Микромощные стабилизаторы напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Один из наиболее важных показателей радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием - экономичность входящих в ее состав узлов. В микромощных стабилизаторах напряжения, описанных ниже источник образцового напряжения выполнен не на стабилитроне, минимальный рабочий ток которого равен нескольким миллиамперам, а на полевом транзисторе с p-n переходом. Образцовым в этом случае будет напряжение отсечки транзистора. Подобное схемное решение позволило снизить потребляемый стабилизатором ток примерно до 100 мкА. Приняв дополнительные меры по обеспечению термостабильности выходного напряжения, такие стабилизаторы можно использовать в качестве источников образцового напряжения (ИОН) весьма высокой точности.

Первый вариант стабилизатора напряжения собран на частотно-скорректированном операционном усилителе К154УД1Б (рис.1), обладающем большим коэффициентом усиления по напряжению (Ku>=2*105) и малым потребляемым током (Iп<= 1,2*10-4). Несмотря на простоту схемы, стабилизатор обладает высокими техническими характеристиками:

• Потребляемый ток, А.......10-4
• Коэффициент стабилизации, не менее.......4*104
• Выходное сопротивление, Ом, не более.......10-3
• Максимальный ток нагрузки, A.......10-2
• Температурный коэффициент выходного напряжения, 1/°С, не более.......5*10-4

Напряжение смешения полевого транзистора VT1, являющееся в стабилизаторе образцовым, формируется на резисторе R1. ОУ DA1 включен по схеме неинвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого задан делителем R2R3, включенным в цепь отрицательной обратной связи. Так как на иеинвертирующий вход ОУ DA1 подано образцовое напряжение Uобр, то на его выходе будет Uвых = (R3/R2+1)*Uобр.

Сток полевого транзистора VT1 подключен к выходу стабилизатора, поэтому образцовое напряжение поддерживается с очень высокой точностью. Испытания показали, что при увеличении питающего напряжения от 6,7 В до 32 В изменение выходного напряжения не удается зарегистрировать пятиразрядным цифровым вольтметром Щ68002 (с разрешающей способностью 0,1 мВ на пределе 10 В). Таким образом, нестабильность выходного напряжения в рассмотренном стабилизаторе обусловлена в основном качеством его пассивных элементов (резисторов) и температурной зависимостью образцового напряжения.

Эту зависимость можно свести практически к нулю ценой небольшого увеличения потребляемого тока. Дело в том, что для полевых транзисторов самых различных типов существует такое значение тока стока, при котором напряжение затвор-исток не зависит от температуры.

Кстати, известно, что это значение для транзисторов с p-каналом и напряжением отсечки 1...2 В лежит в пределах от 25 до 250 мкА. В действительности эти пределы, видимо, шире, чем принято считать. Так, для одного из экземпляров полевого транзистора, проверенного в рассмотренном стабилизаторе, оно оказалось равным 650 мкА.

Рис. 1

Благодаря высоким техническим характеристикам, описанный стабилизатор напряжения целесообразно использовать и в аппаратуре с сетевым питанием. Входное напряжение не должно превышать 32 В. Для увеличения допустимого тока нагрузки ее надо подключать к выходу ОУ DA1 через эмиттерный повторитель на транзисторе соответствующей мощности. При токе, большем 1 А, скорее всего потребуется составной повторитель на двух транзисторах. Необходимое значение выходного напряжения устанавливают, подбирая резисторы R2, R3. Для обеспечения нормальной работы ОУ DA1 образцовое напряжение не должно быть менее 2 В, а выходное (на выводе 6) - не более (Uпит - 2) В.

