3. Проектирование интегрального стабилизатора напряжения (исн) на уровне инженерного синтеза схемы

3.1. Выбор функциональной схемы исн

ИСН - как правило, компенсационные непрерывные СН. Напряжение на его выходе поддерживается постоянным за счет действия общей ООС.

Обычно, они строятся на основе последовательного включения РЭ по отношению к нагрузке, так как такое выполнение позволяет реализовать высокий КПД (η=0,6-0,8) и получить хорошие стабилизирующие свойства микроэлектронных устройств.

На начальном этапе проектирования ИСН выбираем следующую функциональную схему:

Рис. 4

Функциональный состав схемы:

РЭ – регулирующий элемент, реализуемый на составном транзисторе VT1, VT2;

ИОН – источник опорного напряжения;

ДУ – дифференциальный усилитель сигнала рассогласования;

R₁, R₂ – делитель выходного напряжения;

R_н – эквивалент нагрузки.

Проектируемый стабилизатор – это компенсационный стабилизатор с общей отрицательной обратной связью.

Силовой ток нагрузки течет по цепи (I_н.макс): + U_вх, КЭ транзистора VT1 РЭ, эквивалент нагрузки Rн, общая шина. Толька эта цепь в стабилизаторе сильноточная (А). Все остальные цепи слаботочные (единицы и доли A).

Рассмотрим работу цепи отрицательной обратной связи в случае, если под воздействием дестабилизирующих факторов, например t, на выходе увеличится напряжение с +15В до +16В. Итак, на выходе получили положительное приращение напряжения, которое через делитель напряжения R1, R2 передается на инвертирующий вход ДУ, на выходе ДУ получаем отрицательное приращение, которое не инвертируется транзисторами VT2, VT1, включенными в петле обратной связи по схеме с ОК. Поэтому на выход стабилизатора возвращается отрицательное приращение напряжения, компенсируя первоначальное положительное возмущение. Следовательно в стабилизаторе имеем общую ООС, стабилизирующую выходное напряжение.

Комментарий: (если рассматривать ту же ситуацию, но на рис.10) При этом на выходе получили положительно приращение напряжения, которое через делитель R16, R17 передается на базу транзистора VT12. VT12 (ОЭ – инвертирует) – VT10 (ОБ – не инвертирует), VT15, VT22, VT23 (ОК – не инвертирует), R15 – выход, т. о. на выход возвращается отрицательное приращение (в петле обратной связи 1 инверсия VT12 (ОЭ)), компенсируя первоначальное положительное приращение.

Другая петля цепи ООС. База VT12, VT12 (ОК – не инвертирует), VT11, VT9 (ОБ), VT8 (ОК), VT7 (ОЭ – инвертирует), VT15, VT16, VT22, VT23, (ОК – не инвертирует), выход R15. Обратная связь тоже отрицательная VT7 (ОЭ – инвертирует)

Проведем расчёт сопротивлений резисторов схемы.

R_н.мин = U_вых/I_н.макс

Дано:

U_вых=5 В;

I_н.макс=3А.  R_н.мин = U_вых/I_н.макс= 5/3 Ом.

Расчет сопротивления делителя напряжения.

Дано:

U_вых=5 В;

U_ОП - постоянное низковольтное напряжение на выходе ИОН.

Задаемся током делителя

I_дел. = I_R1 = I_R2= 2 мА

т.е. I_вх. = 0 и U_см. = 0 (в предположении, что ДУ идеальный)

R₁=

R₂ =

Окончательно выбираем функциональную схему, представленную на рис. 5:

Рис. 5

Эта схема в основном полностью совпадает с рассмотренной выше, только в ней введены дополнительные узлы:

УЗСР – узел задания статического режима;

ИТ – источник тока для питания входа РЭ;

С_н – емкость нагрузки (т.е. это конденсатор на выходе для дополнительной фильтрации выходного напряжения).