Регулятори струму і напруги, а також стабілізатори являють собою представницький клас мікросхем, призначених, як це випливає із самої назви, для плавного регулювання і / або стабілізації вихідної напруги або струму при подачі на вхід пристрою нестабілізі- рованного напруги або струму. Сучасні мікросхеми регуляторів і стабілізаторів відрізняються малим падінням напруги на регулюючому елементі, відповідно, малої розсіюваною потужністю, високим ККД і малими розмірами.

Інформація про пристрої подібного призначення докладно розглянута в [26.1, 26.2], з цієї причини далі будуть розглянуті схемні рішення, відносяться до тематики аналогових мікросхем, що не увійшли в зазначені джерела. Зверніться до цих книг автора цього видання.

Стабілізатори напруги серії LR8, LR12 фірми Suptertex inc виконані в корпусах ТО-92, ТО-243АА, ТО-252 і SO-8, рис. 26.1 [26.3]. Вони мають три висновки: 1 – вхід; 2 – вихід; 3 – загальний.

Примітка.

Рис. 26.1. Схема корпусів і цоколевка мікросхем серії LR8 (ТО-92, ТО-243АА, ТО-252), LR12 (ТО-92, ТО-252, SO-8)

Унікальність цих мікросхем в тому, що вони можуть працювати в широкому діапазоні живлячих (вхідних) напруг: мікросхема LR8 від 12 до 450 (у межі 480) У; LR12 – від 13,2 до 100 (у межі 120) В.

Внутрішню будову мікросхем серії LR8, LR12 показано на рис. 26.2.

Типові схеми включення мікросхем серії LR8, LR12 наведено на рис. 26.3. Захисний діод VD1 використовують в тих випадках, коли є ймовірність, що напруга на виході стабілізатора з якої-небудь причини перевищить вхідна напруга. Така ситуація можлива при відключенні джерела напруги живлення, якщо стабілізатор навантажений на конденсатор великої ємності.

Рис. 26.4. Схема стабілізатора напруги з вихідним напругою 5 В на мікросхемі LR8

Вихідна напруга стабілізаторів на мікросхемах серії LR8y LR12 можна регулювати в широких межах, якщо примусово змістити напругу на загальному висновку мікросхеми щодо спільного проведення, рис. 26.4.

Формула для розрахунку вихідної напруги (В) при варіюванні номіналів резистивного подільника – формувача напруги підживлення, наведена на малюнку. Множник 0,01 формули враховує струм витоку через загальний висновок мікросхеми (0,01 мА – середнє значення або 0,005-0,015 мА – фактичне).

Стабілізовану мінімальна вихідна напруга для мікросхеми LR8 – 1,2 Ву максимальне, при Rl = 2,4 кОм; R2 = 782 кОму – 400 В. Максимальний вихідний струм при різниці напруг вхід-вихід до 10 В – 30 мА (для LR12 – 100 мА при Δ17 = 12 В); при різниці 450 В – 0,5 мА (для LR12 – 0,5 мА при ΔΙΙ = 100 В). Мінімальний вихідний струм при варіюванні опору навантаження – 0,3-0,5 мА. Мінімальна ємність на виході стабілізатора – 1 мкФ. Максимальна розсіює мікросхемою LR8 потужність при температурі навколишнього середовища 25 ° С: 0,74 Вт (корпус ТО-92); 1,6 Вт (ТО-243АА) і 2,5 Вт (ТО-252). Для мікросхеми LR12 – 0,6 Вт (корпус ТО-92); 1,8 Вт (SO-8) і 2,0 Вт (ТО-252).

Приклад використання мікросхем серії LR8, LR12 як стабілізаторів струму наведено на рис. 26.5 і рис. 26.6. Так, на рис. 26.6, а, показана схема стабілізації струму, що протікає через світлодіод, а на рис. 26.6, б, – схема зарядного пристрою. При використанні мікросхеми LR12 діапазон живлячих напруг, рис. 26.4-26.6, звужується до 17-100 В.

Регульовані стабілізатори LM117 / LM217 / LM317 фірм National Semiconductor і Motorola забезпечують струм навантаження до 1,5 А в діапазоні вихідних напруг від 1,2 до 37 В [26.4]. Так, наприклад, стабілізатор LM317L (вітчизняний аналог КР1157ЕН1) забезпечує струм навантаження 100 мА.

Включаються ці мікросхеми за типовими схемами, наведеними вище для мікросхем серії LR8, LR12, проте працюють в більш вузькому діапазоні живлячих напруг і мають іншу цоколевку і корпус.

Універсальний зарядний пристрій для заряду NiCd / NiMH-елементів (рис. 26.7) містить стабілізатор зарядного струму на мікросхемі DA1 LM317T і індикатор процесу заряду зі світлодіодною індикацією [26.5].

