Стабильность напряжения питания является необходимым условием правильной работы многих электронных устройств. Для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке при колебаниях сетевого напряжения и изменении потребляемого нагрузкой тока между выпрямителем с фильтром и нагрузкой (потребителем) ставят стабилизаторы постоянного напряжения.
Выходное напряжение стабилизатора зависит как от входного напряжения стабилизатора, так и от тока нагрузки (выходного тока):
Найдем полный дифференциал изменение напряжения при изменении и :
Разделим правую и левую части на , а также умножим и разделим первое слагаемое в правой части на , а второе слагаемое на .
Вводя обозначения и переходя к конечным приращениям, имеем
Здесь - коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений в относительных единицах;
Внутреннее (выходное) сопротивление стабилизатора.
Стабилизаторы подразделяются на параметрические и компенсационные.
Параметрический стабилизатор основан на использовании элемента с нелинейной характеристикой, например полупроводникового стабилитрона (см. § 1.3). Напряжение на стабилитроне на участке обратимого электрического пробоя почти постоянно при значительном изменении обратного тока через прибор.
Схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 5.10, а.
Рис. 5.10. Параметрический стабилизатор (а), его схема замещения для приращений (б) и внешняя характеристика выпрямителя со стабилизатором (кривая 2) и без стабилизатора (кривая ) (в)
Входное напряжение стабилизатора должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона . Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор Выходное напряжение снимается со стабилитрона. Часть входного напряжения теряется на резисторе , оставшаяся часть приложена к нагрузке:
Учитываем, что , получаем
Наибольший ток через стабилитрон протекает при
Наименьший ток через стабилитрон протекает при
При обеспечении условий - токи стабилитрона, ограничивающие участок стабилизации, напряжение на нагрузке стабильно и равно . Из .
При увеличении растет ток , увеличивается падение напряжения на . При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается ток нагрузки, растет на то же значение ток через стабилитрон, падения напряжения на и на нагрузке остаются неизменными.
Для нахождения построим схему замещения стабилизатора рис. 5.10, а для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному гоку является параметром прибора. Схема замещения стабилизатора приведена на рис. . Из схемы замещения получаем
Учитывая, что в стабилизаторе , имеем
Для нахождения , так же как и при расчете параметров усилителей (см. § 2.3), воспользуемся теоремой об эквивалентном генераторе и положим , тогда сопротивление на выходе стабилизатора
Выражения (5.16), (5.17) показывают, что параметры стабилизатора определяются параметрами используемого полупроводникового стабилитрона (или другого прибора). Обычно для параметрических стабилизаторов не более 20-40, а лежит в пределах от нескольких ом до нескольких сот ом.
В ряде случаев такие показатели оказываются недостаточными, тогда применяют компенсационные стабилизаторы. На рис. 5.11 приведена одна из простейших схем компенсационных стабилизаторов, в котором нагрузка подключена к источнику входного напряжения через регулирующий нелинейный элемент, транзистор V. На базу транзистора через ОУ подается сигнал ОС. На вход ОУ поступают напряжения с высокоомного резистивного делителя и эталонное (опорное) напряжение .
Рис. 5.11. Простейшая схема компенсационного стабилизатора с ОУ
Рассмотрим работу стабилизатора. Предположим, что увеличилось напряжение , вслед за ним возрастает и При этом на инвертирующий вход ОУ подается положительное приращение напряжения , а на выходе ОУ возникает отрицательное приращение напряжения . К управляющему эмиттерному переходу транзистора V приложена разность базового и эмиттерного напряжений . В рассматриваемом нами режиме , ток транзистора V уменьшается и напряжение ивых снижается почти до первоначального значения. Аналогично будет отработано изменение ивых при увеличении или уменьшении : изменится , возникнет соответствующего знака, изменится ток транзистора . очень высока, так как в процессе работы режим работы стабилитрона практически не изменяется и ток через него стабилен.
Компенсационные стабилизаторы напряжения выпускаются в виде ИМС, которые включают в себя регулирующий нелинейный элемент, транзистор V, ОУ и цепи, связывающие нагрузку с его входом.
