Стабілізатори

Курсова робота

СТАБІЛІЗАТОРИ

Зміст

1. Вступ. Призначення та класифікація стабілізаторів

2. Принцип дії стабілізаторів

2.1 Параметричні стабілізатори

2.2 Компенсаційні стабілізатори

3. Параметричні стабілізатори постійної напруги (ПСПН)

3.1 Базова схема та властивості ПСПН

3.2 Модифікації ПСПН

4. Параметричні стабілізатори змінної напруги

4.1 Електромагнітні стабілізатори без конденсаторів

4.2 Ферорезонансні стабілізатори

5. Компенсаційні лінійні транзисторні стабілізатори напруги (КЛТСН) неперервної дії

5.1 Лінійний транзисторний стабілізатор напруги за базовою схемою

5.2 Модифікації транзисторних стабілізаторів напруги

5.3 Стабілізатори напруги в інтегральному виконанні

5.4 Вихідний імпеданс транзисторного стабілізатора

6. Ключові (імпульсні) транзисторні стабілізатори напруги (КТСН)

6.1 Принцип дії

6.2 Силові каскади без гальванічної розв’язки входу й виходу

6.3 Кола керування

6.4 Деякі структурні схеми ключових (імпульсних) стабілізувальних ДВЕЖ

7. Компенсаційні стабілізатори змінної напруги

8. Висновки

Список використаної літератури

1. Вступ. Призначення та класифікація стабілізаторів

Штатне функціонування будь-якої радіоелектронної апаратури можливе лише за умови забезпечення визначеного значення нестабільності напруги (струму) електроживлення. Значення випрямленої напруги, може змінюватись внаслідок дії збурювальних (дестабілізувальних) факторів, таких, як змінення:

— напруги електричної мережі змінного струму;

— сили навантажувального струму ;

— навколишньої температури;

— частоти напруги електричної мережі тощо.

Основні терміни та визначення щодо стабілізаторів наведено в Національному стандарті України ДСТУ 2372- Джерела вторинного електроживлення. Терміни та визначення.

Нестабільність (д) вихідної напруги (струму або потужності) ДВЕЖ — це зміна усталеного значення стабілізованої напруги (струму або потужності), що спричинена певними змінами усталеного значення одного або кількох параметрів впливу, за умови, що всі інші параметри впливу є залишаються незмінними.

Окрема нестабільність — зміна значення стабілізованої напруги (струму) внаслідок певної зміни одного параметру впливу, за умови, що всі інші параметри впливу залишаються незмінними.

Комбінована нестабільність — максимальна зміна усталеного значення стабілізованої вихідної напруги (струму), яка виникає в результаті будь-яких одночасних змін двох або більше зазначених параметрів впливу в допустимих межах: — навантаження; напруги джерела; частоти джерела; навколишньої температури, тощо.

Зауважимо, що комбінована нестабільність не охоплює періодичні та випадкові відхилення, дрейф, нестабільність установлення та похибку установлення.

Загальна нестабільність — максимальне змінення усталеного значення стабілізованої вихідної напруги (струму), яке виникає внаслідок одночасних змінень всіх параметрів впливу в допустимих межах.

Нестабільність визначають коефіцієнтами нестабільності:

— коефіцієнт нестабільності за зміненням вхідної напруги :

; (1)

— коефіцієнт нестабільності за зміненням сили струму навантажувального кола :

; (1а)

— коефіцієнт нестабільності за температурою. Температурний коефіцієнт напруги (ТКН) — показує відносне змінення стабілізованої величини (напруги чи струму), що спричинено зміненням температури на 1К:

; (1б)

тощо.

Максимальну узагальнену нестабільність визначають як суму:

транзистор стабілізатор напруга

(2)

де і - вказує на різні дестабілізувальні фактори, або

. (2а)

Зауважимо, що в загальному випадку збурення мають випадковий характер, що слід враховувати під час проектування або вибору ДВЕЖ для відповідальних приладів.

Таким чином нестабільність характеризує величину, яку стабілізують (напруга, струм).

Для опису стабілізаторів застосовують основні поняття: коефіцієнт стабілізації, вихідний імпеданс тощо.

Коефіцієнт стабілізації - відношення відносного змінення дестабілізувального фактора до спричиненого ним відносного змінення стабілізованої величини, за умов, що інші дестабілізувальні фактори не впливають.

Інтегральний коефіцієнт стабілізації за напругою на визначеному інтервалі залежності (рис 1 а):

(3)

де — коефіцієнт ослаблення номінальної напруги з входу на вихід стабілізатора.

Рисунок 1 — Визначення коефіцієнта стабілізації:

а — інтегрального; б — диференційного

Інколи застосовують також поняття диференціальний коефіцієнт стабілізацї, щоб характеризувати окремі інтервали в межах робочої ділянки:

(3а)

Наступним важливим параметром стабілізаторів є вихідний імпеданс

(4)

де — циклічна частота навантажувального струму.

За умов дуже повільного змінення навантажувального струму (у порівнянні з тривалістю перехідних процесів) застосовують поняття активний вихідний опір.

. (4а)

Для транзисторних стабілізаторів важливими також є параметри, які характеризують вплив змінення температури.

Таким чином, стабілізатор напруги (струму) — це прилад, який автоматично забезпечує підтримання з заданою точністю (нестабільністю) значення напруги (сили струму) в навантажувальних колах за умови дії дестабілізувальних факторів.

Основні вимоги до стабілізаторів:

Стабілізатор повинен забезпечити визначені значення:

— коефіцієнта стабілізації для значень напруги та сили струму навантажувального кола (Uн ном та Iн ном), за умови заданого змінення вхідної напруги та сили навантажувального струму;

— значення вихідного імпедансу у робочому діапазоні частот змінення навантажувального струму;

— температурного коефіцієнта напруги (ТКН);

— коефіцієнта пульсацій;

— коефіцієнта корисної дії (ККД);

— загальної нестабільності;

— масогабаритних показників;

— показників надійності;

— динамічних показників;

і також:

— можливість регулювання вихідної напруги (сили струму);

— роботу в межах заданого діапазону температури навколишнього середовища, атмосферного тиску;

— роботу в межах впливу зовнішніх мехаічних чинників (вібрації, удари тощо);

— мати прийнятну ціну.

Стабілізатори класифікують за такими ознаками (рис.2):

1. Принцип дії:

— параметричні;

— компенсаційні;

— комбіновані.

2. Стабілізована величина:

— напруга;

— сила струму.

3. Характер стабілізованої величини:

— сталої напруги (постійного струму);

— змінної напруги (змінного струму).

4. Режим роботи регулювального каскада:

— неперервний (лінійний);

— ключовий (імпульсний).

Елементна база:

— лампові;

— тиристорні;

— транзисторні;

— з застосуванням електромагнітних елементів (дроселі насичення, магнітні підсилювачі).

