Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.

Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы.

Виды стабилизаторов тока

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Стабилизаторы тока на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Стабилизатор для светодиодов

Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:

• Блок от принтера на 32 В.
• Блок от ноутбука на 19 В.
• Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Компенсационный стабилизатор напряжения. Расчёт стабилизатора напряжения

Различают компенсационные стабилизаторы напряжения непрерывного и импульсного действия. Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного (опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, представляющий собой цепочку, состоящую из резистора и стабилитрона. В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов.
Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа представлена на рис. В этой схеме регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Схему, состоящую из регулирующего элемента и сопротивления нагрузки можно представить как делитель напряжения, в котором определённая часть входного напряжения «падает» на сопротивлении нагрузки, а всё остальное напряжение – на регулирующем элементе. При этом, и все изменения входного напряжения отражаются не на нагрузке, а на регулирующем элементе.
Опорное стабилизированное напряжение формируется источником опорного напряжения ИОН. Схема сравнения СС сравнивает выходное напряжение Uн с опорным напряжением Uоп. Разностный сигнал рассогласования Uн — Uоп, формируемый схемой сравнения СС, поступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ.
Если в нагрузке оказывается напряжение Uн большее, чем опорное Uоп – имеет место положительный сигнал рассогласования (Uн — Uоп) > 0, тогда внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения Uрэ на нем увеличивается. Так как регулирующий элемент и нагрузка включены последовательно, то при увеличении Uрэ выходное напряжение уменьшается.
При уменьшении выходного напряжения Uн, отрицательном сигнале рассогласования (Uн — Uоп) Расчёт стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа и практические советы конструкторам

Как и ранее, я не пишу сложные формулы радиолюбительских расчётов, которые отбивают желание вообще становиться радиолюбителями. Они мной применяются только тогда, когда их использование действительно необходимо. Кроме того, если Вы научитесь понимать их физический смысл, то Вы самостоятельно сможете применять их на практике для расчётов цепей.

Расчёт стабилизированного блока питания мы будем проводить с использованием конкретной схемы, которую мы сначала изобразим, соблюдая правила построения схем, а потом рассчитаем на основе предъявляемых к ней требований.
1. Прежде всего, обратите внимание, на то, что большинство блоков питания имеет минус на массе, поэтому мы так же выполняя условие – «минус на массе» изменим полярности диодов и конденсаторов, а кроме того — тип проводимости транзисторов с p-n-p на n-p-n.
>2. Для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента мы будем использовать составной транзистор. Использование составного транзистора увеличивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента усиления по току дополнительного транзистора, и на порядок увеличивает нагрузочную способность стабилизатора напряжения. Поэтому (см. схему) к ранее изученному стабилизатору, мы добавим этот транзистор VT3. Считаем, что каждый добавленный таким образом транзистор увеличивает нагрузочную способность в 10…20 раз, но не забываем, что основная часть мощности на него и «приложится». Поэтому чем мощнее транзистор, тем лучше.
3. Ток через делитель Iдел состоящий из R1,R2,R3 выбирают обычно на порядок меньше (в 10 раз), чем ток, протекающий по цепи Rб, VD1. Увеличение или уменьшение тока делителя за счет снижения, или повышения сопротивлений R1,R2,R3 нецелесообразно, так как приводит к существенному уменьшению КПД, или чувствительности схемы к изменению выходного напряжения и его пульсациям.
4. Резистор R2 предназначен для регулировки стабилизированного напряжения в небольших пределах. Пределы регулировок выходного напряжения такого стабилизатора ограничены параметрами стабилитрона – минимальным и максимальным током стабилизации. Как это выглядит практически, я затрону в процессе расчётов.
5. Напряжение стабилизации дополнительного источника опорного напряжения, используемого для смещения транзистора регулирующего элемента должно не менее, чем в 1,5 раза превышать значение выходного напряжения стабилизатора. Иначе силовыми транзисторами VT2 и VT3 «нечем будет управлять» — напряжение на эмиттерах будет превышать базовое, и ни о какой стабилизации речи не будет.
6. Предыдущее условие накладывает ограничения на нагрузочные способности стабилизатора потому, что разница входного и выходного напряжения стабилизатора помноженная на выходной ток, будет «падать» в виде рассеиваемой мощности на силовых транзисторах. Поэтому необходимо выбирать транзисторы способные выдерживать такую мощность – повторяется правило — чем мощнее транзистор, тем лучше. Но чем мощнее транзистор, тем меньше у него коэффициент передачи.

