微功率稳压器。方案、说明

微功率稳压器。无线电电子电气工程百科全书

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自供电电子设备最重要的指标之一是其组件的效率。在下面描述的微功率电压调节器中，示例性电压源不是由最小工作电流为几毫安的齐纳二极管制成，而是由具有pn结的场效应晶体管制成。在这种情况下，晶体管的截止电压将是示例性的。这种电路解决方案可以将稳定器消耗的电流降低至约100μA。通过采取额外的措施来确保输出电压的热稳定性，此类稳定器可以用作非常高精度的示例电压（ION）源。

第一个版本的稳压器组装在频率校正运算放大器K154UD1B上（图1），它具有高电压增益（Ku>=2*105）和低电流消耗（Iп<=1,2*10-4））。尽管电路简单，但该稳定器具有较高的技术特性：

电流消耗，A .... 10-4
稳定系数，不小于....... 4 * 104
输出阻抗，欧姆，仅此而已.......10-3
最大负载电流，A.......10-2
输出电压温度系数，1/°С，不大于......5*10-4

稳定器中示例性的场效应晶体管VT1的混合电压形成在电阻器R1上。运算放大器DA1按照非反相放大器的方案连接，其增益由负反馈电路中包含的分压器R2R3设置。由于示例性电压 Uobr 被施加到运算放大器 DA1 的反相输入，因此其输出将为 Uout × (R3 / R2 + 1) * Uobr。

场效应晶体管VT1的漏极连接到稳定器的输出，因此参考电压保持非常高的精度。测试表明，随着电源电压从 6,7 V 增加到 32 V，五位数字电压表 Shch68002（分辨率为 0,1 mV，极限为 10 V）无法记录输出电压的变化。因此，所考虑的稳定器中输出电压的不稳定性主要归因于其无源元件（电阻器）的质量和参考电压的温度依赖性。

这种依赖性可以减少到几乎为零，但代价是电流消耗小幅增加。事实是，对于各种类型的场效应晶体管，都存在这样一个漏极电流值，在该值下栅源电压不依赖于温度。

顺便说一句，众所周知，对于具有 p 沟道且截止电压为 1 ... 2 V 的晶体管，该值在 25 至 250 μA 的范围内。事实上，这些限制似乎比人们普遍认为的要宽。因此，对于场效应晶体管的副本之一，在所考虑的稳定器中进行测试，结果为 650 μA。

微功率稳压器
图。 1

由于技术特性较高，建议在有市电供电的设备中使用所述稳压器。输入电压不应超过32V。为了增加允许的负载电流，必须通过适当功率的晶体管上的射极跟随器连接到运算放大器DA1的输出。当电流大于 1 A 时，很可能需要两个晶体管上的复合跟随器。所需的输出电压值通过选择电阻器R2、R3来设置。为保证运放 DA1 正常工作，参考电压不应低于 2V，输出电压（6 脚）不应超过（Upit - 2）V。

第二版稳定器的示意图如图2所示。它由广泛使用的元件组装而成，具有以下技术特点：

消耗电流，A，不超过....... 9*10-5
稳定系数..... 8*102
输出阻抗，Ohm.......2*10-2
最大负载电流，A .... 5 * 10-2
输出电压温度系数，1/°С，不大于......5*10-5

该稳定器的一个有趣的特点是使用基于场效应晶体管VT1、VT2的电流稳定器作为温度补偿元件，此外，该稳定器还执行高内阻动态负载的主要功能。与第一个选项不同，这里可以设置晶体管的当前操作模式，从而设置功耗。例如，如果将所有电阻的阻值增大数倍，那么电流消耗就会相应减少。

稳定器是根据补偿方案构建的。控制元件制作在晶体管VT3上，按照OE方案连接。该元件通过晶体管 VT4、VT5 上的复合电压跟随器被深度负反馈覆盖。三极管VT3的负载是恒流器VT1、VT2、R1。由于共源共栅连接，可以获得非常大的电流稳定器内阻——约150 MΩ，这显着提高了整个器件的整体技术特性。

为了使电压跟随器VT4、VT5不影响流经晶体管VT1-VT3的电流，选择第一中继晶体管作为场晶体管。跟随器的第二个晶体管必须是双极型的，因为与现场晶体管相比，其特性具有更大的陡度，这会显着降低电压跟随器和稳定器整体的输出阻抗。

微功率稳压器
图。 2

输出电压温度稳定的思路如下。在固定集电极电流下，双极晶体管的基极和发射极之间的电压 Ube 具有 -2 mV/°C 的负温度系数。反过来，由于截止电压的温度漂移，FET 的漏极电流处于微电流区域。等于约+2 mV/°C，取决于温度，系数约为+10-3/°C。该电流流经稳定器的电阻器 R2，产生电压降，在 R2 电阻值一定时，电压降的温度系数为 +2 mV/°C。因此，等于UoutΩ(UBE3+UR2)(R4/R5+1)的输出电压几乎不依赖于温度(UBE3是晶体管VT3发射结处的电压)。如果仔细选择电阻器R2，则可以实现温度系数的最小值。

为了使热补偿单元可靠工作，需要将晶体管VT1和VT3的pn结之间的温差保持在最小水平（不超过0,05℃）。这个问题可以通过在这些晶体管的外壳之间提供热接触来最简单地解决。但这种措施并不总是合理的，而且可能是不必要的。如果没有引起热梯度的因素（发热部件距离较近，例如大功率晶体管的散热片），则晶体管VT1和VT3的壳体即使分开安装，其温度也会相差百分之几以内。一个学位。它们自身释放的热功率不超过30μW，这导致半导体晶体的温度升高不超过0,03℃（结-环境热阻的典型值，对于低温度） -功率晶体管为0,5 .. .1 S/mW）。这表明，在一些情况下，即使晶体管VT1和VT3的壳体之间没有热接触，也可以确保输出电压的高热稳定性。

在选择稳定器零件时，应特别注意按截止电压选择场效应晶体管。对于第一个版本的稳定器（图 1），它必须大于 2 V。第二个版本（图 1）中的晶体管 VT2 的截止电压必须在 0,6 ... 1 V 范围内，VT2 - 1,8 ... 2,2 ,3 V。VT1 - 3..303 V。对晶体管没有其他特殊要求，因此，可以使用 KP302 和 KP307 系列晶体管代替 KP315E，而不是 KT3102G - KT3102G - KT342E 、KT342B、KTXNUMXV。

由于电流稳定器 VT1VT2R1（图 2）是两端器件，因此可以使用 n 沟道晶体管代替 p 沟道场效应晶体管，同时观察所需的开关极性。

作为 K154UD1B OU 的替代品，建议使用 K140UD12 和 KR1407UD2，但它们具有不同的引脚排列和小于 1 mA 的允许负载电流。校正电容器C1-任何陶瓷系列KM-5、KM-6等。

由于稳压器对输出电压的时间稳定性和温度稳定性要求不高，最好使用容差为0,125%的MLT-0,25或MLT-5电阻，否则所有电阻（图3中的R2除外）都必须是精密的，例如，C2 -13-0,25，公差为0,1%。

建立稳定器包括通过选择反馈电路电阻器的电阻比来设置输出电压的期望值。在每个稳定器中，都采取了通过在负反馈电路中加入小容量的校正电容器C1来消除高频自激的措施。尽管如此，仍不能排除出现寄生产生的可能性。如果输出端有电容为 500 pF ... 0,1 微法的负载稳定器，则这是可能的。为了消除寄生产生，只需在稳定器的负载上并联一个容量为1…10微法的氧化物电容器即可。

作者：S.费迪钦

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