Раду.

Рис. 26.7. Схема зарядного пристрою для NiCd / NiMH- елементів

Передбачається, що величина зарядного струму повинна бути такою, щоб акумулятор міг набрати номінальний заряд за 10 ч. На практиці час заряду рекомендується завищити на 20-40%. Так, для акумуляторів ємністю 1500-1800 мА-год при зарядному струмі 150-180 мА мінімальний час заряду повинно бути 10 год.

Номінал резистора R1 задає струм через стабілізатор струму (180 мА). При необхідності задати інше значення струму номінал цього резистора слід пропорційно змінити або використовувати набір комутованих резисторів.

Як HL1 використаний слабкострумовий світлодіод, який здатний яскраво світитися при струмі 2 мА. Цей елемент (разом з транзистором VT1 і резистором R2) не є необхідним, але забезпечує візуальну індикацію закінчення процесу заряду.

Напруга живлення зарядного пристрою має становити суму падіння напруги на послідовно включених акумуляторах, плюс падіння напруги на стабілізаторі зарядного струму (3 В). Так, для одного заряжаемого елемента цей напруга дорівнює 4,5 В; для чотирьох елементів – 9 В.

Раду.

Мікросхему DA 1 LM317Т слід встановити на невеликий радіатор.

Генератор стабільного струму, виконаний за схемою, представленої на рис. 26.8 [26.6], дозволяє забезпечити постійний струм для зарядки нікель-кадмієвих або нікель-металгідридних акумуляторів.

Величина зарядного струму визначається номіналом резисторів R1-R3 і при необхідності може бути відкоригована. Величину зарядного струму для кожної з зарядних ланцюгів можна визначити з виразу I = 1,35 / R1 (Або R2, R3). Так, для Rl = 22 Ом 1 = 60 мА; для R2 = 12 Ом 1 = 113 мА; R3 = 270 Ом 1 = 5 мА.

Рис. 26.8. Схема універсального пристрою для зарядки NiCd і NiMH акумуляторів стабілізованою струмом

Замінник батареї типорозміру 6F22 («Крона»), виконаний в тих же габаритах, може бути виготовлений за схемою, представленої на рис. 26.9 [26.7].

Рис. 26.9. Схема перетворювача напруги на вихідну напругу 9 НД накопичувальним конденсатором надвеликої місткості

Примітка.

«Родзинкою» схеми є те, що в ній використаний конденсатор надвеликої місткості – ЮФна робоча напруга 2,3 В. Цей конденсатор, на відміну від акумуляторних батарей, можна заряджати практично миттєво, розряджати настільки ж великим струмом. Крім того, конденсатори не володіють ефектом пам’яті, властивим багатьом акумуляторам – коли акумулятор «запам’ятовує» неоптимальні стану зарядки / розрядки і прогрессирующе необоротно втрачає ємність.

Конденсатор надвеликої місткості має і відчутний недолік: його робоча напруга 2,3 В невелике для використовуваного в даній схемі. Перевищення цієї напруги призводить до пошкодження дорогого конденсатора. У цьому зв’язку харчування накопичувача енергії – конденсатора надвеликої місткості С1 здійснюється від стабілізатора напруги на мікросхемі DAI LM317T. Зате живити пристрій можна від будь-якого джерела напругою від 4 до 12 В. Мікросхема DA1 LM317T може забезпечити при наявності тепловідводу вихідний струм до 1 А, що дозволяє зарядити конденсатор С1 за 20 с.

Вихідна напруга із стабілізатора подається на перетворювач напруги, виконаний на транзисторах VT1-VT3. Останній з них – VT3, працює в якості стабилитрона: його обратносмещенного перехід емітер-база пробивається при напрузі 8 В. Аналогічний процес спостерігається і у вітчизняних транзисторах типу КТ315, див. також [26.1].

Вихідна напруга перетворювача – 9 В. Перемикачем конденсатор С1 може бути відключений від схеми без істотного погіршення роботи пристрою. У той же час, при включеному накопичувачі енергії – конденсаторі надвеликої місткості перетворювач набуває властивість джерела безперебійного живлення: його працездатність зберігається 10-20 хв після відключення основного источ-

Рис. 26.14. Схема регулятора напруги на мікросхемі LM723 з вихідною напругою 2-7 В

Рис. 26.10. Цоколевка мікросхеми LM723J / 883, LM723CN

Рис. 26.11. Цоколевка мікросхеми LM723H, LM723H / 883, LM723CH

Рис, 26,12, Цоколевка мікросхеми LM723E / 883

Рис. 26.13. Еквівалентна схема мікросхеми LM723

ника харчування при вихідному струмі 50 мА. При вихідному струмі 8,5 мА перетворювач має ККД 63%.

