Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [ 40 ] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

этому в главе вопросам анализа и применения корпусов для мощных интегральных схем посвящен отдельный параграф.

6-1. НЕКОТОРЫЕ СООБРАЖЕНИЯ Т10 ПРОЕКТИРОВАНИЮ МОНОЛИТНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Назначением стабилизатора напряжения является поддержание выходного напряжения на постоянном уровне независимо от изменений входного напряжения или выходного тока. Схемы стабилизаторов напряжения, которые могут быть выполнены в виде монолитных интегральных схем, представляют собой схемы последовательного типа, включаемые последовательно между нагрузкой и нерегулируемым источником питания. Для того чтобы сгс?ма стабилизатора напряжения тыла высокое качество стабилизации, она должна обладать ма-лыы коэффициентом стабилизации но напряжению, малым коэффициентом стабилизации нагрузки и большим коэффициентом ослабления пульсаций. Эти основные характеристики стабилизатора напряжения определяются следующим образом.

Коэффициент стабилизации по напряжению - величин а изменения выходного напряжения, выраженная в процентах, при определенно.м изменении входного напряжения.

Коэффициент стабилизации от воздействия нагрузки-величина изменения выходного напряжения, выраженная в процентах, при определенном изменении тока нагрузки.

Коэффициент ослабления пульсаций-отношение амплитуды пульсаций на входе стабилизатора к амплитуде пульсаций на его выходе. Кроме обеспечения постоянства выходного напряжения, стабилизатор должен иметь возможно более низкий температурный коэффициент, и в нем должны быть предусмотрены меры защиты выходных цепей от короткого замыкания.

Вход

Выесд

Рис. 6-1. Структурная схема стабилизатора

напряжения последовательного типа.

/ - источник эталонного напряжения; 2 - последовательный элемент; 3 - усилитель.

В общем случае схема стабилизатора напряжения в интегральном исполнении состоит из трех основных частей: источника эталонного напряжения, усилителя сигнала ошибки и последовательного передающего элемента. На рис. 6-1 приведена структурная схема типового стабилизатора напряжения последовательного типа, имеющая в своем составе эти три основных блока. Внутренний .источник эталонного напряжения вырабатывает напряжение (/эт, величина которого не зависит от температуры и напряжения питания. Резисторы Я\ и Rz обеспечивают обратную связь, корректирующую рабочую точку усилителя сигнала ошибки. Если предположить, что усилитель сигнала ошибки имеет достаточно большой коэффициент усиления К, то падение напряжения на последовательном передающем элементе будет изменяться в соответствии с изменениями нерегулируемого входного напряжения и будет при этом обеспечиваться постоянство выходного напряжения (/г, которое равно:

14-т/с

где у - коэффициент- обратной связи, величина которого определяется соотношением сопротивлений резисторов обратной связи, т. е.

Т=-1Г<1- (6-2)

Коэффициент стабилизации по напряжению непосредственно зависит от чувствительности источника



эталонного напряжения к изменениям входного нестабилизированно-го напряжения. Например, если эталонное напряжение изменяется на величину Д/эт при некотором изменении входного напряжения, то коэффициент стабилизации по напряжению будет равен:

К Шэт

Ксти=Шэ

(6-3)

Аналогичным образом и коэффициент стабилизации нагрузки при изменении тока нагрузки на величину Д/н можно записать в следующем виде:

/Сст.н -

(6-4)

1 + •

где Ro - низкочастотное динамическое сопротивление последовательного элемента.

Как видно из структурной схемы, изображенной на рис. 6-1, диапазон стабилизации выходного напряжения лежит в пределах Uz<Ui. В общем случае верхняя граница .выходного напряжения

всегда меньше входного напряжения Ui из-за конечной величины падения напряжения на последовательном элементе. Для получения широкого динамического диапазона стабилизированного выходного напряжения необходимо иметь как можно более низкое эталонное напряжение. Однако, чтобы обеспечить высокий уровень выходного напряжения при малом эталонном напряжении f/эт, требуется иметь небольшую величину у, т. е. необ-


Рис. 6-2. Упрощенная принципиальная схема стабилизатора напряжения.

