Меню

Что такое интегральный стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения

Содержание

  1. Стабилизаторы семейства LM
  2. Схема подключения
  3. Характеристики стабилизаторов
  4. Работа стабилизатора на практике
  5. Как сделать блок питания на 5, 9,12 Вольт
  6. Заключение
  7. Где купить стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения – важнейший радиоэлемент современных радиоэлектронных устройств. Он обеспечивает постоянное напряжение на выходе цепи, которое почти не зависит от нагрузки.

Стабилизаторы семейства LM

В нашей статье мы рассмотрим стабилизаторы напряжения семейства LM78ХХ. Серия 78ХХ выпускается в металлических корпусах ТО-3 (слева) и в пластмассовых корпусах ТО-220 (справа). Такие стабилизаторы имеют три вывода: вход, земля (общий) и вывод.

Вместо “ХХ” изготовители указывают напряжение стабилизации, которое нам будет выдавать этот стабилизатор. Например, стабилизатор 7805 на выходе будет выдавать 5 Вольт, 7812 соответственно 12 Вольт, а 7815 – 15 Вольт. Все очень просто.

Схема подключения

А вот и схема подключения таких стабилизаторов. Эта схема подходит ко всем стабилизаторам семейства 78ХХ.

На схеме мы видим два конденсатора, которые запаиваются с каждой стороны. Это минимальные значения конденсаторов, можно, и даже желательно поставить большего номинала. Это требуется для уменьшения пульсаций как по входу, так и по выходу. Кто забыл, что такое пульсации, можно заглянуть в статью как получить из переменного напряжения постоянное.

Характеристики стабилизаторов

Какое же напряжение подавать, чтобы стабилизатор работал как надо? Для этого ищем даташит на стабилизаторы и внимательно изучаем. Нас интересуют вот эти характеристики:

Output voltage – выходное напряжение

Input voltage – входное напряжение

Ищем наш 7805. Он выдает нам выходное напряжение 5 Вольт. Желательным входным напряжением производители отметили напряжение в 10 Вольт. Но, бывает так, что выходное стабилизированное напряжение иногда бывает или чуть занижено, или чуть завышено.

Для электронных безделушек доли вольт не ощущаются, но для прецизионной (точной) аппаратуры лучше все таки собирать свои схемы. Здесь мы видим, что стабилизатор 7805 может нам выдать одно из напряжений диапазона 4,75 – 5,25 Вольт, но при этом должны соблюдаться условия (conditions), что ток на выходе в нагрузке не будет превышать 1 Ампера. Нестабилизированное постоянное напряжение может “колыхаться” в диапазоне от 7,5 и до 20 Вольт, при это на выходе будет всегда 5 Вольт.

Рассеиваемая мощность на стабилизаторе может достигать до 15 Ватт – это приличное значение для такой маленькой радиодетали. Поэтому, если нагрузка на выходе такого стабилизатора будет кушать приличный ток, думаю, стоит подумать об охлаждении стабилизатора. Для этого ее надо посадить через пасту КПТ на радиатор. Чем больше ток на выходе стабилизатора, тем больше по габаритам должен быть радиатор. Было бы вообще идеально, если бы радиатор еще обдувался вентилятором.

Работа стабилизатора на практике

Давайте рассмотрим нашего подопечного, а именно, стабилизатор LM7805. Как вы уже поняли, на выходе мы должны получить 5 Вольт стабилизированного напряжения.

Соберем его по схеме

Берем нашу Макетную плату и быстренько собираем выше предложенную схемку подключения. Два желтеньких – это конденсаторы, хотя их ставить необязательно.

Итак, провода 1,2 – сюда мы загоняем нестабилизированное входное постоянное напряжение, снимаем 5 Вольт с проводов 3 и 2.

На Блоке питания мы ставим напряжение в диапазоне 7,5 Вольт и до 20 Вольт. В данном случае я поставил напряжение 8,52 Вольта.

И что же у нас получилось на выходе данного стабилизатора? 5,04 Вольта! Вот такое значение мы получим на выходе этого стабилизатора, если будем подавать напряжение в диапазоне от 7,5 и до 20 Вольт. Работает великолепно!

Давайте проверим еще один наш стабилизатор. Думаю, Вы уже догадались, на сколько он вольт.

Собираем его по схеме выше и замеряем входное напряжение. По даташиту можно подавать на него входное напряжение от 14,5 и до 27 Вольт. Задаем 15 Вольт с копейками.