На рис. 5.10, в показана внешняя характеристика источника питания со стабилизатором, ее рабочий участок ограничен значениями тока
Применение в стабилизаторах напряжения мощных полевых транзисторов, несмотря на их неоспоримые преимущества - ультранизкое сопротивление открытого канала (единицы миллиом), позволяющее получить сверхмалое падение напряжения между входным и выходным напряжением (десятые доли вольта), большие токи (сотни ампер), низкая стоимость (особенно n-канальных транзисторов), - как известно, сопряжено с решением одной проблемы, связанной с высоким пороговым напряжением (2 - 5 В), которое требуется подать на затвор, чтобы открыть транзистор. Если, например, в стабилизаторе положительного напряжения на n-канальном транзисторе входное напряжение подается на сток, выходное снимается с истока, а затвором управляет ОУ, то при малом падении напряжения стабилизатора (между истоком и стоком транзистора) ОУ должен подать на затвор напряжение на 2 - 5 В выше истока, а значит и выше стока, то есть выше входного напряжения. Но где его взять, если кроме входного другого напряжения нет? К каким только ухищрениям не прибегают, чтобы получить напряжение выше входного: используют дополнительную обмотку трансформатора и выпрямитель на ее основе, различные схемы повышения входного напряжения, основанные на умножителях напряжения, а в некоторые современные микросхемы стабилизаторов даже встраивают DC/DC преобразователи.
Если же требуется двуполярный стабилизатор, то используют вышеупомянутые схемы с их недостатками.
Автор задался вопросом: а нельзя ли в двуполярном стабилизаторе использовать для питания ОУ, помимо входного напряжения стабилизатора, еще и входное напряжение другого стабилизатора, а в другом - входное первого? Как показал результат такого эксперимента, оказывается, можно. Мало того, автор получил такой низкий уровень размаха пульсаций выходного напряжения стабилизаторов при больших токах, какого даже не ожидал.
Дальнейшее изложение будет построено следующим образом. Вначале будут приведены известные упрощенные схемы стабилизаторов на ОУ и полевых транзисторах, затем уже принципиальные схемы на них основанные, далее будет дана разводка плат стабилизаторов, их фотографии и конструкция источника питания (ИП) на базе двуполярного стабилизатора. После этого будут приведены результаты испытаний стабилизаторов и, в частности, осциллограммы пульсаций выходных напряжений. В конце статьи будут подытожены выходные параметры стабилизаторов.
Упрощенные схемы
На Рисунке 1 показаны четыре варианта упрощенных схем стабилизаторов на базе ОУ и мощных полевых транзисторов.
Принцип действия стабилизатора на Рисунке 1а заключается в следующем. На сток n-канального полевого транзистора подается входное напряжение U ВХ, а стабилизированное выходное напряжение U ВЫХ снимается с истока, потенциал которого всегда ниже потенциала стока. Таким образом, в этой схеме транзистор работает в штатном режиме. ОУ сравнивает образцовое напряжение V REF , поданное на его неинвертирующий вход, с частью выходного, снятого с делителя R, поданного на его инвертирующий вход, и равного V REF при заданном U ВЫХ. Своим выходным напряжением ОУ воздействует на затвор транзистора таким образом, чтобы напряжение, снятое с делителя, всегда равнялось бы V REF независимо от входного напряжения и тока нагрузки. Например, при увеличении тока нагрузки выходное напряжение падает, в связи с чем падает и напряжение, снятое с делителя, а поскольку оно подано на инвертирующий вход ОУ, выходное напряжение ОУ увеличивается, отчего потенциал затвора повышается, и транзистор приоткрывается, восстанавливая выходное напряжение до прежнего уровня. Особенностью и основным недостатком этой схемы является тот факт, что напряжение затвора, при котором транзистор начинает открываться, всегда выше напряжения истока на 2 - 5 В. Поэтому, если положительное напряжение питания ОУ взято с входного напряжения, то оно должно быть всегда выше входного еще на несколько вольт, то есть еще на несколько вольт больше, чем 2 - 5 В, что недопустимо много. Но если другого напряжения, кроме входного, нет, то этой схемой пользоваться просто нельзя. А если есть? Тогда можно (и нужно!), и это как раз является одной из особенностей описываемых в статье стабилизаторов. Преимуществом схемы является использование в ней мощного n-канального полевого транзистора, который при прочих равных условиях в 2 - 5 раз дешевле p-канального. Кроме того, мощные n-канальные транзисторы в несколько раз более распространены, чем p-канальные и, наконец, n-канальные транзисторы по некоторым параметрам имеют недостижимые p-канальными транзисторами характеристики. Например, ультранизкого сопротивления открытого канала, доходящего до 2.4 мОм (IRFB3206), или огромной крутизны, минимальное значение которой 230 См (IRFB3306), у p-канальных транзисторов просто не бывает. Хотя по стоимости (около 1$) эти транзисторы (IRFB3206, IRFB3306) не превышают стоимости самых современных p-канальных транзисторов.
