15.5 Стабилизатор на операционном усилителе с ограничением выходного тока

Схема качественного стабилизатора, в котором управляющий транзистор заменен операционным усилителем, приведена на рис. 15.7. Питание ОУ осуществляется однополярным положительным напряжением U_вх (в данном случае не требуется получение на выходе ОУ отрицательных напряжений), что позволяет использовать стандартные операционные усилители в схемах стабилизаторов с выходным напряжением почти до 30 В.

Резистор R2 и транзистор VT2 образуют схему ограничения выходного тока. При номинальных токах нагрузки падение напряжения на R2 не превышает напряжения отпирания перехода база-эмиттер VT2, транзистор VT2 закрыт и не оказывает влияния на работу схемы стабилизатора. Операционный усилитель с дополнительным усилителем выходного тока VT1 включен по схеме неинвертирующего УПТ, откуда следует соотношение для расчета выходного напряжения

.

Если падение напряжения на R2 превысит величину, равную приближенно 0,6 В, транзистор VT2 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение тока базы транзистора VT1. Таким образом, величина выходного тока стабилизатора ограничена уровнем .

Качественные показатели стабилизатора по схеме рис. 15.7 определяются следующими соотношениями:

а) коэффициент стабилизации (его можно повысить, если заменить R1 источником тока)

;

б) выходное сопротивление

,

где К – коэффициент усиления ОУ по напряжению;

r_вых – выходное сопротивление ОУ;

в) температурный коэффициент напряжения

,

где – дрейф напряжения смещения ОУ;

–дрейф входного тока ОУ;

ТКН_ст – температурный коэффициент напряжения стабилитрона.

Все рассмотренные стабилизаторы эффективно подавляют нестабильность U_вх не только за счет медленных колебаний сетевого напряжения, но и пульсации U_вх после выпрямителя, выполняя роль электронного сглаживающего фильтра. Поэтому на входе стабилизатора допустим сравнительно высокий уровень пульсаций напряжения.

15.6 Микросхемы стабилизаторов постоянного напряжения

Стабилизаторы напряжения, подобные схеме рис. 15.7, выполняются в виде интегральных микросхем. Основные характеристики микросхем стабилизаторов напряжения серии К142 приведены в таблице 15.1. Среди них

–коэффициент нестабильности по напряжению;

–коэффициент нестабильности по току.

Таблица 15.1 – Характеристики микросхем стабилизаторов постоянного напряжения серии К142

К142	, А	, В	, В	, %/В	, %	, Вт
ЕН1Б ЕН2Б ЕН3,4 ЕН5А ЕН6 ЕН8В	0,15 0,15 1 3 0,2 1,5	40 40 40 35 35 35	3–12 12–30 15–30 51% 15 15	0,1 0,1 0,05 0,05 0,001 0,05	0,2 0,2 0,5 3 0,2 1	0,8 0,8 4 10 4

Для стабилизаторов К142ЕН1 (2, 3, 4) требуется подключение внешних компонентов (делителя цепи обратной связи, элементов коррекции, защиты по току). Микросхемы К142ЕН5 (6, 8) являются функционально законченными стабилизаторами на фиксированные значения U_вых. Выходное напряжение микросхемы К142ЕН5 равно 5 В с возможным изменением этой величины в зависимости от экземпляра ИМС на ±0,2 В. Максимальный ток нагрузки 3 А. Минимальное входное напряжение 7,5 В. Тепловая защита выключает стабилизатор при температуре кристалла 175^оС ± 10%, при превышении допустимого значения по току на (20–25)% срабатывает защита по току.

Существенным недостатком стабилизаторов параллельного и последовательного типов, называемых линейными, являются большая потеря мощности в регулирующем транзисторе (управляемом сопротивлении) и, как следствие этого, недостаточно высокий КПД. Стремление повысить КПД привело к созданию стабилизаторов с импульсным регулированием, в которых регулирующим элементом служит периодически замыкающийся ключ (как правило, транзистор в ключевом режиме), подключающий нагрузку к источнику входного постоянного напряжения U_вх. Если при периоде включения T ключ находится в замкнутом состоянии в течение времени t_вкл, то постоянная составляющая напряжения на нагрузке U_вых = U_вх t_вкл / T.

Регулирующий транзистор в импульсном стабилизаторе работает в ключевом режиме, т.е. большую часть времени находится либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения. Ключевые режимы работы транзистора и импульсные устройства будут рассмотрены при изучении дисциплины «Электронные цепи и микросхемотехника» [10].