А вот и напряжение на выходе. Блин, каких то 0,3 Вольта не хватает для 12 Вольт. Для радиоаппаратуры, работающей от 12 Вольт это не критично.

Как сделать блок питания на 5, 9,12 Вольт

Как же сделать простой и высокостабильный источник питания на 5, на 9 или даже на 12 Вольт? Да очень просто. Для этого Вам нужно прочитать вот эту статейку и поставить на выход стабилизатор на радиаторе! И все! Схема будет приблизительно вот такая для блока питания 5 Вольт:

Два электролитических конденсатора для для устранения пульсаций и высокостабильный блок питания на 5 вольт к вашим услугам! Чтобы получить блок питания на большее напряжение, нам нужно также на выходе трансформатора тоже получить большее напряжение. Стремитесь, чтобы на конденсаторе С1 напряжение было не меньше, чем в даташите на описываемый стабилизатор.

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения для квартиры установка

Для того, чтобы стабилизатор напряжения не перегревался, подавайте на вход минимальное напряжение, указанное в даташите. Например, для стабилизатора 7805 это напряжение равно 7,5 Вольт, а для стабилизатора 7812 желательным входным напряжением можно считать напряжение в 14,5 Вольт. Это связано с тем, разницу напряжения, а следовательно и мощность, стабилизатор будет рассеивать на себе.

Как вы помните, формула мощности P=IU, где U – напряжение, а I – сила тока. Следовательно, чем больше входное напряжение стабилизатора, тем больше мощность, потребляемая им. А излишняя мощность – это и есть нагрев. В результате нагрева такой стабилизатор может перегреться и войти в состояние защиты, при котором дальнейшая работа стабилизатора прекращается или вовсе сгореть.

Заключение

Все большему числу электронных устройств требуется качественное стабильное питание без всяких скачков напряжения. Сбой того или иного модуля электронной аппаратуры может привести к неожиданным и не очень приятным последствиям. Используйте же на здоровье достижения электроники, и не парьтесь по поводу питания своих электронных безделушек.

Где купить стабилизатор напряжения

Купить дешево эти интегральные стабилизаторы можно сразу целым набором на Алиэкспрессе по этой ссылке. Здесь есть абсолютно любые значения даже для отрицательного напряжения.

Источник



Интегральный стабилизатор напряжения

В настоящее время в электронике широко применяются стабилизационные устройства, выполненные на микросхемах. Интегральный стабилизатор напряжения — устройство, в котором все входящие в конструкцию элементы скомпонованы на кремниевом кристалле таким путём, что последовательность этих соединений и компонентов представляет из себя схему стабилизатора.

Такие стабилизаторы можно встретить в разных видах электронной аппаратуры: в усилителях, в питающих блоках телевизоров, телефонов, аудиосистем.

Виды стабилизаторов

Широко примененяются в электронике два типа интегральных стабилизаторов:

  • полупроводниковый (твердотельный);
  • гибридно-плёночный (с элементами изготовленными из плёнок).

Интегральный стабилизатор напряжения

Полупроводниковые стабилизаторы, в свою очередь, подразделяются ещё на несколько групп:

  1. имеющие регулируемое напряжение на выходе – требуют подключения дополнительных элементов;
  2. обладающие фиксированным напряжением, подаваемым на выход – являются готовым к эксплуатации изделием, не требующим необходимости дополнительных включений в схему;
  3. двуполярные – используются для приборов, требующих двуполярного напряжения на выходе.

Характеристики

Типовая схема интегрального стабилизатора состоит из следующих элементов:

  • источника опорного напряжения;
  • усилителя ошибки;
  • включённых между источником и нагрузкой элементов регулировки;
  • схему выключения устройства при подачи сигнала извне;
  • транзистора для защиты от короткого замыкания или перегрузки.

Интегральные микросхемы стабилизаторов представляют собой функционально завершённые устройства и имеют всего три внешних вывода: входной, выходной и заземление. Данные микросхемы производятся для фиксированных значений напряжения от 5 до 24 В и нагрузки до 1 А.

Интегральный стабилизатор напряжения

Стабилизационные устройства на ИМС обеспечиваются встроенными схемами, ограничивающими выходной ток, а также схемой защиты от перегрузок по температуре.

Значение ИОН в схеме стабилизатора

Источник опорного напряжения является одним из ключевых элементов, поскольку выполняет задачу поддержания стабильного напряжения номинального значения на выходе при меняющихся значениях напряжения на входе. Простейшим вариантом этого источника является параметрический стабилизатор на стабилитроне. С их помощью можно получить напряжение от 2,5 В.