6. Технологія виконання:

— на дискретних елементах;

— на інтегральних мікросхемах (ІМС);

— комбіновані.

7. Взаємний зв’язок вхідного та вихідного кіл:

— з гальванічною розв’язкою;

— без гальванічної розв’язки.

Рисунок 2 — Класифікація стабілізаторів

Далі з’ясуємо принцип дії стабілізаторів.

2. Принцип дії стабілізаторів

За принципом дії стабілізатори поділяють на параметричні та компенсаційні.

2.1 Параметричні стабілізатори

Основою параметричних стабілізаторів є застосування нелінійних елементів з вольт-амперними характеристиками (ВАХ) типу ZU або RU та ZІ або RІ (рис.3). Для сталої напруги та постійного струму ВАХ можуть бути в будь-якому квадранті декартової системи координат.

За ДСТУ 2372 параметричний стабілізатор — це стабілізатор напруги (сили струму), до складу якого входять елементи або функціональні вузли (ФВ) з нелінійною вольт-амперною характеристикою, які забезпечують на вихідних затискачах незначні змінення напруги (сили струму) за значного змінення дестабілізувальних факторів.

а б

Рисунок 3 — Вольт-амперні характеристики параметричних стабілізаторів:

а — стабілізатор напруги; б — стабілізатор струму .

ВАХ є нелінійною, тому за її характером можна визначити два типи опорів. Відповідно для фіксованого (статичного) — Rстат, Zстат та змінюваного складника струму та напруги (диференційного) — ,.

За умови , — це стабілізатор напруги; за ситуації, це ідеальний стабілізатор напруги.

За умови , — це стабілізатор струму; за ситуації, це ідеальний стабілізатор струму.

Зауважимо, що в межах робочої ділянки ВАХ значення та можуть змінюватись, що треба враховувати під час проектування параметричних стабілізаторів. Статичний опір (імпеданс) в будь-якій точці і ВАХ:

(5)

(5а)

та диференційний (динамічний) опір:

(6)

(6а)

де для стабілізаторів напруги (рис. 3 а) :

;

де для стабілізаторів струму (рис. 3 б):

.

Найбільш широко застосовують компенсаційні стабілізатори, які забезпечують кращі показники.

2.2 Компенсаційні стабілізатори

За ДСТУ 2372 — компенсаційний стабілізатор напруги (сили струму) — це стабілізатор напруги (сили струму) вторинного електроживлення РЕА, в якому стабілізацію здійснено внаслідок впливу зміни вихідної напруги (сили струму) на його регулювальний пристрій через коло зворотного зв’язку.

Тобто, компенсаційний стабілізатор — це система авторегулювання з негативним зворотним зв’язком.

Узагальнену функціональну схему компенсаційного стабілізатора наведено на рис. 4, де:

РЕ — регулювальний елемент;

ЕПС — елемент перетворення аналогового сигналу зворотного звязку в послідовність імпульсів із змінюваним значенням коефіцієнта заповнення (для ключових стабілізаторів);

ПЕ — підсилювальний елемент;

ОЕ — опорний (еталонний) елемент;

ВЕ — вимірювальний елемент;

ЕП — елемент порівняння.

Рисунок 4 — Функціональна схема компенсаційного стабілізатора

З’ясуємо принцип функціонування на прикладі компенсаційного стабілізатора напруги. Опорний елемент (ОЕ) формує опорну напругу, яку в елементі порівняння (ЕП) порівнюють з частиною вихідної напруги, що надходить через вимірювальний елемент (ВЕ). Різниця між ними (сигнал помилки) через підсилювальний каскад (ПК) діє на регулювальний елемент (РЕ) таким чином, що значно компенсує вплив дестабілізувального фактора. Зазвичай ЕП — це перехід емітер-база підсилювального транзистора.

Складемо на підставі другого закону Кірхгофа рівняння силового кола для змінних складників:

. (7)

В результаті проходження змінюваної вихідної величини через тракт регулювання, отримаємо на регулювальному елементі (РЕ).

(8)

де — коефіцієнт передавання вимірювального елемента;

Кп — коефіцієнт підсилення підсилювального елементу (ПЕ);

Кр — коефіцієнт підсилення регулювального елементу (РЕ).

Отже,

(9)

Якщо знаменник (9) більше одиниці - значення змінення вихідної величини менше ніж вхідної, тобто є ефект стабілізації. Конкретні схемі компенсаційних стабілізаторів наведено в п. 5 — 7.

Далі проаналізуємо деякі типи параметричних стабілізаторів.

3. Параметричні стабілізатори постійної напруги (ПСПН)

3.1 Базова схема та властивості ПСПН

Найпоширеними нелінійними елементами, які застосовують в параметричних стабілізаторах постійної напруги (ПСПН) є кремнієві стабілітрони. Зауважимо, кремнієві стабілітрони застосовують також в колах змінного струму за зустрічним послідовним увімкненням.

Кремнієві стабілітрони мають такі властивості:

— невелике значення диференційного опору (одиниці, десятки ом);

— широкий діапазон напруги стабілізації (3,3…180 В)

— допустиму потужність розсіяння (до 5 Вт);

— невеликі розміри та масу;

— забезпечують термокомпенсацію напруги .

Прилад з p-n переходом, із визначеними в першому квадранті ВАХ параметрами, такими які характерні для стабілітрона в — третьому, а саме Іст min (rст max); Iст max (rст min), називають стабістор.

Кремнієві стабілітрони ввімкнено в зворотному напрямі відповідно до вольтамперної характеристики, яку наведено на рис.5а. Схему штатного ввімкнення наведено на рис. 5б. Електричну схему ПСН із стабістром наведено на рис. 5,в. Діапазон стабілізованих напруг становить — від 0,63 В до одиниць вольт. Однак найбільш широко такі стабілізатори застосовують в колах низьких напруг.

а б в

Рисунок 5 — Параметричний стабілізатор постійної напруги:

а — ВАХ стабілітрона, б — схема електрична принципова для зворотного (штатного) увімкнення стабілітрона; в — схема електрична принципового увімкнення стабістора

Під час змінення сили струму через стабілітрон від до напруга на ньому змінюється несуттєво, таким чином — реалізовано стабілізацію. Із зростанням сили струму понад може виникнути тепловий пробій стабілітрона.

Робоча ділянка ВАХ стабілітрона — в ІІІ квадранті, тобто в зворотньому напрямі сили струму від Іст min до Iст max. Зауважимо, що в робочій зоні значення на окремих ділянках із зростанням сили струму через стабілітрон зменшується (рис 6).

Рисунок 6 -Залежність диференційного опору стабілітрона від сили струму через стабілітрон

З’ясуємо процес роботи параметричного стабілізатора.

