ОТ -55 ДО 150 °С). Выходное напряжение LM309 находится в пределах между 4,8 и 5,2 В при типичном значении 5,05 В. Выходное напряжение изменится не более чем на 50 мВ при изменении f/вх от 7 до 25 В и не более чем на 50 мВ (100 мВ для корпуса ТО-3) при изменении тока нагрузки в пределах от 5 мА до 0,5 А (от 5 мА до 1,5 А для корпуса ТО-3).

Как это видно из стандартной схемы включения, показанной на рис. 10.9,6, схема LM309 отличается простотой использования. ИС может быть использована как стабилизатор с регулируемым выходным напряжением и с дополнительными транзисторами, повышающими отдаваемый ток. Полные данные о LM309 содержатся в приложении В.

Работа схемы. Конфигурация схемы LM309 показана на рис. 10.9, а. Здесь осуществляет защиту устройства (и нагрузки) при изменении знака входного напряжения. Транзисторы 7i8 и 7iB составляют выходную пару Дарлингтона. Транзистор Тп образует источник неизменного тока, температурно-компенсированный с помощью диода, присоединенного к его коллектору. Транзисторы Т\ и Гг обеспечивают базовый ток

для 7i7.

Ограничение тока осуществляется с помощью Ru и Тц, и схема работает общепринятым способом, если (f/вх-f/вых) < < 6,3 В. Если (f/вх-f/вых) > 6,3 В, то Сгз проводит, обеспечивая тем самым прохождение тока через R12. Падение напряжения на Ri2 имеет ту же полярность, что и падение напряжения на Rn. Поэтому при возрастании f/вх - f/вых снижается падение напряжения на Rn, требуемое для начала ограничения тока. Если (f/вх-f/вых) превысит 6,3 В, то граничное значение тока уменьшается, тем самым ограничивая мощность, рассеиваемую прибором.

Стабилитрон Ст2 обеспечивает постоянное напряжение для 7*16, который в свою очередь питает постоянным напряжением Ru и R\o. Изменения f/Бэ транзистора Т^ъ под влиянием изменения температуры компенсируют температурный дрейф Сгг-Резистор /?1о обеспечивает температурно-стабилизированное напряжение, равное 0,3 В на базе Т\ъ. С увеличением температуры f/Бэтранзистора 7is уменьшается. При Т-Тмвкс имеем С ?, = = С/бэ при вкл г,5- Как только Tis включается, начинается ограничение тока, и мощность, рассеиваемая LM309, ограничивается до безопасной величины. Стабилитрон Ст обеспечивает защиту Нагрузки, подключаемой к LM309 от чрезмерного напряжения. LM309 при этом будет выведена из строя, но подключенная Сложная цифровая система будет спасена от разрушения из-за перенапряжения.

В схеме LM309 используется источник опорного напряжения с напряжением запрещенной зоны (f/Бэ - стабилитрон). Это

7 £ ьПи О

Рис. 10.9. ИС LM309.

а -схема; б -типичная схема внеш- них соединений. Наименование .выводов: ;-вход, -выход, з-зе.мля. Ci требуется только тогда, когда стабилизатор удален от фильтра питающего выпрямителя, Сг -не требуется для устойчивости работы, улучшает переходной процесс.

НИЗКОВОЛЬТНЫЙ источник опорного напряжения, равного ширине запрещенной зоны кремния (1,205 В). В качестве низковольтного источника опорного напряжения можно использовать напряжение перехода эмиттер - база транзистора, но оно слишком нестабильно по температуре. Однако напряжение запрещенной зоны, получаемое путем сравнения двух напряжений эмиттер - база, обеспечивает температурно-етабильную рабочую точку.

Упрощенная схема источника опорного напряжения с напряжением запре1ленной зоны приведена на рис. 10.10, е. Ток через Та намного больше тока, протекающего через Тв, так что Овз транзистора Та больше, чем С/бэ транзистора Тв. Транзистор Тв представляет собой усилитель с большим коэффициентом усиления по току; его ток эмиттера будет равен

1этд = (С/бэ ~ С/бэ rg) ?2 = АС/бэ ?2.

Падение напряжения на /?з составляет

С/ з == IsTRz = (АС/бэ ?2) /?з.

Можно выбрать Ri, R2 и R3 так, чтобы напряжение коллектора Тс было равно

С/кэ г, = С/бэ г, + f ?, = 1 205 В.