При необходимости получить меньшие значения опорного напряжения используются последовательные включения кремниевых диодов.

Также интегральные стабилизаторы могут использовать в качестве источника напряжение
эмиттерного перехода биполярных транзисторов.

Плюсы и минусы

К достоинствам интегральных линейных стабилизаторов напряжения можно отнести:

  1. высокий стабилизирующий коэффициэнт;
  2. высокий коэффициэнт сглаживания значения напряжения на нагрузке;
  3. низкое значение выходного сопротивление;
  4. не производят собственных помех.

Однако коэффициэнт полезного действия таких стабилизаторов невысок и снижается при малых значениях выходных напряжений. Увеличение КПД возможно за счёт прибавки размеров и габаритов устройства, что не всегда является удобным и выгодным вариантом.

Стабилизатор напряжения 12 Вольт

В ситуациях, когда использование полноценного блока питания на 12 Вольт бессмысленно, гораздо проще понизить основное напряжение схемы локально в какой-то её части, используется интегральный стабилизатор напряжения 12 Вольт. Такие стабилизаторы производятся на основе отечественной серии КР142ЕН или популярных микросхемах линейки 78ХХ.

Такие стабилизаторы обеспечены защитами по току и перегреву, что делает блоки питания с их использованием практически неуязвимыми. Данные свойства делают стабилизатор полезным для целого ряда электронных устройств:

  • бытовые электроприборы;
  • измерительная, лабораторная техника;
  • радиоэлектроника и пр.

Стабилизатор обладает такими характеристиками, как наличие внутренней системы терморегуляции, схемы защиты выходного транзистора, самозащита от импульсов коротких замыканий. Ток прибора на выходе равняется 1 А – 1,5 А, наибольшее значение напряжения 30 – 35 В.

Интегральный стабилизатор напряжения

Стабилизатор 12 В 5 А

Интегральный стабилизатор напряжения 12 Вольт 5 Ампер может основываться на микросхеме LM 338 и обладать следующими характеристиками:

  1. входное напряжение – от 3 до 35 Вольт;
  2. напряжение на выходе – от 1,2 до 32 Вольт;
  3. выходной ток – 5 Ампер;
  4. допустимый температурный режим – от 0 до 125 градусов Цельсия;
  5. погрешность напряжения на выходе не более 0,1 %.
Читайте также:  Что такое напряжение мышц определение

Такой интегральный стабилизатор импортного производства является универсальной микросхемой, на основе которой можно получить цепи питания высокого качества путём её подключения различными способами.

Зарубежные интегральные стабилизаторы

Известная линейка 78ХХ компенсационных стабилизационных устройств положительного напряжения была успешно создана специалистами фирмы Texas Instruments. Данные стабилизаторы обеспечены защитой по токам КЗ, от превышения рабочего температурного режима кристалла, а также от перехода рабочей точки за границы допустимого для безопасности работы режима.

Помимо стабилизаторов фиксированного напряжения, за рубежом также производятся регулируемые модификации интегральных стабилизационных устройств. Яркими представителями таких устройств считается линейка микросхем «317». Подаваемое на выход напряжение у этих микросхем определяет делитель на двух резисторах.

Интегральный стабилизатор напряжения

Важные моменты

Используя интегральные стабилизаторы напряжения импортные, стоит учитывать некоторые особенности:

  • на вход и выход устройства следует подключать конденсатор с ёмкостью 47 – 220 нФ для предупреждения самовозбуждения;
  • при большой ёмкости подключенного на выход конденсатора и малом токе нагрузки между входом и выходом должен быть включен диод. Это обеспечит быстрое уменьшение выходного напряжения до значения входного;
  • для стабильной работы устройства значение входного напряжения должно быть выбрано выше выходного как минимум на 3В;
  • устройства линейки «law-drop», характеризующиеся небольшим перепадом напряжений от входа до выхода, для устойчивой стабилизации должны быть обеспечены входным напряжением, которое превышает выходное на 0,1 – 0,5 В.

Источник

Что такое интегральный стабилизатор напряжения

Микросхемы (далее ИМС) линейных стабилизаторов напряжения очень удобны для применения в различных схемотехнических проектах, не требующих высоких КПД и больших мощностей. При использовании правильных схемотехнических решений, они обеспечивают более высокую надёжность (за счёт меньшего числа компонентов, даже с учётом интегральных) и меньший уровень шумов, кроме того такие источники питания проще в проектировании и реализации. Дополнительным плюсом также являтся то, что многие ИМС стабилизаторов обеспечивают встроенную защиту от перенапряжения, от превышения тока и от переполюсовки входного напряжения — всё это позволяет в большинстве случаев обойтись без дополнительных элементов в схеме.