За умов зростання вхідної напруги ПСПН на напруга на виході також зростає, але значно менше, що обумовлено суттєвим зростанням струму Іст через нього відповідно до ВАХ. За таких умов спад напруги на резисторі Rб зростає, оскільки:

. (10)

Змінення напруги на виході дорівнює зміненню напруги на стабілітроні становить:

(10а)

Змінення напруги в навантажувальному колі (на виході), тобто нестабільність за меншим значенням диференційного опору стабілітрона rст є меншою.

Таким чином за умови, яку завжди виконано в ПСПН на кремнієвих стабілітронах,. Під час зменшення вхідної напруги, ПСПН працює аналогічно із зменшенням Iст.

Інтегральний коефіцієнт стабілізації напруги Кv, — один із головних показників якості функціонування ПСПН, визначають за формулою (3):

(10)

де — змінення середнього значення сталого складника напруги на вході та виході ПСПН; () — номінальні значення вхідної та вихідної напруг ПСПН.

Відношення характеризує реакцію ПСПН на варіативний (змінний) складник. Еквівалентну схему для цього режиму наведено на рис. 7а (за умови).

Відношення характеризує ослаблення сталого складника напруги (номінальні значення). Еквівалентну схему для цього режиму наведено на рис.7б.

а б

Рисунок 7 — Еквівалентні схеми ПСПН: а — стосовно змінного складника напруги;

б — стосовно сталого складника напруги (номінальний режим)

Згідно з еквівалентною схемою ПСПН для варіативного складника напруги (рис.7а), маємо:

(11)

Оскільки зазвичай, отримуємо із (11):

. (11а)

Згідно з еквівалентною схемою ПСПН для номінального режиму (рис.7б) маємо:

(12)

де — номінальна напруга стабілізації за сили струму стабілітрона та номінальних і сили струму навантажувального кола .

Коефіцієнт ослаблення напруги для незмінного складника визначають за формулою:

(13)

Таким чином,

(14)

де індекс показує для варіативної частини формули (11), — для номінального (незмінного) режиму (13).

На рисунку 8 наведено графіки, які показують залежність від = для стабілізатора, схему якого наведено на рис. 5б.

Реальні значення за схемою рис. 5б — 20…30.

Рисунок 8 — Характер залежності параметрів ПСПН від значення активного баластного резистора

З аналізу формули (14) випливає, що для одержання великих значень коефіцієнтів стабілізації необхідно застосовувати баластний елемент, опір якого для змінного складника струму значно перевищує опір для незмінного складника, тобто якщо елемент має властивості стабілізатора струму.

Таку вимогу можна виконати, якщо в ПСПН, як баластний елемент, застосувати польовий (уніполярний) транзистор або високоомний транзисторний двополюсник (ТД) на біполярному транзисторі. (див. п. 3.2 рис 10б, 10в)

Коефіцієнт корисної дії ПСН визначимо за формулою:

(15)

Графіки, які наведено на рис. 8, показують суттєвий вплив (змінюється із зростанням) на і на ККД (з урахуванням 15).

Вихідний опір стабілізатора характеризує його реакцію на зміненння сили навантажувального струму за умови незмінної вхідної напруги (4а).

Оскільки за умови зростання (зменшення) сили навантажувального струму на вихідна напруга зменшується (зростає) на, показником якості ПСПН є модуль відношення зазначених величин. За умови незмінної вхідної напруги вхідний струм ПСПН також не змінюється, тобто; тому будь-яке змінення сили навантажувального струму призводить змінення струму через стабілітрон, але з протилежним знаком, тобто:

. (16)

Таким чином, вихідний опір ПСПН на кремнієвому стабілітроні визначає диференційний опір стабілітрона.

За умови змінення температури напруга на кремнієвому стабілітроні змінюється відповідно із значенням відносного температурного коефіцієнта напруги (ТКН) :

(17)

де — приріст напруги на стабілітроні внаслідок змінення температури на ;

— номінальна напруга на стабілітроні.

Для визначення характеру ТКН нагадаємо, що за значення напруги на p-n переході - ТКН додатній; якщо — ТКН — від'ємний.

Тому обєднанням послідовно ввімкнених стабілітрона з додатнім ТКН та діодів з відємним ТКН можна сформувати термокомпенсований стабілітрон (рис. 9). Необхідність в декількох діодах спричинена тим, що значення відносного ТКН у стабілітронів в зворотному включенні майже в два _ три рази менше, ніж у діодів в прямому включенні, а робоча напруга — більша.

а б

Рисунок 9 Пояснення формування ПСПН з температурною компенсацією:

а — послідовне з'єднання приладів із додатнім та від'ємним ТКН

б — застосовано термокомпенсований стабілітрон

Такий метод температурної компенсації застосовують, наприклад, в стабілітронах спочатку Д818, пізніше КС211 та інші, де в корпусі розміщено, послідовно з основним p-n переходом в зворотному напрямі, додаткові термокомпенсувальні p-n переходи в прямому. За таких умов ТКН може досягати значень тисячних часток %/К (приблизно 0,001%/К й менше). В термокомпенсованих стабілітронах напруга внаслідок послідовного з'єдненная декількох p-n переходів зростає, й значення диференціального опору. Цей останній фактор є недоліком термокомпенсованих стабілітронів. Залежно від фактичного значення ТКН термокомпенсовані стабілітрони маркують різними літерами, після цифрового коду.

Реальне значення коефіцієнта стабілізації ПСПН за типовою схемою (рис.5б) — до 20…30, вихідний опір десяті долі…десятки ом залежно від типу стабілітрона.

Для забезпечення більшого значення застосовують модифікації ПСПН.

3.2 Модифікації ПСПН

Якщо необхідне значення KU більше, ніж може забезпечити обраний стабілітрон, можна застосовувати двокаскадний стабілізатор (рис. 10а). Такі стабілізатори застосовували як опорні в транзисторних стабілізаторах низьких напруг, а також як джерела еталонної напруги. В двокаскадному стабілізаторі стабілітрон VD1 має робочу напругу більшого значення, ніж VD3. Для уніфікації VD1 можна замінити на два стабілітрона, однотипних з VD3 — VD1, VD2.

а б

В г

Рисунок 10 — Схеми електричні принципові модифікацій ПСПН: а — двокаскадний;

б — з уніполярним високоомним ТД; в — з високоомним біполярним ТД; г — з двома ТД

На даний час двокаскадні ПСПН майже не застосовують.

Більше значення KU (до 200.400 і більше) можна отримати, якщо застосовувати замість лінійного баластного резистора високоомний транзисторний двополюсник ТД на уніполярному (рис.10б). або біполярному (рис.10 В, г) транзисторах.

