Многие электронные схемы начинают работать при напряжении ниже 1.25 В. Но выходные напряжения популярных регулируемых стабилизаторов, таких как LM317, LM350 и LM338, не могут быть ниже 1.25 В, а для L200 этот порог еще больше – 2.85 В. Стабилизаторы с фиксированными выходными напряжениями серий 78xx и LM29xx предлагают лишь 5, 3.3, 3.0, 2.85 или 2.5 В.
Предложенные здесь подходы позволяют с помощью этих регуляторов обеспечить выходное напряжение, близкое к нулю (иногда называемому «уровнем земли»). Этого можно добиться двумя способами: вычитанием опорного напряжения из выходного напряжения стабилизатора или смещением напряжения, подаваемого на резисторы делителя обратной связи стабилизатора.
На Рисунке 1 показана реализация первого подхода, в котором опорный источник с напряжением, которое должно вычитаться через «блок понижения напряжения», подключен между точками 3 и 4 схемы. Выбор производится в соответствии с требуемыми значениями выходного тока, напряжения и температурной стабильности. Вычитать ровно 1.25 В или подобное напряжение нет необходимости.
 |
|
| Рисунок 1. | В ситуациях, когда напряжение шины питания положительно и ограничено, подход с использованием резисторов является альтернативой активным методам, показанным на Рисунке 1. |
Между точками 3 и 4 могут быть использованы следующие компоненты: один или несколько диодов (таких как 1N400x или 1N540x), один или несколько диодов Шоттки (1N5819, 1N5822), микросхемы источников опорного напряжения (LT1004-1.2, LM385-1.2, TLVH431, TLVH432, LM336-2.5, ADR512, LM4041C12), шунтовые регуляторы (TL431, LM431), стабилитроны (серии мощностью 1.3 Вт), светодиоды (любых цветов и комбинаций) и даже транзисторы, включенные стабилитронами или простыми диодами.
Каждое из этих решений имеет свои преимущества и недостатки. Например, с помощью TL431 можно получить выходной ток 100 мА и хорошую температурную стабильность. (В этом случае напряжение V3 в точке 3 должно начинаться с 2.5 В). R1 и R2 – это резисторы регулировки напряжения, стандартные для таких стабилизаторов, как LM317 и LM350.
Резисторы R3, R4 и R5 являются необязательными. Если в токоограничивающем резисторе R3 необходимости нет, его можно заменить перемычкой. R4 при необходимости может нагрузить стабилизатор IC1 минимальным током. Чаще всего этот ток устанавливают резисторы R1 и R2, но это не обязательно и не всегда является хорошим вариантом. R5 может обеспечить минимальный нагрузочный ток для стабилизатора IC1 и/или минимальный ток для вычитающего элемента, подключенного между точками 3 и 4.
Второй подход удобен в тех случаях, когда схемы работают от одного источника питания, такого как 6- или 12-вольтовые аккумуляторные батареи, а входное напряжение обычно ограничено значением примерно 16 В (Рисунок 2). В этих случаях выходное напряжение LM317x уменьшают и смещают путем смещения напряжения на резисторах обратной связи.
 |
|
| Рисунок 2. | В ситуациях, когда напряжение шины питания положительно и ограничено, подход с использованием резисторов является альтернативой активным методам, показанным на Рисунке 1. |
Для создания отрицательного напряжения может быть использован таймер NE555 и связанные с ним компоненты. Здесь он вырабатывает –1.2 В для смещения LM317x и –2.5 В для аналоговых цепей системы. Рабочая частота генератора обычно устанавливается между 20 кГц и 200 кГц. Элементами D1 и D2 должны быть диоды с быстрым переключением и низким падением напряжения, такие, например, как 1N5819 или 1N5822. D3 – это источник опорного напряжения или параллельный стабилизатор, вырабатывающий смещение –1.2 В, например LM385-1.2 В. Резистор R6 необязателен. Он нужен для того, чтобы при необходимости обеспечить минимальный ток нагрузки микросхемы IC1.
 |
|
| Рисунок 3. | В схеме с регулируемым стабилизатором, таким как L200, шунтовой стабилизатор действует как активный редуктор напряжения, в то время как потенциометр позволяет точно установить желаемое значение напряжения. |
Шунтовой регулятор на Рисунке 3, например, TL431, смещает выходное напряжение стабилизатора L200 к земле. Он должен быть рассчитан не менее чем на 10 мА, чтобы принимать ток, вытекающий из L200. Подстроечный потенциометр P1 создает для L200 соответствующее напряжение смещения. Кроме того, абсолютная величина напряжения –VREF должна равняться внутреннему опорному напряжению L200, которое находится в диапазоне от 2.64 В до 2.86 В. Сопротивления резисторов R2, R3 и R4 рассчитаны в соответствии с техническим описанием микросхемы L200.
 |
|
| Рисунок 4. | Аналогичный подход применим к семейству 78xx, но требует некоторых изменений схемы. |
Этот метод применим и к регулируемым стабилизаторам серии 78xx (Рисунок 4). Подстроечный резистор P1 используется для того, чтобы сделать опорное напряжение –VREF равным выходному напряжению 78x05 и, таким образом, получить выходное напряжение +VOUT, близкое к уровню земли. С помощью R2 устанавливается требуемое значение выходного напряжения +VOUT между 0 В и +5 В. Для других диапазонов выходных напряжений необходимо изменить номиналы резисторов R2 и R1. Кроме того, потенциометр R2 можно заменить постоянным резистором.
 |
|
| Рисунок 5. | Существуют различные распространенные методы создания отрицательных напряжений из переменного напряжения, включая двухполупериодный выпрямительный мост плюс дополнительный диод (а), двухполупериодный выпрямительный мост плюс DC/DC преобразователь (б), полумостовой выпрямитель плюс DC/DC преобразователь (в) и полумостовой выпрямитель плюс дополнительный диод (г). |
На Рисунке 5 представлено несколько идей для создания отрицательного напряжения, необходимого для смещения уровней выводов земли или обратной связи стабилизаторов с использованием NE555 или других методов.