Возвращаясь к рис. 10.9, а, замечаем, что с увеличением температуры происходит компенсация отрицательного температурного коэффициента С/бэГз положительным температурным коэффициентом Ur (С/бэГд должно быть постоянным по сравнению с таковым для Тв на рис. 10.10,в). В схеме LM309 транзисторы Т5 и Те обеспечивают фиксированное температурно-компенсиро-ванное напряжение на базах Те и Tj. Транзисторы Те и г7 действуют совместно, как усилитель Тв рис. 10.10, е. ДС/бэ стабилизатора с опорным напряжением запрещенной зоны выделяется на Rs. Транзистор Тд выполняет функции сравнения напряжений и функции транзистора Тс схемы источника опорного напряжения запрещенной зоны (рис. 10.10,в). Любые изменения СУвых подводятся к верхней точке Rs с помощью Т12 и Т13, соединенных по схеме диода. Изменение выходного напряжения вызывает изменение напряжения на базе Тд, что в свою очередь с помощью комплементарной пары Тю и Гц меняет напряжение на базе транзисторов Tis и Tig в схеме Дарлингтона и, следовательно, и выходное напряжение. Транзистор Ts служит для Температурной компенсации Гю, Ci обеспечивает частотную Коррекцию.

Подключение схемы LM309. Типичная схема включения LM309, показанная на рис. 10.9,6, указывает на простоту ис-

10 мкФ

Рис. 10.10. Применения ИС LM309 и схема источника опорного напряжения.

а - стабилизатор с регулируемым выходным напряжением; б - стабилизатор на

большей ток и (/

= 5 В с системой

ограничения тока на постоянном уровне. е - упрощенная схема источника опорного напряжения с напряжением запрещенной зоны. С/0П=1/БЭ Тс + ( з/ 2) ДЕ/БЭ =

=1.205 в: At/Bs-Bar-iVBgrB; =(Д1/Вэ/ г) Ч' It. > Г„-

пользования этой ИС в устройствах, для которых она была спроектирована. Конденсатор Cj требуется только в случае, если стабилизатор расположен на заметном расстоянии от не-стабилизированного источника питания. Конденсатор Сг необходим только для улучшения переходного процесса, т. е. для получения быстрого возврата к исходной величине выходного напряжения после внезапного изменения входного напряжения. Схема LM309, как это показано на рис. 10.10, а, может быть использована в качестве источника питания с изменяемым или фиксированным (при R2 фиксированном) выходным напряжением. В последнем случае (7вых > 5 В. С помощью стабилизатора напряжение между выводами f/вых и землей f/д, будет удерживаться равным 5 В. Так как Ur, изменяется при изменении тока нагрузки или входного напряжения, то выходное напряжение стабилизируется, даже если, оно и больше 5 В. Типичное значение тока холостого хода) для LM309 составляет 5,2 мА, но может быть и выше (до 10 мА). Делитель напряжения Rl и R2 должен обеспечить этот ток. Выбор Ri и R2 приведен в нижеследующем примере.

На рис. 10.10,6 показано, как можно построить стабилизатор 5 В, рассчитанный на большой ток. Ограничение тока, создаваемое Т2, служит для защиты Ti, так как схема LM309 сама себя защищает. В примере 10.6 будет показано, как выбрать компоненты для стабилизатора 5В, рассчитанного на большой ток.

Пример 1G.5. Разработать на основе LM309 стабилизатор с фиксированным выходным напряжением, равным 10 В при токе 1 А. t/вх = 15 В. При /вых = = 1 А требуется (согласно описанию) использовать LM309 в корпусе ТО-3. Решение. Падения напряжения на Ri и Rs (рис. 10.10, а) одинаковы, но токи, протекаюшие через них, различны. Токи / и /J должны быть больше 10 мА для того, чтобы обеспечить собственный ток потребления схемы LM309. Ис-лользуя закон Ома и полагая / = 20 мА, получаем

Р2 - С^вых - 5 В) д^ - 5 В/20 мА = 250 Ом, Ri = 5 В/(/д^ - 5.2 м А) = 338 Ом.

Из каталога (описания) следует, что возможные изменения тока потребления составляют 0,8 мА, а сам ток должен быть по величине равным 10 мА. Таким образом, максимальное изменение тока потребления от образца к образцу составляет 5,6 мА). Выбор Ri и R2 из нормального ряда может вызвать изменение выходного напряжения на величину AIt{Ri IIR2) =0,8 В,

> Минимальное значение тока нагружающего стабилизатор, при котором стабилизатор функционирует. - Прим. перев.

