М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 42
Текст из файла (страница 42)
9.28 и 9.29, то можно получить столь же стабильную э.д.с., как у эталонного элемента Вестона. 9.109 Использование напряжения запрещенной зоны в качестве эталона Все более широкое использование сложной электроники с батарейным питанием, такой как ноутбуки и сотовые телефоны, потребовало разработки таких схем стабилизации напряжения, которые расходуют как можно меньшую мошность. Таким схемам необходим источник опорного напряжения, который потребляет минимальный ток и обеспечивает при этом исключительно высокую стабильность в широком диапазоне температур. Для этой цели широко используется напряжение запрешенной зоны. Принцип действия таких схем основан не на эффекте Зенера или лавинного пробоя, а использует вместо этого разность потенциалов ( Р" ) смещенного в прямом направлении транзисторного перехода базаэмитгер.
Йа первый взглзаг это кажется невероятным, потому что известно, что зависит от температуры. С ростом температуры р-п перехода в результате освобождения дополнительных неосновных носителей увеличивается обратный ток насышения 1, и отсюда логически вытекает уменьшение разности потенциалов на обедненном слое. Поэтому напряжение р' имеет отрицательный температурный коэффициент: при постоянном токе напряжение к' падает по мере нмревания р-п перехода.
Эта температурная зависимость устраняется в схеме Видлара, где используется тот факт, что у р-и переходов, работаюших с различными токами, отрицательные температурные коэффициенты различны. На рис. 9.30 приведено схематическое изображение эталонного источника, в котором используется напряжение запрешенной зоны; внешним источником является более или менее гюстоянный ток 1 „.
Через транзисторы Т, и уз текут различные токи 1, и 1 от транзисторных т сГОчник такО) Катав ( ьззв> Рис. 9.30. Схематическое изображение эталонного источника, в котором используется напряжение запрешенной зоны. Стабилизаторы напрязкения 229 источников стабильного тока. Возникающая в результате этого небольшая разность напряжений Р и Р с положительным температурным коэффициентом, усиливается дифференциальным усилителем.
Усиленное выходное напряжение А()'ве, — )'вез) устанавливается таким, чтобы быть равным по величине 1', но с противоположным температурным коэффициентом. Результируюшее выходное напряжение 9; является суммой напряжения )г и выходного напряжения усилителя и практически не зависит от температуры. При токе 1, величиной около 1 мА типичное значение эталонного напряжения равно 1,25 В.
Имеюшиеся в продаже прецизионные микросхемы эталонных источников обычно рассчитаны на напряжения, кратные 1,25 В, а именно, на 2,5 В, 5 В и т.д. 9.10.10 Защита от короткого замыкания В блоки источников, как правило, бывают включены схемы автоматического ограничения тока. Делается это с целью избежать повреждения самого блока питания в случае короткого замыкания на его выходе или внешней схемы при возникновении дефекта. На рис.
9.31 показан простой вариант такой схемы, где в деталях изображены только те элементы схемы, которые непосредственно выполняют зашиту от перегрузки; ради наглядности усилитель рассогласования и источник эталонного напряжения представлены в виде блоков. На резисторе Я, с сопротивлением 1О Ом падает напряжение 1Я, пропорциональное току нагрузки 1, (его присутствие не мешает стабилизации, поскольку он устанавливается до стабилизатора). Переход базаэмиттер транзистора Т, непосредственно включен параллельно резистору Яе так что в случае, когда напряжение на этом резисторе достигает 0,6 В, транзистор ?; начинает проводить, его коллектор тянет напряжение на базе транзистор Т, в схеме эмитгерного повторителя вниз к потенциалу земли. Так как напряжение на базе транзистора Т, падает, то также падает и выходное напряжение Р источника питания.
Если ток продолжает нарастать, то транзистор ?; переходит в режим насышения, напряжение на базе транзистора Т, оказывается вблизи нуля и выходное напряжение становится равным нулю. В нашем примере Я, = 10 Ом, так что необходим ток 60 мА для того, чтобы падение напряжения 0,6 В открыло транзистор Т;, таким образом, в нашем случае ограничение тока начинается с 60 мА. Большее значение предельного тока можно получить, уменьшив сопротивление резистора Яе а меньшее значение — путем увеличения Яг Рассмотренная схема является примером ограничения тока на фиксированном уровне; по мере увеличения нагрузки на выходе, выходной ток поддерживается на заданном максимальном значении. Можно незначительно усложнить схемы, чтобы получить ограничение тока с возвратом» илн «со свертыванием», когда при превышении максимального допустимого тока включается схема зашиты и уменьшает выходной ток до безопасной величины, которая намного меньше, чем предельно допустимое значение.