На Рисунке 1в показана упрощенная схема стабилизатора отрицательного напряжения, которая является «зеркальной» по отношению к схеме Рисунок 1а и работает аналогично (только для отрицательного напряжения), поэтому, на взгляд автора, в объяснении не нуждается. Дополнительным недостатком этой схемы является использование в ней p-канального полевого транзистора.
Здесь следует сделать некоторое отступление относительно выпрямительных схем, использующихся в двуполярных стабилизаторах.
Наиболее часто встречающаяся схема использует вторичную обмотку трансформатора с отводом от средней точки и две полумостовых схемы выпрямления по каждому из напряжений (положительному и отрицательному). Такая схема (ввиду простоты она не приводится) использует по два выпрямительных диода для каждой из полумостовых схем выпрямления, поэтому общее число диодов - четыре, что является несомненным преимуществом. Поскольку, как правило, трансформатор поставляется с двумя идентичными вторичными обмотками (а не с одной с отводом от средней точки), в подобной схеме выпрямления конец одной из обмоток соединяют с началом другой - это и есть средняя точка.
Реже встречается полномостовая схема выпрямления по каждому из напряжений двух вторичных обмоток, которая использует уже по 4 диода для каждого напряжения, и общее количество диодов равно 8, то есть в два раза больше чем первая. Хотя двукратное количество диодов является некоторым недостатком такой схемы выпрямления, из ее свойств можно извлечь одну очень интересную особенность, которая заключается в том, что оба выпрямленных напряжения изолированы друг от друга.
Здесь следует отметить, что идея такого дополнительного питания стабилизаторов не нова. Впервые, насколько это известно автору, такая идея использовалась в работе для питания стабилизатора, основанного на дискретных компонентах (то есть без применения микросхем), где в качестве силовых использовались биполярные транзисторы.
В работе в схеме стабилизаторов, основанной также на дискретных компонентах, использовались уже полевые транзисторы, однако сложность схемы привела к тому, что плата стабилизаторов получилась просто огромной (175×80 мм), да еще с двусторонней разводкой, изготовить которую своими силами весьма проблематично. Забегая вперед, отметим, что плата описываемого здесь двуполярного стабилизатора имеет одностороннюю разводку и размер всего 40×16 мм. Такую плату легко изготовить своими силами (см. далее).
Для получения дополнительного питания (от другого стабилизатора) в работах и использовались стабилитроны с их токоограничительными резисторами, а на схеме Рисунок 2, как уже упоминалось, - микросхемы стабилизаторов 78L24/79L24. Применение указанных микросхем вместо стабилитронов с резисторами оправдано по следующим причинам. Во-первых, низкая стабильность напряжения стабилитронов не идет ни в какое сравнение с относительно высокой стабильностью выходного напряжения микросхем, во-вторых, как это ни странно, микросхема дешевле, чем полуваттный стабилитрон плюс полуваттный резистор (а меньшую их мощность использовать нельзя, так как это приведет к нагреву резистора и стабилитрона и большой вероятности выхода из его из строя), и, в-третьих, микросхемы занимают меньше места на плате.
На Рисунке 2 силовые проводники выделены жирным. Диоды VD1 - VD4 служат для начального запуска стабилизаторов при включении питания.
Теперь после таких подробных предварительных пояснений нетрудно понять и работу принципиальных схем.
Литература
- Кузьминов А. Усовершенствованные стабилизаторы напряжения с активным фильтром. - Радио, 2017, № 9, с. 18, 19.
- Кузьминов А. Применение инструментального усилителя для мостового включения двух мощных ОУ. Часть 3. - Современная электроника, 2017, № 6, с. 74 - 80.
- Кузьминов А. Стабилизаторы на ОУ и мощных полевых транзисторах с активным электронным фильтром и защитой от превышения тока. Часть 2. - Современная электроника, 2018, № 1, с. 58 - 62.
- Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. - Технологии в электронной промышленности, 2010, №8, с. 18 - 25; 2011, № 1, с. 9 - 13; № 2, с. 18 - 25.
- Кузьминов А. Технология изготовления печатных плат с высоким разрешением в любительских условиях. - Радио, 2017, № 10, с. 24 - 28.
