Применение интегральных стабилизаторов напряжения КР142

Микросхемы серии КР142 нашли широкое применение в радиолюбительских конструкциях. Все они практически идентичны по схеме, содержат встроенное устройство защиты от замыкания цепи нагрузки. Различаются они только максимальным выходным током и номинальным выходным напряжением, которое имеет одно из следующих значений: 5, 6, 9, 12, 15, 20, 24 и 27 В.

Вашему вниманию предлагается подборка схем разнообразных стабилизаторов напряжения, выполненная с использованием этих микросхем.

Стабилизатор напряжения, защищенный от повреждения разрядным током конденсаторов

При наличии в выходной цепи СН конденсатора большой емкости иногда необходимо принимать меры по защите микросхемы, то есть по предотвращению разрядки конденсатора через ее цепи. Дело в том, что обычно используемые в цепях питания устройств конденсаторы емкостью до 10 мкФ и более обладают малым внутренним сопротивлением, поэтому при аварийном замыкании той или иной цепи устройства возникает импульс тока, значение которого может достигать десятков ампер. И хотя этот импульс очень кратковременен, его энергии может оказаться достаточно для разрушения микросхемы. Энергия импульса зависит от емкости конденсатора, выходного напряжения и скорости его уменьшения. Для защиты микросхемы от повреждения в подобных случаях используют диоды. В устройстве, выполненном по приводимой на рис. 2.10 схеме, диод VD1 защищает микросхему DA1 от разрядного тока конденсатора С2, а диод VD2 - от разрядного тока конденсатора С3 при замыкании на входе СН.

Наиболее подходят для использования в стабилизаторах танталовые оксидные конденсаторы, обладающие (конечно, при необходимой емкости) малым полным сопротивлением даже на высоких частотах: здесь танталовый конденсатор емкостью 1 мкФ эквивалентен алюминиевому оксидному конденсатору емкостью примерно 25 мкФ.

СН со ступенчатым включением

Функции "коммутирующего" элемента в этом устройстве выполняет транзистор VT1 (рис. 2.11). В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор С3, поэтому транзистор открыт и шунтирует нижнее плечо делителя R1, R2. По мере зарядки конденсатора через резистор R3 транзистор закрывается, напряжение на выводе 8 DA1, а следовательно, и на выходе устройства возрастает, и спустя некоторое время выходное напряжение достигает заданного уровня. Длительность установления выходного напряжения зависит от постоянной времени цепи R3, С3.

СН с выходным напряжением повышенной стабильности

Как видно из схемы на рис 2.12, отличие этого СН от ранее рассмотренных (кроме отсутствия защитных диодов и конденсатора С3) заключается в замене резистора R2 стабилитроном VD1. Последний поддерживает более стабильное напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 и тем самым дополнительно уменьшает колебания напряжения на нагрузке. Недостаток устройства - невозможность плавной регулировки выходного напряжения (его можно изменять только подбором стабилитрона VD1).

СН с выходным напряжением, регулируемым от 0 до 10 В

На рис. 2.13 изображена схема устройства, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 В. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2 При установке его движка в нижнее (по схеме) положение (резистор полностью выведен из цепи) напряжение на выводе 8 DA1 имеет отрицательную полярность, поэтому выходное напряжение СН равно 0.

По мере перемещения движка этого резистора вверх отрицательное напряжение на выводе 8 ИМС уменьшается и при некотором его сопротивлении становится равным выходному напряжению микросхемы. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора выходное напряжение СН возрастает от 0 до максимального значения. Недостаток схемы - необходимость внешнего источника напряжения -10 В.

СН с внешними регулирующими транзисторами

Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1,5...3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов). Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключив к ней внешний регулирующий транзистор.

Принципиальная схема базового варианта СН с внешним регулирующим транзистором показана на рис. 2.14. При токе нагрузки до 180...190 мА падение напряжения на резисторе R1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора. При большем токе это падение напряжения достигает 0,6...0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1. Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот.

Применяя такой СН, следует иметь в виду, что минимальная разность входного и выходного напряжений должна быть равна сумме минимального падения напряжения на используемой микросхеме и напряжения иэб регулирующего транзистора. Необходимо также позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может превысить ток через микросхему в число раз, равное статическому коэффициенту передачи тока транзистора, и достичь 20 А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно дня вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока через регулирующий транзистор показаны на рис. 2.15, 2.16, 2.17. В первом из них эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. Стабилизатор продолжает работать и при некотором дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки. Недостаток рассмотренного варианта - сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).

Значительно меньше этот недостаток проявляется в другом стабилизаторе (рис. 2.16). Если исходить из того, что напряжение на эмиттером переходе транзистора VT1 и прямое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока между микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и R1. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема.

По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6...0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него. При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2, VD1 уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается.

Если же напряжение на выходе СН уменьшается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении. Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора R1, повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение), требует увеличения входного напряжения. В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.

Автор: Семьян А.П.

Источник: www.diagram.com.ua