Линейный стабилизатор напряжения

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности P_расс = (U_in — U_out) * I_t рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади.

Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей. Недостатки – малый КПД, сильный нагрев.

Рис. 30 Схема линейного стабилизатора напряжения

Часть выходного напряжения U_out, снимаемая с резистора R1, сравнивается с опорным напряжением. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя.

В данном стабилизаторе операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения должна быть выбрана меньше, чем U_out.

Сборку линейного преобразователя из 15 В в 5 В произведем с помощью микросхемы LM317

Рис. 31 Вид сверху на микросхему Рис. 32Схема линейного стабилизатора

Рассчитаем номинальные значения сопротивлений резисторов. Из datasheet возьмем формулу для выходного напряжения:

V_REF=1,25 В – опорное напряжение

V_OUT=5 В – требуемое выходное напряжение

Тогда получаем R₁=1 кОм , R₂=2 кОм, R₃=1 кОм.

С₁=0,1 мкФ

Рис. 33 Вид линейного стабилизатора на лабораторном стенде

Рис. 34 Осциллограмма выходного сигнала для линейного стабилизатора

Вывод

В ходе учебной практики были исследованы преобразователи питания, в частности импульсные, линейные преобразователи напряжения и схемы с переключаемыми конденсаторами. Были произведены расчет и сборка схем преобразователей.

Также для схемы с переключаемыми конденсаторами была выявлена следующая закономерность: чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше пульсации выходного напряжения и тем ближе оно к теоретическому значению. Это соответствует схеме: на выходе стоит делитель напряжения, который в значительной степени влияет на выходное сопротивление, если сопротивление нагрузки мало, и практически не влияет при большом R_Н.

Цели и задачи, поставленные в начале работы, выполнены. Полученные устройства удовлетворяют условиям технического задания.