38. Стабилизаторы напряжения. Классификация. Основные параметры. Область применения. Параметрические стабилизаторы напряжения.

Стабилизатор напряжения – это электронное устройство, которое обеспечивает постоянство выходного напряжения при изменении входного напряжения или тока нагрузки. Стабилизаторы напряжения подразделяются на параметрические, компенсационные и ключевые. Основными параметрами стабилизаторов являются:

• выходное напряжение U_вых;

• выходной ток I_вых;

• пределы изменения входного напряжения Δ U_вх;

• пределы изменения выходного тока Δ I_вых;

• рассеиваемая мощность P_рас;

• коэффициент нестабильности по напряжению K_HV и току K _HI : ; ;

• температурный коэффициент напряжения и др.

Параметрические стабилизаторы напряжения строятся на основе стабилитронов или стабисторов (рис.89).

Схема состоит из балластного резистора R_б и стабилитрона VD. При изменении входного напряжения U_вх напряжение на выходе стабилизатора будет изменяться незначительно, т. к оно определяется малоизменяющимся обратным напряжением стабилитрона U_стаб.. При этом будет только изменятся ток через стабилитрон I_стаб.. Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать величину сопротивления R_б, при котором ток через стабилитрон лежит в пределах: I_{ст.мин.доп}<I_ст<I_{ст.мак.доп} при изменении напряжения U_вх в заданных пределах.

Рассмотренная выше схема параметрического стабилизатора напряжения отличается низким КПД и небольшими нагрузочными токами. Нагрузочной ток можно повысить, если на выходе поставить эмиттерный повторитель (рис.90). Транзистор VT выбирается исходя из заданного тока нагрузки.

Рис. 89. Схема параметрического стабилизатора напряжения(а),

вольт-амперная характеристика(б)

К омпенсационные стабилизаторы напряжения. Классификация. Параметры. Ключевые стабилизаторы напряжения.

Рис. 90. Параметрический стабилизатор напряжения с эмиттерным повторителем

Рис. 91.Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения представляет собой устройство автоматического регулирования. Он включает в себя усилитель и регулирующий элемент, в качестве которого применяются транзисторы (рис.91).

Принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения заключается в том, что при изменении входного напряжения U_вх или тока нагрузки I_н изменяется выходное напряжение U_вых. Это изменение DU_вых поступает на вход усилителя, усиливается и изменяет напряжение на регулирующем элементе U_р таким образом, чтобы стабилизировать выходное напряжение U_вых.

Для схемы стабилизатора U_вх=U_p+U_вых. При изменении входного напряжения на величину DU_вх имеем:

.

Необходимо, чтобы DU_p®DU_вх, а DU_вых®0. В качестве усилителя могут использоваться транзисторные каскады, ОУ и т.д. В настоящее время в качестве стабилизаторов напряжения широко используются интегральные схемы серии К142. Они построены на принципе компенсационных стабилизаторов напряжения и подразделяются на универсальные стабилизаторы и стабилизаторы с фиксированным напряжением.

Универсальные стабилизаторы напряжения имеют внешний делитель напряжения, с помощью которого выходное напряжение можно регулировать в широких пределах. К ним относятся микросхемы К142ЕН1, К142ЕН2, К142ЕН3, К142ЕН10.

Микросхема К142ЕН3 имеет защиту по короткому замыканию и от нагрева (рис.92).

Расчет универсального стабилизатора производится исходя из двух условий:

1,5мА и

Мощность рассеивания на ИС определяется по формуле .

Для увеличения тока нагрузки параллельно с микросхемой ставят мощный транзистор, например, КТ805А, КТ829 и т.д.

Микросхемы с фиксированным напряжением имеют внутренний делитель напряжения и настроены на определенное выходное напряжение. К таким ИС относятся 142 ЕН5, ЕН6, ЕН8 и др. Схемы имеют защиту от короткого замыкания. Выходное напряжение определяется цифрой и буквой в конце маркировки (табл.3).

Таблица 3

Маркировка	Выходное напряжение (В)	Маркировка	Выходное напряжение (В)
К142ЕН5А	5±0,1	К142ЕН8А	9±0,27
К142ЕН5Б	6±0,12	К142ЕН8Б	12±0,3
К142ЕН5В	5±0,18	К142ЕН8В	15±0,45
К142ЕН5Д	6±0,21	К142ЕН8Д	9±0,36

Микросхема К142ЕН6А, В, Д формирует два разнополярных напряжения по 15В для питания ОУ.

В стабилизаторах с фиксированным напряжением можно повысить выходное напряжение с помощью делителя R₁, R₂. Иногда резистор R₂ заменяют диодом или стабилитроном.

Сопротивление резистора определяется из формулы

,

где I_потр – ток, потребляемый микросхемой. Значение резистора R₁ задается. Вместо резистора R₂ можно использовать диоды или стабисторы.

Методика проектирования компенсационных стабилизаторов напряжения заключается в выборе необходимых микросхем, расчете делителей и подборе радиаторов для ИС. Величина емкостных фильтров С_ф1 и С_ф2 берется из справочной литературы. Обычно С_ф2 ≥10 мкФ. Напряжение на микросхеме должно быть не менее 2 вольт, однако увеличение этого напряжения приводит к существенному снижению КПД стабилизатора и увеличению массогабаритных показателей за счет радиаторов. Компенсационные стабилизаторы напряжения применяются при небольших нагрузочных токах.