Регулируемый стабилизатор напряжения 0…3 В

На практике часто возникает необходимость иметь источник напряжения с достаточно высоким уровнем выходного тока и регулировкой выходно­го напряжения от 0 В. Использование регулируе­мых интегральных стабилизаторов напряжения не решает эту проблему, так как их минимальное выходное напряжение не может быть меньше на­пряжения их внутреннего источника опорного на­пряжения и, как правило, находится на уровне 1,25 В [1].

Примеры практического использования, из­ложенные в спецификациях на такие стабилиза­торы, не лишены существенных недостатков. На­пример, в схеме, приведенной в [2], имеет место зависимость выходного напряжения от темпера­туры, которая достигает 10% для выходного на­пряжения равного 1 В (при изменении темпера­туры на 20°С), и нет гарантированного нуля вы­ходного напряжения. На рис.1 показано простое и недорогое схемотехническое решение регули­руемого стабилизатора с выходным напряжени­ем от 0 до 3 В, свободное от изложенных недо­статков. Полное и детальное описание этого тех­нического решения впервые опубликовано в [3].

Рис. 1

Необходимое смещение напряжения на выво­де 1 ИМС D1 выполнено с использованием про­стого термостабилизированного источника по­стоянного тока [4]. Ток этого источника тока рас­считывает по формуле:

I=(V_F –V_ЕВО)/(R5+R6),

где:
V_F — прямое падение на­пряжения на светодиоде НL1 (≈2,0 В);
V_ЕВО — напряжение на пе­реходе база-эмиттер транзи­стора VТ1 (≈0,68 В).

Приблизительно ток может быть рассчитан по формуле:

I=1,32/(R5+R6).

Источник постоянного то­ка создает напряжение сме­щения равное – 1,25 В на со­противлении R3. Установка нуля выходного напряжения осуществляется подстроен­ным резистором R6, который может изменить ток источника постоянного тока. Резистор R5 обеспечивает защиту транзистора VТ1 при выведении R6 в «0». Светодиод HL1 может использоваться как инди­катор включения источника питания.

Необходимое выходное напряжение устанав­ливают резистором R2. Выходное напряжение может быть рассчитано по формуле:

V_OUT=V_REF (1+R2/R1)+I_ADJ(R2)-V_R3,

где:
V_REF — уровень внутреннего источника опорно­го напряжения ИМС, составляет 1,2…1,3 В;
I_ADJ — ток вывода установки напряжения, кото­рый находится в пределах 40… 100 мкА;
V_R3 — некоторое компенсирующее напряжение на резисторе R3.

Во многих случаях значение V_REF можно ис­пользовать равным 1,25 В (типовое), а величиной I_ADJ (R2), ввиду ее малости, можно пренебречь, тогда формула для расчета будет упрощена до вида:

V_OUT=1,25 (1+R2/R1)-V_R3,

Это напряжение должно быть установлено равным V_REF для его компенсации. В рассматри­ваемом случае выходное напряжение равно:

V_OUT=V_REF R2/R1.

Рассмотренная схема с R2=1,2 кОм использо­валась как эквивалент обычной батареи типораз­мера АА V_OUT =1,56 В) с током нагрузки 1,5 А. Вы­ходной ток может быть увеличен выбором интег­рального стабилизатора соответствующей мощ­ности. Например, ИМС LM350Т (выходной ток 3А, максимальный до 4,5 А), LM1085IТ-ADJ (выход­ной ток 3 А, максимальный до 5 А) или ИМС LM1084IT-ADJ (выходной ток 5А, максимальный до 8А).

В качестве транзистора VT1 может использо­ваться любой кремневый маломощный транзис­тор, а в качестве светодиода — любой светодиод красного или зеленого цвета свечения. Источник питания отрицательной полярности маломощный, а положительной должен соответствовать необхо­димому току нагрузки. При необходимости интегральный стабилизатор может быть установлен на радиатор.

Литература

1. LM317 3-Terminal Positive Adjustable Regulator Fairchild Semiconductor Corporation 2001.
2. LM350 3-Terminal Adjustable Positive Voltage Regulator Motorola, Inc. 1996.
3. Vladimir Rentyuk Use a LM317 as 0V to 3V adjustable Regulator // — October 2. — 2008. — p. 55. — www.edn.com/article/CA6598368.
4. Vladimir Rentyuk The Simple Temperature-Stabilised Constant-Current Source // Electronics World. — NOVEMBER. — 2006.

Автор: Владимир Рентюк, г. Запорожье
Источник: Радиоаматор №5/2016