Радиоэлектронные устройства (справочник) (стр. 63 )

Важным свойством стабилизаторов напряжения является спо­собность переходить в режим самозащиты при перегрузках и корот­ких замыканиях на выходе. Почти все схемы защиты управляются включенным в цепь нагрузки резистором с малым сопротивлением. Ток нагрузки создает падение напряжения на этом сопротивлении, которое включает защитную схему. Схема защиты может работать в двух режимах - с автоматическим включением выходного напря­жения стабилизатора после устранения короткого замыкания и с блокировкой, когда для восстановления выходного напряжения тре­буются внешние сигналы.

Включение корректирующих элементов ОУ, которые применя­ются в приведенных ниже схемах, показано в гл. 1.

1. ФОРМИРОВАТЕЛИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилитроны. Серийно выпускаемые стабилитроны име­ют разные вольт-амперные характеристики. Максимальной крутиз­ной обладают стабилитроны с опорным напряжением 7 — 8 В. Тем­пературный коэффициент напряжения (ТКН) стабилитронов с на­пряжением стабилизации менее 5 В имеет отрицательное значение. Для опорного напряжения около 5,4 В при токе 7 мА ТКН равен нулю. Стабилитроны с опорным напряжением более б В имеют по­ложительный ТКН.

Минимальным внутренним дифференциальным сопротивлением обладают диоды с опорным напряжением 7 — 8 В. Все остальные диоды имеют большое внутреннее сопротивление. Это сопротивле­ние сильно зависит от тока, протекающего через диод. Рабочим то­ком стабилитронов следует считать ток более 3 мА. Ряд графиф-ских зависимостей, характеризующих работу стабилитронов, приве­ден на рис. 16.1.

Управляемый стабилитрон. В обычных стабилитронах при из­менении протекающего тока в некоторых. пределах меняется опор­ное напряжение Е0. В приведенной схеме (рис. 16.2, а) ток, проте­кающий через стабилитрон, контролируется ОУ. Если ОУ не может обеспечить требуемый ток нагрузки, то на выход ОУ целесообраз­но включить транзистор (рис. 162, б). Транзистор полезен и в слу­чае протекания значительного тока через стабилитрон, например, более 5 — 10 мА (при этом стабилитрон обладает меньшим внутрен­ним сопротивлением). Выходное напряжение определяется выра­жением U=EO/[1 — R3/(R2+R3)]. При изменении соотношения между сопротивлениями R2 и R3 можно регулировать выходное напряже­ние в широких пределах. Временной дрейф выходного напряжения не превышает 1 мВ, температурный дрейф в диапазоне от 0 до 85°С не превышает 1 мВ. Выходное сопротивление при изменении тока нагрузки до 20 мА составляет 0,025 Ом. Общая нестабильность выходного напряжения не превышает 0,05 %.

Рис. 16.1

Рис. 16.2

Стабилизатор напряжения на светодиоде. С помощью светоди-одов можно получить стабилизатор с индикацией (рис. 163). Ин­тенсивность свечения диода зависит от протекающего ччерез него тока. Этот ток определяется сопротивлением резистора R1.

Рис. 16.3

Дифференциальное, сопротивление прямой ветви светодиода АЛ 108 равно 0,3 — 12 Ом. При обратном напряжении пробой насту­пает при напряжении для АЛ 108 — 104-20 В и АЛ 109 — 5-М О В. Температурный коэффициент изменения прямого напряжения равен приблизительно 0,12 % на градус. Прямое напряжение при токе 100 мА для АЛ108 равно 1,15 — 1,25 В, а для АЛ109 — 1,0-М,15 В, емкость переходов равна соответственно 130 — 300 пФ и 200 — 400 пФ.

Схема термостабильного опорного напря­жения. Схема (рис. 16.4) позволяет получить стабильное напряжение в широком диапазоне температур. Опорное напряжение, имеющее нулевой ТКН, устанавливается потенциомет­ром: U0п = Uд+ТКНд/ТКНстUст, где Uд — па­дение напряжения на диоде; Uст — опорное напряжение стабилитрона, ТКНД и ТКНст — температурные коэффициенты напряжения ди­ода и стабилитрона. Если вместо одного диода VD2 включить два кремниевых диода, то опор­ное напряжение увеличится в два раза.

Рис. 16.4 Рис. 16.5

Низковольтный стабилитрон. Стабилитрон (рис. 16.5) имеет опорное напряжение 0,65 В для кремниевых и 0,3 В для германие­вых транзисторов. Внутреннее сопротивление стабилитрона менее 5 Ом. Стабилитрон обладает коэффициентом стабилизации 103. Из­менение выходного напряжения при изменении температуры состав­ляет 2 мВ/град или 1 % на градус для германиевых транзисторов и 0,3 % на градус для кремниевых транзисторов.