Принципиальная схема второго варианта стабилизатора изображена на рис.2. Собран он на широко распространенных элементах и имеет следующие технические характеристики:

• Потребляемый ток, А, не более.......9*10-5
• Коэффициент стабилизации.......8*102
• Выходное сопротивление, Ом.......2*10-2
• Максимальный ток нагрузки, А.......5*10-2
• Температурный коэффициент выходного напряжения, 1/°С, не более.......5*10-5

Интересной особенностью этого стабилизатора является использование в качестве термокомпенсирующего элемента стабилизатора тока на полевых транзисторах VT1, VT2, который, кроме того, выполняет и свою основную функцию динамической нагрузки с большим внутренним сопротивлением. В отличие от первого варианта, здесь имеется возможность задания токового режима работы транзисторов, а значит, и потребляемой мощности. Например, если увеличить сопротивление всех резисторов в несколько раз, то потребляемый ток соответственно уменьшится.

Стабилизатор построен по компенсационной схеме. Управляющий элемент выполнен на транзисторе VT3, включенном по схеме ОЭ. Этот элемент охвачен глубокой отрицательной обратной связью через составной повторитель напряжения на транзисторах VT4, VT5. Нагрузкой транзистора VT3 служит стабилизатор тока VT1, VT2, R1. Благодаря каскодному включению удалось получить очень большое внутреннее сопротивление стабилизатора тока - около 150 МОм, что значительно улучшило технические характеристики всего устройства в целом.

Для того чтобы повторитель напряжения VT4, VT5 не оказывал влияния на ток, протекающий через транзисторы VT1-VT3, первый транзистор повторителя выбран полевым. Второй транзистор повторителя должен быть биполярным, так как, благодаря большей крутизне характеристики по сравнению с полевым, это позволяет значительно уменьшить выходное сопротивление повторителя напряжения и стабилизатора в целом.

Рис. 2

Идея температурной стабилизации выходного напряжения сводится к следующему. Напряжение Uбэ между базой и эмиттером биполярного транзистора при фиксированном токе коллектора имеет отрицательный температурный коэффициент -2 мВ/°С. В свою очередь, ток стока полевого транзистора в области микротока из-за температурного дрейфа напряжения отсечки. равного примерно +2 мВ/°С, зависит от температуры с коэффициентом около +10-3/°С. Этот ток, протекая через резистор R2 стабилизатора создает падение напряжения, которое при определенном значении сопротивления R2 будет иметь температурный коэффициент +2 мВ/°С. Таким образом, выходное напряжение, равное Uвых=(UБЭ3+UR2) (R4/R5+1), от температуры зависеть почти не будет (UБЭ3 - напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT3). Наименьшего значения температурного коэффициента можно добиться, если тщательно подобрать резистор R2.

Для надежной работы узла термокомпенсации необходимо поддерживать разность температуры p-n переходов транзисторов VT1 и VT3 на предельно минимальном уровне (не более 0,05°С). Наиболее просто эту проблему можно решить, обеспечив тепловой контакт между корпусами этих транзисторов. Но эта мера не всегда оправдана и может оказаться излишней. Если отсутствуют факторы, которые могут стать причиной теплового градиента (близко расположенные нагревающиеся детали, например, теплоотводы мощных транзисторов), то корпусы транзисторов VT1 и VT3, даже установленных отдельно, будут иметь одинаковую температуру с точностью до нескольких сотых долей градуса. Собственная же тепловая мощность, выделяющаяся в них, не превышает 30 мкВт, а это приводит к повышению температуры кристалла полупроводника не более чем на 0,03 °С (типичное значение теплового сопротивления переход - окружающая среда, для маломощных транзисторов равно 0,5...1 С/мВт). Это показывает, что высокая термостабильность выходного напряжения может быть обеспечена в ряде случаев и без теплового контакта корпусов транзисторов VT1 и VT3.

При выборе деталей для стабилизаторов особое внимание нужно уделить отбору полевых транзисторов по напряжению отсечки. Для первого варианта стабилизатора (рис.1) оно должно быть больше 2 В. Транзистор VT1 во втором варианте (рис.2) должен иметь напряжение отсечки в пределам 0,6...1 В, VT2 - 1,8...2,2 В. VT3 - 1..3 В. Других особых требований к транзисторам не предъявляется, поэтому вместо КП303Е можно использовать транзисторы серий КП302 и КП307, вместо КТ315Г - КТ3102Г - КТ3102Е, КТ342Б, КТ342В.

