемых рабочих характеристик (па-

раметры стабилизации указаны в % от соответствующих возмущений входа и нагрузки):

Допуск выходного напряжения

1инимальный перепад напряжения вход-выход

Максимальное входное напряжение

Подавление пульсаций

Подавление всплесков

Стабилизация по нагрузке

Подавление нестабильности входного напряжения постоянного тока Температурная нестабильность

2% 2 В 35 В

От 0,05 до 0,1о< От 0,1 до 0,Зо/о От 0,1 до 0,5% апазоне 0,2%

во всем ди-

Не более 2% во всем диапа-яоне температур

Внешние проходные транзисторы. Трехвыводные стабилизаторы с фиксированным напряжением могут иметь выходной ток 5 А или более, как, например, серия 78Н00, а также LM323 и LM345. Но такой режим работы может оказаться нежелательным, так

как максимальная рабочая температура кристалла ИМС такого стабилизатора ниже, чем у мощного транзистора, а это требует увеличения размеров радиатора. Кроме того, такие стабилизаторы дорогие. Поэтому целесообразно применять внешние проходные транзисторы, которые

60м

78хх Вход Выход Земля

Рис. 5.29. Трехвыводный стабилизатор с усилителем тока, собранным на внешнем проходном транзисторе.

могут сочетаться как с трех- и четырехвыводными стабилизаторами, так и с классической ИМС 723. Базовая схема показана на рис. 5.29.

При токе нагрузки меньше 100 мА схема работает так, как было описано раньше. При больших токах нагрузки падение напряжения на резисторе Ri отпирает транзистор Гь тем самым ограничивая ток, протекающий через трехвыводный стабилизатор, на уровне 100 мА. Трехвыводный стабилизатор поддерживает необходимое напряжение на выходе как обычно: снижением входного тока и в силу этого управляющего сигнала на Ti при повышении входного напряжения и наоборот. Он ведь не зиает, что ток нагрузки больше 100 мА! Для этой схемы минимальный перепад напряжений между входным и выходным напряжением должен быть равен сумме этого перепада для серии 7800 (2 В) плюс перепад {/бэ.

Применяя эту схему, надо обеспечить ограничение тока Ti, так как при аварии этот ток может превысить максимальный внутренний Ток стабилизатора в кцэ раз, доходя до 20 А и больше! Этого вполне достаточно для разрушения транзистора Т^, а также устройства, которое, к несчастью, будет в этот момент присоединено в качестве нагрузки. На рис. 5.30 показаны два способа ограничения тока.

В обеих схемах - это сильноточный проходной транзистор, а резистор между его эмиттером и базой выбирается так, чтобы тран-

Глаеа 5

зистор отпирался при токе нагрузки 100 мА. В первой схеме транзистор Ti реагирует на ток нагрузки за счет изменения перепада напряжения на резисторе Rs, ограничивая сигнал возбуждения транзистора Та, когда этот сигнал превышает диодный перепад. У этой

схемы есть два недостатка:

\ 60м

Нестабилизир, вход

Вход Выход Земля

60м

1-1-вход

Нестабилизир. вход

вход Выход Земля

во-первых, большая рассеиваемая мощность, так как при максимальных токах нагрузки входное напряжение должно превосходить стабилизиро-

ванное выходное напряжение

L Стабили- на величину, равную сумме - зир, выход минимального перепада напряжений трехвыводного стабилизатора и удвоенного диодного перепада; во-вторых, Га должен быть способен выдерживать большой ток (равный предельно допустимому току стабилизатора) при большом напряжении, так как из-за малого сопротивления резистора базы трудно реализовать ограничивающую схему с обратным наклоном характеристики.Вторая схема свободна от этих недостатков, но несколько усложнена. При построении стабилизаторов на большие токи важно добиться малого перепада напряжений для снижения рассеиваемой мощности до приемлемой величины 1. Чтобы получить в последней схеме характеристику ограничения по току с обратным наклоном, просто соединим базу Тх не прямо с коллектором Тг, а через делитель между коллектором Тг и землей. К трех- и четырехвыводным регулируемым стабилизаторам внешние проходные транзисторы могут быть присоединены таким же образом. Подробности см. в сводках данных изготовителей.

