10. Параллельные стабилизаторы серии к115

10.1. Параллельные стабилизаторы напряжения серии к11561

Микросхемы К1156ЕР1П и К1156ЕР1Т представляют собой миниатюрный регулируемый прецизионный параллельный стабилизатор напряжения с улучшенной температурной стабильностью, иначе говоря, управляемый «стабилитрон» [16]. Прибор предназначен для работы в автомобильной электронике и другой аппаратуре, эксплуатирующейся в жестких климатических условиях.

Микросхемы выпускают в миниатюрном пластмассовом корпусе двух модификаций: КГ-26 (ТО-92) – К1156ЕР1П – с жесткими штампованными лужеными выводами для традиционного монтажа (рис.61,а) и КТ-47 (SOT-89) – К1156ЕР1Т – с короткими пластичными лужеными выводами для поверхностного монтажа (рис.61,б). Масса приборов – не более 0,5 (К1156ЕР1П) и 0,4 г (К1156ЕР1Т).

КТ-26 КТ-47

а Рис. 61 б

Микросхема К1156ЕР1П является аналогом прибора АР4321V, а К1156ЕР1Т – АР4321Y фирмы Analog Techology, Inc.

Микросхемный стабилитрон группы К1156ЕР1 превосходит дискретные стабилитроны по многим параметрам. Во-первых, он способен вырабатывать регулируемое стабилизированное напряжение, и к тому же меньшее, чем даже у низковольтных стабилитронов. Во-вторых, он обладает лучшими стабилизирующими качествами.

Приборы К1156ЕР1П и К1156ЕР1Т содержат внутренний образцовый источник напряжением 1,24 В  1 %, что позволяет понизить значение минимального напряжения стабилизации по сравнению с известным параллельным стабилизатором аналогичного назначения КР142ЕН19, у которого образцовое напряжение равно 2,5 В  2 %. Важным фактором является и то, что интервал рабочей температуры для К1156ЕР1 равен –40…+ 85 С против –10…+70 С у КР142ЕН19.

Цоколевка управляемого «стабилитрона» группы К1156ЕР1 показана на рис. 61, а упрощенная функциональная схема – на рис.62. Устройство состоит из источника образцового напряжения, усилителя сигнала рассогласования и выходного усилителя тока, защищенного обратно включенным диодом. Поскольку прибор, по сути, есть электрод (вывод) традиционно называют катодом, а минусовый – анодом, как у дискретного стабилитрона (у него наименование выводов соответствует прямому – диодному – включению).

Типовая схема включения стабилитрона в режиме, когда U_Н = U_КА = U_обр, показана на рис.63, а. Резистор R1 – балластный; критерии его выбора такие же, как в параметрическом стабилизаторе со стабилитроном. Пренебрегая весьма малым током через вход управления, можно считать, что R1_min= (U_пит.max–U_обр)/(I_КАmax+I_н); R1_max =( U_пит.min–U_обр)/(I_КАmin+I_н).

Рис. 62 а Рис.63 б

Этот режим в дальнейшим изложении будем называть режимом 1.

На рис. 63,б изображена типовая схема включения стабилизатора в режиме U_КА > U_обр (режим 2), при этом U_КА = U_обр(1+(R1/R2))+I_упрR1.

Балластный резистор R3 здесь выбирают в промежутке между R3_min и R3_max:

R3_min = (U_{пит max} – U_КА)/(I_{КА max} + I_н + I_д); R3_max = (U_{пит max} – U_КА)/( I_{КА min} + I_н + I_д),

где I_д – ток через делитель напряжения R1R2. Эти резисторы следует выбирать такими, чтобы ток I_д более чем в 100 раз превышал ток через вход управления I_упр:

I_д> 100·I_{упр max}, (R1+R2)<(0,01 U_КА)/ I_{упр max}.

Тогда, пренебрегая током I_упр, можно записать U_КА= U_обр(1+(R1/R2)).

При необходимости плавного регулирования стабилизированного напряжения резистор R1 выбирают переменным. Для предупреждения паразитной генерации в стабилизаторе параллельно нагрузке целесообразно включить блокировочный керамический конденсатор емкостью 0,1…1 мкФ.

Если в стабилизаторе по схеме на рис. 63,а вход управления подключить не к катоду, а к аноду, получим режим 3, когда U_упр= 0. При этом стабилизатор переходит в состояние «Выключено» (внутренний транзистор VT1 на рис.62 закрыт), выходное напряжение U_КА определяют напряжение питания U_пит и падение напряжения на балластном резисторе по действием тока нагрузки I_н и остаточного тока катода I_{КА ост} стабилизатора:

U_КА= U_пит–R1(I_н +I _{КА ост}).

