2.7. Микросхемы вторичных источников питания

Несомненный интерес для радиолюбителей и специалистов представляют микросхемы серий К181, К142, К278, К286, К299. Они предназначены для использования во вторичных источниках питания для стабилизации напряжения. Такие устройства позво­ляют, в частности, по-новому осуществить электропитание слож­ных устройств с нестабилизированными источниками постоянного тока за счет применения индивидуальных стабилизаторов для от­дельных блоков и каскадов.

Рис. 2.28. Микросхема К181ЕН1

Микросхема К181ЕН1 (рис. 2.28) серии К181 выполнена по схеме с последовательным включением регулирующего элемента. Основные каскады стабилизатора — составной регулирующий тран­зистор (Т_в, Т₇), симметричный дифференциальный усилитель (T_S) Т_д) и источник опорного напряжения, включающий в себя стаби­литрон Дз и эмиттерный повторитель на транзисторе T_s.

Микросхема К181ЕН1 работает при нестабильном входном на­пряжении 9 — 20 В, обеспечивая стабилизированное выходное на­пряжение 3 — 15 В. Максимальный ток нагрузки не должен пре­вышать 150 мА. Коэффициент нестабильности по напряжению 7-10³.

Серия К142 состоит из семи микросхем, пять из которых пред­ставляют собой различные сочетания четырех диодов.

Рис. 2.29. Стабилизатор напряже­ния на микросхеме К142ЕН1 Рис. 2.30. Микросхема К299ЕВ1

Микросхемы К142ЕН1 и К142ЕН2 — регулируемые стабилизато­ры напряжения. Каждую микросхему выпускают в четырех модификациях. Среди них стабилизаторы с коэффициентом нестабиль­ности по напряжению 0,1; 0,3 или 0,5 %, с коэффициентом не­стабильности по току 0,2; 0,5; 1 и 2 %. Нижний предел диапазона регулировки напряжения 3 или 12 В, а верхний 12 или 30 В. Пример построения стабилизатора напряжения на микросхеме К142ЕН1 приведен на рис. 2.29.

Микросхемы серии К278 обеспечивают при выходном напря­жении 12 В и выходном токе 2,5 А коэффициент пульсации ме­нее 0,012.

Серия К299 предназначена для создания выпрямителей с ум­ножением напряжения. Выходное напряжение 2000 — 2400 В. Вы­ходной ток 200 мкА. На рис. 2.30 приведена схема выпрямительной микросхемы К299ЕВ1,

2.8. Операционные усилители

Особого внимания среди выпускаемых промышленностью ми­кросхем заслуживают операционные усилители (ОУ) серий К140 К153, К284, К544, К553, К710, К740 и др. Интегральные ОУ по­зволяют осуществить до сотни различных схем включения и исполь­зовать одну и ту же микросхему для создания усилителей ВЧ, ПЧ, НЧ, преобразователей, генераторов, детекторов, компарато­ров, активных фильтров и др.

Состав наиболее распространенных серий ОУ и основные па­раметры микросхем приведены в табл. 2.7.

За последние годы значительно расширена номенклатура и повышено качество как ОУ общего применения, так и микромощ­ных, быстродействующих, прецизионных и других ОУ. Благодаря совершенствованию технологии и развитию схемотехники достигну­то повышение коэффициента усиления и коэффициента подавления синфазного сигнала, расширен частотный диапазон, повышено быстродействие и входное сопротивление, уменьшены входные токи и их разности, обеспечена защита выходных каскадов млогих ОУ от перегрузки при коротком замыкании в нагрузке.

В современных ОУ широко применяют супер-|3-транзисторы (Р — несколько тысяч), двухэмиттерные транзисторы, полевые транзисторы, двухколлекторные боковые р-n-р транзисторы, яв­ляющиеся эквивалентами высокоомных генераторов стабильного тока с малыми токами эмиттера, и др.

На рис. 2.31 приведены некоторые варианты применения раз­личных ОУ.

Рассмотрение схемотехнических особенностей ОУ проведем на примере микросхем К140УД1 и К140УД7.

Микросхема К140УД1 представляет собой широкополосный операционный усилитель, принципиальная схема которого показана на рис. 2.32,а.

Усилитель состоит из входного и промежуточного дифферен­циальных усилительных каскадов, каскада смещения уровня и вы­ходного каскада. Он имеет два входа (инвертирующий — вывод 9 и неинвертирующий — вывод 10} и один выход (вывод 5). Напря­жение питания подают на выводы 1 и 7 (соответственно — Е_п и +Е_п). Вывод 4 — общий, а остальные используют для контроля режима или подключения внешних элементов в зависимости от конкретного применения микросхемы.