Пояснимо принцип дії ПСПН з біполярним ТД. За умови, наприклад, зростання сили струму емітера транзистора (практично це) — зростає спад напруги на резисторі; тому негативний потенціал бази транзистора відносно точки 0, зростає (за умови стабільності напруги зміщення). Із застосуванням транзистора типу р-n-p це призводить до його «підзакриття», — сила струму спадає, тобто спостерігаємо ефект стабілізації струму. За умови спроби зменшення сили струму транзистора, коло зворотного зв’язку призводить до «підвідкриття» транзистора — знову маємо ефект стабілізації струму, тобто — це елемент з великим значенням опору для змінюваного за значенням складника струму.

а б

Рисунок 11 до пояснення дії принципу «струмового дзеркала»: а — електрична схема;

б — його вольтамперна характеристика

Додатково пояснимо принцип роботи високоомного транзисторного двополюсника на біполярних транзисторах. На рис.11а наведено схему на двох ідентичних транзисторах із з'єднаними емітерами, але один із них VT2 — у діодному підключенні (виконує функцію діодів VD1 і VD2 — як на рис.10 В, г)

Характеристики цієї пари транзисторів наведено на рис.11б. Визначимо для VT1 точку 1 на кривій ік1 — якій відповідає точка 2 — Uбе1, але за схемою вввімкнення таке саме значення напруги між базою та емітером VT2 — точка 3, якій відповідає ік2 (точка 4). Як результат маємо ік1= ік2 (точка 5). Така схема має назву «струмове дзеркало» («current mirror») і є основою високоомного елемента (стабілізатора струму) тобто високоомного транзисторного двополюсника (ТД), який широко застосовують також як навантажувальні кола транзисторів в підсилювачах.

Зауважимо, що за топологією ТД виконано як транзисторний фільтр ФК із заміною конденсаторів Сб-С, відповідно, на VD1, VD2 та VD3 (рис 10в).

Для транзисторного двополюсника скористаємось формулою (4.47) із відповідною заміною xСб на rст, тому

. (18)

За умови великого значення коефіцієнта стабілізації ланки Rб /rст,, , тобто

(19)

із (18) маємо .

Якщо нерівність (19) не виконана (що можливо за умови Uст < 3…5B), то Rб~ зменшується і ефективність ТД знижується. Тоді замість Rзм доцільно встановити ще один ТД на транзисторі VT2, а як джерело напруги зміщення застосувати вихідний стабілітрон (рис. 10г).

Значення коефіцієнта стабілізації ПСПН з ТД зазвичай становить 200…400 й може бути більше. Значення вихідного опору визначає диференціальний опір стабілітрона, тобто — лишається без змін, як у звичайного ПСПН.

Далі з’ясуємо, яким чином реалізують параметричні стабілізатори змінної напруги.

4. Параметричні стабілізатори змінної напруги

4.1 Електромагнітні стабілізатори без конденсаторів

В колах змінного струму для реалізації параметричних стабілізаторів також необхідно застосовувати елементи типу ZU (стабілізатор напруги), або ZI (стабілізатор струму). З’ясуємо принцип дії параметричного стабілізатора на основі дроселя з феромагнітним осердям.

На рис. 12а, наведено залежність індукції (густини магнітного потоку) від напруженості магнітного поля — характеристику В (Н) для дроселя із феромагнітним осердям. Напруга на дроселі (за умови нехтування активного опору його обмотки) пропорційна магнітній індукції В, а напруженість магнітного поля Н пропорційна силі струму, який проходить через обмотку дроселя, тому залежність U = (Aw) буде мати такий самий вигляд, як і крива В = f (H). Таким чином, дросель має характеристику типу ZU (рис.12а).

Із застосуванням баластного лінійного елемента (Lб), увімкненого послідовно з елементом, який має характеристику типу ZU (насичений дросель) Lнд (рис.12б), можна реалізувати стабілізацію напруги. Баластний Lб, — ненасичений дросель (лінійний) забезпечує більший ККД стабілізатора порівняно з баластним резистором.

а б

Рисунок 12 — До принципу дії електромагнітного стабілізатора напруги

а — характеристика дроселя, б — схема електрична принципова

Початком зони стабілізації є точка кривої U = f (I), позначена на рис.12а, яка відповідає насиченню осердя дроселя, а саме нелінійному режиму дроселя. На рис. 12,б наведено принципову схему найпростішого електронного стабілізатора напруги.

Початок ділянки стабілізації визначає початок насичення дроселя Lн. д, кінець — початок насичення баластного дроселя Lб, тобто перетворення стабілізатора в дільник напруги, з двох нелінійних реактивних елементів. Осердя дроселя Lб є із немагнітним зазором, що запобігає його насиченню за менших розмірів і відповідно витрат матеріалів.

Реалізувати параметричний стабілізатор змінної напруги можливо на одному магнітопроводі за конструкцією з магнітним шунтом — (рис.13а), та — з компенсаційною обмоткою (рис.13б), еквівалентні схеми — відповідно, рис.13 В та рис.13г, залежності відповідно на рис 13д та 13е.

В обох конструкціях первинну обмотку розташовано на центральному осерді - І, (осердям називають частину магнітопроводу, на якій розташована обмотка), є також насичений магнітопровід, який реалізує насичений дросель — ІІ та ненасичений дросель — ІІІ. В конструкції з магнітним шунтом первинна та вторинна обмотки гальванічної зв’язані, — в конструкції з компенсаційною обмоткою — гальванічної розв’язані.

Пояснимо функціонування електромагнітного стабілізатора.

А б

в г

д е

Рисунок 13 Параметричні електромагнітні стабілізатори змінної напруги із магнітним шунтом та компенсаційною обмоткою, відповідно:

а, б — конструкція, в, г — еквівалентна схема, д, е — криві напруги

Магнітний потік через насичене осердя (II) дорівнює:

ФІІ = ФІ - ФІІІ, (20)

де ФІ - магнітний потік через осердя I (на якому розташована первинна обмотка),

ФІІІ - магнітний потік через осердя III — що не насичується.

Напруга обмотки, яка розташована на осерді III :

(21)

Другий доданок правої частини (21) — напруга обмотки ненасиченого осердя з кількістю витків .

Тому (21) можна записати таким чином :

; (22)

де — напруга на еквівалентному дроселі;

— напруга на вторинній обмотці з кількістю витків за відсутності осердя II.

На підставі (21) складено еквівалентну схему, наведену на рис. (13в).

Принцип роботи стабілізатора з магнітним шунтом (рис.13а, в) ілюструють криві, які наведено на рис.13д; перед досягненням значення вхідної напруги uвхІ потік ФІ головним чином надходить до осердя ІІ. Подальше зростання вхідної напруги за насичення осердя ІІ призводить до проходження магнітного потоку ФІ - ФІІ Н. Д, в осерді ІІІ й формування напруги uIII.

