Фіксований стабілізатор напруги з малим падінням напруги

Вся сучасна радіоелектронна апаратура побудована на елементах, чутливих до живлячої електромережі. Від нього залежить не тільки правильне функціонування, але і працездатність схем у цілому. Тому в першу чергу електронні пристрої забезпечують фіксованими стабілізаторами з малим падінням напруги. Вони виконані у вигляді інтегральних мікросхем, які випускають багато виробників по всьому світу.

Що таке стабілізатор напруги з малим падінням напруги?

Під стабілізатором напруги (СН) розуміють такий пристрій, основна задача якого полягає у підтриманні на певному незмінному рівні напруги на навантаженні. Будь стабілізатор має певну точність видачі параметра, яка обумовлена типом схеми та компонентами, що входять до неї.


Внутрішньо СН виглядає подібно замкнутій системі, де в автоматичному режимі напруга на виході підлаштовується пропорційно еталонному (опорного), яке генерує спеціальний джерело. Цей тип стабілізаторів називають компенсаційним. Регулюючим елементом (РЕ) в цьому випадку виступає транзистор – биполярник або польовик. Елемент регулювання напруги може працювати в двох різних режимах (визначається схемою побудови):

активному;

ключовому.

Перший режим передбачає безперервну роботу РЕ, другий – роботу в імпульсному режимі.

Де застосовують фіксований стабілізатор?

Радіоелектронна апаратура сучасного покоління відрізняється мобільністю в глобальному масштабі. Системи живлення пристроїв побудовані на використанні в основному хімічних джерел струму. Завдання розробників у цьому випадку полягає в отриманні стабілізаторів з невеликими габаритними параметрами і як можна меншими втратами електрики на них.


Сучасні СН застосовуються в наступних системах:

засоби мобільного зв'язку;

комп'ютери переносного типу;

елементи живлення мікроконтролерів;

працюють автономно камери спостереження;

автономні охоронні системи та датчики.

Для вирішення питань харчування стаціонарної електроніки застосовують стабілізатори напруги з малим падінням напруги в корпусі з трьома висновками типу КТ (КТ-26 КТ-28-2 та ін). Їх використовують для створення простих схем:

зарядних пристроїв;

блоків живлення побутової електротехніки;

вимірювальної апаратури;

систем зв'язку;

спецобладнання.

Якими бувають СН фіксованого типу?

Всі інтегральні стабілізатори (до складу яких входять і фіксовані) ділять на дві основні групи:

Стабілізатори з мінімально малим падінням напруги гібридного виконання (ГИСН).

Мікросхеми напівпровідникові (ІСН).

СН першої групи виконують на інтегральних мікросхемах і напівпровідникових елементах безкорпусного типу. Усі компоненти схеми розміщують на підкладці з діелектрика, куди методом нанесення товстих або тонких плівок додають з'єднувальні провідники і резистори, а також елементи дискретні змінні резистори, конденсатори та ін Конструктивно представляють мікросхеми закінчені пристрої, вихідна напруга яких фіксовано. Це зазвичай стабілізатори з малим падінням напруги на 5 вольт і до 15 Ст. Більш потужні системи побудовані на потужних транзисторах модульних і схемі управління (малопотужної) на основі плівок. Схема може пропускати струм до 5 ампер.
ІСН мікросхеми виконують на одному кристалі, тому вони мають невеликі розміри і масу. Порівняно з попередніми мікросхемами вони більш надійні і дешевше у виготовленні, хоча за параметрами поступаються ГИСН. Лінійні СН з трьома висновками відносяться до ІСН. Якщо взяти серію L78 або L79 (для позитивних і негативних напруг), то вони поділяються на мікросхеми з:

Слабким струмом на виході близько 0.1 А (L78L**).

Середнім значенням струму, в районі 0.5 А (L78M**).

Сильноточниє до 1.5 А (L78).

Принцип роботи лінійного стабілізатора з малим падінням напруги

Типова структура стабілізатора складається з:

Джерела опорного напруги.

Перетворювача (підсилювача) сигналу помилки.

Дільника сигналу і регулюючого елемента, зібраних на двох резисторах.

