Inp, Область

прямого смещения

-00 -1а акс

Рис. 7.10. Характеристики стабилитрона.

работу в этой области. Выпускаются стабилитроны с номинальным напряжением стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. На рис. 7.10 С/ст = 5 В.

7.5.2. Стабилизатор на основе стабилитрона. Если параллельно стабилитрону подключить нагрузку (рнс. 7.11,а), то напряжение на ней будет равно напряжению стабилизации. При изменении тока нагрузки до нуля (рис. 7.11,6) напряжение на ней остается равным f/cT. Весь ток, который не потребляет нагрузка, отводится в стабилитрон. Мы не будем вдаваться в анализ и расчет стабилизаторов на стабилитронах. Ограничимся следующими выводами: 1) при обратном смещении стабилитрона напряжение на его зажимах остается неизменно равным которое определяется типом стабилитрона; 2) чтобы на стабилитроне установилось указанное опорное напряжение, необходимо на него подать напряжение обратной полярности, вводящее его в состояние пробоя. Чтобы гарантировать это состояние, мы должны пропускать через стабилитрон ток, превышающий минимальный ток стабилизации /ст.мин (типичное значение /ст.мин составляет 5 мА). Ток через стабилитрон за-

пост. п. н - tcm

Рис. 7.11. Стабилизатор напряжения на стабилитроне с включенной (а) и отключенной (б) нагрузкой.

дается резистором Rt напряжением стабилизации и входным напряжением Еву.-

(7.4)

7.6. Основная схема стабилизатора напряжения на ОУ

7.6.1. Стабилизатор на ОУ. При ближайшем рассмотрении схемы стабилизатора на рис. 7.12, а оказывается, что это неинвертирующий усилитель, рассмотренный в разд. 3.6. Напряжение на выходе стабилизатора f/вых задается элементом опорного напряжения и резисторами R.. и /?вх:

По.с + Я,

вх

(7.5)

Из уравнения следует, что при изменении тока нагрузки / напряжение V вых не меняется. Напряжение пульсаций и изменения среднего значения напряжения выхода нестабилизированного источника питания поглощаются (сглаживаются) операционным усилителем. Напряжение между выводами 7/ и 6 не должно превышать 36 В. Напряжение на выходе (вьгеод 10) и неинверсном входе (вывод 5) всегда должно быть по меньшей мере на 2 В ниже напря-

Рис. 7.12. Схема, поясняющая принцип действия (а), и практическая схема (б) стабилизированного источника питания на ОУ.

жения на выводе 11, в противном случае ОУ войдет в состояние положительного или отрицательного насыщения.

Любой из резисторов У?о.с и /?вх либо элемент СУоп можно разместить вдали от операционного усилителя, и их значение можно изменять с тем, чтобы менялось выходное напряжение f/вых- это называется дистанционным управлением\ Описанная схема стаби-

) При этом следует принять меры защиты от помех. - Ярил, перев.

лизирует напряжение на нагрузке, делая его неизменным и не зависящим от тока нагрузки.

7.6.2. Стабилизатор на ОУ с опорным стабилитроном. На

рис. 7.12,6 элемент, задающий f/on, заменен на стабилитрон и резистор смещения R, величину которого определяют из соотношения (7.4). Чтобы стабилитрон работал в области пробоя, напряжение на выводе 10 всегда должно быть на несколько вольт выше напряжения на выводе -

Напряжение на выводе 11 всегда должно быть приблизительно на 2 В выше напряжения на выводе 10, чтобы избежать насыщения у операционного усилителя. Эта разность в 2 В между минимальным напряжением нестабилизированного источника питания С/нест.мии И напряжением на выходе стабилизатора И вых настолько важна, что для всех интегральных стабилизированных источников питания она определяется специальным термином: минимальное разностное напряжение вход-выход. Проиллюстрируем сказанное расчетным примером.

Требуется рассчитать стабилизатор напряжения на 15 В по схеме рис. 7.12,6.

1. Выберем стабилитрон с напряжением стабилизации, равным

приблизительно (/з-/г) С/вых; С/ст = 5 В.

2. Определим значение R из уравнения (7.4):

15в -5в

=2 кОм.

5 мА

3. Подберем Ro.c+Rbx так, чтобы это сопротивление отводило от выхода стабилизированного источника С/вых = 15 В ток, приблизительно равный 1 мА: Ro.c + Rbk=15 В/1 мА=15 кОм; выберем потенциометр сопротивлением 10 кОм.