Таким чином напругу на виході формує різниця напруг :

uвих = uвх — uІІІ, (23)

яка за відповідним вибором витків забезпечує паралельність ліній Uвх та UIII й таким чином, формування майже незмінного значення uвих, тобто стабілізацію.

Проте значення вихідної напруги стабілізатора з магнітним шунтом не може бути більшим вхідної напруги.

Цей недолік усунено в стабілізаторі з компенсаційною обмоткою (рис.13б, г). Принцип роботи такого стабілізатора ілюструють криві, які наведено на рис. 13е.

Напругу на виході сформовано за умови зустрічного поєднання uII та uIII

(24)

де uII — напруга вторинної обмотки трансформатора, значення якої може бути будь-яким стосовно uвх, uL — спад напруги на еквівалентному ненасиченому лінійному дроселі, — спад напруги га еквівалентному насиченому нелінійному дроселі

На підставі рис 24 складено еквівалентну схему, наведену на рис 13е .

Такі стабілізатори нескладні, надійні в роботі та зручні в експлуатації. Термін їх служби практично необмежений. Інерційність — декілька періодів напруги електроживлення. Проте вони мають недоліки. Вихідна напруга таких стабілізаторів суттєво залежить від частоти, значення й характеру навантажувального опору. Стабілізатори мають мале значення коефіцієнта потужності

дезсув між напругою і струмом в мережі, Р-активна потужність, S-повна потужність

Виготовлення таких стабілізаторів потребує великої кількості електротехнічної сталі та обмотувального проводу. Внаслідок насиченого стану магнітопроводу форма кривої вихідної напруги спотворена й відрізняється від синусоїдної. З цієї ж причини значення сили намагнічувального струму, необхідного для досягнення пологої ділянки кривої B = f (H), великий. Наявність зазору в ненасиченому магнітопроводі сприяє появі зовнішніх змінних магнітних полів розсіювання, які можуть створювати завади для роботи іншої апаратури. Деякі з цих недоліків відсутні в ферорезонансних стабілізаторах із LCферорезонансним контуром.

4.2 Ферорезонансні стабілізатори

Ферорезонансні стабілізатори у яких застосовано ферорезонансні контури із резонансом струмів (паралельні) або напруг (послідовні) працюють за малих значень сили струму намагнічування.

У ферорезонансних стабілізаторах застосовують два типи ланок ферорезонансних контурів: послідовна та паралельна.

Схему послідовної ланки, вольтамперні характеристики та схему електричну принципову стабілізатора на її основі наведено відповідно на рис. 14а, б, в, а паралельного контуру — на рис. 14 г, д, е.

А б в

г д е

Рисунок 14 — Ферорезонансні стабілізатори напруги

а — послідовний контур (ПСК); б — вольтамперна характеристика ПСК, в — схема електрична принципова ферорезонансного стабілізатора з ПСК, г — паралельний контур (ПЛК), д — вольтамперна характеристика ПЛК, е — схема електрична принципова ферорезонансного стабілізатора з ПЛК

Проаналізуємо засади функціонування та вольтамперні характеристики нелінійних реактивних ланок послідовного (рис.14а) та паралельного (14г) типів.

В послідовному контурі за малих значень сили струму дросель — в режимі роботи на лінійній ділянці кривої намагнічування, тобто на ділянці з великим значенням магнітної проникності, має великий імпеданс, тому характер струму індуктивний. За зростанням сили струму дросель переходить в стан насичення — його індуктивний опір зменшується. В точці 1 (рис. 14б) настає резонанс напруг — напруга на ідеальному послідовному контурі дорівнює нулю. За сили струму, на якій ємнісний опір перевищує індуктивний — загальний імпеданс контуру, тобто загальний реактанс контуру має ємнісний характер. Оскільки в режимі насичення напруга на дроселі майже не змінюється — лінія напруги на контурі, яка дорівнює різниці напруг на конденсаторі та дроселі, є майже паралельною лінії напруги на конденсаторі (рис. 14б). Напруга на виході, яку визначає напруга на дроселі також змінюється мало, тобто реалізовано режим стабілізації вихідної напруги стабілізатора (рис 15в), що показано на рис.14б.

Проаналізуємо режими функціонування паралельного контура (рис.14г). В цьому контурі, як і в паралельному, до момента насичення дроселя його реактанс великий і тому значення сили ємнісного струму більше індуктивного. Із насиченням дроселя значення його реактанса зменшується і коли воно дорівнює реактансу конденсатора — настає резонанс (точка 1 на рис 14д) — сила струму в контурі дорівнює нулю. За подальшим зростанням сили струму через дросель настає насичення осердя дроселя характер струму дроселя визначає загальний струм контура, який має індуктивний характер — напруга на дроселі майже не змінюється. За умови під'єднання такого ферроконтура з послідовним лінійним дроселем — реалізуємо стабілізатор напруги, схему якого наведено на рис.14е.

Зміненням складу стабілізатора, внесенням додаткових конденсаторів, резонансних контурів можна зменшити залежність Uвих від частоти та покращити форму вихідної напруги наближенням до синусоїди.

Ферорезонансні стабілізатори не забезпечують великих значень коефіцієнта стабілізації Ku, але вони є достатні для нормальної роботи елементів побутових радіоелементів апаратури. Низька вартість, малі експлуатаційні витрати, невеликі завади та висока надійність ферорезонансних стабілізаторів — є факторами їх конкурентоспроможності із стабілізаторами інших типів.

Промислові ферорезонансні стабілізатори мають потужність від 0,1 до 0,8 кВА., ККД стабілізаторів та їх коефіцієнти потужності приблизно однакові та дорівнюють від 0,6 до 0,8. Інтегральний коефіцієнт стабілізації напруги, який забезпечують ферорезонансні стабілізатори, _ 25…50. Питомі витрати активних матеріалів (сталь, мідь та матеріал для конденсаторів) складає приблизно 20…50 кг/кВА та взагалі залежать від потужності (зменшуються з її зростанням) та матеріалів, що застосовують та типу конденсатора.

5. Компенсаційні транзисторні стабілізатори постійної напруги неперервної дії

5.1 Лінійний транзисторний стабілізатор напруги за базовою схемою

Лінійні транзисторні стабілізатори напруги (ЛТСН) багато років були основним функціональним вузлом високоякісних ДВЕЖ. Створення джерел електроживлення із застосуванням силових каскадів, які працюють в ключовому режимі обмежило обсяги застосування ЛТСН. Проте за умови забезпечення високих якісних параметрів вихідної напруги, практичної відсутності електромагнітних завад ЛТСН є неперевершеними.

На рисунку 15 наведено еквівалентну електричну схему транзисторного стабілізатора напруги (ЛТСН) неперервної дії за функціональною схемою рис. 4, де:

РЕ — регулювальний елемент (VTр) (робоча точка є в активній області);

ПЕ — підсилювальний елемент (на транзисторі VT2 (VTп) та резисторі Rк);

ОЕ — опорний елемент (ПСН на стабілітроні (VDоп);

ЕП — елемент порівняння (перехід база-емітер VTп);

ВЕ — вимірювальний елемент (R1, R2, дільник вихідної напруги).