Основные технические характеристики при Т_окр.ср=25 ºС*

Образцовое напряжение внутреннего источника, В, в режиме 1 при токе катод-анод 10 мА…………….………………………………..1,227…1,252

типовое значение…….…………………………………………1,24

Отклонение значения образцового напряжения от номинального, мВ, не более, при температуре в пределах –40…+85 ºС в режиме 1 при токе катод-анод 10 мА………………………………………………………………20

Отношение увеличения образцового напряжения к вызвавшему его уменьшению напряжения на катоде, мВ/В, не более, в режиме 2 при напря-жении катод-анод в пределах от 1,24 В до 20 В и токе катод-анод 10 мА … 2

Ток входа управления, мкА, не более, в режиме 2 при сопротивлении входного резистора делителя напряжения 10 кОм и отключенном выходном и токе катод-анод 10 мА……………………………………………………3,5

Отклонение тока входа управления, мкА, не более, в режиме 2 при сопротивлении входного резистора делителя напряжения 10 кОм и отключенном выходном и токе катод-анод 10 мА………………………1,2

Минимальный ток стабилизации (втекающий в катод), мА, не более, в режиме 1…………………………………………………………0,3

типовое значение……………………………………0,15

Ток катода в выключенном состоянии (режим 3) мкА, не более, при напряжении катод-анод 20 В………………………………………………1

Динамическое выходное сопротивление стабилизатора, Ом, не более, в режиме 1 на частоте до 1 кГц……………………………………………0,5

* Если не указаны иные температурные условия.

Предельно допустимые значения

Наибольшее напряжение катод-анод, В…………………………20

Постоянный ток катода (ток стабилизации), мА, не более……200

Наибольшая рассеиваемая мощность, Вт, при температуре окружающей среды 25 ºС для корпуса

КТ-26………………………………………………………………0,78

КТ-47………………………………………………………………0,8

Наибольшая температура кристалла, ºС…………………………150

Рабочий интервал температуры окружающей среды, ºС……–40…+85

Температура хранения, ºС……………………………………–65…+125

Ниже кратко рассмотрены несколько вариантов применения параллельного стабилизатора К1156ЕР1.

Повысить мощность параметрического стабилизатора, собранного на «стабилитроне» DA1, можно введением в него усилителя тока на транзисторе VT1 (рис. 64).

Резистор R4 служит балластным для «стабилитрона», а R1 – для всего стабилизатора. Выходное напряжение U_вых= U_обр(1+R2/R3).

Пусть, например, входное напряжение U_пит=8…10 В. На выходе требуется получить стабилизированное напряжение U_вых=5 В при токе I_{н max}=0,5 А. Исходя из тока нагрузки, выбираем транзистор КТ814А (I_{к max}=1,5 А, h_21Э=40). Задавшись током через делитель напряжения R2R3 не менее 300 мкА, принимаем R2=10 кОм, R3=3,3 кОм. Тогда

I_д= (U_вых/(R2+R3))+I_упр =380 мкА; U_вых= U_обр(1+R2/R3) = 5 В.

Сопротивление резистора R4 определяется током катода «стабилитрона» DA1 в выключенном состоянии: R4<(U_БЭ)/I_{КА выкл} .

Для обеспечения термостабильности выбираем R4 = 680 Ом.

Сопротивление резистора R1 находят из следующих соображений:

R1_min= (U_{пит max}–U_вых)/I_{К max}=3,33 Ом; R1_max= (U_{пит min}–U_вых)/(I_{н max}+ I_д + I_{КА выкл})=5,98 Ом.

Выбираем R1 = 4,7 Ом.

Мощность резисторов R1, R3 – 0,125 Вт, R1 – 7 Вт, R4 – 0,125 Вт. Транзистор необходимо установить на теплоотвод.

На рис.65 представлена схема прецизионного последовательного стабилизатора напряжения, в котором «стабилитрон» DA1 работает образцовым источником. Применение микросхемы К1156ЕР1 вместо дискретного стабилитрона позволяет обеспечить существенно более высокие характеристики стабилизатора, а выходную мощность определяют параметры транзистора VT1[16].

Рис. 64 Рис. 65

С

Рис. 66

хема монитора питающего напряжения изображена на рис.66. Контрольный светодиод свети, когда питающее напряжение находится в границах U_min< U_пит < U_max, устанавливаемых соответствующим выбором резисторов R1-R4: U_min ≈ U_обр(1+R3/R4); U_max≈ U_обр(1+R1/R2).

Когда U_пит>U_min, открывается «стабилит-рон» DA2 и включается светодиод HL1, ток через который зависит от сопротивления резисторов R5, R6. При дальнейшем увеличении напряжения питания до U_пит > U_max откроется «стабилитрон» DA1, что приведет к закрыванию «стабилитрона» DA2 и выключению светодиода.

Н

а б

Рис 67

а рис. 67, а и б показаны примеры построения стабилизатора тока. Узел, схема которого изображена на рис. 67,а, может быть использован как генератор или ограничитель тока. Выходной ток, протекающий через нагрузку (ее включают в минусовый провод источника питания), ограничен на уровне I_{стаб max} = U_обр/ R2.

Если вследствие каких-либо дестабили-зирующих факторов уровень тока повышается, увеличивается проводимость выходного тран-зистора микросхемы DA1 и он отводит часть базового тока транзистора VT1, в результате чего установленное значение тока I_стаб восстанавливается.

Ч

рис. 68

асто бывает необходимо включить нагрузку в плюсовой провод источника питания (рис. 67,б). По принципу работы этот узел не отличается от предыдущего.

Схема импульсного сетевого обратно-ходового преобразователя напряжения представлена на рис 68. Преобразователь обеспечивает стабилизированное низковольт-ное выходное напряжение. Микросхема К1156ЕР1 (DA2) здесь работает в цепи обрат-ной связи через развязывающий оптрон U1. Выходное напряжение U_выx = U_обр(1+R5/R6). На рис. 68 указано: DA1-АР384.

Схема включения широтноимпульсного контроллера АР384/4 (DA1; отечественный аналог КР1033ЕУ15/16) показана упрощенно.