Исходные данные (допустим, к разрабатываемому ИП предъявлены такие требования):
— среднее выходное напряжение стабилизатора – 12 вольт;
— максимальный ток нагрузки стабилизатора – 2 ампера;
— используется трансформатор достаточной мощности, с выходным напряжением 25 вольт.

При расчётах сложных схем, обычно идут «с конца к началу», поэтому, предлагаю начать с расчёта схем опорного напряжения и сравнения.

1. Выберем стабилитрон измерительного моста Стабилитрон VD1 выбирается со значением напряжения стабилизации, равном половине выходного напряжения стабилизатора: 12в / 2 = 6 вольт .
При этом условии обеспечивается наилучшая стабилизация. Но стабилитрон на такое напряжение в рознице отсутствует, поэтому выбираем стабилитрон, максимально близкий по напряжению стабилизации – КС156А, у которого Uст = 5,6 вольт, Iст = 10 мА.

2. Найдём резистор Rб:
На резисторе падает напряжение: URб = Uвых – Uст = 12в – 5,6в = 6,4в
Зная падение напряжения и ток стабилизации, по закону Ома определяем сопротивление резистора: Rб = URб / = 6,4в/0,01А = 640 Ом
Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду — 620 Ом.
Мощность резистора находим из условия РRб = URб * Iст * 2 = 6,4в * 0,01А * 2 = 0,128 Вт
Если кто не знает, что в формуле обозначает цифра 2, поясню, это коэффициент запаса по мощности (чтобы резистор не грелся). Ближайшее наибольшее значение мощности резистора по номинальному ряду – 0,125 Вт.
Таким образом, параметры Rб – 620 Ом на 0,125 Вт.

3. Определим возможные значения выходного напряжения стабилизатора, при которых стабилизация происходит.
Они ограничены предельными токами стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи.
а) Определим минимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: По справочнику минимальный ток стабилизации КС156А = 3 мА, при этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит: Uвых.min = Uст + (Iст.min * Rб) = 5,6 в + (0,003 * 620) = 7,46 вольт
б) Определим максимальное (регулируемое) напряжение стабилизации:
По справочнику максимальный предельный ток стабилизации КС156А = 55 мА. Это большой ток, при котором стабилитрон будет греться и нужны дополнительные меры защиты, поэтому ограничимся значением, в 2 раза превышающем номинальное — 20 мА. При этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:

Uвых.max = Uст + (Iст.max * Rб) = 5,6 в + (0,02 * 620) = 18 вольт
Поскольку мощность прикладываемая к резистору возросла, для того, чтобы резистор Rб не сгорел от большой прикладываемой мощности, его мощность следует увеличить до значения:

РRб = URб * Iст * 2 = 12,4 в * 0,02 А * 2 = 0,5 Вт
Если Вы хотите, чтобы Ваш стабилизатор выдавал 18 вольт, то мощность резистора необходимо увеличить, но если Вы делаете стабилизатор на фиксированное напряжение (в данном случае 12 вольт), то этого можно не делать, удовлетворившись расчётом, приведённым в пункте 2.

4. Рассчитаем делитель R1,R2,R3:
Нам известно, что на стабилитроне КС156А падает – 5,6 вольта. А ещё мы знаем, что в режиме стабилизации, транзистор VT1 находится в «рабочей точке», это означает, что на его переходе база-эмиттер «падает» напряжение 0,65 вольта. А это в свою очередь означает, что на базе должно быть всегда 5,6 + 0,65 = 6,25 вольта относительно корпуса стабилизатора. База соединена с «ползунком» среднего регулировочного резистора, значит, это напряжение 6,25 вольта всегда присутствует на его «ползунке».
Исходя из этого, можно составить, систему уравнений с тремя неизвестными, но это Вас только запутает, поэтому мы пойдем по более простому, но практичному пути.
При максимальном напряжении стабилизации Uвых.max = 18 вольт, ползунок находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации Iст.max = 0,02 A, а ток делителя R1,R2,R3 в 10 раз меньше: Iцепи = 0,002 А , следовательно: R3 = 6,25 / Iцепи = 6,25 / 0,002 = 3,125 кОм;
R1 + R2 = (Uвых.max — UR3) / Iцепи = 11,75 / 0,002 = 5,875 кОм.
Суммарное сопротивление R1 + R2 + R3 = 5 875 + 3 125 = 9 кОм
При минимальном напряжении стабилизации Uвых.min = 7,46 вольта, ток делителя будет:

