Низковольтный стабилизатор напряжения
Источники питания 14:43 / 30.05.2010 10 845
Несмотря на то, что сейчас появились микросхемы низковольтных (3...5 В) стабилизаторов напряжения с малым падением напряжения, они еще пока мало распространены, особенно среди радиолюбителей. А ведь низковольтные стабилизаторы сейчас приобретают особую актуальность. Почти все аудиоплейеры питаются от источника 3 В, многие современные радиоприемники также требуют этого напряжения, не говоря уже о микропроцессорах. Предлагаемые вниманию читателей устройства — попытка сделать подобные низковольтные стабилизаторы на доступных и недорогих элементах. Схемотехника стабилизаторов напряжения для питания устройств с низковольтным питанием имеет особенности. Например, наиболее эффективна простейшая защита стабилизаторов ограничением максимального тока нагрузки при низком выходном напряжении.
Падение напряжения на регулирующем транзисторе стабилизатора при замыкании на выходе мало отличается от рабочего и транзистор перегревается незначительно. Весьма актуально именно для низковольтных стабилизаторов уменьшение минимального напряжения между входом и выходом, поскольку при этом повышается не только экономичность аппаратуры, но и ее надежность. Например, если применить в трехвольтном стабилизаторе микросхему с падением напряжения на ней также три вольта, то питающий это устройство выпрямитель должен отдавать напряжение с учетом пульсаций около 9 В. Если это напряжение, вследствие пробоя микросхемы, попадет на нагрузку, весьма вероятно, что она выйдет из строя.
Для стабилизатора же, падение напряжения на котором менее 0,4 В, хватит входного напряжения около 5 В. Такое перенапряжение нагрузка, рассчитанная на трехвольтное питание, скорее всего выдержит. До недавнего времени существовала проблема — подобрать для низковольтного стабилизатора источник образцового напряжения — стабилитрон. Обычно низковольтные стабилитроны имеют очень невысокие параметры. Разработать сравнительно простые низковольтные стабилизаторы с учетом всего вышеизложенного позволяет микросхема КР142ЕН19 — интегральный аналог низковольтного стабилитрона.
Эта микросхема выпускается в пластмассовом корпусе с тремя выводами. Когда напряжение на ее управляющем электроде относительно анода меньше +2,5 В, ток катода микросхемы не превышает 1,2 мА, причем он мало зависит от напряжения между анодом и катодом микросхемы. Как только напряжение на управляющем электроде превысит порог +2,5 В, ток катода микросхемы резко возрастает, пока напряжение на катоде не снизится до 2,5 В. Резистор, подключенный к катоду, должен ограничивать этот ток значением не более 100 мА.
Ток управляющего электрода весьма мал — единицы микроампер, причем этот ток также следует ограничивать, поскольку при его слишком большом увеличении напряжение на катоде микросхемы может возрасти.
Примечание редактора
Т.к. микросхема представляет собой аналог стабилитрона, то и в схемах она включается аналогично, в обратной полярности. При этом напряжение на катоде всегда более положительное, чем на аноде.
Схема низковольтного стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН19 с регулирующим транзистором в плюсовом проводнике показана на рис. 1. Падение напряжения на этом стабилизаторе не превышает 0,4 В, а коэффициент стабилизации более 600.
При повышении напряжения на движке регулятора выходного напряжения (резистор R7) до 2,5 В микросхема DA1 открывается, что вызывает открывание транзистора VT1, закрывание транзистора VT2, а затем и регулирующего транзистора VT3.
Регулятором напряжения R7 можно установить выходное напряжение меньше указанных на схеме 3 В примерно до 2,6 В, однако в процессе включения стабилизатора, особенно без нагрузки, возможно кратковременное повышение выходного напряжения до 3 В.
Этот стабилизатор можно отрегулировать и на напряжение больше 5 В, но тогда он будет сильно перегреваться при замыкании в нагрузке, поскольку защищен лишь ограничением выходного тока, зависящего от сопротивления резистора R2. Максимальный рабочий ток увеличивается при уменьшении его номинала.
Если требуется существенно увеличить выходной ток стабилизатора, можно попробовать уменьшить номиналы резисторов R1 и R2 в одинаковое число раз и применить более мощные транзисторы. На месте VT1 допустимо использовать транзистор серии КТ626, a VT2 — КТ630. Транзистор КТ814А (VT3) заменим любым из серий КТ816, КТ837 с максимальным коэффициентом передачи тока базы.
В стабилизаторе не следует применять эмиттерные повторители для повышения выходного тока. Это увеличивает время прохождения сигнала по цепи обратной связи и может привести к возникновению возбуждения. Если все же самовозбуждение возникло, следует увеличить емкость конденсаторов С1 и С2, а также подключить конденсатор емкостью в несколько сотен пикофарад между катодом и управляющим электродом микросхемы.
Вариант стабилизатора с регулирующим транзистором в минусовом проводнике показан на рис. 2. При повышении напряжения на управляющем электроде до +2,5 В относительно анода микросхема открывается и закрывает транзисторы VT1 и VT2. Максимальный рабочий ток устанавливают подбором резистора R2.
В описанных устройствах применены несколько необычные делители выходного напряжения в отличие от традиционного, когда переменный резистор включен в верхнее по схеме плечо. В этом случае, если нарушается контакт в цепи движка переменного резистора, напряжение на выходе стабилизаторов может только уменьшаться, тогда как при использовании традиционного делителя выходное напряжение достигает максимального уровня, что может вывести из строя нагрузку. В обоих описанных выше стабилизаторах для уменьшения зависимости максимального рабочего тока от температуры полезно обеспечить тепловой контакт диодов VD1, VD2 с теплоотводом регулирующего транзистора.
