Stabilizatory liniowe regulowane

Z tej części kursu dowiesz się o stabilizatorach liniowych regulowanych. W jaki sposób dobierać elementy, aby otrzymać odpowiednie napięcie wyjściowe. Więcej informacji o tych stabilizatorach znajdziesz poniżej.

Spis treści:

  1. Budowa i zasada działania stabilizatora regulowanego
  2. Przykładowy układ ze stabilizatorem regulowanym LM317
  3. Lista stabilizatorów regulowanych
  4. Podsumowanie

 

1. Budowa i zasada działania stabilizatora regulowanego

Jak już wiemy z poprzedniej części, cała magia regulacji polega na porównywaniu napięć, z tym że przy stabilizatorach nieregulowanych, napięcie porównywane względem wzorcowego było stałe, natomiast w stabilizatorach liniowych regulowanych jest na odwrót. Zobaczmy jak to jest zrealizowane w układzie LM317:

schemat-blokowy

Jak widzimy, napięciem wyjściowym steruje para Darlingtona (NPN) przez co otrzymujemy niską impedancję wyjścia co z kolei gwarantuje nam największy możliwy prąd otrzymany z układu oraz niskie temperatury układu (bo „rezystancja” jest bardzo mała). Do tego układu również jest dołączone zabezpieczenie przed przeciążeniem prądowym układu oraz temperaturowym. Jeżeli, któreś z tych zabezpieczeń zadziała to wtedy jest uruchamiane i działa tak długo, aż temperatura układu się obniży albo jak wartość obciążenia na wyjściu zmaleje. Pozostał nam jeszcze wzmacniacz operacyjny ze stały napięciem referencyjnym 1,25V, gdzie wejście nieodwracające (+) jest wyprowadzone na zewnątrz układu jako pin ADJ (adjustment), którego zadaniem jest regulacja napięcia wyjściowego (źródło napięciowe) albo prądu (źródło prądowe). Abu ustalić napięcie wyjściowe to musimy do pinu ADJ podłączyć dwa rezystory jak na schemacie poniżej:

zastosowanie-lm317

gdzie R1 zawsze jest niskie i ustawia się je w zakresie 220-300 ohm. Natomiast R2 już musimy policzyć. Ogólny wzór na napięcie wyjściowe w tym przypadku jest następujące:

wzor-uwy-lm317

Ze względu na to, że wartość ostatniego członu jest pomijalna to zazwyczaj stosuje się ten wzór:

wzor-uwy-lm317-wlasciwy

Zatem po prostym przekształceniu otrzymujemy wzór na R2:

wzor-r2

W zasadzie to wszystko co potrzebujemy do działania układu.

Warto jeszcze wspomnieć, żeby ten układ działał poprawnie to obciążenie na jego wyjściu musi wynosić minimum 5-10mA w zależności od producenta. Zobaczmy jeszcze dwie kwestie:

lm317-chk

Ze względu na to, że ten stabilizator jest regulowany to „widzi” on różnicę napięć pomiędzy wejściem, a wyjściem i dopóki jest ona zachowana to układ działa poprawnie (Maksymalna różnica napięć wejście,wyjście wynosi 40V). Na wykresie po lewej stronie widzimy zależność prądu wyjściowego od różnicy napięć wejście, wyjście. Największą wydajność prądową układ uzyskuje, gdy różnica napięć mieści się w zakresie ok. 4,5V – 11,5V. Maksymalna wartość tego prądu wynosi 2,2A lecz jak z noty możemy wyczytać to ta wartość jest dla różnicy napięć mniejszej/równej 15V oraz dla obciążenia mniejszego niż 20W. Nie mniej jednak długo tej wartości prądu nie utrzymamy bo zaraz zadziałają zabezpieczenia przeciążeniowe i nadmiernej temperatury. Dlatego producent ustalił bezpieczną granicę prądu wyjściowego na 1,5A.
Drugi wykres prezentuje wartość dropout voltage w zależności od temperatury złącza przy danej wartości prądu obciążenia. Wniosek z tego wykresu nasuwa się taki sam jak dla układów z rodziny 78xx- im większe obciążenie układu tym większy dropout voltage.