В этом случае для того, чтобы восстановить выходное напряжение иногда необходимо совсем отключить нагрузку. Такая конструкция обеспечивает гораздо 230 Источники питания и управление мощностью л, и Рис. 9.3 !. Мощный источник питания со схемой ограничения тока, состояшей из резистора й, и транзистора гс лучшую защиту, чем схема с фиксированным током, поскольку мощность, рассеиваемая схемой при перегрузке, очень сильно уменьшается. 9,!0.1! Стабилизаторы в интегральном исполнении Два основных элемента схемы стабилизатора, а именно, источник эталонного напряжения и усилитель напряжения можно легко объелинить в одной интегральной схеме (ИС), получая в результате чрезвычайно хорошую стабилизапию, малые габариты и простоту использования. Создано много таких стабилизаторов для ряла фиксированных выходных напряжений; например, стабилизаторы с напряжением 5 В для логических схем или 15 В для операпионных усилителей.
На рис. 9.32 приведена схема, в которой применена ИС 7805 (аналог К!42ЕН5А — Прим. перев.), обеспечивающая стабильное 5-вольтовое питание, необходимое для логических ИС. Максимальный допустимый ток нагрузки равен 1 А, а коэффипиент нестабильности и нагрузочная способность составляют 0,2%. ИС 7805 следует использовать с теплоотводом, когда необходим полный предельно допустимый ток 1 А. В схеме применено ограничение тока асо свертыванием», так что ток короткого замыкания оказывается меньше 750 мА. Если ток нагрузки не превышает 100 мА, то в схеме возможна некоторая экономия: емкость конденсатора С, можно уменьшить до 1000 мкФ, трансформатор может быть стандартным накальным трансформатором на 6,3 В и нет необходимости устанавливать стабилизатор на теплоотвод.
Если требуется выходное напряжение 12 В, то может полойти ИС 7812 (аналог К142ЕН8Б — Прим. перев.). В этом случае необхолимо, чтобы нерегулируемый источник давал напряжение не менее 14,5 В. Аналогично ИС 7815 (аналог К!42ЕН8 — Прим. перев.) дает выходное напряжение 15 В при входном напряжении не менее 17,5 В. Максимально допустимое входное напряжение для ИС 7812 и7815 равно 30 В, а для ИС 7805 — 25 В. В 78-й серии Стабилизаторы нанрязгеения 231 7505 в-ив Тмие тао5 Нокалевк» г 2 3 Рнс.
9.32. Стабилизированный 5-волыовый источник литания, на основе стабилизатора в интегральном исполнении. имеются ИС и на другие выходные напряжения, а микросхемы 79-й серии позволяют получать соответствуюшие отрипательные напряжения. В сложных электронных установках, таких как телефонные коммутаторы, солержаших десятки или даже сотни печатных плат, при размешении источников питания возникают две проблемы, вызванные длинными подводяшими проводами: как сохранить низкое сопротивление источников и как избежать взаимного влияния между схемами. Обычный способом решения этой проблемы состоит в том, что на каждой плате размешается интегральный стабилизатор на фиксированное напряжение, а нестабилизнрованные или грубо стабилизированные источники распределяются так, чтобы каждый участок схемы имел индивидуально стабилизированный источник питания. Это оказывается экономически возможным, поскольку стоимость интегрального стабилизатора всего лишь одного порядка со стоимостью большого электролитического конденсатора.
Все стабилизаторы требуют, чтобы рекомендапии производителей в отношении развязки и заземления тшательно выполнялись. При компоновке схемы выводы развязывающих конденсаторов желательно сделать короткими, иначе в схеме возможна нестабильность (возникновение высокочастотных колебаний). Микросхема и А723 или 1.М123 является полезным и широко известным интегральным стабилизатором с отдельными выводами от различных внутренних точек схемы, так что на ее основе можно построить много разных стабилизаторов. На рис. 9.33 показана базовая схема на ИС 77 А723, позволяюшая устанавливать выхолное напряжение от 7 В до 27 В. Микросхема 7г А723 содержит следуюшие основные элементы стабилизатора: 232 Источники питания и управление мощностью г.п тн 40 ат нв кони тар Саатвюствис выволав лл» «орп»* оп.
с 14-ю выикюин корпус ТО5 с Иню вывалвни гвил сварку) а) О ОвОтООв 1а Рис. 9.33. Регулируемый а прелелах от 7 ао 27 В источник питания на основе ИС 74 А723 И.М 5 23). (а) Опорный стабилитрон. Ток в него, как условно показано на рис. 9.33, поступает от источника постоянного тока. Этот диод фактически включен в усилитель с обратной связью, который служит для уменьшения выходного сопротивления стабилитрона. (6) Усилитель рассогласования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
