Стабилизаторы малых регулируемых со сменой полярности напряжений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2020

Михаил Шустов, г. Томск

Приведены схемы низковольтных стабилизированных источников регулируемого в пределах от U до –U постоянного напряжения, выполненных на основе стабилитронов TL431C или их аналогов

Не регулируемые по величине низковольтные стабилизаторы напряжения чаще всего выполняют на основе прямосмещенных переходов диодов и транзисторов, изготовленных из полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны. Такие стабилизаторы не поддаются регулировке и обладают далеко не самыми лучшими свойствами – напряжение на их выходе заметно зависит от изменения напряжения питания, температуры, сопротивления нагрузки.

Подавляющее большинство схем источников регулируемого стабилизированного напряжения относятся к устройствам, позволяющим стабилизировать и регулировать выходное напряжение величиной от 1…2.5 В и выше [1]. Известны также единичные примеры создания регулируемых источников постоянного напряжения с возможностью смены полярности выходного напряжения, выполненные по дифференциально-мостовой схеме [2, 3].

На Рисунке 1 приведена схема стабилизатора постоянного напряжения, позволяющего получить на сопротивлении нагрузки стабилизированное регулируемое в пределах от –2.5 до 2.5 В напряжение. Стабилизатор выполнен по мостовой схеме с использованием регулируемых стабилитронов TL431C или их аналогов. При регулировке потенциометра R2 стабилизированное напряжение на резисторах R5 и R6 изменяется в пределах от 2.0 до 4.5 В и от 4.5 до 2.0 В, соответственно. Следовательно, разностное напряжение, снимаемое с этих резисторов на сопротивление нагрузки, будет изменяться в пределах от –2.5 до 2.5 В.

Рисунок 1.	Мостовая схема источника стабилизированного регулируемого в пределах от –2.5 до 2.5 В постоянного напряжения с повышенной нагрузочной способностью.

При повышении напряжения питания падение напряжения на резисторах R5 и R6 пропорционально повышается, но разность этих напряжений будет оставаться всегда неизменной и стабильной.

Величина выходного напряжения стабилизатора остается постоянной при условии, что сопротивление нагрузки превышает 90 Ом. Ток, потребляемый устройством, не превышает 95 мА. Нагрузочную способность стабилизатора можно повысить путем повышения напряжения питания, что скажется на тепловыделении на элементах DA1, DA2, R5 и R6.

Стабилитроны TL431C для их охлаждения и повышения температурной стабильности выходного напряжения рекомендуется установить на медной теплоотводящей пластине.

Второй вариант низковольтного регулятора стабилизированного выходного напряжения с возможностью смены его полярности показан на Рисунке 2. Этот стабилизатор выполнен по мостовой схеме иного построения, левую ветвь которой представляет собой цепочка из двух нерегулируемых стабилизаторов напряжения, а правую – регулируемый стабилизатор напряжения на основе стабилитронов TL431C и резистора R7.

Рисунок 2.	Вариант мостового источника стабилизированного регулируемого в пределах от –2.5 до 2.5 В постоянного напряжения.

В диагональ моста включено сопротивление нагрузки R_Н. На левый по схеме вывод этого сопротивления подается стабилизированное напряжение 5.0 В, на правый – стабилизированное, регулируемое в пределах от 2.5 до 7.5 В напряжение. Следовательно, на сопротивлении нагрузки, величина которого должна превышать 1 кОм, можно получить стабилизированное напряжение, величину которого можно регулировать в пределах от –2.5 до 2.5 В. Ток, потребляемый устройством, не превышает 20 мА.

Недостатком предшествующих схем (Рисунки 1 и 2) является то, что их сопротивления нагрузки находятся в «подвешенном» состоянии, что ограничивает возможности применения подобных стабилизаторов на практике.

На Рисунке 3 показана схема регулируемого в пределах от 0 до +2.5 В стабилизатора постоянного напряжения с заземленной нагрузкой. Устройство представляет собой последовательность из двух стабилизаторов постоянного напряжения: нерегулируемого на DA1 и регулируемого – на DA2. Напряжение на выходе первого стабилизатора поддерживается на уровне 5 В. Второй из стабилизаторов выполнен по нестандартной схеме: сопротивление нагрузки включено в анодную цепь стабилитрона TL431C (при условии R5 >> R_Н, R_Н > 30 Ом). Резистор R5 без изменения свойств стабилизатора может быть подключен и по классической схеме: между управляющим входом и анодом стабилитрона DA2.

Рисунок 3.	Источник стабилизированного регулируемого в пределах от 0 до +2.5 В постоянного напряжения с заземленной нагрузкой.

При регулировке потенциометра R3 падение напряжения на стабилитроне DA2 TL431C меняется от 5.0 до 2.5 В, поэтому на сопротивлении нагрузки напряжение меняется в пределах от 0 до 2.5 В. Ток, потребляемый стабилизатором при сопротивлении нагрузки не менее 30 Ом, не превышает 95 мА. Резистор R1 является гасящим сопротивлением и одновременно защищает стабилизатор от короткого замыкания в нагрузке.

Общим недостатком рассмотренных выше стабилизаторов является их низкий КПД, что, впрочем, характерно практически для любых схем аналоговых стабилизаторов напряжения.

Литература

Материалы по теме