4.1.3. Упрощенные схемы мощных стабилизаторов напряжений

Стабилизаторы напряжений, представленные на рис. 4.6, можно сделать более мощными, если ввести в схему дополнительный мощныйтранзистор (рис. 4.7).

Uоп

а

R1

Uоп

Uоп R2

б

Рис. 4.7

У существующих операционных усилителей усиление по напряжению столь велико, что в схемах рис.4.7, а выходное напря-

жение Uвых = Uст = Uоп, а в схеме рис. 4.7, б Uвых = Uст = =Uоп(1+R1/R2). Максимальный ток микросхемы maxIвых =

=IОУmax βVT, где IОУmax − максимальный выходной ток операционного усилителя;βVT − усиление по току мощного проходного транзи-

стора.

113

Вместо одиночного транзистора VT в схеме может быть предусмотренсоставнойтранзистор.

Схемы на рис. 4.7 отличаются тем, что в схеме рис. 4.7, а выходное напряжение не регулируется, а в схеме рис. 4.7, б регулируется внешним резистором R1.

Ограничение выходного тока в стабилизаторах. В любом ста-

билизаторе напряжения предусмотрено ограничение выходного тока. Это обусловлено необходимостью защиты микросхем от выхода из строя при их перегрузке по току, особенно в режиме короткого замыкания. При коротком замыкании выходных зажимов микросхемы, представленной на рис.4.7,через нее может протекать боль-

шой ток. Падение напряжения на микросхеме (зажимы2−3 закорочены) равно ее входному напряжению. Это приводит к большому

тепловыделению в микросхеме и, как следствие, к ее тепловому разрушению. Поэтому в схемах и предусматривается ограничение

тока из условия, чтобы даже в режиме короткого замыкания по выходу тепловыделение в них не превышалодопустимого.

На рис. 4.8 представлена схема стабилизатора с ограничением тока для нерегулируемого стабилизатора. Ограничение тока в регулируемом стабилизаторе осуществляетсяаналогично.

Здесь при токе через микросхему, меньшем допустимого Iвых<Iдоп, сопротивление резистора Rогр выбирается таким, чтобы

падение напряжения на нем было меньше 0,7 В, т.еU. бэ = Iвых Rогр< < 0,7 В. ТранзисторVT2 приэтом закрыт,иток через него не течет.

Весь выходной ток операционного усилителя поступает в базу проходного транзистора VT1 и усиливается им.

Как только выходной ток превысит допустимое значение

Iвых≥Iдоп, падение напряжения на ограничительном резисторе превысит 0,7 В, транзистор VT2 откроется в результате чего уменьшится напряжение на переходебаза–эмиттер транзистора VT1. Это

приведет к уменьшению выходного тока. Вольт-амперная характеристика стабилизатора с идеальным ограничителем тока представ-

лена на рис. 4.9, а,а с реальным −на рис. 4.9, б.

Рассмотренная схема защиты по току имеет существенный недостаток − в режиме короткого замыкания по выходу в микросхе-

ме выделяется максимальная мощность Ргр = U0×Iдоп. Этот режим не является штатным. Микросхема здесь просто превращается в нагревательный элемент, потребляющий мощность от источника энергии.

114

Для упрощения анализа процесса ограничения тока схема не-

Выбирая соответственно R1 , R2 и Rогр, представляется возможным выставить вполне определенный ток короткого замыкания,

меньший предельного тока.

Предельное значение тока Iпред легко найти исходя из граничной

ситуацииUAB ≈ 0,7 В. Тогда UA(+) = U1 R2/( R1 + R2); UA = Uст + 0,7 В;

U1 = Uст + IпредRогр, отсюда

116