- Орешкин В. Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ. - Радио, 1987, № 8, с. 31.
- Муравцев М. Стабилизированный блок питания УМЗЧ. - Радио, 2017, № 2, с. 25 - 27; № 3, с. 17-19.
- Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир. 1982.
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир. 1993.
Стабилизатор с ОУ и защитой от короткого замыкания. В стабилизаторе (рис. 16.41, а) в качестве сравнивающего устройства используется ОУ. Опорное напряжение с диода VD2 подается на неинвертирующий вход, а пульсирующее выходное напряжение - на инвертирующий вход. Отрицательная обратная связь через диод VD1 и два транзистора выполняет демпфирующие функции. Для защиты стабилизатора от короткого замыкания включен резистор R5. Нагрузочные характеристики приведены на рис. 16.41, в (кривая 1) и рис. 16.41, г. Если поменять местами подключение цепочек R4, VD2 и R6 - R8, нагрузочная характеристика имеет вид кривой 2 на-рис. 16.41, в. На рис. 16.41, б приведена зависимость отклонения выходного напряжения от входного напряжения стабилизатора.
Рис. 16.41
Стабилизаторы напряжения на ОУ. Стабилизатор (рис. 16.42, а) обеспечивает на выходе напряжение 15 В при токе нагрузки 0,5 А. Стабилизирующим элементом в этой схеме является ОУ, с помощью которого можно получить коэффициент стабилизации более 4-10 4 . Опорное напряжение, образованное диодом VD1 и транзистором VT3, подается на один вход ОУ, а второй вход подключается к делителю, обеспечивающему запуск стабилизатора при его включении. Высокая стабильность опорного напряжения обеспечивается цепочкой VD1, VT3, в которой транзистор выполняет роль генератора тока.
Для уменьшения влияния обратного тока транзистора VT1 применяется резистор R1. Резистор R2 ограничивает базовый ток транзистора VT2. Параметры корректирующей цепочки R3 С1 выбраны с учетом работы ОУ при глубокой ОС.
Для получения напряжения на выходе стабилизатора, превышающего питающего напряжение ОУ, следует применить схему рис. 16.42, б. В этой схеме питание усилителя осуществляется от дополнительного стабилизирующего каскада Rl, VD1, VD2 который обеспечивает напряжение 24 В. С помощью этой схемы можно получить коэффициент стабилизации более 2-10 4 при токе нагрузки 1 А.
Рис. 16.42
Рис. 16.43 Рис. 16.44
Стабилизатор с регулируемым коэффициентом стабилизации. Стабилизатор (рис. 16.43) имеет коэффициент стабилизации более 10 5 . В зависимости от сопротивления резистора R4 коэффициент стабилизации может быть положительным иди отрицательным. Для уменьшения мощности, рассеиваемой транзистором VT3, включается резистор R7. Сопротивление этого резистора определяется постоянным током нагрузки. Ток же, связанный с изменением сопротивления нагрузки, протекает через транзистор VT3.
Высоковольтный стабилизатор на ОУ. Высоковольтный стабилизатор напряжения (рис. 16.44) имеет коэффициент стабилизации более 10 3 . Он рассчитан на токи до 0,1 А. В качестве усилительного элемента применен ОУ, питающее напряжение которого поднято на уровень 100 В. Для предотвращения неисправности стабилизатора желательно входное напряжение повышать плавно до нужного значения.
Рис. 16.45
Высоковольтный стабилизатор. Высоковольтный стабилизатор (рис. 16.45) имеет на выходе £00 В. При токе нагрузки 0,1 А входное напряжение должно равняться 300 В. Схема обладает коэффициентом стабилизации более 10 4 . Это достигается тремя видами ослабления пульсаций. С помощью стабилитронов VD1 - VD3 устанавливается опорное напряжение 250 В. Для уменьшения внутреннего сопротивления стабилитронов включен конденсатор С1, который совместно с резистором R1 образует фильтрующую цепь. Основной стабилизирующей схемой являются ОУ и регулирующие транзисторы VT1 и VT2. С помощью стабилитронов VD5 и VD6 напряжение на входе ОУ уменьшается до единиц вольт. На этом уровне происходят изменения выходного напряжения. Опорное на пряжение также лежит в этом диапазоне. Все изменения выходного напряжения умножаются на коэффициент усиления ОУ и поступают на вход регулирующих транзисторов, которые сглаживают эти изменения.