Iцепи = Uвых.min / (R1 + R2 + R3) = 7,46 / 9000 = 0,00083 А
найдем значение R1 = (Uвых.min – 6,25) / Iцепи = (7,46 – 6,25) / 0,00083 = 1,46 кОм,
отсюда значение R2 = 5,88 – 1,46 = 4,42 Ом,
округлим значения резисторов до значений номинального ряда: R1 = 1,5 кОм, R2 = 4,3 кОм (переменный), R3 = 3 кОм

5. Рассчитаем второй источник опорного напряжения и смещения VT2.
В качестве стабилитрона выбираем Д816А, у которого Uст = 22 вольта, Iст = 10 мА.
Найдём Rсм.
Выходное напряжение трансформатора после выпрямления и сглаживания фильтром = 25 вольт, тогда Rсм = (Uтр. — Uст) / Iст = 25 – 22 / 0,01А = 300 Ом.
Мощность резистора РRсм = URсм / Iст = 3 *0,01 = 0,03 Вт, ближайшая из номинального ряда — 0,125 Вт
Для стабильной работы цепи опорного напряжения Rсм VD2, необходимо, чтобы Rк не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток Rк должен быть не менее, чем в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением: URк = Uтр. — Uвых. = 25 – 12 = 13 вольт,

отсюда: Rк = URк / (Iст/2) = 13 / 0,005 = 2,7 кОм.

Мощность РRк = URк * Iст / 2 = 13 *0,005 = 0,0325 Вт, ближайший 0,125 Вт.

6. Наконец дело дошло до транзисторов.
В качестве VT1 подойдёт транзистор КТ315Г. Он удовлетворяет требованиям:
— достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h21Э = 50…350;
— допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 35 вольт.
В качестве VT2 подойдёт транзистор КТ815 с любым буквенным индексом. Коэффициент передачи h21Э = 40 – 70 , обеспечивает усиление тока резистора Rк с 5 мА до 250 мА;
В качестве VT3 попробуем взять не то, что надо искать, а то, что есть — например КТ809А. Коэффициент передачи h21Э = 15…100 , что обеспечивает усиление тока с 250 мА до 3,7 А, но максимальный ток коллектора – 3 А это по справочнику – предел, нет «запаса прочности», поэтому ставим два транзистора в параллель. При выходном напряжении = 12 вольт и токе 2 ампера, на них должно падать 13 вольт, таким образом, общая мощность рассеивания транзисторов: РVT3 = UVT3 * I VT3 = 2 * 13 = 26 Вт.
Это вполне приемлемое значение. Для выравнивания мощностей на транзисторах придётся использовать два резистора в эмитерных цепях выходных транзисторов. 0,05…1 Ом с мощностью по 2 Вт.

7. Остался один резистор Rэ. Rэ = 0,65 / 2 * 50 = 16 Ом,
где 0,65 – падение на переходе база-эмиттер, 2 – номинальный ток нагрузки = 2 ампер), 50 — усреднённое значение коэффициента передачи транзистора.

Итак, рисуем схему нашего стабилизатора

Дополнения к статье
1. При выборе стабилитронов возможно последовательное их соединение, например два КС156А (по 5,6 вольта) можно соединить последовательно для получения стабилитрона на напряжение стабилизации 11,2 вольта;
2. Для возможности регулировки выходного напряжения в более широких пределах цепочку источника опорного напряжения R3, VD6 (см. схему) подключают не к выходу, а на вход стабилизатора с применением цепей сглаживания (по аналогии с R1, VD5 и С2). Естественно, необходимо пересчитать резистор R3. В результате этого, входное напряжение ИОН не зависит от выходного напряжения, поэтому ток стабилизации номинальный и постоянен. Другой вариант расширения диапазона стабилизируемых напряжений — использование в качестве одного резистора Rб – галентного переключателя с несколькими резисторами;
3. Для повышения нагрузочных свойств стабилизатора, и как следствие повышения надёжности рекомендую вместо двух КТ809А поставить один составной КТ827А без резисторов R4 – R6.
4. Никогда не брезгуйте рассчитать мощность резисторов, иначе это может Вам выйти кучей сгоревших дорогих элементов;
5. В приведённой схеме стабилизатора имеется защита по первичной обмотке трансформатора, а во вторичных цепях защита отсутствует. В простейшем случае поставьте на выходе стабилизатора двух-трехватный предохранитель, но лучше сделать более интеллектуальную схему защиты

Линейные стабилизаторы напряжения — назначение, основные параметры и схемы включения

Пожалуй ни одна электронная плата не обходится сегодня хотя бы без одного источника стабильного постоянного напряжения. И очень часто именно линейные стабилизаторы напряжения в виде микросхем служат в качестве таких источников. В отличие от выпрямителя с трансформатором, у которого напряжение так или иначе зависит от тока нагрузки и может немного колебаться по разным причинам, интегральная микросхема — стабилизатор (регулятор) способна дать постоянное напряжение в точно определенном диапазоне токов нагрузки.

Данные микросхемы строятся на основе полевых или биполярных транзисторов, непрерывно работающих в активном режиме. Кроме регулирующего транзистора, на кристалле микросхемы линейного стабилизатора установлена еще и схема управления им.

Исторически, прежде чем появилась возможность изготавливать такие стабилизаторы в виде микросхем, стоял вопрос о решении проблемы температурной стабильности параметров, ведь с нагревом в процессе работы, параметры узлов микросхемы изменялись бы.

Решение пришло в 1967 году, когда американский инженер-электронщик Роберт Видлар предложил такую схему стабилизатора, в которой регулировочный транзистор включался бы между источником нестабилизированного входного напряжения и нагрузкой, а в схеме управления присутствовал бы усилитель ошибки с термокомпенсированным источником опорного напряжения. В итоге популярность линейных интегральных стабилизаторов на рынке электронных компонентов взлетела до небес.

Взгляните на рисунок ниже. Здесь изображена упрощенная схема линейного стабилизатора напряжения (такого как например LM310 или 142ЕНхх). В данной схеме неинвертирующий операционный усилитель с отрицательной обратной связью по напряжению, с помощью своего выходного тока управляет степенью отпирания регулирующего транзистора VT1, включенного по схеме с общим коллектором — эмиттерный повторитель.

Сам операционный усилитель получает питание от входного источника в форме однополярного положительного напряжения. И хотя отрицательное напряжение здесь для питания не подойдет, напряжение питания ОУ можно без проблем удвоить, не опасаясь перегрузки или пробоя.

Суть в том, что глубокая отрицательная обратная связь нивелирует нестабильность входного напряжения, величина которого в данной схеме может достигать 30 вольт. Так, фиксированные выходные напряжения варьируются от 1,2 до 27 вольт, в зависимости от модели микросхемы.

Микросхема стабилизатора традиционно имеет три вывода: вход, общий и выход. На рисунке приведена типичная схема дифференциального усилителя в составе микросхемы, где для получения опорного напряжения применен стабилитрон.

В низковольтных стабилизаторах опорное напряжение получают на ширине запрещенной зоны, как это и предложил впервые Видлар в своем первом линейном интегральном стабилизаторе LM109. В цепи отрицательной обратной связи установлен делитель на резисторах R1 и R2, посредством действия которого выходное напряжение оказывается как раз пропорциональным опорному в соответствии с формулой Uвых= Uvd(1 + R2/R1).

Встроенные в стабилизатор резистор R3 и транзистор VT2 служат для ограничения выходного тока, так что если напряжение на токоограничительном резисторе превысит 0,6 вольт, то транзистор VT2 мгновенно откроется, чем вызовет ограничение тока базы главного регулировочного транзистора VT1. Получается, что выходной ток в нормальном рабочем режиме стабилизатора ограничен величиной 0,6/R3. А рассеиваемая регулировочным транзистором мощность будет зависеть от входного напряжения, и окажется равна 0,6(Uвх — Uвых)/R3.

Если по какой-то причине на выходе интегрального стабилизатора случится короткое замыкание, то нельзя допустить, чтобы рассеиваемая на кристалле мощность оставалась бы как прежде пропорциональной разности напряжений и обратно пропорциональной сопротивлению резистора R3. Поэтому в схеме присутствуют защитные элементы — стабилитрон VD2 и резистор R5, работа которых ставит уровень защиты по току в зависимость от разности напряжений Uвх-Uвых.

На приведенном графике можно видеть, что максимальный выходной ток зависит от напряжения выхода, таким образом микросхема линейного стабилизатора надежно защищена от перегрузки. Когда разность напряжений Uвх-Uвых превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2, делитель на резисторах R4 и R5 создаст в базе транзистора VT2 достаточный ток для его отпирания, что в свою очередь приведет к усилению ограничения тока базы регулировочного транзистора VT1.