Полевой транзистор в качестве низковольтного стабилитрона. При включении резистора в цепь истока полевого транзистора воз­никает напряжение ОС. Это напряжение слабо зависит от питаю­щего напряжения. Напряжение ОС определяется потенциалом от­сечки полевого транзистора. Схема с одним транзистором (рис. 16.6, а) обеспечивает внутреннее сопротивление приблизи­тельно 30 Ом, а с двумя транзисторами (рис. 166, б) имеет вну­треннее сопротивление менее 5 Ом. Кроме того, схема с двумя транзисторами обладает и большим коэффициентом стабилизации (более 103). Температурная стабилизация может быть обеспечена, если режим работы транзистора вывести в термостабильную точку, а также применить терморезисторы в цепи истока.

Увеличение максимального тока стабилитрона. Устройство (рис. 16 7) служит для стабилизации напряжения в цепях, в которых ток нагрузки превышает максимальный ток стабилитрона Когда напряжение на коллекторе транзистора превышает опорный уровень стабилитрона, начинает протекать базовый ток транзисто­ра, который в h21Э раз меньше коллекторного тока. В результате основной ток резистора R1 будет протекать через транзистор Схе­ма выполняет функции стабилитрона с увеличенным максимально допустимым током. Внутреннее сопротивление устройства составля­ет 0,6 Ом.

Рис. 16.6

Рис. 16.7

Схема с отрицательным коэффициентом стабилизации. Схема формирования опорного напряжения (рис. 16.8, а) имеет отрица­тельный коэффициент стабилизации K=ДE/ДU. Этот коэффициент можно регулировать изменением сопротивлений резисторов R1 и R2.

Зависимость этих параметров выражается формулой К= — K1/K2. Графическая интерпретация зависимостей представлена на рис 16.8, б.

Схема с регулируемым коэффициентом стабилизации. Схема формирования опорного напряжения (рис. 16.9, а) обладает как положительным, так и отрицательным коэффициентами стабилиза­ции. Знак коэффициента стабилизации определяется отношением сопротивлений резисторов R2/R4. При R4<R2 .коэффициент стабили­зации имеет положительный знак, а для R4>R2 — отрицательный. Зависимость изменения выходного напряжения от входного при различных сопротивлениях R4 представлена на рис. 16.9, б.

Рис. 16.8

Рис. 16.9

Рис. 16.10

Схема низковольтного опорного источника. Источник опорного напряжения (рис. 16.10, а) построен на интегральной микросхеме К101КТ1. С помощью этой схемы можно получить стабильное на­пряжение 0,7 В с внутренним сопротивлением менее 10 Ом. Выход­ное напряжение зависит от температуры с коэффициентом 2 мВ/град. Коэффициент стабилизации равен приблизительно 5-103. На рдс. 16.10, б представлена зависимость напряжения стабилиза­ции от подводимого напряжения.

2. МАЛОМОЩНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

Генераторы тока. Генератор тока (рис, 16.11, а) построен на основе принципа стабилизации базового напряжения в транзи­сторе. Напряжение на резисторе R1 при изменении Е будет опреде­ляться опорным напряжением стабилитрона. Зависимость выходного тока от Е приведена на графике. Коэффициент стабилизации ДE/ДI=26.

Значительно более высокий коэффициент стабилизации у дру­гого генератора тока (рис. 16.11, б) — более 57. Коэффициент ста­билизации возрастает, если увеличить ток, протекающий через ста­билитроны. Следует иметь в виду, что при плавной установке на­пряжения Е схема может оказаться в закрытом состоянии. Для ее запуска служит резистор R3.

Стабилизатор напряжения с ОС. В основу стабилизатора на­пряжения (рис. 16.12) положен стабилизатор тока, работающий на стабилитрон. Коллекторный ток транзистора VT2 протекает через стабилитрон VD4 и сопротивление нагрузки. Значение этого тока определяется резистором R4 и опорным напряжением стабилитрона VD2. Диод VD3 служит для термостабилизации. Поскольку ток потребляемый внешней нагрузкой (Rн1 и RН2), может меняться вы­ходное напряжение стабилизатора будет нестабильным. Для стаби­лизации этого напряжения часть тока нагрузки протекает через транзистор VTL Этот ток создает падение напряжения на рези­сторе R2, которое меняет эмиттерный ток транзистора VT2. В ре­зультате ток, протекающий через стабилитрон VD4, остается посто­янным. Таким образом отслеживаются изменения внешней на­грузки.

Транзисторная модель низковольтного стабилитрона. Стабилит­рон, собранный и. а двух транзисторах разных типов проводимости (рис. L6.13), позволяет получить стабилитрон с опорным напряже­нием 0,9 В. Внутреннее сопротивление эквивалентного стабилитрона менее 10 Ом. Максимально допустимый ток составляет 30 мА. Этот параметр определяется током транзисторов. Если применить более мощные транзисторы, то ток можно увеличить до сотен миллиам­пер. Применение германиевых транзисторов вместо кремниевых снижает опорное напряжение на 0,4 В.