В стабілізаторі (рис.15) транзистор VTр виконує функцію регулювального елемента (РЕ), увімкнений послідовно із навантажувальним колом Rн; транзистор VTп виконує функції підсилювального елемента (ПЕ) та елемента порівняння (ЕП), опорний елемент (ОЕ) складено відповідно за схемою ПСПН на стабілітроні VDоп і баластному резисторі Rб. Функції вимірювального елемента (ВЕ) виконує резистивний дільник .

Рисунок 15 — Схема електрична принципова лінійного транзисторного стабілізатора напруги

За умови незмінної вхідної напруги колекторний струм транзистора VT1 не змінюється, напруга на резисторі Rк також незмінна. Вихідна напруга ТСН дорівнює різниці вхідної напруги Uвх та спаду напруги на транзисторі VTр:

. (25)

Припустимо, що в результаті впливу дестабілізувальних факторів вхідна напруга ЛТСН зросла. В такому випадку дещо зростає напруга на виході ЛТСН. Позитивний потенціал бази транзистора VTп стає вищим, тоді як значення напруги на його емітері - незмінне й дорівнює значенню напруги опорного (еталонного) джерела Uоп. Це спричинює збільшення колекторного струму транзистора (якщо вибрано транзистор типу n-p-n) та спаду напруги URк і відповідно на транзисторі VTр. Таким чином значення вихідної напруги залишається майже незмінним.

Коефіцієнт передавання (підсилення) тракту кола зворотного зв’язку має бути таким, щоб змінення вихідної напруги, яке забезпечує змінення напруги, не перевищувало встановленого для стабілізатора значення.

За умови зменшення напруги (та відповідно) потенціал бази транзистора VT відносно його емітера знижується і сила колекторного струму зменшується; тоді знижується й спад напруги на резисторі і на транзисторі. Тому значення напруги є майже незмінним.

Таким чином, на підставі формули (19), маємо:

(26)

де Кр — коефіцієнт підсилення РЕ (для сигналу керування Uп транзистор VTр ввімкнено за схемою із спільним колектором, тому Кр?1);

Кп — коефіцієнт підсилення ПЕ (для сигналу керування транзистор VTп ввімкнено за схемою із спільним емітером, тому Кп? 50…100).

— коефіцієнт ділення ВЕ. Коефіцієнт стабілізації ТСН за базовою схемою в межах 0,8…0,9

. (27)

Орієнтовно значення КU складає 30…60.

Зауважимо, що в точці бази VTр «зустрічаються» дві керувальні напруги: одна через коло зворотного зв’язку (від VTп), що забезпечує коефіцієнт стабілізації за (26), друга — через коло безпосереднього параметричного зв’язку в протифазі. Якщо цей валив послабити — коефіцієнт стабілазації зросте (див. рис. 19).

Вихідний опір стабілізатора:

(28)

де Rв — вихідний опір випрямляча з фільтром,

rе р — опір емітерного переходу Т-схеми заміщення транзистора VTр,

rб р — об'ємний опір бази Т-схеми заміщення,

h21б р — коефіцієнт підсилення регульованого транзистора за струмом в схемі із загальною базою.

5.2 Модифікації лінійних транзисторних стабілізаторів напруги

Транзисторний стабілізатор напруги із застосуванням складеного транзистора

Як випливає з 1, першою модифікацією ЛТСН можна вважати ТСН із регулювальним елементом, виконаним на складеному транзисторі (рис.18). Таке рішення забезпечує два позитивних ефекти:

— зменшення дестабілізувального впливу базового струму регулювального елемента (критерій вибору узгоджувальних транзисторів)

— збільшення вхідного опору регулювального елемента, що сприяє зростанню коефіцієнта підсилення ПЕ, бо навантажувальний опір підсилювача

Рисунок 18 — Транзисторний стабілізатор напруги із застосуванням складеного транзистора

Коефіціент підсилення ПЕ

(29)

де — вхідний опір транзистора регулювального елемента за схемою із спільним колектором.

(30)

де індекс вказує на параметри складеного транзистора.

— вхідний опір транзистора підсилювального елемента за схемою із спільним емітером

;(31)

— опір вимірювального дільника

(32)

де Ід — сила струму дільника,, але не більше 10 мА.

Формули для розрахунку значень еквівалентних параметрів складених транзисторів та резисторів зміщення наведено в розділі 4 (пп. 4.3.2, формули (4.34)…(4.38)).

Напівпровідникові стабілізатори напруги чутливі до перевантаження за струмом і напругою на колекторних переходах транзисторів. Підстави для таких перевантажень різні. Наприклад, за умови короткого замикання на виході ЛТСН, стрімко зростають сила колекторного струму транзистора VT1 і спад напруги на ньому.

Перевантаження можуть призвести до пробою колекторного переходу транзистора, що, в с свою чергу, спричинить зростання напруги Uном і вихід з ладу окремих елементів ТСН (наприклад, стабілітрона), а також елементів пристрою, який він живить.

Щоб запобігти цьому, застосовують різні схеми захисту ТСН, які в момент перевантаження за напругою обмежують викиди напруги та струму (потужність втрат) на колекторі транзистора до припустимого рівня.

Стабілізатор з допоміжним джерелом напруги

Наступна модифікація обумовлена існуванням прямого параметричного звязку вхідної нестабільної напруги стабілізатора на точку бази регулювального транзистора із протилежною фазою напруги, сформованої трактом зворотнього зв’язку (рис.15).

Незважаючи на цей фактор стабілізатор забезпечує стабілізацію за (26). Тоді виникає припущення, що ослаблення напруги прямого параметричного звязку призведе до зростання .

Такий режим можно реалізувати застосуванням допоміжного стабілізованого джерела живлення підсилювального елемента (рис.519). Коефіцієнт стабілізації такого допоміжного стабілізатора визначають за формулою (14).

Рисунок 19 — Схема електрична принципова стабілізатора з допоміжним джерелом напруги ПЕ

Коефіцієнт стабілізації ЛТСН з допоміжним стабілізатором визначають за формулою:

(33)

де — коефіцієнт ослаблення вхідної варіативної напруги регулювального транзистора ввімкненого для цього за інверсною схемою із спільною базою (рис. 4.14г).

(34)

— коефіцієнт стабілізації допоміжного параметричного стабілізатора (,),

Якщо в (33), тоді

(35)

Якщо в (33), тоді

(36)

Значення за (35) може бути декілька сотень, а за (36) декілька тисяч — це максимально можливе значення.