Источники стабилизированного постоянного тока. Схему 317 легко использовать в режиме источника постоянного тока. На рис. 5.31, а показано ее применение для получения стабилизированного тока 1 А. Добавление ОУ в режиме повторителя, как это показано на рис. 5.31, б, необходимо, если схема используется для renej рации малых токов, так как вход регулировка вносит в выходной ток ошибку порядка 50 мкА. Как и для описанных выше стабилиза-

i- Стабили-~ зир выход

Рис. 3.30. Схемы ограничения тока при использовании внешних проходных транзисторов.

1 В схеме рис. 5.30, б это достигается за счет того, что эмиттер-базовый перепад транзистора Ti не входит в общин перепад иа стабилизирующих элементах,- Прим. ред.

торов напряжения, в источниках тока используются схемы защиты по току от тепловой перегрузки и защита от выхода за пределы области безопасной работы.

Упражнение 5.5. Спроектируйте регулируемый источник тока на диапазон от ЮмкА до 1 мА на базе схемы 317. Если Ub\ равно-Ь13 В, каков будет рабочий диапазон напряжения на выходе? Перепад напряжений возьмите равным 2 В.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 5.19. Сдвоенные стабилизаторы

Существуют схемы, которые требуют равных положительного и отрицательного напряжений питания (большинство схем на ОУ и многие другие схемы, работающие на уровне сигнала, близком к земле). Обычно для таких схем лучшим источником питания является так называемый сдвоенный стабилизатор. Его классическая схема показана на рис. 5.32. Ti - это проходной транзистор обычного стабилизированного источника положительного питания. Стабилизированное выходное положительное напряжение используется как опорное в источнике отрицательного питания. Показанный внизу усилитель ошибки управляет выходом источника отрицательного напряжения питания, сравнивая среднее значение (полусумму) обоих напряжений питания с землей (нулем вольт), и таким образом обеспечивает равенство по модулю положительного и отрицательного напряжений питания. Источник положительного напряжения питания может быть любого типа; если это регулируемый стабилизатор, Id отрицательное выходное напряжение повторяет все изменения Положительного. Имеет смысл применять в этих источниках токоог-. раничивающие схемы.

Защита от изменения полярности питания. При работе с двойными источниками питания необходима дополнительная предосторожность: почти любая электронная схема получает обширные

(нестабилизир.)

+15В

повреждения, если переменить полярность питания. При работе с одиночным источником это может случиться, только если перепутать провода (иногда для страховки от этой ошибки схему запаралле-ливают мощным выпрямителем, включенным в обратном направлении). Для схем, в которых используется несколько источников питания (например, T расщепленный источник), об-

. . ..го ширное повреждение может возникнуть в результате неисправности какого-нибудь элемента самой схемы, из-за которой один источник питания закоротится на другой; обычно это - замыкание коллектора на эмиттер у транзистора или пробой пушпуль-ной пары, включенной между источниками питания. В этом случае источники питания окажутся закороченными друг с другом и один из них победит . Тогда на вы..оде другого соответственно поменяется полярность напряжения, и схема задымится. Поэтому разумно было бы заземлять каждый выход стабилизированного напряжения мощным выпрямителем, например 1N4004, включенным с обратной полярностью, как показано на рис. 5.32.

ИМС сдвоенных стабилизаторов. Как и стабилизаторы одиночной полярности, сдвоенные стабилизаторы выпускаются в виде интегральных схем и в регулируемом, и в фиксированном вариантах. В табл. 5.9 собраны характеристики основных имеющихся типов. Обычными являются стабилизаторы 4194 и 4195, применяемые так, как показано на рис. 5.33. Стабилизатор 4195 настраивается при изготовлении на выходное напряжение 15 В, а выходное напряжение схемы 4194 регулируется изменением R. Оба стабилизатора выпускаются как в мощных корпусах, так и в корпусах для маломощных транзисторов, и оба они имеют встроенные схемы температурной защиты и ограничения тока. Как и стабилизаторы, рассмотренные выше, они допускают подключение внешних проходных транзистороа для увеличения выходного тока.

Многие из стабилизаторов, рассмотренных ранее (например, четырехвыводные регулируемые стабилизаторы), могут быть соединень! в схему сдвоенного стабилизатора. В данных фирм-изготовителеи

MJZ955 f/ex (нестабилизир.)

Рис. 5.32. Сдвоенный стабилизатор.