Таблица 2.7

Операционный усилитель	K', тыс.		KОС.Сф, дБ		Uсм, МВ		ДUсм/дT, мкВ/°С		Iвх, НА		ДIвх, нА		Rвх кОм		fт. МГц		Uип в		Iпот, мА
140УД1А	0,9		60		7		20		5000		1000		4		5		6,3		4,2
140УД1Б	2		60		7		20		8000		2000		4		5		12,6		8
140УД2	35		80		5		20		700		200		300		2		12,6		16
14СУД5А	0,8; 2		60		7		45		800; 1000		200		150; 100		8		6; 12		5; 10
140УД5Б	1,4;3		80		4,5		5		3600;		1500		10		14		6; 12		5; 10
									5100
140УД6А	70		80		5		20		30		10		2000				15		2,8
140УД6В	50		70		8		—		50		15		1000				15		2,8
140УД7	50		70		4		6		200		50		400		0,8		15		2,8
140УД8А	50		64		20		20		0,2		0,15		—				15		5
140УД8Б	50		64		—		100		0,2		0,15		—				15		5
140УД9	35		80		5		15		350		100		300				12,6		8
140УД10	50		80		4		—		250		50		1000.		15		15		8
140УД11	25		70		10		. —		500		300		—		15		—		8
140УД12	50		70		5		—		7,5		3		—		0,3		3-М6.5		0,03
140УД13	0,01		ПО		0,05		—		0,5		0,2		50000		0,01		15		2
140УД14	20		85		2		20		2		0,2		30000		0,5		5-4-18		0,6
153УД1	20		65		5		30		600		250		100		1		15		6
153УД2	50		70		5		20		500		200		300		1		15		3
153УДЗ	25		80		2		15		200		50		—		1		15		3,6
153УД4	5		70		5		50		400		150		200		0,7		6		0,7
153УД5А	1000		110		1,5		5		100		20		1000		0,1		15		3,5
153УД5Б	1000		100		1,5		10		100		20		1000				15		3,5
153УД6		50		80		2		15		75		15				0,7		15		3
284УД1А		20		70		10		50		1		—		5000		4		9		2,5
284УД1Б		20		70		10		50		1		—		5000		4		9		2,5
284УД1В		20		60		10		100		1		—		5000		4		9		2,5
284УД2		5		40		20		600		10		—		200000		—		6		2,5
544УД1А		50		64		20		20		0,15		0,05		1000000		1		15		3,5
544УД1Б		20		64		50		—		1		0,5		1000000		1		15		3,5
544УД1В		20		64		50		—		1		0,5		1000000		1		15		3,5
544УД2А		20		70		30		—		0,1		0,1		—		—		15		7
544УД2Б		10		70		50		—		0,5		0,5		—		—		15		7
544УД2В		20		70		50		—		1		1		—		—		15		7
553УД1А		15		—		7,5		—		1500		500		—		—		15		7
553УД1Б		10		—		7,5		—		2000		600		—		—		15		6
553УД1В		25		—		2		—		200		50		—		—		15		6
553УД2		20		—		7,5		—		1500		500		—		—		15		6
710УД1		4		70		7		50		400		150		200		1		6		6
740УД1А		15		65		7,5		30		1500		500		100		—		15		0,7
740УД1Б		12		65		2,5		—		—		—		100		—		15		4,5
740УД2		20		65		5		30		—		—		100		—		15		4,5
740УДЗ		0,4		60		10		20		8000		3000		—		5		6,3		4,5
740УД4		50		70		8		20		50		15		2000		1		15		6
740УД5		20		70		7,5		1500		500		300		1		15		3		2,8

Рис. 2.31. Варианты примене­ния микросхем ОУ:

а — источник опорного напряжения с плавной регулировкой выходного напряжения на микросхеме К544УД1; б — микрофонный усили­тель на микросхеме К153УД1А; в — усилитель мощности (50 Вт) на микросхеме К140УД7

Входной каскад выполнен по дифференциальной схеме на тран­зисторах Т₁ и Т₂, в общую эмиттерную цепь которых включен то-костабилизирующий двухполюсник с большим внутренним сопро­тивлением на транзисторе Т₃ с термокомпенсирующим диодом (транзистор Т₆ в диодном включении) в цепи базы. Основное на­значение входного каскада операционного усилителя — большое усиление дифференциального сигнала при максимально возможном подавлении синфазной помехи.

