ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Устройства, собранные на полупроводниковых элементах (транзисторы, тринисторы, микросхемы) и электромагнитных реле, питаются от источников постоянного напряжения. Как правило, отклонения напряжения от номинального значения не должны выходить за границы определенных допусков (например, для микросхем серии К155 питающее напряжение должно составлять 5В ±5%).

Поэтому источник питания устройств, помимо трансформатора и выпрямителя, должны содержать еще и стабилизатор напряжения.

Основой стабилизатора напряжения чаще всего является кремниевый стабилитрон, включенный в обратном направлении (катодом к положительному полюсу источника питания, анодом — к отрицательному). При таком включении напряжение на стабилитроне (напряжение стабилизации Ucт) мало зависит от тока через стабилитрон (тока стабилизации Ucт). Эти две величины и являются основными параметрами стабилитронов. Так, для стабилитрона КС156А напряжение стабилизации (номинальное) равно 5,6 В (при номинальном токе стабилизации 10 мА), а ток стабилизации может составлять от 3 до 50 мА. Если нагрузка потребляет больший ток, применяют усилитель тока. В простейшем случае это может быть транзистор, включенный по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Схема такого источника питания показана на рис. 47.

Рис. 47 Схема стабилизированного источника питания

Напряжение сети, пониженное трансформатором Т1 до 8...10 В, выпрямляется диодным мостом V1 — V4 и подаётся на стабилизатор напряжения, в котором транзистор V6 включен эмиттерным повторителем. Напряжение на выходе стабилизатора на 0,5...1 В меньше напряжения на стабилитроне V5. По аналогичной схеме можно строить стабилизаторы и на другие значения питающих напряжений, следует лишь для каждого случая подобрать соответствующий стабилитрон и сопротивление резистора R1. Максимальный выходной ток стабилизатора зависит от используемого стабилитрона и статического коэффициента передачи тока транзистора и может быть найден по формуле:

Стабилизатор напряжения, собранный по схеме на рис. 47, обладает сравнительно невысокими эксплуатационными характеристиками, но, тем не менее, может успешно применяться для питания многих радиотехнических устройств.

На рис. 48 приведенасхема еще одного стабилизатора напряжения, но с использованием операционного усилителя (ОУ). Этот вид усилителей обладает очень большим коэффициентом усиления — несколько сотен и даже тысяч, и имеет два входа — инвертирующий (на графическом изображении ОУ обозначают кружком) и неинвертирующий. Сигналы, поданные на эти входы, суммируются с учетом их знака и многократно усиливаются. Характерная особенность стабилизатора напряжения с применением операционного усилителя заключается в том, что в нем выходное напряжение сравнивается с образцовым (опорным) и таким образом поддерживается на заданном уровне.

Рассмотрим по схеме более подробно работу такого стабилизатора напряжения. Выходное напряжение с делителя R2R3 подается на инвертирующий вход ОУ, а образцовое напряжение, снимаемое со стабилитрона V1, подается на неинвертирующий вход. При небольшом изменении напряжения на выходе стабилизатора на инвертирующем входе (вывод 9) появляется сигнал рассогласования, который многократно, усиливается и изменяет напряжение на регулирующем транзисторе V2 таким образом, что напряжение на выходе стабилизатора практически не изменяется. Этот процесс длится всего лишь несколько микросекунд.

Рис. 48 Стабилизатор напряжения с использованием в нем операционного усилителя

Напряжение на выходе стабилизатора можно определить по такой упрощенной формуле:

Изменяя в небольших пределах сопротивления резисторов R2 и R3, можно изменять выходное напряжение стабилизатора. При этом, как видно из формулы, выходное напряжение не может быть меньше напряжения стабилизации стабилитрона.

Резистор R4 ограничивает выходной ток операционного усилителя, конденсатор С1 предотвращает возбуждение устройства. Коэффициент стабилизации этого источника напряжения составляет 200...400, а выходное сопротивление — несколько миллиом. Максимальный выходной ток равен произведению предельно допустимого выходного тока ОУ на коэффициент транзистора V2, Если же для питания устройства требуется больший ток, чем может обеспечить один регулирующий транзистор, можно применять составной транзистор.

Рис. 49. Составной транзистор: с — из транзисторов структуры n-р-n; б — из транзисторов разных структур

На рис. 49,а показана схема составного транзистора, образованного транзисторами одной структуры (n-р-n), а на рис. 49,б — образованного транзисторами разных структур (V1 — n-р-n, V2 — р-n-р). Резистор R1 обеспечивает нормальную работу стабилизатора при высоких температурах окружающей среды и малых токах нагрузки. Ток, протекающий через этот резистор, должен быть значительно больше обратного тока коллекторного перехода транзистора V1 при наибольшей рабочей температуре. Если ток через регулирующий транзистор V1 превышает 70...100 мА, транзистор следует устанавливать на радиатор.