Так как стабилизатор тока VT1VT2R1 (рис.2) представляет собой двухполюсник, то вместо полевых транзисторов с p-каналом можно применить транзисторы с n-каналом, соблюдая при этом нужную полярность включения.

В качестве замены ОУ К154УД1Б можно рекомендовать К140УД12 и КР1407УД2, но у них другая цоколевка и допустимый ток нагрузки менее 1 мА. Корректирующий конденсатор С1 -любой керамический серий КМ-5, КМ-6 и др.

При невысоких требованиях к временной и температурной стабильности выходного напряжения в стабилизаторах лучше использовать резисторы МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25 с допуском 5%, в противном же случае все резисторы (кроме R3 на рис.2) должны быть прецизионными, например, С2-13-0,25 с допуском 0,1 %.

Налаживание стабилизаторов состоит в установке нужного значения выходного напряжения выбором соотношения сопротивления резисторов цепи обратной связи. В каждом стабилизаторе приняты меры для устранения самовозбуждения на высокой частоте путем включения в цепь отрицательной обратной связи корректирующих конденсаторов С1 небольшой емкости. Тем не менее вероятность появления паразитной генерации не исключена. Это возможно при наличии на выходе стабилизаторов нагрузки с емкостью 500 пф...0,1 мкф. Для устранения паразитной генерации достаточно включить оксидный конденсатор емкостью 1...10 мкф параллельно нагрузке стабилизатора.

Автор: С.Федичин

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Поезда вместо самолетов 30.01.2020 Жители Европы все чаще отдают предпочтение железнодорожному транспорту вместо авиаперелетов, потому что стыдятся вреда, который самолеты наносят экологии. В Европе стремительно набирает популярность движение в защиту экологии, символом которого стала шведская школьница Грета Тунберг. Экологические активисты, в частности, продвигают явление, получившее название Flight Shaming - его сторонники призывают устыдиться тех, кто летает самолетами и тем самым якобы наносит вред планете. Судя по всему, европейцам действительно становится стыдно летать: в Швеции и Германии впервые за десять лет упало количество авиаперелетов. Шведские аэропорты в 2019 году приняли на 4% меньше пассажиров, чем в 2018 году, а авиакомпании перевезли на 2% меньше людей (на внутренних рейсах - на 9% меньше). Немецкие авиакомпании доставили на 0,4% меньше пассажиров, при этом спад перевозок внутри страны составил 2%. Сторонники флайтшейминга призывают пользоваться поездами вместо самолетов и, видимо, это работает: в Европе наблюдается рост пассажиропотока на железнодорожных магистралях. Немецкая Deutsche Bahn в 2019 году перевезла рекордное число пассажиров в поездах дальнего следования - около 150 миллионов человек за год. Из-за увеличения трафика железнодорожные сети Европы могут столкнуться с проблемами, связанными с устаревшей инфраструктурой. К примеру, 33 тысячи километров железных дорог Германии перегружены, из-за чего каждый четвертый поезд прибывал в 2019 году с опозданием. В Великобритании ситуация еще хуже - опаздывает каждый третий поезд и вагоны часто переполнены.

Другие интересные новости:

▪ LOG114 - новый логарифмический усилитель

▪ Носимые глаза

▪ Автомобильная фара на светодиодах

▪ LDC0851 - компаратор индуктивности высокой точности

▪ Плитка ПВХ и линолеум опасны для астматиков

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гирлянды. Подборка статей

▪ Справочник кроссвордиста

▪ статья Как родился бог Дионис? Подробный ответ

▪ статья Муреция пахучая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Коммутатор стеклоочистителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Исполнительные узлы схем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026