3.12 Елементи захисту у стабілізаторах

Напівпровідникові елементи стабілізаторів мають малу перевантажувальну здатність. Тому короткочасні великі струми і напруги можуть вивести їх з ладу. Наприклад, у стабілізаторах з послідовним увімкненням регулюючого елемента небезпечними є коротке замикання або різке зменшення навантаження. Останнє при наявності LC-фільтра може призвести до перевантаження регулюючого транзистора за напругою. Підвищена напруга у випадку пробою регулюючого транзистора буде подаватися на навантаження і підсилювач [3, 4].

Захист стабілізаторів за допомогою плавких запобіжників неефективний, оскільки напівпровідникові прилади виходять з ладу швидше, ніж згорає запобіжник. Тому в стабілізаторах передбачають електронний захист, який не допускає виникнення критичних ситуацій. Прикладом захисту від перенавантаження струмом є схема, наведена на рисунку 3.22 [3].

Рисунок 3.22 – Схема захисту від перенавантаження струмом

Якщо падіння напруги на резисторі R4, викликане струмом навантаження, перевищить значення, яке задається резистором R3 на емітері транзистора VT2, то транзистор відкриється. Малий опір переходу колектор-емітер транзистора шунтує коло від'ємного зворотного зв'язку. Напруга на базі транзистора VT1 стає більш позитивною і він закривається. Ступінь закриття визначається величиною струму резистора R4. Струм навантаження перестає змінюватися, і стабілізатор напруги перетворюється у обмежувач струму.

3.13 Низьковольтні компенсаційні стабілізатори

Для живлення електронної апаратури часто потрібна стабілізована напруга в частки або одиниці вольт. Однак необхідні для побудови таких пристроїв низь­ко­вольт­ні потужні стабілітрони відсутні. Тому розроблено спеціальні стабілізатори, які відрізняються схемотехнікою від розглянутих типових КСН. Приклад такої схеми наводиться на рисунку 3.23 [6, 9].

Рисунок 3.23 – Схема низьковольтного компенсаційного стабілізатора

Проведемо аналіз стабілізатора.

Значення напруги між точками а-б можна визначити виразами:

, (3.32)

, (3.33)

де – коефіцієнт передачі вихідного дільника напруги.

Прирівняємо праві частини виразів (3.32), (3.33).

.

Звідки знаходимо:

. (3.34)

З (3.34) видно, що вихідну напругу можна отримати меншою, якщо збільшувати . При. Для кремнієвих транзисторів це буде складати 0,6...0,8 В. У літературі наводяться схеми з напругою стабілізації близькою до нуля [6, 9].

3.14 Інтегральні стабілізатори напруги

3.14.1 Причини використання мікросхем у стабілізаторах

Промисловість випускає велику кількість стабілізаторів напруги у вигляді інтегральних мікросхем (ІМС), в яких використовують розглянуті раніше схемотехнічні рішення. Стабілізатори на ІМС забезпечують високу якість стабілізації, температурну стабільність є малогабаритними. ІМС часто використовують у поєднанні з додатковими дискретними зовнішніми елементами, це дозволяє підвищити потужність стабілізатора, вихідну напругу, виконувати регулювання вихідної напруги. ІМС без додаткових зовнішніх елементів призначені для отримання фіксованих високостабільних напруг [3, 4, 6, 10].

3.14.2 Інтегральна мікросхема к142ен1

Мікросхема має такі основні параметри [6, 10]:

- струм стабілізації 0,15 А;

- вихідна напруга 3 ...30 В;

- нестабільність вихідної напруги 0,3 %;

- потужність 0,8 Вт;

- коефіцієнт передачі струмів транзисторів 40...60;

- граничні частоти транзисторів – до 300 МГц [8].

Схема увімкнення ІМС К142ЕН1 з зовнішніми елементами, які дозволяють збільшити струм стабілізації і виконувати регулювання вихідної напруги, наведена на рисунку 3.24. Елементи мікросхеми обведені пунктиром. Цифрами позначені номери виводів ІМС.

Джерелом опорної напруги є стабілізатор, який виконаний на елементах VD1 та VТ1. Польовий транзистор VТ1 виконує функцію стабілізатора струму. Опорна напруга через емітерний повторював (VT2, R1, R2, VD2) подається на базу транзистора VT4 диференційного підсилювача. Діод VD2 є термокомпенсуючим. На базу VT5 надходить напруга зворотного зв'язку, яка знімається з дільника R4, R5, R6. Резистором R5 встановлюють значення вихідної напруги. Польовий транзистор VT3 має великий диференціальний опір, за рахунок цього досягається велике посилення підсилювача і зменшується вплив зміни вхідної напруги на вихідну.

Рисунок 3.24 – Схема принципова увімкнення ІМС К142ЕН1(2)

Працює схема таким чином. При зміні вхідної напруги, наприклад збільшенні, спочатку збільшується напруга на виході. Збільшується напруга на базі VT5, і він більше відкривається. Збільшується його колекторний струм, що веде до змен­шення базових струмів транзисторів VT6, VT7 і VT1. Вони дещо закриваються. Напруга на переході колектор-емітер транзистора VT1 збільшується, а вихідна напруга зменшується, повертаючись до початкового значення.

Транзистор VT8 разом з зовнішніми резисторами R1, R2 і R3 утворює схему захисту від перевантаження за струмом. При перевищенні струмом навантаження максимального значення, яке встановлюється вибором величини резистора R1, зменшується напруга на навантаженні. Зменшується і потенціал емітера транзистора VT8, він відкривається і шунтує базове коло транзистора VT6. Струм через транзистори VT6, VT7, VT1 та навантаження зменшується і обмежується на встановленому рівні. Чим менше величина резистора R1, тим при більших струмах спрацьовує захист.

Транзистор VT9 служить для дистанційного вимикання стабілізатора. Якщо на базу транзистора VT9 подати позитивну напругу, то він відкриється, зашунтує базове коло складеного транзистора VT6, VT7, VT1, і напруга на виході зменшиться до нуля, оскільки напруга насичення транзистора VT9 менша напруги запирання транзистора VT6.

Зовнішні елементи для мікросхеми вибирають за умови забезпечення режимів її функціонування і отримання необхідних параметрів стабілізатора. Струм діль­ника регулювання вихідної напруги повинен приблизно на порядок перевищувати струм бази транзистора VT5.

Конденсатори С1 та С2 забезпечують стійку роботу мікросхеми. При приймаютьС1 > 0,1мкФ, С2 = 5...10мкФ [11].

Ємність конденсатора С1 вибирати дуже великою не рекомендується, оскільки це зменшує швидкодію стабілізатора, що особливо помітно при імпульсному характері навантаження.