Выходной сигнал первого дифференциального каскада микро­схемы снимается с дифференциального выхода (резисторы ri и R₂) и подается на второй дифференциальный каскад на транзисто­рах Т₄ и Т₅. Так как требования по подавлению синфазной помехи в этом каскаде ниже, чем в первом, вместо токостабилизирующего элемента в эмиттерной цепи использован резистор. Различие диф­ференциальных каскадов заключается также в отсутствии рези-стивной нагрузки в цепи коллектора транзистора 74, в которой нет необходимости при переходе от симметричного входа к несим­метричному выходу. Так как выходное напряжение каждого дифференциального каскада содержит не только полезный сигнал, но и постоянную составляющую напряжения коллектор — база транзистора, на коллекторе транзистора Т₅ относительно «земли» имеется постоянное напряжение. Его необходимо нейтрализовать, сохранив передачу полезного сигнала, причем использование разделительного конденсатора недопустимо, поскольку ОУ является усилителем постоянного тока. Для решения этой задачи перед выходным каскадом помещен каскад смещения уровня на тран­зисторах Т₇ и T_s. Смещение уровня происходит на резисторе R₉ вследствие протекания через него коллекторного тока транзистора Т₈, который использован в качестве генератора стабильного тока. Так как резистор Rg и сопротивление коллекторного перехода транзистора Т_& образуют делитель с большим сопротивлением ниж­него (транзисторного) плеча, сигнал почти без затухания посту­пает на базу транзистора Т₉ выходного каскада. Компенсацию температурного дрейфа тока кол­лектора транзистора Т$ обеспе­чивает транзистор tq.

Выходной каскад ОУ на транзисторе Г₉ выполнен по схе­ме эмиттерного повторителя. Он предназначен для усиления по мощности. Повышению усилении способствует положительная об­ратная связь за счет передачи части выходного напряжении с делителя R₁₀ — R₁₂ на эмиттер транзистора T₈. Часть сигнала синфазной помехи, которая про­сачивается на выход усилителя, по цепи обратной связи воздей­ствует на базу транзисгорз T₃, ослабляя действие помехи. Вклю­ченный между базами транзисто­ров Т-; и Тэ диод Д₁ предназна­чен для дополнительного отбора тока при коротком замыкании на выходе усилителя.

Устойчивость работы усили­теля достигается подключением корректирующей цепи между выводами 1 и 12. На НЧ в качестве корректирующей цепи целесообразно подключить к выводу 3 кон­денсатор емкостью 0,01 мкФ.

Рис. 2.32. Микросхемы ОУ КНОУД1 (а) и КНОУД7 (б),

Микросхему К140УД1 выпускают в двух модификациях, раз­личие между которыми показано в табл. 2.7.

Микросхема К140УД7 (рис. 2.32,6) по числу каскадов, внося­щих основной вклад в обеспечение общего коэффициента усиления, относится к двухкаскадным ОУ. Входной каскад усилителя вы­полнен по сложной схеме на транзисторах Т&, Гц, Тд, Г)₂ с допол­няющими проводимостями. Плечи каскада построены по схеме ОК. — ОБ. На транзисторах T₂ и T₂₀ выполнен стабилизатор раз­ности токов, что позволяет поддерживать постоянство токов вход­ного каскада. Смещение на базы этих транзисторов подано с тран­зисторов в диодном включении.

Выходное напряжение первого каскада усиливается вторым каскадом на транзисторах Т13, Т15. Каскад нагружен на параллель­но включенные внутреннее сопротивление генератора стабильного тока (на двухколлекторном транзисторе T₄) и сопротивление двух-эмиттеркого транзистора Т₁₆.

Выходной каскад ОУ выполнен на транзисторах Т$ и 7₂₂. Он работает в режиме АВ. Транзисторы Т₆ и Гю обеспечивают сме­щение рабочей точки транзисторов выходного каскада. Транзисторы Т₇ и T₁₇ предназначены для защиты выходного каскада от пере­грузки. Они открываются при недопустимом увеличении падения напряжения на резисторах R₃ и R₄. Транзисторы Г₂₃ и Т₁₆ (по цепи второго эмиттера) предназначены для линеаризации амплитудной характеристики ОУ.

Конденсатор С₁ полностью корректирует АЧХ ОУ. Для повы­шения скорости нарастания выходного напряжения можно умень­шить степень коррекции, подключив к выводу 8 конденсатор емко­стью 150 пФ. Для балансировки ОУ рекомендуется включить пере­менный резистор между эмиттерами транзисторов T_iu и 7₁₉ (выводы 1 и 5).