Самые новые модели линейных стабилизаторов, такие как ADP3303, оснащены тепловой защитой от перегрузок, когда при нагреве кристалла до 165°С выходной ток резко снижается. Конденсатор на приведенной выше схеме необходим для частотной коррекции.

Кстати, о конденсаторах. Ко входу и выходу интегральных стабилизаторов принято подключать конденсаторы минимальной емкости 100нф, чтобы избежать ложного срабатывания внутренних цепей микросхемы. Между тем, существуют так называемые бесконденсаторные стабилизаторы (cap-free), наподобие REG103, для которых нет необходимости в установке стабилизирующих конденсаторов на входе и выходе.

Помимо линейных стабилизаторов с фиксированным напряжением выхода, встречаются и стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением стабилизации. В них делитель на резисторах R1 и R2 отсутствует, а база транзистора VT4 выведена на отдельную ножку микросхемы для присоединения внешнего делителя, как например у микросхемы 142ЕН4.

Более совершенные стабилизаторы, у которых ток потребления схемы управления снижен до нескольких десятков микроампер, такие как LM317, имеют всего три вывода. Справедливости ради отметим, что встречаются сегодня и высокоточные регуляторы напряжения вроде TPS70151, которые благодаря наличию нескольких дополнительных выводов позволяют реализовать защиту от падения напряжения на соединительных проводах, управление отключением нагрузки и т. д.

Выше мы поговорили о стабилизаторах положительного, относительно общего провода, напряжения. Подобные схемы используются и для стабилизации отрицательных напряжений, достаточно лишь изолировать гальванически вывод входного напряжения от общей точки. Вывод выхода соединяется тогда с общей точкой выхода, а точка отрицательного выхода будет точкой минуса входа, соединенной с общей точкой микросхемы стабилизатора. Весьма удобны стабилизаторы напряжения отрицательной полярности наподобие 1168ЕНхх.

Если необходимо получить сразу два напряжения (положительной и отрицательной полярности), то и для этой цели существуют специальные стабилизаторы, дающие симметричные стабилизированные положительное и отрицательное напряжения одновременно, достаточно лишь подать на входы положительное и отрицательное входные напряжения. Примером такого двухполярного стабилизатора может служить КР142ЕН6.

На рисунке выше приведена его упрощенная схема. Здесь дифференциальный усилитель №2 управляет транзистором VT2 так, чтобы соблюдалось равенство -UвыхR1/(R1 + R3)=-Uоп. А усилитель №1 управляет транзистором VT1 так, чтобы потенциал в точке соединения резисторов R2 и R4 оставался нулевым. Если при этом резисторы R2 и R4 равны, то и выходные напряжения (положительное и отрицательное) останутся симметричными.

Для независимой регулировки баланса между двумя (положительным и отрицательным) выходными напряжениями, можно подключить к специальным выводам микросхемы дополнительные подстроечные резисторы.

Наименьшее падение напряжения, характерное для приведенных выше схем линейных стабилизаторов, составляет 3 вольта. Это достаточно много для устройств, питаемых от аккумуляторов или батареек, и желательно вообще падение напряжения минимизировать. Для данной цели выходной транзистор делается pnp-типа, чтобы ток коллектора дифференциального каскада был бы одновременно базовым током регулирующего транзистора VT1. Минимальное падение напряжения теперь составит порядка 1 вольта.

Аналогичным образом работают стабилизаторы отрицательного напряжения с минимальным падением. К примеру, стабилизаторы серии 1170ЕНхх имеют на себе падение напряжения около 0,6 вольт, и не перегреваются будучи выполнены в корпусе ТО-92 при токах нагрузки до 100 мА. Сам стабилизатор расходует при этом не более 1,2 мА.

Подобные стабилизаторы относятся к категории low-drop. Еще меньшее падение напряжения достигнуто на стабилизаторах на базе МОП-транзисторов (порядка 55 мВ при токе потребления микросхемы 1 мА) вроде микросхемы MAX8865.

Некоторые модели стабилизаторов с целью снижения энергопотребления устройств в режиме ожидания оснащены выводами Shutdown – при подаче на этот вывод логического уровня — потребление стабилизатора снижается практически до нуля (линейка LT176x).

Говоря об интегральных линейных стабилизаторах, отмечают их эксплуатационные характеристики, а также динамические и точностные параметры.