ходимо уменьшать коэффициент передачи в цепи обратной связи, •Л это в свою очередь приведет к ухудшению характеристик стабилизации, коэффициента стабилизации по напряжению и коэффициента стабилизации от воздействия нагрузки, как это следует из уравнений (6-3) и (6-4).

На рис. 4-10 и 4-11 приведены практические схемы, которые используются для получения стабильного эталонного напряжения. Характеристики температурного дрейфа этих источников эталонного напряжения были рассмотрены в гл. 4, и здесь нет необходимости повторять этот анализ. Типовые значения эталонного напряжения, которые можно получить с помощью этих схем, лежат в пределах от 1,2 до 2,5 В.

На рис. 6-2 показана упрощенная практическая схема стабилизатора напряжения последовательного типа. В большинстве случаев коэффициент усиления К усилителя сигнала ошибки при разомкнутой цепи обратной связи должен находиться в пределах от 60 до 70 дБ. Такое значение усиления вполне обеспечивается одним дифференциальным каскадом с источником тока в качестве активной нагрузки. В качестве последовательного элемента, как правило, используется мощный транзистор, включенный по схеме с общим коллектором. На рис. 6-2 последовательным элементом является транзистор Т. Для обеспечения необходимой развязки между нагрузкой и усилителем сигнала ошибки часто в качестве последовательного элемента используется схема Дарлингтона, состоящая из двух транзисторов. В некоторых случаях усилитель сигнала ошибки, имеющий большой коэффициент усиления, может иметь схему частотной коррекции для обеспечения устойчивой работы при любых условиях. Для схем стабилизаторов напряжения, построенных на одном усилительном каскаде„



частотная коррекция осуществляется путем введения корректирующей емкости, расположенной на кристалле, аналогично внутренней коррекции операционных усилителей (см. § 5-6). Однако следует иметь в виду, что чрезмерная частотная коррекция может привести к ухудшению выходного сопротивления стабилизатора на высоких частотах из-за снижения коэффициента усиления усилителя сигнала ошибки в области высоких частот. Из уравнения (6-4) эффективное значение выходного сопротивления стабилизатора можно определить в следующем виде:

Таким образом, по мере падения амплитудно-частотной характеристики усилителя сигнала ошибки с повышением частоты выходное сопротивление увеличивается.

Коэффициент полезного действия

Упрошенная эквивалентная схема стабилизатора напряжения последовательного типа, показанная на рис. 6-3, может быть использована для вычисления коэффициента полезного действия. На этой эквивалентной схеме источник тока /п представляет ток, потребляемый схемой стабилизатора. Аналогично источник напряжения (/ц представляет величину падения напряжения на стабилизаторе, необходимую для получения требуемого напряжения на нагрузке при данном входном напряжении. При правильном выборе напряжение источника питания Un должно быть не менее минимально допустимой величины Un.umi- В типовых МОНОЛИТНЫХ схе-мах стабилизаторов значение напряжения Un.Mim лежит в пределах от 1,5 до 3 В. Коэффициент полезного действия стабилизатора т] определяется соотношением


Ркс. 6-3. Упрощенная эквивалентная схема стабилизатора напряжения.

где Рвых И Рвх - выходная и входная мощности. Значения выходной и входной мощностей можно представить в следующем виде:

Рвых = /н(/н; (6-7)

/вх=(/вх(/п + /н). (6-8)

Теперь величина к. п. д. запишется в виде

(6-9)

(6-6)

Из формшы (6-9) видно, что коэффициент полезного действия стабилизатора зависит непосредственно от отношения напряжения на нагрузке и тока нагрузки к падению напряжения на стабилизаторе и потребляемому им току. Поскольку величина тока потребляемого схемой /п стабилизатора более или менее постоянна, максимальное значение к. п. д. т]макс имеет место при максимальном токе через нагрузку /н и при минимальной разнице между входным и выходным напряжениями. Если на входе стабилизатора содержится большая переменная составляющая или флуктуации большой амплитуды, то максимальный к. п. д. уменьшается, так как средний уровень входного напряжения должен быть при этом уменьшен для обеспечения мгно(венн6го напряжения (/ц больше (/ц.макс-

Защита от перегрузок

Поскольку назначением монолитного стабилизатора является управление токами большой величины при изменяющихся напряжениях



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [ 40 ] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0008