Широкое применение в электронике нашли
интегральные стабилизаторы напряжения и особенно один их вид
- стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением в
трехвыводных корпусах. Они хороши тем что не требуют внешних
элементов (кроме конденсаторов фильтров), регулировок и
имеют широкий диапазон токов в нагрузках. Не буду приводить
здесь их технические характеристики, а приведу только
основные данные и схемы возможного применения.
Стандартные линейные стабилизаторы выпускаются многими производителями и
имеют не одно обозначение, мы рассмотрим их на примере
наиболее характерного типа:
- серия L78 (для
положительных напряжений),
- и серия L79 (для отрицательных
напряжений).
В
свою очередь стандартные регуляторы делятся на:
- слаботочные с
выходным током в районе 0,1 А (L78Lхх) - вид на рис. 1а ,
- со средним значением
тока порядка 0,5 А (L78Мхх) - вид на рис. 1б,
- сильноточные 1...1,5 А
(L78хх) - вид на --рис.1в.
Невысокая стоимость, простота применения и большое
разнообразие выходных напряжений и корпусов делают эти
компоненты весьма популярными при создании простых схем
электропитания. Надо отметить, что эти регуляторы обладают
рядом дополнительных функций, обеспечивающих безопасность
функционирования. К ним относятся защита от перегрузки по
току и температурная защита от перегрева микросхемы.
Рисунок 1
Интегральные стабилизаторы используют корпуса типов: КТ-26 , КТ-27, КТ-28-2,
ТО-220,
КТ-28-2, КТ-27-2, ТО-92, ТО-126, ТО-202, которые близки
к изображенным на рис.1.
Микросхемы серии 78xx
Это серия ИМС линейных стабилизаторов с фиксированным
выходным напряжением -
78xx (также известная как LM78xx).
Их популярность связана, как уже говорилось выше, с их простотой
использования и относительной дешевизной. При указании
определённых микросхем серии, "xx" заменяется на двухзначный
номер, обозначающий выходное напряжение стабилизатора (к
примеру, микросхема 7805 имеет выходное напряжение в 5
вольт, а 7812 — 12В). Стабилизаторы 78-ой серии имеют положительное
относительно земли рабочее напряжение, а серия 79xx
отрицательное, имеет аналогичную систему обозначений. Их можно использовать для обеспечения и положительного, и
отрицательного напряжений питания нагрузок в одной схеме.
Кроме того, их популярность серии
продиктована несколькими преимуществами перед другими
стабилизаторами напряжения:
- Микросхемы серии не нуждаются в дополнительных
элементах для обеспечения стабильного питания, что
делает их удобными в использовании, экономичными и
эффективно использующими место на печатной плате.
В
отличие от них большинство других стабилизаторов требуют
дополнительные компоненты или для установки нужного
значения напряжения, или для помощи в стабилизации.
Некоторые другие варианты (например, импульсные
стабилизаторы) требуют не только большого количества
дополнительных компонентов, но могут требовать большой
опыт разработки.
- Устройства серии обладают защитой от превышения
максимального тока, а также от перегрева и коротких
замыканий, что обеспечивает высокую надёжность в
большинстве случаев. Иногда ограничение тока также
используется и для защиты других компонентов схемы,
- Линейные стабилизаторы не создают ВЧ помех, в виде
магнитных полей рассеяния и ВЧ пульсаций выходного
напряжения.
К недостаткам линейных стабилизаторов можно
отнести более низкий КПД по сравнению с импульсными, но при
оптимальном расчете он может превышать 60%.
Структура интегрального стабилизатора показана на рис. 2
Рисунок 2
Требование к
применению стабилизаторов:
-
падение напряжения на нем
не должно быть ниже 2 вольт,
-
максимальный ток через него, не должен превышать
указанного в соотношении:
Imax<
P/Uin-out
где:
P - допустимая мощность рассеяния
микросхемы,
Uin-out
- падение напряжения на микросхеме (Uin-out=
Uin
- Uout).
Типовая схема включения стабилизатора напряжения в техвыводном
корпусе
с фиксированным выходным напряжением
Типовая схема включения интегрального стабилизатора
напряжения в трехвыводном корпусе с фиксированным выходным
напряжением показана на рис. 3.
Рисунок 3
Мы видим, микросхемы подобного типа не требуют дополнительных
элементов, кроме конденсаторов фильтрующих напряжение - которые
фильтруют питающее напряжение и защищают стабилизатор от помех
проникающих с нагрузки и от источника питающего напряжения.
Для обеспечения
устойчивой работы микросхем серии 78хх во всем диапазоне
допустимых значений входных и выходных напряжений и токов
нагрузки рекомендуется применять шунтирующие вход и выход
стабилизатора конденсаторы. Это должны быть твердотельные
(керамические или танталловые) конденсаторы емкостью до 2 мкф на
входе и 1 мкф на выходе. При использовании алюминиевых
конденсаторов их емкость должна быть более 10 мкф. Подключать
конденсаторы необходимо как можно более короткими проводниками
как можно ближе к выводам стабилизатора.
Диапазон применения данного типа линейных стабилизаторов
напряжения можно расширить используя простой прием, приподняв на
заданный уровень напряжения V1 вывод
GND стабилизатора. Это приводит
к росту выходного напряжения на величину равную
V1.
Рисунок 4
Это можно сделать несколькими способами:
Рисунок 5
Подъем напряжения на выходе
интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением с
помощью: а) резистора на котором
возникает падение напряжения на резисторе
R1 за счет протекания тока потребления стабилизатора
I, б)падение напряжение на резисторе R1 создается током потребления
стабилизатора
I1 и током делителя
I2 (возможно регулирование),
в) стабилизатора напряжения.
Варианты применения интегрального стабилизатора с
фиксированным напряжением
Микросхемы позволяют создавать множество схем на основе
стабилизаторов.
Регулировка выходного напряжения
Как я уже писал выше (см. рис. 5б) линейные стабилизаторы
позволяют изменять выходное напряжение. Подробная схема показана
на рис. 7.
По той же схеме возможно и функциональное регулирование
выходного напряжения.
Например возможно регулирование выходного напряжения в
зависимости от температуры для применения в системах
стабилизации температуры - термостатах. В зависимости от типа
температурного датчика он может включаться вместо резисторов
R1 или R2.
Рисунок 7
Параллельное включение стабилизаторов
Линейные стабилизаторы допускают параллельное включение для
увеличения тока нагрузки, но при этом надо выровнять токи
потребления. Обычно это делается с помощью небольшого резистора
включенного между выходом стабилизатора и общей нагрузкой (рис.
8а). Другой вариант - применение для этой цели диодной сборки
(рис. 8б). Данная схема приводит к несколько большей потери
напряжения, но позволяет защитить систему от выхода из строя при
выходе из строя (при КЗ) одного из стабилизаторов.
Рисунок 8
Стабилизатор тока
Для питания некоторых нагрузок требуется источник стабильного
тока. Это например цепочки светодиодов.
Рисунок 6
Регулятор скорости вращения вентилятора системы вентиляции
компьютера
Рисунок 7
Данный регулятор имеет ту особенность, что (для устойчивой
раскрутки вентилятора) в начальный момент времени на вентилятор
подается полное напряжение (12В). После того как конденсатор С1
зарядится напряжение на выходе будет определяться резистором
R2.
Стабилизатор с плавным выходом на номинальное напряжение
Рисунок 8
Данная схема отличается тем, что в начальный момент времени
напряжение на выходе стабилизатора равно 5В (для данного типа),
после чего напряжение плавно поднимается до величины
определяемой регулирующими элементами.
Собрал А.Сорокин,
2013 г.