Так як величина напруги на виході безпосередньо залежить від опорів R1 і R2 то останні вбудовують в мікросхему і виходить СН з фіксованою вихідною напругою. Робота стабілізатора напруги з малим падінням напруги заснована на процесі порівнювання опорного напруги з тим, яке надходить на вихід. В залежності від рівня невідповідності цих двох показників підсилювач помилки впливає на затвор силового транзистора на виході, прикриваючи або відкриваючи його перехід. Таким чином, фактичний рівень електрики на виході стабілізатора буде мало відрізнятися від заявленого номінального. Також у схемі присутні датчики захисту від перегріву і перевантажувальних струмів. Під впливом цих датчиків у вихідного транзистора повністю перекривається канал, і він перестає пропускати струм. В режимі відключення мікросхема споживає всього 50 мікроампер.

Схеми включення стабілізатора з малим падінням напруги

Інтегральна мікросхема-стабілізатор зручна тим, що має всередині всі необхідні елементи. Установка її на плату вимагає включення лише фільтруючих конденсаторів. Останні покликані усунути перешкоди, які приходять від джерела струму і навантаження, як видно на малюнку.
Щодо серії СН 78xx і використання танталових або керамічних конденсаторів шунтування входу і виходу, ємність останніх повинна бути в межах до 2 мкФ (вхід) і 1 мкФ (вихід) при будь-яких допустимих значеннях напруги і струму. Якщо застосовувати алюмінієві конденсатори, їх номінал не повинен бути нижче 10 мкФ. Підключати елементи слід максимально близько до висновків мікросхеми. У разі коли немає в наявності стабілізатора напруги з малим падінням напруги потрібного номіналу, можна збільшити номінал СН з меншого на більший. За рахунок підняття рівня електрики на загальному висновку домагаються приросту його на таку ж величину на навантаженні, як показано на схемі.

Переваги та недоліки лінійних та імпульсних стабілізаторів

Інтегральні мікросхеми безперервної дії (СН) мають наступні переваги:

Реалізовані в одному корпусі невеликого розміру, що дозволяє ефективно розташовувати їх на робочому просторі друкованої плати.

Не вимагають установки додаткових регулюючих елементів.

Забезпечують хорошу стабілізацію вихідного параметра.

До недоліків можна віднести низький ККД, що не перевищує 60%, пов'язаний з падінням напруги на вбудованому регулюючому елементі. При великій потужності мікросхеми необхідно застосовувати радіатор охолодження кристала. Більш продуктивними вважаються імпульсні стабілізатори напруги з малим падінням напруги на полевике, ККД яких приблизно на рівні 85%. Досягається це завдяки режиму роботи регулюючого елемента, при якому струм через нього проходить імпульсами. До недоліків схеми імпульсного СН можна віднести:

Складність схематичного виконання.

Наявність перешкод імпульсного характеру.

Малу стабільність вихідного параметра.

Деякі схеми з використанням лінійного стабілізатора напруги

Крім цільового використання мікросхем в якості СН, можна розширити область їх застосування. Деякі варіанти таких схем на базі інтегральної мікросхеми L7805. Включення стабілізаторів в паралельному режимі

Щоб збільшити струм навантаження, СН включають паралельно один до одного. Для забезпечення працездатності такої схеми додатково в неї встановлюють резистор невеликого номіналу між навантаженням і виходом стабілізатора. Стабілізатор струму на базі СН

Є навантаження, харчування яких необхідно здійснювати постійним (стабільним) струмом, наприклад, світлодіодна ланцюжок. Схема регулювання обертів вентилятора в комп'ютері

Регулятор цього типу побудований таким чином, що при первісному включенні на куллер надходить всі 12 В (для його розкрутки). Далі після закінчення заряду конденсатора C1 змінним резистором R2 можна буде регулювати величину напруги.

Висновок

Збираючи схему із застосуванням стабілізатора напруги з малим падінням напруги своїми руками, важливо враховувати, що деякі типи мікросхем (побудовані на польових транзисторах) не можна паяти звичайним паяльником безпосередньо від мережі 220 В без заземлення корпусу. Їх статична електрика може вивести електронний елемент з ладу!