Импульсные стабилизатора напряжения обладают высоким к.п.д. и малыми габаритами, поэтому они нашли широкое применение в современных источниках вторичного питания. Принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения последовательного типа на операционном усилителе приведена на рис. 4.19.
Рис. 19. Принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения последовательного типа на операционном усилителе
Схема измерительной цепи аналогична рис. 4. 17, но на операционном усилителе собран не усилитель, а компаратор с петлеобразной релейной характеристикой. Положительная обратная связь, создающая петлеобразную характеристику, осуществляется резистором R6, ширина петли определяется отношением сопротивлений резисторов R5 и R6. Сопротивление резистора R6 много больше сопротивления резистора R5, а ширина петли составляет несколько милливольт. Условно, статическая характеристика компаратора относительно напряжения делителя показана на рис. 4.20.
Рис. 4. 20. Статическая характеристика компаратора
Если напряжение превышает верхний порог U П2 , то напряжение компаратора минимальное, стабилитрон VD2 закрыт, транзисторы VT2 и VT1 закрыты, выходное напряжение с течением времени уменьшается. Если напряжение меньше нижнего порога U П1 , то напряжение компаратора максимальное, стабилитрон VD2 пробит, транзисторы VT2 и VT1 открыты, выходное напряжение с течением времени увеличивается. Возникают автоколебания напряжения U 2 относительно значения . Так как петля компаратора очень узкая, то отклонения напряжения U 2 считаются допустимыми. На рис. 4. 21 приведены временные диаграммы изменения напряжений КСН для двух значений входного напряжения.
Рис. 4. 21. Временные диаграммы напряжений импульсного КСН
Уменьшение напряжения U 1 привело к увеличению длительности импульса в напряжении U К (4.увеличению времени открытого состояния транзистора VT1) и уменьшению длительности паузы. Изменился и период следования импульсов. Диапазон изменения напряжения U 2 превышает зону, ограниченную пороговыми значениями, из-за колебательных процессов в LC-фильтре.
Наличие автоколебаний выходного напряжения является недостатком импульсных стабилизаторов напряжения, но это практически не сказывается на работе потребителей, питаемых от стабилизатора, а преимущества импульсного регулирования существенны. Следует отметить, что, так как транзисторы VT1 и VT2 разной проводимости, то возникает необходимость в запускающей цепи VD4, R9, которая работает, так же как и в схеме последовательного КСН на транзисторах разной проводимости.
Итак, схема простейшего компенсационного стабилизатора напряжения изображена на рисунке справа.
Обозначения:
- I R — ток через балластный резистор (R 0)
- I ст — ток через стабилитрон
- I н — ток нагрузки
- I вх — входной ток операционного усилителя
- I д — ток через резистор R 2
- U вх — входное напряжение
- U вых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
- U ст — падение напряжения на стабилитроне
- U д — напряжение, снимаемое с резистивного делителя (R 1 , R 2)
- U ОУ — выходное напряжение операционного усилителя
- U бэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора
Почему такой стабилизатор называется компенсационным и в чём его преимущества? На самом деле такой стабилизатор — это система управления с отрицательной обратной связью по напряжению, но для тех, кто не в курсе, что это такое, мы начнём издалека.
Как вы помните, операционный усилитель усиливает разность напряжений между своими входами. Напряжение на неинвертирующем входе у нас равно напряжению стабилизации стабилитрона (U ст). На инвертирующий вход мы подаём часть выходного напряжения, снятую с делителя (U д), то есть там у нас выходное напряжение, делённое на некоторый коэффициент, определяемый резисторами R 1 , R 2 . Разность этих напряжений (U ст -U д) — это сигнал ошибки, он показывает, на сколько напряжение с делителя отличается от напряжения на стабилитроне (обозначим эту разность буквой E).
Далее, выходное напряжение ОУ получается равным E*K оу, где К оу — коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутой петлёй обратной связи (в англоязычной литературе G openloop). Напряжение на нагрузке равно разности напряжения на выходе ОУ и падения напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора.
