Линейные аналоговые стабилизаторы(регуляторы)

Конденсаторы С1 и С2 включают для повышения устойчивости стабилизаторов [3].


Рис. 6. Типовые схемы включения линейных стабилизаторов напряжения


3.2. Увеличение выходного напряжения
В стабилизаторах с фиксированным значением выходного напряжения имеется возможность изменения в некоторых пределах выходного напряжения. Для этого в цепь вывода массы включают стабилитрон, как показано на рис. 7. Это повышает выходное напряжение на величину Uст [3,4].


Рис. 7. Повышение выходного напряжения интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением стабилизации
Включение такой ИМС по схеме на рис. 6б возможно, но нежелательно, т.к. через резистор R2 будет течь ток Iпот, потребляемый цепями управления стабилизатора, который зависит от тока нагрузки. Это приведет к увеличению выходного сопротивления стабилизатора. Выходное напряжение стабилизатора в этом случае определяется по формуле:
Uвых = Uвых.ном(1 + R2/R1) + IпотR2 .

3.3. Повышение максимального выходного тока
Повысить максимальный выходной ток стабилизатора можно, включив дополнительный мощный транзистор, как показано на рис. 8 [3,4].


Рис. 8. Повышение максимального выходного тока
Вместе с внутренним выходным транзистором интегрального стабилизатора он образует комплементарный составной транзистор. Недостаток такого способа состоит в том, что схема ограничения тока и цепь защиты выходного транзистора стабилизатора фактически не используется. Некоторые фирмы выпускают микросхемы, содержащие, по существу, только цепи управления стабилизатором напряжения и предназначенные для подключения к мощному транзистору по схеме, сходной с приведенной на рис. 8. Так, например, фирма Maxim Integrated Products производит ИМС типа МАХ687, к которой подключается pnp-транзистор с малым напряжением насыщения коллектор-эмиттер. При фиксированном выходном напряжении 3,3 В этот стабилизатор допускает при токе нагрузки 1А минимальную разность входного и выходного напряжений 0,14 В [6]. Фирма Analog Devices выпускает в миниатюрном корпусе SO-8 микросхему регулятора ADP3310, которая совместно с мощным полевым транзистором способна отдать в нагрузку ток до 10 А. Минимальная разность напряжений вход-выход составляет в этом случае порядка 0,5 В (существенно зависит от параметров регулирующего МОП-транзистора) [8]. Для токовой защиты включается внешний резистор.
3.4. Стабилизация тока
Схема источника стабильного тока на ИМС стабилизатора напряжения приведена на рис. 9 [4].


Рис. 9. Схема источника стабильного тока
Сопротивление резистора R определяется выражением:
R = Uвых.ном /Iвых .
На резисторе R падает напряжение, равное номинальному выходному напряжению стабилизатора. Это составляет для КР142ЕН5 около 5 В, что приводит к большим потерям энергии в резисторе. Поэтому в такой схеме целесообразно использовать ИМС регулируемого стабилизатора, например, КР142ЕН12, у которого, при указанной схеме включения, это напряжение составит 1,2 В.
3.5.Источник двухполярного напряжения
Номенклатура двухполярных стабилизаторов напряжения сравнительно бедна, поэтому для построения стабилизатора с выходным напряжением, например, +/- 5 В можно использовать схему, приведенную на рис. 10. Поскольку потенциал неинвертирующего входа ОУ1 нулевой, то и потенциал инвертирующего входа этого усилителя также должен быть равен нулю. При работе ОУ в линейном режиме и равенстве сопротивлений резисторов в делителе это может быть только в случае равенства по абсолютной величине разнополярных напряжений на выходе схемы. В простейшем случае, если ток выхода отрицательной полярности не превосходит допустимого выходного тока ОУ, транзистор VT1 может быть исключен из схемы, а выход ОУ должен быть непосредственно соединен с отрицательным выходом стабилизатора [4].


Рис. 10. Схема двухполярного стабилизатора

3.6. Получение искусственной общей точки
Часто при питании электронных устройств от батарей возникает необходимость получения из одного гальванически изолированного напряжения аккумуляторной батареи двух симметричных относительно общей точки (земли) напряжений. Это, в частности, нужно для питания операционных усилителей, которые часто должны усиливать входные сигналы обеих полярностей. В принципе для этих целей мог бы подойти резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с общей точкой (рис. 11а) [4,5].


Рис. 11. Схема симметрирования гальванически изолированного от земли напряжения
Коэффициент деления напряжения такой схемы тем более стабилен, чем более низкоомными выбираются резисторы делителя. Это приводит к увеличению потерь в делителе.
Лучшие характеристики имеет схема с операционным усилителем, подключенным по схеме неинвертирующего повторителя к средней точке резистивного делителя напряжения (рис. 11б). В данной схеме делитель может быть высокоомным, т.к. он нагружен только входным током операционного усилителя. ОУ сравнивает потенциал на выходе схемы с потенциалом в средней точке делителя и поддерживает напряжение на своем выходе таким, чтобы разность сравниваемых потенциалов была равна нулю. Этот эффект достигается благодаря действию отрицательной обратной связи. При малых токах покоя, потребляемых этой схемой (в пределах 1 мА), такой активный делитель имеет выходное сопротивление менее 1 Ом. Фирма Texas Instruments (США) выпускает специальную ИМС типа TLE2425 для формирования искусственной средней точки [7]. Эта ИМС изготавливается в малогабаритном трехвыводном корпусе ТО-92 и обеспечивает ток через искусственную среднюю точку до 20 мА в любом направлении при токе собственного потребления не более 0,25 мА и выходном сопротивлении 0,22 Ом.


Литература

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. Н.Ж. Высшая школа, 1982, 495 с.
Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы./Под ред. С.В. Якубовского. М. Радио и связь 1984
Интегральные микросхемы в бытовой электронике. Справочник. М. Радио и связь 1987
Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. - М: Постмаркет, 2000. - 552 с.
Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы: Книга 2, 2002г., 190 стр.
http://www.radiobox.ru/semic/power/lowregul.php (микросхемы питания фирмы Analog Devices)
А. Колпаков «Микросхемы и модули Texas Instruments для систем управления электропитанием» Электронные компоненты, 2002, №4.
http://www.radiobox.ru/semic/mx_pwr/stb.php (микросхемы питания фирмы Maxim)
http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/01_04/stat_14.htm (микросхемы питания фирмы Burr Brown).
http://www.icel.ru/MFRR/nat.htm (продукция фирмы National Semiconductors)