Из недостатков данных решений следует отметить два основных:

  • Низкий КПД — «лишнее» напряжение такие схемы фактически сбрасывают в тепло, что, соответственно, в большинстве случаев требует применения дополнительного охлаждения.
  • Необходимость положительной разницы напряжений между входом и выходом — даже самые лучшие модели линейных стабилизаторов имеют падение напряжения около 0.4В, а большинство перестаёт работать уже при разнице 0.5В.

Несмотря на все недостатки, такие схемы часто вполне уместно использовать в своих проектах. В данной статье пойдёт речь о различных схемотехнических особенностях применения данных микросхем.

Стабилизаторы с фиксированным напряжением

Интегральные линейные стабилизаторы могут иметь фиксированное выходное напряжение, либо же иметь возможность выбора выходного напряжения. Начнём с рассмотрения базовых схем включения большинства фиксированных интегральных стабилиазторов напряжения:

Схема включения стабилиазторов напряжения с фиксированным выходным напряжением

Конденсатор C1 рекомендуется ставить для предотвращения возникновения «генерации на входе», если микросхема стабилизатора находится дальше 10 см от источника напряжения — по сути это просто фильтрующий конденсатор. Мы в своих проектах ставим на вход конденсатор в любом случае. Рекомендуется использовать керамику или тантал, ёмкостью не менее 0.1 мкФ. При выборе номинала ёмкости керамики помните, что при повышении температуры у большинства керамических кондёров сильно падает ёмкость.

Назначение конденсатора C2 различается в зависимости от внутренней схемы стабилизатора. Например в микросхемах серии КР1158ЕН, данный элемент обеспечивает отсутствие возбуждения выходного напряжения. А производитель LM317 отмечает, что выходной конденсатор служит лишь для улучшения переходной характеристики и на стабильность не влияет. Так или иначе, при использовании конденсатора малой ёмкости (1-2 мкФ) на выходе многих линейных стабилизаторов наблюдаются небольшие колебания выходного напряжения с частотой несколько кГц и амплитудой порядка 0.2-0.4 вольт. Увеличение выходного конденсатора до 10 мкФ полностью данные колебания убирает.

Оба конденсатора необходимо размещать как можно ближе к корпусу микросхемы.

Диод Д1 ставить не обязательно, в большинстве типовых схем его не используют, но если вы используете конденсатор C2 или выходные напряжения превышают 25 В, диод Д1 рекомендуется всё-таки оставлять, поэтому я оставил его на схемах. Также, данный диод рекомендуется использовать если нагрузка носит индуктивный характер. Он обеспечивает путь для разрядки C2, а в случае индуктивной нагрузки ограничивает броски тока через стабилизатор.

Стабилизаторы с регулируемым напряжением

В схемах с регулируемым выходным напряжением добавляются дополнительные элементы:

Схема включения стабилизаторов напряжения с регулируемым выходным напряжением

Конденсатор C3 уменьшает пульсации выходного напряжения. Рекомендуемый номинал C3 — от 1 до 10 мкФ, большее значение ёмкости значимых улучшений не даёт.

Читайте также:  Сделать блок питания с разным напряжением

Диод Д2 нужен при использовании C3 — он обеспечивает его разрядку при выключении питания. При отсутствии C3 достаточно диода Д1.

Резисторы R1 и R2 используются для задания выходного напряжения. Регулируемый стабилизатор стремится поддерживать опорное напряжение (Vref) между выводом подстройки и выходом. Поскольку значение опорного напряжения является постоянным, величина тока, протекающего через делитель R1 и R2 определяется только резистором R2. Величина опорного напряжения может меняться от экземпляра к экземпляру от 1.2 до 1.3 В, и в среднем составляет 1.25 В. Напряжение на выходе фактически является суммой падения напряжения на R1 и Vref, т.о., чем больше будет падение напряжения на R1, тем больше будет напряжения на выходе.

Рекомендуемый номинал резистора R2 240 Ом, но допустимо его варьировать в пределах 100-1000 Ом. Выходное напряжение рассчитывается по следующей формуле:

Согласно спецификации значение Iadj лежит в диапазоне 50-100 мкА, поэтому при малых R1 им можно пренебречь.