Недоліком цієї модифікації є необхідність додаткового джерела живлення (обмотки трансформатора). Тому запропоновано наступну модифікацію — стабілізатор з високоомним транзисторним двополюсником, в якому допоміжне джерело не потрібне.

Стабілізатор з застосуванням високоомного транзисторного двополюсника

Схеми з ЛТСН високоомним транзисторним двополюсником ТД наведено на рис.20а, де його застосовано замість резистора, що забезпечує зростання опору навантажувального кола підсилювального транзистора, й відтак коефіцієнта підсилення, та в результаті - коефіцієнт стабілізації.

а б

Рисунок 20 — Схема електрична принципова із застосуванням ТД: а — для, б — для

Для стабілізаторів з низькою вихідною напругою доцільно резистор замінити ще одним транзисторним двополюсником та транзистором (рис. 20б).

Коефіцієнт стабілізації таких ЛТСН може сягати 400…800.

Стабілізатор напруги, меншої за опорну (еталонну)

Схему стабілізатора із змінним значенням вихідної напруги, меншим ніж опорної наведено на рис. 21.

Рисунок 21 — Схема електрична принципова стабілізатора із значенням вихідної напруги меншої за еталонну (опорну)

За необхідності реалізувати на виході значення напруги менше за опорної (еталонної), яке є в базовій модифікації (рис. 15) та визначено за формулою

(38)

застосовують, так званий, стабілізатор зі «зниженою еталонною напругою» (рис.21).

Оскільки, необхідно застосовувати додаткове джерело (зазвичай стабілізоване) для отримання напруги .

Визначимо вимоги до стабільності опорної напруги. Нестабільність напруги залежить від нестабільності вхідної напруги. Якщо зміну позначити через, а приріст за через, тоді загальний приріст вихідної напруги складе

(39)

Позначимо інтегральний коефіцієнт стабілізації опорної напруги

(40)

де враховано, що .

Тоді інтегральний коефіцієнт стабілізації із врахуванням (39) та коефіцієнта стабілізації напруги за (40), можна визначити як:

(41)

З (14) випливає, що коефіцієнт стабілізації опорної напруги повинен мати значення, не менш ніж на порядок більше порівняно з .

За умови живлення опорного (еталонного) джерела із виходу стабілізатора, тобто стабілізованою напругою, його коефіцієнт стабілізації має бути не менше 10.

Стабілізатор напруги із диференціальним підсилювачем

Рисунок 22 — Схема електрична стабілізатора напруги диференціального підсилювача

Диференційний підсилювач із транзисторамипідсилювальним та — термокомпенсувальним працює таким чином. Нехай внаслідок змінення температури напруга на емітерних переходах змінилась на. Тоді внаслідок підвищення потенціалу бази термокомпенсувального транзистора VTк, на спільному для VTк та VTп опорі Rе збільшується негативний потенціал відносно емітера VTп, тобто на базі VTп є додатковий негативний потенціал, який компенсує внаслідок змінення температури.

5.3 Стабілізатори напруги в інтегральному виконанні

Стабілізатори в інтегральному виконанні або мікростабілізатори — результат розв’язку конструктивно-технологічної задачі проблеми мініатюризації ДВЕЖ. Це інтегральні схеми, виконані на основі напівпровідникової планарної технології, в кристалі кремнія типу n. Масовий випуск таких стабілізаторів (серія К142ЕН), їх низька вартість, достатня надійність, за високих масогабаритних і якісних показниках обумовлюють їх широке застосування. Крім основного призначення (стабілізації напруги), мікросхеми К142ЕН можуть виконувати також функції: згладжування пульсацій, захисту від електричних і теплових перенавантажень, стабілізації струму, порогових пристроїв тощо, вони поповнили родину інтегральних мікросхемами.

Мікросхеми випускають двох типів: з регульованою і фіксованою вихідною напругою, останні не потребують додаткових зовнішніх компонентів.

Мікросхеми К142ЕН1,(2) (виконані на кристалі 1,71,4 масою 1,4 г) призначені для роботи без радіатора і можуть розсіяти не більше 0,8 Вт. В мікростабілізаторах неперервної дії регулювальний елемент вбудований в мікросхему. Мікросхема К142ЕН1,(2) допускає підключення зовнішніх (навісних) прохідних транзисторів, які підвищують вихідну потужність, а також роздільне живлення цих транзисторів і власне мікросхеми, що забезпечує підвищення ККД.

Мікросхеми випускають двох типів: з регульованою і фіксованою вихідною напругою, останні не потребують додаткових зовнішніх компонентів.

Рисунок 23 — Схема електрична принципова стабілізатора напруги в інтегральному виконанні типу К142ЕН1(2)

На рис. 23 наведено схему стабілізатора напруги в інтегральному виконанні типу К142ЕН1,(2). Дані щодо відмінності модифікацій К142ЕН1 та К142ЕН2 є в таблиці 1.

Опорну напругу сформовано на резисторі R2 і термокомпенсувальному діоді VD2 після стабілізації транзисторним стабілізатором напруги на транзисторі VT3 з високоомним транзисторним двополюсником VT1 (польовий транзистор) як баластного опору до стабілітрона VD1- це опорний елемент.

Підсилювальний елемент виконано на основі диференційного підсилювача на транзисторах VT4, VT

Польовий транзистор VT2 є високоомним транзисторним двополюсником навантажувальним для транзистора VT5, на який подано сигнал зворотного зв’язку з виходу стабілізатора (контакт 12).

Регулювальним елементом є складений транзистор за схемою Дарлінгтона VT6 і VT7. Транзистори VT8 і VT9 призначені, відповідно, для вимкнення мікросхеми зовнішнім сигналом та для її захисту. Транзистори VT4 і VT5 мають коефіцієнти підсилення за струмом Вст?40…60, а силовий складений транзистор VT6 і VT7 — 1500…4000. Коефіцієнт підсилення розімкненого контура є в межах 100…200, наявність великої кількості компонентів може призвести до втрати стійкості стабілізатора. Для запобігання цього передбачена корекція частотнозалежних кіл. Корекцію забезпечують конденсаторами С1 (вносить негативний зворотний зв’язок С1=) і С2 — ємністю 5 мкФ, який формує малий вихідний імпеданс для частот, на яких може виникнути збудження стабілізатора.

Значення вихідної напруги виконують зміненням опору R5 вихідного дільника (вимірювальний елемент) порівняння — перехід емітер-база VT

В мікросхемі передбачено режим під'єднання регулювального каскаду із зовнішніми транзисторами безпосередньо до вхідного джерела через відвід 16, внаслідок чого мінімально допустиме значення напруги між входом та виходом стабілізатора зменшено з (4…4,5) В до (1,5…2) В.

Захист стабілізатора забезпечено транзистором VT9, який обмежує напругу керування регулювального каскаду за умови збільшення напруги із давача сигналу перевантаження — резистора R7.