Сдвоенные стабилизаторы

= I

Максимум выходного тока ) (каждый источник)

55 100

100 100

30 250

без радиатора^)

30 65

30 100

35 100

25 ) 90 )

0,5 1,2

1,4 0,5 1,4 0,5 1,4

0,5 1,8

0,35

Стабилизация (тип.), мВ

10) 10 )

0.1% 0,2%

10) 10)

0,2% 0,2%

210 )

50 17

150

12 150

160 ) 7

с

45 45

45 45

35 35 15; 35

0,2 , 0,2

в

а

а

Примечания

100 100

150 100 !00 40; 100

250 ) 250 )

Предназначены для использования с внешними проходными транзисторами

Лучшая схема по мнению авторов

вх~1ых каждого источника). ) Д.ля виешией температуры 50°С. ) От 1 О до 50% / з^,. пер от О ДО 100°С. ) От I 00 Гц до 10 кГц. ) Максимум. I в^р ) Перепад 10 В (для каждого источи

- ------макс- *Д^ вх 5 В- Л^вь

(для каждого источника). >) От 1 О Гц до ! 00 кГц.

qacTo предлагаются примеры схемныхконфигураций.Стоитпомнить, что идея использования выходного напряжения одного источника в качестве эталона для другого может быть применена не только для

От-18 до+30 В

Снесшабилй- -~---

(нестабили- I - -зир)

фмкФ+15В при -* 100 мА -15 В при

10Q МА

!0 МКФ

+Увх. (нестабилизир.}

-УцС нестабилизир,)

0,001 мкФ

б

Рис. 5.33.

двух источников с противоположным напряжением. Например, имея стабильное напряжение 4-15 В, можно его использовать для получения стабилизированного напряжения --5 В или даже -12 В.

Упражнение 5.6. Спроектируйте стабилизатор на ±12 В на основе схемы 4194. 5.20. Стабилизаторы высокого напряжения

При проектировании стабилизаторов высокого напряжения возникают некоторые специальные проблемы. Так как напряжение пробоя обычных транзисторов не превосходит 100 В, то проектирование источников питания с более высоким напряжением требует применения некоторых схемных ухищрений. В этом разделе представлен ряд таких приемов.

Лобовое решение: высоковольтные элементы. Существуют мощнее транзисторы - и даже не слишком дорогие -с напряжением Робоя,превышающим 1000В.Типичный пример-транзистор DTS

+550 В

Стаби-пизир. выход

704 фирмы Delco. Его напряжение пробоя 1400 В, а максимальный ток коллектора 3 А (разумеется, не одновременно). Так как напря-жение на входе усилителя ошибки близко к уровню земли (на выходе делителя будет низковольтный сигнал), то высокое напряжение пробоя должен иметь только проходной транзистор и тот, который подает на него управляющий сигнал. Идею такой схемы поясняет рис, 5.34. Ti и Гг - высоковольтные транзисторы; с напряжением пробоя 600 В и более. Диоды используются для предотвращения пробоя: Дх защищает переход эмиттер - база транзистора Т^, когда транзистор заперт, т. е. когда заряд, сохраняющийся на конденсаторе С г, может сместить эмиттер в положительную сторону по отношению к базе. Точно так же Да защищает переходы база - коллектор и эмиттер-коллектор. Стабилитрон Дз защищает входной каскад усилителя ошибки. Элементы /?5, R и Сз включены в схему для частотной компенсации, т. е. для обеспечения устойчивости. Эта схема - исключение из общего правила, гласящего, что транзисторные схемы не создают опасности поражения электрическим током!

Если высоковольтный стабилизатор рассчитан на фиксированное напряжение, то проходному транзистору не обязательно иметь высокое напряжение пробоя. Если, например, в приведенной только что схеме выбросить резистор /?з,то получится стабилизатор на фиксированное напряжение +500 В. В этом случае вполне пригоден 100-вольтовый проходной транзистор, так как в этой схеме напряжение на нем никогда не превысит 100 В, даже в моменты включения и отключения, а также в условиях короткого замыкания выхода. Как видно из схемы, проходной транзистор попадает под полное входное напряжение в момент включения, поскольку конденсатор d удерживает выход на потенциале земли, но замена диода Д^ стабилитроном разрешает это затруднение. Если к тому же этот стабилитрон может выдержать больиюй Т(Ж, то он может заодно защитить проходной транзистор от нагрузок короткого замыкания, если соответствующий плавкий

50кОм

Ю кОм

Рис. 5.34. Высоковольтный стабилизатор обычного типа.