Если такие стабилизаторы используются как регулируемые, полезно последовательно с переменными резисторами включить постоянные (к каждому крайнему выводу). Их сопротивления следует подобрать так, чтобы пределы регулировки выходного напряжения соответствовали указанным на схемах. При отсутствии таких резисторов стабилизаторы могут выходить из режима стабилизации р крайних положениях движков.
Падение напряжения на регулирующем транзисторе стабилизатора при замыкании на выходе мало отличается от рабочего и транзистор перегревается незначительно. Весьма актуально именно для низковольтных стабилизаторов уменьшение минимального напряжения между входом и выходом, поскольку при этом повышается не только экономичность аппаратуры, но и ее надежность. Например, если применить в трехвольтном стабилизаторе микросхему с падением напряжения на ней также три вольта, то питающий это устройство выпрямитель должен отдавать напряжение с учетом пульсаций около 9 В. Если это напряжение, вследствие пробоя микросхемы, попадет на нагрузку, весьма вероятно, что она выйдет из строя.
Для стабилизатора же, падение напряжения на котором менее 0,4 В, хватит входного напряжения около 5 В. Такое перенапряжение нагрузка, рассчитанная на трехвольтное питание, скорее всего выдержит. До недавнего времени существовала проблема — подобрать для низковольтного стабилизатора источник образцового напряжения — стабилитрон. Обычно низковольтные стабилитроны имеют очень невысокие параметры. Разработать сравнительно простые низковольтные стабилизаторы с учетом всего вышеизложенного позволяет микросхема КР142ЕН19 — интегральный аналог низковольтного стабилитрона.
Эта микросхема выпускается в пластмассовом корпусе с тремя выводами. Когда напряжение на ее управляющем электроде относительно анода меньше +2,5 В, ток катода микросхемы не превышает 1,2 мА, причем он мало зависит от напряжения между анодом и катодом микросхемы. Как только напряжение на управляющем электроде превысит порог +2,5 В, ток катода микросхемы резко возрастает, пока напряжение на катоде не снизится до 2,5 В. Резистор, подключенный к катоду, должен ограничивать этот ток значением не более 100 мА.
Ток управляющего электрода весьма мал — единицы микроампер, причем этот ток также следует ограничивать, поскольку при его слишком большом увеличении напряжение на катоде микросхемы может возрасти.
Примечание редактора
Т.к. микросхема представляет собой аналог стабилитрона, то и в схемах она включается аналогично, в обратной полярности. При этом напряжение на катоде всегда более положительное, чем на аноде.
Схема низковольтного стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН19 с регулирующим транзистором в плюсовом проводнике показана на рис. 1. Падение напряжения на этом стабилизаторе не превышает 0,4 В, а коэффициент стабилизации более 600.
При повышении напряжения на движке регулятора выходного напряжения (резистор R7) до 2,5 В микросхема DA1 открывается, что вызывает открывание транзистора VT1, закрывание транзистора VT2, а затем и регулирующего транзистора VT3.
Регулятором напряжения R7 можно установить выходное напряжение меньше указанных на схеме 3 В примерно до 2,6 В, однако в процессе включения стабилизатора, особенно без нагрузки, возможно кратковременное повышение выходного напряжения до 3 В.
Этот стабилизатор можно отрегулировать и на напряжение больше 5 В, но тогда он будет сильно перегреваться при замыкании в нагрузке, поскольку защищен лишь ограничением выходного тока, зависящего от сопротивления резистора R2. Максимальный рабочий ток увеличивается при уменьшении его номинала.
Если требуется существенно увеличить выходной ток стабилизатора, можно попробовать уменьшить номиналы резисторов R1 и R2 в одинаковое число раз и применить более мощные транзисторы. На месте VT1 допустимо использовать транзистор серии КТ626, a VT2 — КТ630. Транзистор КТ814А (VT3) заменим любым из серий КТ816, КТ837 с максимальным коэффициентом передачи тока базы.
В стабилизаторе не следует применять эмиттерные повторители для повышения выходного тока. Это увеличивает время прохождения сигнала по цепи обратной связи и может привести к возникновению возбуждения. Если все же самовозбуждение возникло, следует увеличить емкость конденсаторов С1 и С2, а также подключить конденсатор емкостью в несколько сотен пикофарад между катодом и управляющим электродом микросхемы.
Вариант стабилизатора с регулирующим транзистором в минусовом проводнике показан на рис. 2. При повышении напряжения на управляющем электроде до +2,5 В относительно анода микросхема открывается и закрывает транзисторы VT1 и VT2. Максимальный рабочий ток устанавливают подбором резистора R2.
В описанных устройствах применены несколько необычные делители выходного напряжения в отличие от традиционного, когда переменный резистор включен в верхнее по схеме плечо. В этом случае, если нарушается контакт в цепи движка переменного резистора, напряжение на выходе стабилизаторов может только уменьшаться, тогда как при использовании традиционного делителя выходное напряжение достигает максимального уровня, что может вывести из строя нагрузку. В обоих описанных выше стабилизаторах для уменьшения зависимости максимального рабочего тока от температуры полезно обеспечить тепловой контакт диодов VD1, VD2 с теплоотводом регулирующего транзистора.
Если такие стабилизаторы используются как регулируемые, полезно последовательно с переменными резисторами включить постоянные (к каждому крайнему выводу). Их сопротивления следует подобрать так, чтобы пределы регулировки выходного напряжения соответствовали указанным на схемах. При отсутствии таких резисторов стабилизаторы могут выходить из режима стабилизации р крайних положениях движков.