Математически всё то, о чём мы говорили выше, выглядит так:
U вых =U оу -U бэ =E*K оу -U бэ (1)
E=U ст -U д (2)
Рассмотрим более внимательно первое уравнение и преобразуем его к такому виду:
E=U вых / K оу + U бэ / K оу
Теперь давайте вспомним — в чём же главная особенность операционных усилителей и почему их все так любят? Правильно, — их главная особенность — в огромном коэффициенте усиления, порядка 10 6 и более (у идеального ОУ он вообще равен бесконечности). Что нам это даёт? Как видите, в правой части последнего уравнения оба слагаемых имеют в делителе К оу, а поскольку К оу очень очень большой, следовательно оба этих слагаемых очень очень маленькие (при идеальном ОУ они стремятся к нулю). То есть наша схема при работе стремится к такому состоянию, когда сигнал ошибки равен нулю. Можно сказать, что операционный усилитель сравнивает напряжения на своих входах и если они отличаются (если есть ошибка), то напряжение на выходе ОУ меняется таким образом, чтобы разность напряжений на его входах стала равна нулю. Другими словами он стремится скомпенсировать ошибку. Отсюда и название стабилизатора — компенсационный.
0=U ст -U д (2*)
U д, как мы помним, — это часть выходного напряжения, снимаемая с делителя на резисторах R 1 , R 2 . Если рассчитать наш делитель, не забывая про входной ток ОУ, то получим:
и после подстановки этого выражения в уравнение (2*) сможем записать для выходного напряжения следующую формулу (3):
Входной ток операционного усилителя обычно очень мал (микро, нано и даже пикоамперы), поэтому при достаточно большом токе I д можно считать, что ток в обоих плечах делителя одинаков и равен I д, самое правое слагаемое формулы (3) при этом можно считать равным нулю, а саму формулу (3) переписать в следующем виде:
U вых =U ст (R 1 +R 2)/R 2 (3*)
При расчёте резисторов R 1 , R 2 необходимо помнить о том, что формула (3*) справедлива только в том случае, когда ток через резисторы делителя много больше входного тока операционного усилителя. Оценить величину I д можно по формулам:
I д =U ст /R 2 или I д =U вых /(R 1 +R 2).
Теперь давайте оценим область нормальной работы нашего стабилизатора, рассчитаем R 0 и подумаем, что будет влиять на стабильность выходного напряжения.
Как видно из последней формулы, существенное влияние на стабильность Uвых может оказывать только стабильность опорного напряжения. Опорное напряжение — это то, с которым мы сравниваем часть выходного напряжения, то есть это напряжение на стабилитроне. Сопротивления резисторов будем считать не зависящими от протекающего через них тока (температурную нестабильность мы не рассматриваем). Зависимость выходного напряжения от падения напряжения на p-n переходе транзистора (которое слабо, но зависит от тока), как в случае с , тоже пропадает (помните мы когда ошибку из первой формулы считали — поделили падение на переходе БЭ транзистора на К оу и посчитали это выражение равным нулю из-за очень большого коэффициента усиления операционника).
Из сказанного выше следует, что главный путь повышения стабильности тут один — увеличивать стабильность источника опорного напряжения. Для этого можно либо сузить диапазон нормальной работы (уменьшить диапазон входного напряжения схемы, что приведёт к меньшему изменению тока через стабилитрон), либо взять вместо стабилитрона интегральный стабилизатор. Кроме этого, можно вспомнить про наши упрощения, тогда вырисовываются ещё несколько путей: взять операционник с бОльшим коэффициентом усиления и меньшим входным током (это даст возможность ещё и резисторы делителя побольше номиналом взять, — КПД повысится).
Ну ладно, вернёмся к области нормальной работы и расчёту R 0 . Для нормальной работы схемы ток стабилитрона должен быть в пределах от I ст min до I ст max . Минимальный ток стабилитрона будет при минимальном входном напряжении, то есть:
U вх min =I R *R 0 +U ст, где I R =I ст min +I вх
Здесь аналогично, — если ток стабилитрона много больше входного тока операционного усилителя, то можно считать I R =I ст min . Тогда наша формула запишется в виде U вх min =I ст min *R 0 +U ст (4) и из неё можно выразить R 0:
R 0 =(U вх min -U ст)/I ст min
Исходя из того, что максимальный ток через стабилитрон будет течь при максимальном входном напряжении запишем ещё одну формулу: U вх max =I ст max *R 0 +U ст (5) и объединив её с формулой (4) найдём область нормальной работы:
Ну и, как я уже говорил, если получившийся диапазон входного напряжения шире, чем вам нужно, — можно его сузить, при этом возрастёт стабильность выходного напряжения (за счёт повышения стабильности опорного напряжения).
