2. Интегральный стабилизатор напряжения непрерывного действия

Полупроводниковые ИСН серии К142 ЕН (рис. 7) представляют собой стабилизаторы компенсационного типа, выполненные по интегральной технологии, имеющие схему защиты от токовых перегрузок при коротком замыкании выходных зажимов схемы.

Для регулировки выходного напряжения в этих стабилизаторах применяется внешний делитель (R6). Такое построение схемы позволяет расширить диапазон выходных регулируемых напряжений.

Выше было показано, что резистивный делитель с большим коэффициентом деления, выполняющий функции датчика, уменьшает коэффициент стабилизации. Однако в полупроводниковой схеме можно реализовать необходимый запас коэффициента усиления и тем самым сохранить большой диапазон регулировки выходного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения серии К142ЕН имеют следующие характеристики:

1.К_ст = 40...200;

2.R_вых = 0.1 ...0.2 Ом, (1Ом для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением);

3.Коэффициент нестабильности по напряжению К_нU, [ % / B ]:

К_нU = 0,05...0,3;

4.Коэффициент нестабильности по току К_нI, [ %/А]:

К_нI = 0,2...0,5% , (2,3% для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением);

5.Максимальный ток нагрузки I_{н max}, [ A ]:

I_{н max} = 0,15 A ( P_pac  0,55 Вт ) ,

6.Входное напряжение : 9...40 В .

2.1. Состав микросхем

Микросхема ИСН содержит следующие узлы :

1.Источник опорного напряжения. Этот источник включает в себя параметрический стабилизатор (VD1, VT1) ; эмиттерный повторитель (VT2), уменьшающий нагрузку на источник опорного напряжения; резистивный делитель (R1, R2), служащий для снижения опорного напряжения, подаваемого на базу VT3, до уровня 2...2,5В; термокомпенсирующий диод VD2.

2.Усилитель сигнала ошибки (управляющий элемент), представляющий собой дифференциальный усилитель постоянного тока на транзисторах VT3, VT5 с динамической нагрузкой на полевом транзисторе VT4.

3.Регулирующий элемент на составном транзисторе VT4.

4.Схему защиты стабилизатора от перегрузок по выходному току (VT9, R5, R7, R8).

5.Схему отключения стабилизатора (VT7, VD3, R4).

Для повышения устойчивости работы схемы (устранения самовозбуждения) включают конденсатор С1, уменьшающий коэффициент усиления дифференциального усилителя на высоких частотах.

Конденсатор С2 уменьшает пульсацию выходного напряжения при импульсном характере нагрузки.

2.2. Принцип действия исн.

Допустим, что при подаче входного напряжения U_вх на выходе стабилизатора появилось напряжение U_вых, абсолютная величина которого задана положением движка резистора R6. Это заданное напряжение на выходе стабилизатора при неизменной нагрузке будет изменяться значительно меньше, чем входное напряжение.

Покажем это. Предположим, что по каким-то причинам входное напряжение увеличилось ( например, увеличилось напряжение сети ). Поскольку регулирующий элемент стабилизатора гальванически связан с источником входного напряжения, то случайное увеличение входного напряжения сразу передается на выход схемы, где напряжение также начнет увеличиваться. Через делитель R6 приращение выходного напряжения сразу передается в цепь базы транзистора VT5. Напряжение на эмиттерах VT3, VT5 постоянно и равно Е_оп-U_бэ, поэтому увеличение напряжения на базе VT5 приведет к увеличению тока базы и коллектора транзистора VT5. А это, в свою очередь, вызовет значительно большее уменьшение потенциала коллектора, чем увеличение базового напряжения, поскольку роль коллекторной нагрузки усилителя выполняет большое (сотни кОм) дифференциальное сопротивление полевого транзистора VT4. Таким образом, в результате действия отрицательной обратной связи составной регулирующий транзистор VT6 , VT8 будет запираться и тем самым препятствовать самопроизвольному увеличению заданного выходного напряжения стабилизатора. При уменьшении выходного напряжения U_вых на базу VT6 с выхода усилителя поступит наоборот большее напряжение, которое приоткроет регулирующий транзистор и скомпенсирует это уменьшение.

Аналогично протекает процесс автоматического регулирования и при изменении нагрузки. Так, например, при увеличении тока нагрузки выходное напряжение стабилизатора стремится уменьшиться, однако это уменьшение будет незначительным, т.к. в результате действия отрицательной обратной связи составной регулирующий транзистор будет более открытым.

При уменьшении нагрузки регулирующий транзистор наоборот запирается.