Схема низковольтного стабилизатора напряжения

Данная схема представлена как вариант нетрадиционного включения операционного усиителя, ранее опубликованного и вскоре забытого. Она отличается от ранее опубликованных предельной простотой схемы, использованием недефицитных радиодеталей, простотой в наладке и улучшенными характеристиками. При выходном напряжении 3 В схема  обеспечивает ток в нагрузке от 0 до 0,5 А, коэффициент стабилизации приблизительно 1500, ток короткого замыкания 0,85 А.

При работе стабилизатора суммарный ток ОУ и транзистора, протекающий через R2, вызывает на нем падение напряжения, приложенного к базе регулирующего транзистора VT1, и тем самым обеспечивает работу стабилизатора. К выходу ОУ DA1 подключен резистор, являющийся сопротивлением нагрузки, приблизительно равный Rн.мин = 300 Ом, хотя DA1 работает и при меньших сопротивлениях. На неинвертирующий вход DA1 подано напряжение с параметрического стабилизатора, собранного на HL1 и R3, запитанного также от стабилизированного напряжения, что в общем снижает уровень пульсаций выходного напряжения, т.е. улучшает характеристики стабилизатора. Инвертирующий вход DA1 подключен к делителю выходного напряжения стабилизатора R4.

Транзистор VT1 необходимо установить на ра- диатор для отвода тепла, площадь которого можно рассчитать, исходя из типа транзистора и мощности рассеяния. Например, для VT1 типа КТ837 Рмакс = 1,5 В. Мощность рассеяния транзистора максимальная в данной схеме. Из справочника находим тепловое сопротивление переход-корпус Rthjc = 3,33 °C/Вт, максимальную допустимую температуру перехода Tjмакс = 125 °С. Принимаем максимальную температуру атмосферы (окружающей среды) Та.макс=50°С. Рассчитываем тепловое сопротивление Rtherm = Tjмакс . Tа.макс / PмаксVT1 = =125 °С . 50 °С / 1,5 Вт = 75 °С/Вт. Определяем тепловое сопротивление охлаждающей поверхности Rаtherm = Rtherm . Rthjc = 75 . 3,33 = 71,67 °С/Вт, требуемую площадь охлаждающей поверхности (радиатора) S = 1 / a Ratherm = =1/1,5 мВт/(°С см2)0,07167°С/мВт=10 см2, где а . 1,5 мВт / (°С см2) . константа теплообмена для спокойного воздуха.

Детали. В качестве ОУ можно применить любой, работающий при Uпит = 2.3 В, с соответствующим изменением схемы. Я предлагаю использовать широко распространенный, недефицитный и недорогой ОУ типа К157УД2, К157УД3, в корпусе которого находятся два ОУ, нормально работающих при Uпит = 3 В. Неиспользуемый ОУ можно отрезать для уменьшения габаритов корпуса микросхемы, как показано на рис.2,а. У микросхемы откусить 5-й . 10-й выводы, потом аккуратно зажать часть корпуса ОУ с обрезанными выводами в тиски по уровню 6-го . 9-го выводов и ножо- вочным полотном по металлу разрезать ровно вдоль 5-го . 10-го вы- водов. В результате новый ОУ будет иметь нумерацию выводов согласно рис.2,б. При этом проведеие вышеуказанной операции никак не отражается на работе и параметрах ОУ. Параметрический стабилизатор HL1 и R3 не критичен к марке светодиода и резистору R3.

При токе 2.10 мА напряжение стабилизации в пределах 1,5.2 В. Транзистор VT1 можно заменить на КТ814, КТ816, КТ818. Трансфор- матор T1 . любой соответствующей мощности, обеспечивающий напряжение на входе диодного моста VD1 около 5,6.6 В, при максимальном токе нагрузки 0,5 А. Диодный мост VD1 можно заменить диодами типа КД208А, КД212 или аналогичными, а также при меньших токах нагрузки КЦ407А (Iмакс = 300 мА), что важно для миниатюризации.

Конденсатор С1 любой с соответствующим напряжением. Следует также учитывать, что напряжение на нем в режиме холостого хода повышается. При меньших токах нагрузки его емкость можно соответственно уменьшить, как и габаритную мощность Т1. Печатная плата стабилизатора на ОУ пока- зана на рис.3. Налаживание правильно собранного стабили- затора из исправных деталей заключается в регулировке R4 (Uвых = 3 В) и проверке вход- ного напряжения при подключении эквивалента нагрузки стабилизатора: двух параллельно соединенных резисторов МЛТ.2 по 12 Ом, которое должно быть в пределах 6 В. Резистор R3 подбирают под номинальный ток использу- емого светодиода HL1.

Емкость конденсатора С2 желательно не уменьшать, так как некоторые эк- земпляры ОУ могут возбуждаться. Лучше, что- бы она была несколько большей. Без особых усилий стабилизатор может выдавать 6; 9 и 12 В, нужно только увеличить соответственно сопротивление резисторов R3 и R4, а также рабочее напряжение конденсатора С4. Также можно собрать данный стабилизатор с плавной регулировкой в диапазоне, например Uмин = 3 В, Uмакс = 12 В, используя вместо R4 переменный резистор с ручкой и простейшей градуированной шкалой с шагом 0,5 или 1 В. R4 марки СП3-16 б под него разработана плата. При этом последовательно с R4 включить два резистора, подбором номиналов которых установить Uмин и Uмакс в крайних положениях R4. При больших токах нагрузки вместо VT1 можно применить составной транзистор.