Широко поширені мікросхеми серії LM723 призначені для стабілізації і регулювання вихідної напруги малопотужних споживачів [26.4].

Ці мікросхеми випускають у різних корпусах, вид яких наведено на рис. 26.10-26.12.

Еквівалентна схема мікросхем серії LM723 показана на рис. 26.13.

Типова схема включення мікросхеми LM723, використовуваної в якості регулятора напруги, наведена на рис. 26.14.

У разі, якщо від стабілізатора-регулятора напруги на мікросхемі LM723 потрібно забезпечити підвищений вихідний напруга, використовують іншу схему включення, представлену на рис. 26.15.

Рис. 26.17. Схема регулятора напруги на мікросхемі LM723 з підвищеною здатністю навантаження

Рис. 26.18. Варіант схеми регулятора напруги на мікросхемі LM723 з підвищеною здатністю навантаження

Мікросхему LM723 можна використовувати і для отримання негативного щодо спільного проведення напруги, використовуючи джерело живлення негативної полярності і схему включення, представлену на рис. 26.16.

Для того, щоб забезпечити підвищений вихідний струм стабілізатора- регулятора напруги на мікросхемі LM723, використовують додатковий вихідний транзистор VT1, встановлений на радіатор, рис. 26.17 і рис. 26.18.

Для того, щоб забезпечити надійну роботу схеми стабілізатора-регулятора, використовують схему захисту від перевантаження по струму, рис. 26.19. Як датчик струму використовують резистор Rsc.

Варіанти схем регуляторів напруги з підвищеною здатністю навантаження з використанням мікросхеми LM723 і потужного вихідного транзистора наведені на рис. 26.20 і рис. 26.21. Схема (рис. 26.21) призначена для отримання негативного (щодо загальної шини) вихідної напруги.

На основі мікросхеми LM723 можливе створення стабілізаторів / регу-

Рис. 26.21. Схема регулятора напруги негативної полярності на мікросхемі LM723 з підвищеною здатністю навантаження

лятором не тільки послідовного, але і паралельного типу, схема якого наведена на рис. 26.22.

Роботою мікросхем LM723 (їх включенням / відключенням) можна керувати за допомогою подачі на вхід керуючого транзистора VT1 напруги з логічним рівнем 1/0, рис. 26.23.

Регульований стабілізатор напруги (рис. 26.24) зібраний із застосуванням спеціалізованої мікросхеми-підсилювача типу TDA2030, що зазвичай використовуються у вихідних каскадах УНЧ [26.8].

Примітка.

Ця мікросхема має позитивну властивість: у ній передбачений захист як від перегріву, так і від короткого замикання вихідних ланцюгів. Вихідна напруга можна регулювати від майже нульових значень до близьких до напруги харчування.

Раду.

При вихідному струмі понад 1А мікросхему DA2 слід встановити на радіатор.

Рис. 26.24. Схема регульованого стабілізатора напруги на мікросхемі TDA2030 з вихідним струмом до ЗА

До числа сучасних регуляторів з дуже низьким падінням напруги можна віднести КМОП-мікросхему серії NCP694 (ON Semiconductor). Це регулятор напруги з термозахистом, вихідним струмом до 1 Л і напругою на виході нижче 1,2 В при рівні вхідної напруги 1,4-6,0 В. Нестабільність вихідної напруги не перевищує 3 мВ. Падіння напруги на мікросхемі при подаваемом на неї напрузі 3,3 В і вихідному струмі 0,3 А складає всього 50 мВ (при струмі 1 А – 180 мВ). Передбачено переведення роботи пристрою в «сплячий» режим, що істотно (з 60 до 0,1 мкА) знижує струм власного споживання. Мікросхема випускається в мініатюрних корпусах HSON-6 і SOT89.

Швидкодіючі стабілізатори ХС6602 / ХС6603 / ХС6604 з нижньою межею вхідної напруги 0,5 В були розроблені фірмою Тогех Semiconductor LTD, Японія [26.9]. Подачею зовнішньої напруги від 2,5 до 6,0 В на висновок VBIAS мікросхем ХС6603 / ХС6604 інтервал допустимих вхідних напруг знижується до 0,5-3,0 В. При напрузі на виході 1,2 В, напрузі зсуву 3,3 В і струмі навантаження 1 А на мікросхемі падає всього 162 мВ. В складі серії з кроком 0,1 В випускаються стабілізатори з фіксованою вихідною напругою від 0,5 до 1,8 В.

Шустов М. А., Схемотехніка. 500 пристроїв на аналогових мікросхемах. – СПб .: Наука і Техніка, 2013. -352 с.