Повышение напряжения стабилизации регуляторов с фиксированным выходным напряжением

Выходное напряжение фиксированных линейных регуляторов можно повысить, включив в цепь подстройки стабилитрон:

Схема повышения напряжения стабилизации регуляторов с фиксированным выходным напряжением

В этой схеме выходное напряжение повысится на величину напряжения стабилизации Vстаб стабилитрона Д2. Резистор R служит для установки тока через стабилитрон и выбирается исходя из параметров стабилитрона. Для большинства стабилитронов подходит R = 200 Ом.

Если поднять напряжение нужно на небольшую величину (0.5 — 1.5 В) вместо стабилитрона Д2 можно использовать практически любой диод в прямом включении (катод на землю). Тогда выходное напряжение будет увеличено на величину падения напряжения на диоде, а резистор R нужно исключить, потому что колебания тока из вывода подстройки невелики и падение напряжения на диоде будет практически постоянным.

Ограничитель тока на линейном стабилизаторе

На микросхемах линейных стабилизаторов типа LM317 (и аналогичных) удобно собирать схему ограничителя тока, для этого требуется всего один дополнительный резистор.

Ограничитель тока на линейном стабилизаторе

Выходное напряжение зависит от входного напряжение и падения напряжения на стабилизаторе. В данной схеме регулируемые стабилизаторы стремятся поддерживать на выходе напряжение Vref

1.25В, поэтому выходной ток определяется соотношением:

Для ИМС с фиксированным напряжением Vref заменяется на Vном., и ток через резистор получается слишком большим (как если бы микросхемы не было), поэтому применение стабилизаторов с фиксированным напряжением в данной схеме нецелесообразно.

Рассеиваемая резистором мощность вычисляется по формуле:

Данная схема будет работать также на всей серии LM340 и аналогичных ИМС.

Увеличение максимального тока ИМС линейных регуляторов

Есть способ увеличить максимальный ток линейного линейного стабилизатора тока.

Схема увеличения максимального тока линейного токового стабилизатора

В данной схеме R1 определяет напряжение открытия транзистора T1:

Здесь Vоткр. — напряжение открытия T1, а Iстаб.max максимальный ток протекающий через стабилизатор (ток, при котором откроется T1). Рекомендуется выбирать Iстаб.max меньше максимального тока микросхемы по спецификации, чтобы был некоторый запас.

Микросхема поддерживает падение напряжения между выходом и выводом подстройки и в случае превышения тока через R2 уменьшает ток через себя, что вызывает уменьшение падения напряжения на R1 и последующее закрытие транзистора. Таким образом, максимальный выходной ток определяется резистором R2 и опорным напряжением микросхемы:

Следует помнить, что при быстрых бросках тока T1 может не успеть закрыться, что вызовет повреждения элементов, поэтому следует использовать дополнительные компоненты для защиты транзистора (здесь не показаны).

Повысить ток можно и для стабилизатора напряжения, включив его по аналогичной схеме (но без R2), однако следует помнить, что в этом случае схема лишится автоматического ограничения по току и превышение максимального значения повлечёт за собой повреждение элементов.

Стабилизатор с плавным нарастанием выходного напряжения

Схема стабилизатора с плавным нарастанием выходного напряжения

При включении питания напряжение на конденсаторе C2 начинает возрастать, вместе с ним возрастает и выходное напряжение. PNP транзистор выключается когда выходное напряжение достигает значения, определяемого резисторами R1 и R2 (как в обычной схеме регулируемого стабилизатора). Начальное выходное напряжение складывается из начального напряжения на конденсаторе, падения на база-эммитерном переходе и опорного напряжения микросхемы. Скорость нарастания напряжения можно регулировать изменяя номиналы R3 и C2.

Управляемый стабилизатор напряжения с дискретными уровнями выходного напряжения

На регулируемом стабилизаторе можно собрать простой управляемый стабилизатор напряжения, добавивь несколько резисторов и транзисторов. Данное решение удобно, если требуется собрать простой регулируемый стабилизатор с несколькими фиксированными уровнями напряжения.

Управляемый стабилизатор напряжения

Резистор R2 рассчитывается на максимальное требуемое напряжение. Включение транзистора будет добавлять в параллель к проводимости резистора R2 дополнительную проводимость и напряжение на выходе будет снижаться. Не забывайте подтягивать базы транзисторов через высокоомные резисторы к питанию, либо к земле (в зависимости о того закрыт или открыт должен быть транзистор без управляющего сигнала).

Конденсатор C2 в данной схеме допустимо не использовать, так как транзисторы обладают некоторой собственной ёмкостью.

Источник