4.3. Компенсационные линейные стабилизаторы

Структурная схема компенсационного стабилизатора показана на рисунке 3.2.

РЭ – регулирующий элемент (транзистор)

СС и УСО – схема сравнения и усиления сигнала ошибки

ИОН – источник опорного напряжения (параметрический стабилизатор)

Структурная схема линейного компенсационного стабилизатора

Рисунок 3.2

Принцип работы таких стабилизаторов заключается в использовании отрицательной обратной связи по напряжению. При изменении, например, входного напряжения U₁ изменяются: U₂ , сигнал ошибки U, что вызывает изменение сопротивления регулирующего элемента РЭ и соответственно падения напряжения на нем. При изменении сопротивления нагрузки изменяется ток нагрузки и сигнал U₀ , что вызывает изменение сопротивления регулирующего транзистора. Все изменения действуют в противофазе.

В настоящее время выпускается большое количество линейных стабилизаторов напряжения в виде интегральных микросхем (ИС), представляющих собой трехполюсники. Основными параметрами ИС стабилизаторов являются:

Выходной ток – I_н (I_out);

Выходное напряжение – U₂ (U_out);

Минимальное падение напряжения между входом и выходом стабилизатора – U_12;

Мощность, рассеиваемая корпусом стабилизатора - P_d;

Максимальное входное напряжение U_{1 max} (U_{in max});

Наличие электрических защит.

4.4. Базовая схема трехполюсного стабилизатора

Пример базовой схемы трехполюсного стабилизатора положительного напряжения представлен на рисунке 3.3.

Схема включения трехполюсного стабилизатора

Рисунок 3.3

Вольтметр U₁ показывает напряжение U₁₂ между входом и выходом. Амперметр U₂ отображает ток нагрузки (I_out). Вольтметр U₃ – напряжение на выходе стабилизатора (U_out).

Для выбора микросхемы стабилизатора по заданным параметрам нагрузки и изменениям питающей сети необходимо произвести расчет электрических параметров стабилизатора.

Минимальное значение напряжения питания стабилизатора выбирается по условию:

Обычно минимальное значение U₁₂ составляет 2-3 В, напряжение пульсации U_п можно выбрать 10-15 % от напряжения нагрузки U_н.

Номинальное значение питающего напряжения стабилизатора определяется из выражения:

Где δU_c – относительное изменение напряжения питающей сети.

Максимальные значения напряжения питания стабилизатора и напряжения U₁₂:

Максимальная рассеиваемая мощность корпуса интегрального стабилизатора:

По значениям U₂ (U_out), I_н (I_out) и P_d выбирается микросхема стабилизатора. Выходной ток I_out и мощность рассеивания P_d должны превышать расчетные значение не менее, чем на 20%.

4.5. Стабилизатор напряжения с повышенным током нагрузки

В схеме, изображенной на рисунке 3.4, к базовому стабилизатору добавлен резистор R1 и транзистор Q1 . такое дополнение позволяет получить линейный стабилизатор, который может обеспечить больший ток, текущий к нагрузке. Для стабилизаторов положительного напряжения используют p-n-p транзисторы, а для стабилизаторов отрицательного напряжения – n-p-n транзисторы.

Трехполюсной стабилизатор с повышением тока нагрузки

Рисунок 3.4

В этой схеме стабилизация осуществляется за счет изменения напряжения микросхемы U₁₂ между базой и коллектором транзистора Q1.

Трехполюсный стабилизатора LM7815CT имеет параметры:

I_out = 1 A – выходной ток;

U_out = 15 В – выходное напряжение;

P_d = 10 Вт – рассеиваемая корпусом МС мощность.

Параметры транзистора Q1 2N5884

U_се = 80 В – напряжение коллектор-эмиттер;

h_э = (4 ÷ 100) – минимальный -максимальный коэффициент усиления тока базы для схемы с ОЭ.

Расчет электрических параметров стабилизатора с повышенным током нагрузки осуществляется по выражениям, приведенным в подразделе 3.4, за исключением расчета тока коллектора, значение которого выбирается больше тока нагрузки.

Пример расчета.

Исходные данные:

U_н = 15 В – напряжение нагрузки;

I_н = 9 А – ток нагрузки;

δU_c = ± 0.1 – относительное отклонение напряжения питающей электросети;

U_п = 0.1 U_н = 0.115 = 1.5 В – напряжение пульсации на входе стабилизатора.

Минимальное напряжение на входе стабилизатора:

где U_бэ =0.6 В – напряжение база-эмиттер, при котором открывается транзистор.

Номинальное напряжение питания на входе стабилизатора:

Максимальное значение U_{1 max}:

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер:

Максимальные ток и мощность рассеяния коллектором:

По найденным значениям U_{ce max} = U_{1 max} = 24.2 В, I_{с max} = 9.9 А и P_{с max} = 91.8 Вт выбран транзистор Q1 2N5884 (параметры приведены ранее).

Выбор микросхемы U1 осуществляется по условию:

Выходной ток микросхемы:

Где

Мощность, рассеиваемая корпусом МС

По данным I_out =0.49А и P_{d MC} = 10 Вт выбрана МС LM7815CT, её параметры приведены ранее.

Значение сопротивления R1: