Короткий опис

1 Підручник з електроніки 2 Вступ Показник напруги ланцюга на виході як fi.

безкоштовно

Опис

Підручник з електроніки

Отримання напруги ланцюга на виході для фіксації - одне з найважливіших завдань для нормальної роботи схеми. Для цього використовуються стабілізатори напруги або регулятори, які можуть бути схемами, що складаються з дискретних елементів або інтегральними схемами.

Регулятори напруги

При розробці схеми є багато факторів, які ми повинні враховувати. Перш за все, звичайно, потрібно буде перевірити, чи спроектована схема здатна виконувати кожну з бажаних функцій. Після того, як буде перевірено його правильну роботу, нам доведеться перевірити, наскільки схема здатна підтримувати ці робочі характеристики, тобто як вона буде поводитися в умовах більш ніж відомих несприятливих обставин, таких як коливання вхідних напруг. або, звичайно, перепади температури.

Регулятори напруги

Фундаментальні поняття при проектуванні стабілізованого джерела

З транзисторами ми знаємо, що температура є дуже важливим фактором, який може пошкодити транзистор, якщо ми не застосували щось, щоб компенсувати його вплив, коли він збільшується або зменшується. Рішення було отримано дуже легко, розмістивши резистор на випромінювачі, і, таким чином, дуже незначними зусиллями була вирішена велика проблема. Зміни напруги, що подається, разом із коливаннями температури є однією з основних причин несправностей або навіть поломок електронних пристроїв.

Регулятори напруги

Фундаментальні поняття при проектуванні стабілізованого джерела

Причина полягає в тому, що всі електронні пристрої призначені для роботи з певними обмеженнями на вхідних напругах; Отже, вхідна напруга, яка подається на пристрій і є вищою, ніж та, яку він може витримати, або рекомендована виробниками, може виробляти струми, достатньо високі для вигоряння деяких його компонентів, і, отже, залишити електронний пристрій абсолютно неактивний. Це не було б серйозною проблемою, якби напруга, що подається електроенергетичними компаніями, була достатньо точною, щоб гарантувати точність значення напруги.

Регулятори напруги

Фундаментальні поняття при проектуванні стабілізованого джерела

Однак це не так, і напруга, що подається компаніями, залежно від місця та часу може становити до 10% від номінальної величини. Цього варіації достатньо, щоб не дати нам припустити, що у нас постійне джерело напруги. Як завжди в електроніці, тим чи іншим більш-менш наближеним чином ми можемо вирішити більшість проблем, що виникають. У цьому випадку рішення змін напруги знайдено в схемах, відомих як "регулятори напруги".

Регулятори напруги

Фундаментальні поняття при проектуванні стабілізованого джерела

Регулятори напруги зазвичай діляться на дві великі групи: • Стаціонарні регулятори напруги • Регульовані регулятори. У першому, як вказує його назва, ми збираємось отримати фіксовану напругу, починаючи від змінної напруги на вході. За допомогою регуляторів постійної напруги ми збираємось отримати фіксовану напругу між клемами опору навантаження протягом періоду, в якому струм підтримується через зазначений опір протягом певного інтервалу. За допомогою регульованих ми зможемо контролювати вихідну напругу, також починаючи від змінної напруги.

Регулятори напруги

Фіксовані та регульовані регулятори

Кожна інтегральна схема регулятора призначена для розсіювання потужності, як правило, у формі тепла. З цієї причини регулюючі інтегральні схеми підготовлені таким чином, щоб це розсіювання не впливало на них, і вони зазвичай розміщують транзистор, який стабілізує виникаючі зміни.

Регулятори напруги

Фіксовані та регульовані регулятори

Фіксовані та регульовані регулятори Ми можемо розділити фіксовані регулятори напруги на дві групи відповідно до знака напруги, який вони регулюють:

Ці два будуть дуже схожі і відрізнятимуться лише в тому сенсі, який має звичайний.

Регулятори напруги

• Позитивні регулятори напруги • Негативні регулятори напруги.

Неінтегровані регулятори

У певних межах струму ми знаємо, що стабілітрон має постійне падіння напруги, отже, напруга, яку він буде подавати до опору навантаження, буде постійним.

Регулятори напруги

У нас є різні типи електронних регуляторів. Перші, які ми побачимо, це стабілітрони, які названі так, оскільки вони використовують властивості стабілітронів для регулювання напруги.

Щоб побачити, як працює цей тип ланцюга, ми можемо розглядати стабілітрон як змінний резистор. Наприклад, якщо опір навантаження зменшиться, це буде тягнути більше струму. Спочатку напруга трохи зменшиться. Внутрішній опір стабілітрона збільшиться, дозволяючи пропускати менше струму, ніж раніше, тому менше напруги падатиме, коли струм буде меншим. Вихідна напруга залишатиметься постійною, навіть якщо навантаження змінюється. Навпаки, якщо опір навантаження збільшується, він буде витрачати менше струму.

Регулятори напруги

Неінтегровані регулятори

Внутрішній опір стабілітрона зменшиться, поглинаючи менше струму, ніж раніше, щоб компенсувати збільшення опору навантаження: кінцевим результатом буде те, що напруга між клемами опору навантаження буде практично постійною в діапазоні струму не дуже великого.

Регулятори напруги

Неінтегровані регулятори

Іншим видом електронного регулятора є так званий регулятор шунт. Він дуже схожий на регулятор стабілітрона, але тут ми додали спільний колекторний транзистор, опір випромінювача якого буде виконувати роль вихідного навантаження схеми. У цьому типі значення струму буде вищим через посилення, яке справить транзистор.

Регулятори напруги

Неінтегровані регулятори

Серійний регулятор - ще один з електронних регуляторів. Він названий так, тому що елемент, відповідальний за регулювання, знаходиться в послідовності зі струмом навантаження. Регулятор буде транзистором, і, як і в стабілітронових регуляторах, ми розглядали стабілітрони як простий змінний імпеданс, у послідовних регуляторах ми будемо розглядати цей транзистор також як змінний імпеданс. Різниця з ценерами полягає в тому, що тепер змінний опір послідовно навантажується. Вхідна напруга буде більше регульованого виходу.

Регулятори напруги

Неінтегровані регулятори

Транзистор, який ми використовуємо в якості регулятора, підключений як послідовник випромінювача. Цей транзистор працює в активній області і надає певний опір ланцюгу. Якщо схема працює нормально, кожен раз вона вимагатиме більшого струму навантаження. Що означає, що напруга зменшиться, якщо ми не будемо регулювати її. Серійний регулятор також має властивість компенсувати зміни в постійному струмі. Таким чином, за допомогою послідовного регулятора ми можемо компенсувати як вхідні, так і вихідні зміни.

Регулятори напруги

Неінтегровані регулятори

Інший тип регулятора - «паралельний регулятор». Ця схема складається з фіксованого імпедансу, розміщеного між нерегульованим входом і регульованим виходом; змінний імпеданс, який розміщується паралельно, від чого походить назва цього типу регулятора, який розташований між вихідними клемами. Паралельний імпеданс буде змінюватися, щоб забезпечити постійну вихідну напругу. Зазвичай паралельний імпеданс буде транзистором, як у послідовних регуляторів.

Регулятори напруги

Регулятор паралельно

Регулятори напруги

Серія регуляторів, регульована та нерухома.

Регулятори напруги

Регулятори напруги

Регулятори напруги

Першим регуляторним ІС, який було зроблено, був LM723, приблизно 15 років тому. Це одна з найбільш продаваних інтегральних схем у світі, і, незважаючи на недоліки та той факт, що сьогодні існують інші типи інтегральних регуляторів, вона не втратила своєї популярності. Близько п’яти років це був єдиний інтегрований регулятор, який продавався. Пізніше було знайдено спосіб включення зовнішніх елементів в інтегральні схеми, включаючи транзистори серії сильного струму. Так виникло сімейство 78XX, позитивних регуляторів постійної напруги.

Регулятори напруги

Невдовзі пішла сім’я 79XX, негативних регуляторів постійної напруги. Ці дві сім'ї мали великий успіх. Їх ціна була дуже низькою, вони мали хороші технічні характеристики регулювання навантаження, лінійність та хорошу потужність струму, яка могла сягати до 1 ампера. Вони широко використовуються як регулятори місцевих ланцюгів. Найбільша його перевага полягає в тому, що вимоги до основного джерела живлення та його регуляторів напруги можуть бути значно зменшені.

Регулятори напруги

Регулятори напруги

78XX та 79XX Фіксовані інтегровані регулятори Характеристики та пакет

Регулятори напруги

Пізніше обидві сім'ї були розширені і з'явилися подвійні симетричні регулятори. Вони включали позитивний і негативний регулятори в одному і тому ж мікросхемі, додавши підсилювач, щоб одна з двох напруг слідувала за іншою, і симетричні виходи отримували відносно землі. Ці регулятори стають дедалі важливішими, оскільки обмеження звичайних регуляторів стають очевидними.

Регулятори напруги

Регулятори напруги

Зростаюча складність аналогових систем призводить до ситуацій, коли багато різних функцій можуть бути включені в одну і ту ж карту. Так, наприклад, ми можемо мати на одній картці операційні підсилювачі, датчики, компаратори, мікропроцесори, ЦАП та АЦП тощо. Це призводить до серйозних проблем з джерелом живлення, оскільки плата може вимагати як негативних, так і позитивних напруг. Подвійні регулятори можуть вирішувати такі проблеми, легко пристосовуючись до вимог кожного моменту.

Регулятори напруги

що підсилюють потужність, зовнішню до інтегральної схеми. Деяким виробникам вдалося включити транзистори, що підсилюють потужність, в інтегральну схему, але це призводить до посилення розсіювання потужності в ci.і., тому інтегрувати транзистор не завжди зручно. Як ми вже знаємо, регулятори сильного струму вимагають, щоб схема була спроектована так, щоб мати мінімальний тепловий опір. Залежно від робочої температури інтегральної схеми, це буде її довгострокова надійність. Отже, чим більше тепла ми можемо вивести з мікросхеми, тим кращою буде схема і вона буде працювати довше.

Регулятори напруги

Розсіювання майже всіх інтегрованих регуляторів має низьку потужність. Зазвичай, якщо нам потрібне нагрівання сильних струмів, додаються елементи

Однією з найбільш широко використовуваних інтегральних схем є 723. Це регулятор напруги. Всередині цієї інтегральної схеми ми знайдемо операційний підсилювач з двома входами, інвертуючим і неінвертуючим, еталонним стабілітроном, транзистором, який виконує роль регулятора напруги, другим вихідним транзистором і третім транзистором, який буде контролювати інтенсивність і буде відповідальним за його обмеження, якщо це необхідно, щоб уникнути проблем з дуже високою інтенсивністю. У цій схемі ми матимемо опорну напругу близько 7 вольт. Операційний підсилювач підключений як перетворювач напруги, тобто ми підключаємо вихід безпосередньо до інвертуючого входу. Потім ми ставимо дільник напруги, утворений двома резисторами, який забезпечить нам напругу, яку ми збираємося подавати через неінвертуючий вхід. Ця напруга є тією, яку ми збираємось отримати на виході підсилювача, оскільки, як ми вже говорили, він підключений як послідовник напруги.

Регулятори напруги

Отже, найзагальніша його робота полягає в приєднанні інвертуючого входу до опорної напруги, неінвертуючого до дільника напруги, потім підключенні різниці обох посилених входів до регулюючого транзистора, що дозволить досягти бажаної стабілізації шляхом зміни його провідності щоб компенсувати різницю двох входів. Хоча максимальний вихідний струм 723 становить 150 мА, ми повинні бути обережними з вихідним струмом, щоб не перевищити максимально можливу дисипацію.

Регулятори напруги

Регулятори напруги

Якщо нам потрібен більший вихідний струм, ніж дозволяє 723, ми можемо додати зовнішній транзистор до інтегральної схеми. Цей силовий транзистор може бути типу PNP або NPN, але ми повинні врахувати, якого типу це, щоб правильно підключити його до інтегральної схеми. Якщо ми додаємо транзистор NPN, ми підключаємо його так, ніби це продовження внутрішніх послідовників, що є у 723. База буде підключена до вихідного потенціалу інтегральної схеми, Vo, і ми підключимо випромінювач на інвестиційний вклад. Але якщо ми додамо PNP, ми збираємося підключити вихідний потенціал, Vo, до інвертуючого входу, а цей - до емітера, а базу до Vc, яка є напругою колектора вихідного транзистора інтегральної схеми 723.

Регулятори напруги

723 характеризується низьким споживанням у спокої, низьким дрейфом з температурою та високою відмовою від шуму. Він застосовується в позитивних і негативних джерелах живлення, таких як паралельний, послідовний, комутований або плавучий регулятор. Вони можуть використовуватися як лабораторні матеріали, місцеві регулятори для логічних плат, регулятори для підсилювачів даних низького рівня, матеріали для контрольно-вимірювальних приладів, бортові системи та матеріали для цифрових та лінійних схем.

Регулятори напруги

Серед переваг, запропонованих 723, можна виділити його хороше регулювання та низький температурний коефіцієнт, а також універсальність. Крім того, його можна використовувати не тільки як регулятор напруги, але також як регулятор струму.

З 723 ми можемо отримати базовий регулятор низької напруги та базовий регулятор високої напруги. Як ми вже знаємо, за допомогою інтегральної схеми 723 ми можемо побудувати блок живлення. Коли почали виготовляти інтегральні схеми, було дуже важко перевищити 40 В на виході з постійним струмом; Щоб досягти цього, потрібно було використовувати дискретні, неінтегровані напівпровідники, навіть при 723 вхід 40 вольт не можна було перевищити, і за допомогою цього входу можна було отримати лише вихід, який, щонайбільше, досягав 37 вольт. Але тепер ми можемо побудувати схему з 723, яка перевищує цю граничну потужність, тому ми можемо використовувати її як основний регулятор високої напруги.

Регулятори напруги

У LM723 важливою областю є джерело опорної напруги, яке компенсується температурою і майже без шуму. Еталонне джерело може забезпечувати струм, який може досягати 15 мА. Крім того, як ми вже знаємо, є корекційний підсилювач, який буде керувати транзистором, що забезпечує вихідну напругу, транзистор, який відповідає за обмеження струму. Повністю стабільної та захищеної від короткого замикання потужності можна досягти, використовуючи 723 та деякі пов'язані з нею дискретні компоненти.

Регулятори напруги

Для досягнення стабілізованої напруги понад 40 вольт ланцюгу потрібна окрема допоміжна напруга, яка діє як джерело напруги. Ці типи регуляторів називаються «плаваючими регуляторами». За допомогою цих схем ми можемо досягти вихідної напруги, яка може регулюватися від 0 до 60 вольт.

Регулятори напруги

Іншим прикладом регульованого регулятора є LM338. Цей регулятор має опорне значення напруги 1,25 В. З його допомогою ми можемо отримати вихідний струм, який переходить від 1,2 В до 25 В. Настійно рекомендується розмістити конденсатор, підключений до входу LM338, щоб зробити ланцюг не чутливим до налаштування або наявність вихідних конденсаторів. LM338 забезпечують дуже хороше регулювання навантаження. Щоб отримати найкращі показники, нам потрібно взяти невеликий показник. Ця міра полягає у підключенні струму опору між регулювальними та вихідними клемами якомога ближче до регулятора, хоча для цього його потрібно відвести від навантаження.

Регулятори напруги

Регулятори напруги

Коли ми використовуємо конденсатори з регульованими інтегральними схемами, дуже зручно додавати захисні діоди і тим самим уникати розрядів, які можуть створюватися конденсаторами в точках слабкого струму регулятора. Коли регулятор має конденсатор, підключений до виходу, а його вхід замикається, конденсатор розряджається через інтегральну схему. Цей розряд достатній для пошкодження інтегральної схеми і залежатиме від трьох факторів: розміру конденсатора, вихідної напруги та швидкості зменшення вхідної напруги. З усіх цих причин дуже зручно додавати діоди захисту, і як приклад інтегральних схем, що їх використовують, можна згадати регулятор LM338.

Регулятори напруги

Інтегральна схема LM317 - регульований послідовний регулятор, здатний працювати з постійним вхідним струмом до 40 Вольт і здатний подавати на виході регульовану напругу від 1,25 до 37 Вольт. Бажано розмістити конденсатор, підключений до входу дуже великої ємності, це дозволить краще поглинати та фільтрувати високочастотні шуми, які існують в електричній мережі, і які, звичайно, проходять через силовий трансформатор. Важливо уточнити, що потужність трансформатора повинна відповідати поточній потужності діодів і транзисторів, що використовуються на стадії регулювання. Тобто не потрібно розміщувати діоди, які підтримують 25 А, коли трансформатор може подавати струм лише 3 А. Те саме відбувається з силовими транзисторами, завжди добре розміщувати пристрої, здатні працювати з подвійним або потрійним номінальним струмом, який ми використовуємо.