> Здесь следует пояснить: максимальный потребляемый схемой ток, со-т'ласно спецификации, составляет 10 мА, типичное значение - 5,2 мА. Изменение тока потребления составляет 0,8 мА. Поэтому разброс тока потребления

Т прибора к прибору будет Д/ = /потр. макс- /потр. п-j-Д/потр = 10 -5,2-Ь

гЬ 0,8 = 5,6 мА. - Прим. перев.

Если это неприемлемо, то для точной установки П^ът = 10 В должен быть, использован потенциометр в делителе Ri, R. Сопротивление потенциометра должно быть равно 0,8 B/AJt, или 150 Ом.

Рабочая мощность, рассеиваемая схемой LM309, при максимальной нагрузке составляет f>pacc =/ . макс( вя - {/вых) = 1 А (5 В) = 5 Вт. Корпус должен иметь теплоотвод (см. каталожное описание).

Пример 10.6. Рассчитать компоненты источника питания на 5 В, 10 А с постоянным значением уровня ограничения тока, применив LM309 в схеме рис. 10.10,6. == 15 В.

Решение: Сначала должен быть выбран транзистор 7 i, который способен при коротком замыкании выхода рассеять мощность Ярасс = f/вх/н.макс = 15 В (10 А) = 150 Вт. Для безопасности выберем транзистор на 200 Вт. Максимальное значение /вых для LM309 в корпусе ТО-3 при (t/вх-t/вых) = 10 В в соответствии с каталожными данными равно 1 А. Мощный транзистор дол-/ жен иметь /zgig порядка 10 при /к = 10 А.

Выбирается транзистор fj со следующими параметрами: t/jg дд = 20 В, /Кмакс= 5 А' tb3 (при /к =10 А) = 0,9 В, Ррасс = 200 Вт, 213=15 при / = 10 А. /б = / . акс/Л21зт. = 10 А/15 = 0,67 А, /?, = U, иДв^х. т -

Значение тока /вых LM309 выбирается с таким избытком по отношению к Ij., чтобы получить возможность перекрыть допуска на разброс параметров компонентов и вариацию значений Ugj-,- Если этот избыток составляет 20%, то/вых LM309 будет 1,2/bj. и /д, = 0,2/bj.. Поэтому /?i = бэ/0,2/бг,= = 0,9 В/134 мА = 6,7 Ом. Резистор Ра выбирается, как и в предыдущих примерах, в которых рассматривались источники питания с системой ограничения тока на постоянном уровне. Положим /бз Гг вкл = 0,3 В, тогда /?2 =

= БЗПвклЛн. макс = 0.3 В/10 А = 0,03 Ом.

Транзистор Гг должен быть выбран для случая, когда /к>/б транзистора Tl и когда он должен рассеивать максимальную мощность /расс вхбг, ~ = 15 В (0,67 А) = 10 Вт. Выходной конденсатор выбирается из выражения для емкости С = q/U = It/U, где U - максимально допустимое изменение напряжения, / - максимальный отдаваемый ток в нагрузку, t - время переключения для нагрузки в виде логических элементов, приближенно tr+ tj). Для больщинства нагрузок в виде логических элементов ТТЛ емкость 10 мкФ оказывается достаточной.

10.2.3. СХЕМА ftA723

ФИРМЫ Fairchild Semiconductor

Схема jxA723 представляет собой универсальный стабилизатор напряжения в интегральном исполнении. На рис. 10.11, а и б показаны соответственно его эквивалентная электрическая и функциональная схемы. аА723 с рабочим диапазоном температур от -55 до 125 °С используется в военной технике, а с рабочим диапазоном температур от О до 70°С - в коммерческих целях. Для иллюстрации будут рассматриваться только приборы в коммерческом исполнении, называемые рА723С^.: рА723 поставляются в двух корпусах: металлическом, который

) Сумма времени спада и фронта. Для ТТЛ-элементов находится в пределах 10-50 НС. - Прим. ред.

Рис. 10.11. ИС цА723 фирмы Fairchild. - схема; 6 - функциональная схема. Наименование выводов: / - опорное напряжение,

- яеннвертирующий вход, 3--XJ. 4 - инвертирующий вход, 5 - датчик тока. - 6 -

гравнченне тока, 7 -частотная коррекция, в-напряжение стабилитрона t/ст. - выходное напряжение ИС. ю-Щ^, ii-+ u; выводы 5 к 6 используются для системы ограничения тока, У1 - усилитель источника опорного напряжения, - усилитель ошибки, Сг - стабилитрон с температурной компенсацией.