Вимкнення напруги на виході забезпечує транзистор VT8 замиканням бази регулювального каскаду на загальну шину під час наявності сигналу вимикання на відводі 9.

Рисунок 24 — Схема електрична принципова стабілізатора напруги в інтегральному виконанні К142ЕН3(4)

На рис. 24 наведено схему стабілізатора напруги типу, який не потребує додаткового регулювального транзистора — К142ЕН3(4). Як і К142ЕН1(2) цей стабілізатор потребує корекції динамічних характеристик застосуванням частотно-залежних корегувальних кіл. Між виводами 6 і 4 підключають вихідний резистивний дільник, відвід від якого з'єднують з виводом 2 (зворотній зв’язок) .

В цьому стабілізаторі замінено польові транзистори (VT1 і VT2 в К142ЕН1(2)) на високоомні біполярні транзисторні двополюсники (VT1, VT8 і VT15), на які напругу зміщення подано з «транзисторних стабісторів» відповідно VT2, VT10, і VT13. Окрім резисторів R11 і R12 в колі емітерів диференційних підсилювачів ввімкненні високоомні транзисторні двополюсники відповідно VT9 і VT14, на бази яких задано еталонну напругу. В диференцйних підсилювачах, виконаних за такою схемою, у порівнянні зі звичайним диференційним підсилювачем на порядок збільшується коефіцієнт підсилення.

Підсилювальний елемент виконано двокаскадним: перший каскад на транзисторах VT7 і VT11, другий — на VT12 і VT16.

Джерело опорної напруги виконано на основі стабілізатора на транзисторі VT3. Еталонну напругу формує стабілітрон VD3, послідовно з яким ввімкнено високоомний транзисторний двополюсник на транзисторі VT1. На виході стабілізатора VT3 ввімкнений дільник R4, R5, R6, R7 з термокомпенсувальними діодами VD4, VD5 і VD6. З дільника знімають три еталонні напруги: для першого та другого каскаду підсилювачів та зміщення транзисторів VT9 і VT14. З метою зменшення вихідного опору джерел еталонної напруги вони під'єднанні до навантажувальні кола через емітерні повторювачі на транзисторах VT4 і VT

Регулювальний елемент створений складеним транзистором: VT22 — прохідний і VT19 — узгоджувальний.

Елемент порівняння — перехід емітер-база VT11.

Для функціонування мікросхеми в момент ввімкнення стабілізатора призначено коло R1, VD2, після початку роботи напруги на VD1 і VD3 зрівнюються й на VD2 напруга стає близькою до нуля — це коло відключається.

Під час перевантаження за струмом або короткого замикання на давачі R18 збільшується напруга, яка замикає транзисторний ключ VT20, та шунтує вхід транзистора VT19 і струм через ньогозменшується, та обмежує струм через VT22. Цей струм також може розігрівати кристал, що може спричинити спрацювання кола теплового захисту. Це коло вимикає стабілізатор за нагрівання кристала до Т=175?С%, що відповідає максимально допустимому значенню. Термочутливий елемент VT21 із зростанням температури призводить до шунтування R13 і зменшення напруги на ньому. Різниця зростає. Транзистор VT18 відкривається та під'єднує базу VT19 до загальної шини, VT19 і VT22 — розімкнуто, Uвих.

Вимикання стабілізатора можливо також позитивним імпульсом напруги порядку 1 В, поданого на вивід 9. Транзистори VT21 і VT18 замкнуто. База транзистора VT19 на загальній шині замикається. Разом з ним переходить в режим розімкнення транзистор VT22 — напруга на виході дорівнює нулю.

Інша мікросхема К142ЕН6 — це стабілізатор на дві різнополярні напруги, яку в основному застосовують для живлення операційних підсилювачів.

Таким чином інтегральні стабілізатори напруги — це спеціалізовані мікросхеми, призначені для формування стабілізаторів напруги з регульованою або фіксованою вихідною напругою.

Основні параметри СН, які характеризують його якість, — коефіцієнти нестабільності за напругою і струмом, що відрізняються від коефіцієнта стабілізації.

Коефіцієнт нестабільності за напругою — це відношення — відсотки/вольт змінення вихідної напруги до змінення вхідної напруги :

. (43)

Коефіцієнт нестабільності за струмом — відношення (відсотки) змінення вихідної напруги до відносної зміни навантажувального струму :

. (44)

На відміну від стабілізаторів на дискретних компонентах, інтегральні схеми не налаштовують і не ремонтують.

В таблиці 1 наведено також параметри інших стабілізаторів родини мікростабілізаторів типу К142ЕН (спеціального призначення) та КР142ЕН (загального призначення).

Таблиця 1 Параметри інтегральних стабілізаторів напруги серії КР (СК)142ЕН

Зазначемо, що ККД та питомі масо-габоритні показники лінійних стабілізаторів є нижчими порівняно із ключовими (п. 6). Проте вони мають незаперечну перевагу — майже не створюють електромагнітних завад. Тому для електроживлення чутливих функціональних вузлів віддають превагу застосуванню ЛТСН з покращеними характеристиками в сенсі зменшення спаду напруги на регулювальному транзисторі, так звані «low dropout voltage «- LDV. Прикладами таких стабілізаторів є L4940 (рис. 27а, б та anyCAP — рис. 27в).

Значення деяких параметрів стабілізаторів L4940 є:

— вихідна напруга 5 В2%;

— спад напруги 0,4 В за сили струму 7 А;

— максимальна сила навантажувального струму 1,5 А;

— діапазон температур довкілля −40…+85;

— коефіцієнт стабілізації 200;

— вихідний імпеданс 30 мОм на частоті 120 Гц;

— напруга шумів 100 мкВ в смузі 100 Гц…100 кГц.

Сімейство LDO-стабілізаторів anyCAP типу ADP33xx вже декілька років випускає компанія Analog Devices. Мікросхеми цього типу виконані на BiCMOS-технології з регулювальним рnр_транзистором. Спрощена функціональна схема таких стабілізаторів наведена на рис. 27 В.

Інтегральні стабілізатори типу ADP17xx виконані за CMOS-технологією з регулювальним рMOS транзистором. Два наведених типи мають 16 версій з фіксованою вихідною напругою в діапазоні від 0,75 до 3,3 В і версію з регулювальною вихідною напругою в межах від 0,8 до 5 В. Похибка напруги цих стабілізаторів за зміни навантаги і температури навколишнього середовища в допустимих межах не перевищує ±2%. В мікросхемах ADP1711 і ADP1713 (версії з фіксованою вихідною напругою) можливе підключення конденсатора до вихода «bypass-referense», що дозволяє зменшити рівень шумів на виході стабілізтора і збільшити коефіцієнт послаблення нестабільності первинного джерела живлення.