4. Из уравнения (7.5) определим

в.=( о.с+ вх) Т = 10 ОМ

установим движок потенциометра в положение /?вх = 3,33 кОм или заменим его на два постоянных резистора У?вх = 3,33 кОм и /?о.с = 10 кОм-3,33 кОм=6,б7 кОм.

5. Минимальное напряжение нестабилизированного источника (напряжение на выводе И) должно быть равно С/вых-Ь2 В=17 В,

7.7. Стабилизатор на ОУ с мощным выходом по току

7.7.1, Проходной транзистор. Стабилизатор на ОУ по схеме рис. 7.12 способен выдавать в нагрузку ток не свыше 5 мА. Добавив в эту схему проходной транзистор (рис.7.13,а), мы расширим диапазон тока нагрузки приблизительно в 100 раз, т. е. до 0,5 А.

Коэффициент стабилизации в такой схеме определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона. - Яриж ред.

Проссодтй транзистор £N30SS

Проходной транзистор

К выводи

К нестаВилизиро6антм1; источнику питания

Бустерный транзистор 2N30SS

/(нагрузке,. Яд и S

Рис. 7.13. Увеличение отдачи по току стабилизатора напряжения на ОУ.

а - стабилизатор напряжения с проходным транзистором; б - включение дополнительного

транзистора для усиления тока.

Чтобы посмотреть, как это происходит, предположим, что t/вых установлено на уровне 15 В в соответствии с уравнением (7.5) или расчетным примером в разд. 7.6.2. Пусть теперь /? = 30 Ом, так что ток нагрузки /н= С/вых ?н= 15 В/30 Ом = 0,5 А. Этот ток отдает в нагрузку - эмиттер (Э) - проходного транзистора. Если тран-

знстор имеет р (коэффициент усиления по току), равным 100, то в базу транзистора требуется подавать ток / /р = 500 мА/100=5 мА. Операционный усилитель может отдать от своего выходного зажима (вывод 10) в базу (Б) ток. равный 5 мА.

Изменения нестабилизированного напряжения f/нест в результате пульсаций или из-за плохой стабильности постоянного напряжения выделяются на коллекторном переходе проходного транзистора. Проходной транзистор следует поставить на радиатор, способный рассеять мощность

расс (fHecT вых) .Mai

(7.6)

Пример 7.3. Определить мощность, рассеиваемую на проходном транзисторе в с.еме рис. 7.13, с, если t/ ecT=24 В, /н.макс=0,5 А и Увых=15 В.

Решение. Из уравнения (7.6) следует

расс = (24В- 15В)0,5А = 4,5 Вт.

7.7.2. Составной транзистор. Проходной транзистор в схеме рис. 7.1.3, о можно заменить составным транзистором, еще более увеличив способность стабилизатора отдавать ток в нагрузку (нагрузочную способность). Из рис. 7.13,6 видно, что ОУ может отдать в базу первого транзистора составной пары ток до 5 мА. Ток с эммиттера этого транзистора, усиленный в 100 раз и равный 0,5 А, поступает в базу мощного (бустерного) транзистора. Усиление по току этого транзистора позволяет получить в цепи эмиттера (т. е. в цепи нагрузки) ток свыше 1 А. На практике .мощность, рассеиваемая на мощном транзисторе, ограничивает ток нагрузки несколькими амперами. Для получения больших токов нагрузки мы должны подключить параллельно (бустерному) транзистору дополнительно еще несколько (бустерных) транзисторов (см. Solid State Devices and Applications by DriscoU and Coughlin, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1975, p. 224).

7.8. Защита от короткого замыкания или перегрузки

Защиту от короткого замыкания выхода стабилизатора напряжения легко ввести, добавив в его схему токоограничивающий транзистор Гз и измерительный резистор как показано на рис. 7.14. Ток нагрузки h протекает через Ru. Обычно стабилизатор рассчитан на определенный максимальный ток нагрузки / .макс, который намного превышает токи через R и Ro.c-

Резистор Rk следит за тем, чтобы стабилизатор не пропускал в нагрузку слишком большой ток. Когда /и достигает уровня /н.макс, падение напряжения на /? возрастает приблизительно до 0,6 В. При этом транзистор Тз открывается, и через его коллектор ток с выхода ОУ отводится от базы проходного транзистора