позволяет рассеять 800 мВт, и пластмассовом (типа DIP) с двухрядным расположением 14 выводов на мощность 1 Вт.

Схема рА723 может работать с входным напряжением ог 9,5 до 40 В и обеспечивает выходное напряжение от 2 до 37 В. При Ивк - Увых = 3 В схема рА723С может отдать выходной ток 150 мА, однако при С/вх-С/вых = 38 В этот ток падает до 10 мА. В худщем случае погрещность стабилизации при изменении нагрузки составляет 0,6 % С/вых, а при изменении входного напряжения 0,5 % С/вых- Типичные значения погрещности стабилизации существенно ниже. Потребление тока в устано- вившемся режиме составляет максимально -3,5 мА, типично около 2,3 мА и остается относительно постоянным при изменениях приложенного напряжения.

Схема рА723 весьма универсальна. Многие ее применения показаны в описаниях приложения В. В этом разделе будут рассмотрены только четыре из них. Обратите внимание на то, что значения сопротивления резисторов и уравнения в описаниях приведены для различных применений и разных выходных напряжений. Заметьте также, что при питании от незаземлен-ного стабилитрона схема рА723 может управлять внешним проходным транзистором для стабилизации напряжений до 250 В.

Работа схемы. Обращаясь к рис. 10.11,6, можно видеть, что рА723 содержит стабилитрон Дг на 6,2 В с температурной компенсацией, получающий смещение от источника неизменного тока. Буферный усилитель обеспечивает использование напряжения стабилитрона в качестве опорного напряжения с током до 15 мА. Усилитель ошибки введен для сравнения опорного напряжения и части стабилизируемого выходного напряжения. Усилитель ошибки управляет проходными транзисторами - выходной парой Дарлингтона. Предусмотрен также транзистор для ограничения тока.

Стабилитрон Дз, подключенный к С/вых, как показано на рис. 10.11,6, используется тогда, когда рА723 используется как стабилизатор отрицательного напряжения. Стабилитрон имеет напряжение стабилизации 6,2 В и уменьшает мощность, рассеиваемую проходным транзистором. Стабилитрон может обеспечить ток до 25 мА.

За подробностями схемы обратитесь к рис. 10.11, а. Когда + С/ и С/к присоединены для нормального использования стабилизатора напряжения или когда стабилизатор управляет внешним ft - р - ft-проходным транзистором, транзисторы Г,4 и Ti образуют выходную пару Дарлингтона. Когда рА723 используется для управления р - п - р или. комплементарным р-п-р - ft-р-ft-выходом, то U}i подводится к базе р-п-р, а управляк>щий резистор подключается между С/к; и -j-C/.

Тра-нзистор - транзистор схемы ограничения тока; он может быть использован как в схеме с постоянным, так и в схеме с изменяющимся уровнем ограничения. Напряжение, пропорциональное току на пределе ограничения, изменяется с температурой от 0,45 В при -50°С до 0,8 В при 150°С. При комнатной температуре оно составляет 0,65 В. Графическая зависимость напряжения, пропорционального току на пределе ограничения, от температуры приведена в техническом описании.

Усилитель ошибки состоит из Гц, Ti2, Те, Тт, Гю, Тд, Гп и резисторов Rio и Rn. Транзисторы Г] и Г|2 представляют собой фактически дифференциальный усилитель. Транзистор Те - источник неизменного тока для Г12, обеспечивающий большое полное сопротивление нагрузки коллектора и, таким образом, большой коэффициент усиления для Г12. Транзистор Т12 управляет базой транзистора Гм. Транзистор Г13 представляет собой температурно-компенсированный источник неизменного тока для тока эмиттера Гц и Т12. Транзистор Tj является источником неизменного тока для схемы температурной компенсации на транзисторах Тд и Гю, задающей смещение на Г13. С увеличением температуры напряжение Ub3 транзистора Г13 падает, то же происходит с Овз транзистора Гю, так что Uru, а также Гк транзистора Г13 остаются постоянными. Транзистор Гд удерживает постоянным ток базы Гю при из.менении Убэ транзистора Гю под влиянием изменения температуры.

Транзистор Tl создает неизменный ток через стабилитрон Сг]. Это обеспечивает подачу постоянного напряжения на Ri, Я2 и включенный диодом Гг. Транзистор Гг создает постоянное напряжение, подводимое к базам транзисторов Гз, Г7 и Те, которые служат в качестве источников неизменного тока. Транзистор Гг осуществляет компенсацию изменений напряжения Vb3 транзисторов Гз, Г7 и Те при изменении температуры.