Параметры точности — это коэффициент стабилизации, точность установления выходного напряжения, выходное сопротивление и температурный коэффициент напряжения. Каждый из этих параметров указан в документации, с ними связана точность выходного напряжения в зависимости от входного напряжения и от текущей температуры кристалла.

Динамические параметры, такие как коэффициент подавления пульсаций и полное выходное сопротивление задаются для различных частот изменения тока нагрузки и входного напряжения.

Эксплуатационные характеристики, такие как диапазон входных напряжений, номинальное выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, максимальная мощность рассеяния, максимальная разность напряжений входа и выхода при максимальном токе нагрузки, ток холостого хода, диапазон рабочих температур, — все эти параметры влияют на выбор того или иного стабилизатора для той или иной схемы.

Вот типовые и наиболее популярные схемы включения линейных стабилизаторов:

Если необходимо повысить выходное напряжение линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжением, к общему выводу добавляют последовательно стабилитрон:

Для повышения максимально допустимого выходного тока, параллельно стабилизатору включают более мощный транзистор, превращая регулировочный транзистор внутри микросхемы в часть составного транзистора:

При необходимости стабилизировать ток, стабилизатор напряжения включают по следующей схеме.

В этом случае падение напряжения на резисторе окажется равным напряжению стабилизации, что приведет к значительным потерям если напряжение стабилизации велико. В связи с этим более целесообразным станет выбор в пользу стабилизатора на возможно меньшее выходное напряжение, как КР142ЕН12 на 1,2 вольта.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Стабилизатор тока на lm317

Ток на выходе блока питания может увеличиться вследствие уменьшения сопротивления нагрузки (простой пример, короткое замыкание), также изменение тока нагрузки происходит из-за изменения напряжения питания. Стабилизатор тока на lm317 обеспечивает стабильность тока (ограничение тока) на выходе в случаях описанных выше.

Данный стабилизатор может быть применён в схемах питания светодиодов, зарядных устройствах (ЗУ), лабораторных источников питания и так далее.

Если, к примеру, рассматривать светодиоды, то необходимо учитывать тот факт, что для них нужно ограничивать ток, а не напряжение. На кристалл можно подать 12В и он не сгорит, при условии, что ток будет ограничен до номинального (в зависимости от маркировки и типа светодиода).

Основные технические характеристики LM317

Максимальный выходной ток 1.5А

Максимальное входное напряжение 40В

Выходное напряжение от 1.2В до 37В

Более подробные характеристики и графики можно посмотреть в даташите на стабилизатор.

Схема стабилизатора тока на lm317

Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Минусом является низкий КПД (в счёт своей линейности), и поэтому происходит значительный нагрев кристалла микросхемы. Как вы уже поняли, микросхему необходимо обеспечить хорошим радиатором.

За величину тока стабилизации (ограничения) отвечает резистор R1. С помощью данного резистора можно выставить ток стабилизации, например 100мА, тогда даже при коротком замыкании на выходе схемы будет протекать ток, равный 100мА.

Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле:

R1=1,2/Iнагрузки

Изначально необходимо определиться с величиной тока стабилизации. Например, мне необходимо ограничить ток потребления светодиодов равный 100мА. Тогда,

R1=1,2/0,1A=12 Ом.

То есть, для ограничения тока 0,1A необходимо установить резистор R1=12 Ом. Проверим на железе… Для проверки собрал схему на макетной плате. Резистор на 12 Ом искать было лень, зацепил в параллель два по 22 Ома (были под рукой).

Выставил напряжение холостого хода, равное 12В (можно выставить любое). После чего, я замкнул выход на землю, и стабилизатор LM317 ограничил ток 0,1А. Расчеты подтвердились.

При увеличении или уменьшении напряжения ток остается стабильным.

Резистор можно припаять на выводы микросхемы, но не стоит забывать, что через резистор протекает весь ток нагрузки, поэтому при больших токах нужен резистор повышенной мощности.

Если использовать данный стабилизатор тока на LM317 в лабораторном блоке питания, то необходимо устанавливать переменный резистор проволочного типа, простой переменный резистор не выдержит токи нагрузки протекающие через него.

Для ленивых представляю таблицу значений резистора R1 в зависимости от нужного тока стабилизации.

Таким образом, применив галетный переключатель и несколько резисторов, можно собрать схему регулируемого стабилизатора тока с фиксированными значениями.