СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3/2016

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 69 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2016 +Uвых +Uвх З И +Vref С + DA1.2 R3 T1(P) R1 R5 C3 R4 + DA1.1 VD1 C4 R7 R6 R2 -Uвых -Uвх -Vref И С З T1(N) R7 R3 R1 + DA1.2 + DA1.1 R5 R2 VD1 R6 R4 C3 C4 а б Uвх +U вых +Vref И С З T1(P) R3 C3 R4 R2 R5 C4 + DA1.1 C1 R1 C2 VD1 Uвых Uвх И С З -Vref R4 C2 C4 T1(N) R3 + DA1.1 C1 VD1 C3 R2 R1 R5 ~ ния составляет около 20 В, это не соста- вит проблемы, тем более, что R3 сдви- гает «вниз» напряжение на C1. Однако такой фильтр нельзя приме- нять для выпрямленного и сглаженно- го выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, поскольку, во-первых, размах пульсаций здесь на порядок ниже (около 2 В), во-вторых, мощные P-канальные транзисто- ры с низким порогом включения не выпускаются (пороговое напряжение для них составляет 3…5 В). Например, если среднее выпрямленное напряже- ние составляет +20 В, а размах пуль- саций ±1 В, максимальное напря- жение с учётом амплитуды пульса- ций составляет +21 В. Чтобы открыть такой транзистор требуется на затвор подать напряжение +20 В + (3…5) В = = 23…25 В. Очевидно, что такое напря- жение из входного не получить. Можно, конечно, «сдвинуть» напряжение затво- ра с помощью R3 (см. рис. 1) на 3…5 В «вниз», однако при токе в 10 А транзи- стору придётся рассеять 5 В × 10 А = = 50 Вт бесполезной энергии в тепло. В других статьях [1, 2] мощный поле- вой транзистор включён в линейном стабилизаторе иначе. В схеме стаби- лизатора положительной полярности (см. рис. 2а), во-первых, используется транзистор с каналом противополож- ной полярности (P), во-вторых, тран- зистор «перевёрнут», то есть на исток подаётся входное напряжение, а со стока снимается стабилизированное напряжение. Аналогично устроен и ста- билизатор отрицательной полярности (см. рис. 2б). Преимущество такого включения транзистора заключается в том, что для открытия P-канального транзи- стора на его затвор следует подать напряжение ниже входного на 3…5 В. Если, например, входное напряжение составляет +20 В с учётом пульсаций, то чтобы открыть такой транзистор, на затвор требуется подать напряже- ние 20 В – (3…5) В = 15…17 В. Очевид- но, такое напряжение легко получить из входного напряжения. Аналогич- ные рассуждения справедливы и для стабилизатора отрицательной поляр- ности (см. рис. 2б). Принцип работы стабилизатора положительнойполярности (см. рис. 2а) очень простой. На базе ОУ DA1.2, трёх резисторов R1, R2 и R3 и стабилитро- на VD1 формируется высокостабиль- ное опорное напряжение +Vref. Коэф- фициент стабилизации в этой класси- ческой схеме формирователя опорного напряжения [3] достигает 10 4 [4]. Опе- рационный усилитель DA1.1 использу- ется для сравнения опорного напряже- ния Vref, поданного на его инвертиру- ющий вход, с выходным напряжением стабилизатора, поданным на его неин- вертирующий вход с делителя R5, R6 и R7. Выходное напряжение ОУ DA1.1 через резистор R4 подаётся на затвор транзистора. Если при подключении нагрузки выходное напряжение ста- билизатора начинает падать, то начи- нает падать и напряжение на неинвер- тирующем входе ОУ DA1.1, что приво- дит к падению напряжения на затворе транзистора. Падение напряжения на затворе транзистора приводит к его приоткрыванию и восстановлению прежнего значения выходного напря- жения с высокой точностью. Анало- гичным образом работает стабилиза- тор напряжения отрицательной поляр- ности (см. рис. 2б). Если в стабилизаторе положитель- ной полярности (см. рис. 2а) заме- нить формирователь опорного напря- жения (DA1.2, R1, R2, R3 и VD1) двумя RC-цепочками (R1C1 и R2C2) и рези- стором R3 из схемы, представленной на рисунке 1, получается схема, показан- ная на рисунке 3, и стабилизатор пре- вращается в фильтр напряжения поло- жительной полярности. Соответствую- щее включение транзистора избавляет схему, изображённую на рисунке 3, от недостатков схемы, приведённой на рисунке 1 (напряжение управления затвором транзистора ниже напряже- ния питания на 3…6 В, а транзистор может иметь более высокое порого- вое напряжение). Преимущество схемы, представленной на рисунке 3, состоит ещё и в том, что транзистор здесь вклю- чён не как истоковый повторитель, а как усилитель напряжения. Кроме того, применение ОУ во много раз увеличи- вает точность поддержания выходно- го напряжения. Аналогичным образом построена схема фильтра напряжения отрицательной полярности (см. рис. 4). С ХЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ТОКА Стабилизаторы, изготовленные по схемам, приведённым на рисунке 2, обеспечивают размах пульсаций вы- ходного напряжения 1,5…2 мВ при выходном токе до 10 А. Однако, как ука- зывалось в статье «Импульсный ИП со стабилизированным выходом и низким уровнем пульсаций» [1], эти стабилиза- торы обладают существенным недо- статком – они беззащитны перед пре- вышением тока и, в частности, корот- ким замыканием. Рис. 2. Упрощённые схемы линейных стабилизаторов положительной (а) и отрицательной (б) полярности на ОУ и мощном полевом транзисторе Рис. 3. Упрощённая схема активного фильтра напряжения положительной полярности на ОУ и мощном полевом транзисторе Рис. 4. Упрощённая схема фильтра напряжения отрицательной полярности