Транзистор Гз поставляет неизменный ток для опорного стабилитрона Сгг и для усилителей опорного напряжения Г4, Г5 и Те. Большая часть тока от Гз протекает через Те. Транзи- сторы Г4 и Г5 обеспечивают низкое выходное полное сопротивление игточника опорного напряжения. Опорное напряжение есть Uon = ljr + Uct- Любые изменения Ur как под влиянием температурного дрейфа Ubs транзистора Те или стабилитрона Лг, так и под влиянием нагрузки источника опорного напряжения, выявляются Те, который создает напряжение коррекции обратной полярности на базе Г4..Опорное напряжение в соответствии с паспортом должно быть в пределах между 6,8 и 7,5 В (7,15 В - типичное значение). Таким образом, в делителе выходного стабилизируемого напряжения для точной установки вых требуется потенциометр.

298 Глава Iff

10.2.4. ПРИМЕНЕНИЯ ltA723

Здесь приводятся четыре применения рА723С: базовый низковольтный стабилизатор (С/вых от 2 до 7 В), базовый стабилизатор высокого напряжения (С/вых между 7 и 37 В), стабилизатор положительного напряжения с внешним транзистором для увеличения отдаваемого тока и ограничением тока по схеме с изменяющимся уровнем ограничения и стабилизатор отрицательного напряжения с ограничением тока по схеме с неизменным уровнем ограничения. Эти применения представлены ниже в качестве примеров. Множество иных схем включения приведено в каталожном листе рА723. Схема рА723С может быть ис- пользована и в схеме импульсного стабилизатора. Эта схема рассмотрена в следующем разделе.

Пример 10.7. Используя цА723А, построить источник питания по схеме рис. 10.12, а со следующими данными: С/в„, = 5 В, /вы = 100 мА, Ubx- == 10 В.

Решение. Опорное напряжение для неинвертирующего входа усилителя ошибки должно быть снижено до 5 В с помощью делителя напряжения. Для достижения максимальной температурной устойчивости для инвертирующего входа усилителя ошибки должен быть предусмотрен резистор Рз = R,JI Rz. Если требуется минимизировать число элементов, то можно опустить Rs. Сопротивление делителя {Ri Ri = R3) по соображениям стабильности должно-быть меньше 10 кОм, но больше 490 Ом, чтобы не нагружать источник опорного напряжения. Значения сопротивлений резисторов в таблице каталожногск листа показывают, что 966 Ом Ri R2 3,52 кОм при /дел, примерно равном 1 мА. Последуем указаниям фирмы Fairchild и положим ток делителя, напряжения (/дел) равным примерно 1 мА. Так как усилитель ошибки потребляет очень малый ток, будем пренебрегать его входным током смешения.

Ry = (Uon - 1/вых) дел = 2.15 В/1 мА = 2,15 кОм, /?2 = г^вых дел = 5 В/1 мА = 5 кОм,

Рз = Ri IIR2 = (2,15 кОм) (5 кОм)/(2,15 кОм + 5 кОм) = 1,5 кОм, ?д. X = макс = 0,65 В/100 мА = 6,5 Ом,

Рдел, макс = f/вх Ин. макс + /потр) = 10 В (103 мА) = 1,03 Вт.

Для корпуса цА723С рекомендуется внешний теплоотвод, так как мощность, рассеиваемая при коротком замыкании, находится на пределе, который может выдержать корпус типа DIP. Если температура корпуса удерживается на уровне 70С, то безопасный уровень рассеиваемой мощности составит 500 мВт.

В соответствии с описанием следует принять Сг = 5 мкФ для снижения шума опорного напряжения и Ci = 100 пФ для частотной коррекции.

Замечание: Для получения оптимальных характеристик Сг должен быть-конденсатором с твердым танталовым диэлектриком, поскольку такие коааен-саторы имеют на высокой частоте более низкое последовательное) сопротивление по сравнению с другими электролитическими конденсаторами. Пример 10.8. Используя цА723С, построить, как показано на рис. 10.12.6,. источник питания на 15 В, 50 мА при Ubx = 20 В.

Решение. Из каталожного листа находим, что при Ubx - f вых = 5 В jxA723C может легко отдать 50 мА, если только Ррасс. макс не будет превьпиена. Мощ-

>) Паразитное. - Прим. перев.