При разработке различной носимой радиоаппаратуры, питающейся от автономных источников тока, нередко требуется стабилизатор напряжения, имеющий небольшой собственный ток потребления. Популярные интегральные стабилизаторы обычно имеют ток потребления в пределах нескольких миллиампер, что в ряде случаев, неприемлемо.
Появившиеся не так давно сверхэкономичные интегральные КМОП-стабилизаторы с током собственного потребления, не превышаюшим нескольких микроампер, для большинства радиолюбителей недоступны.
В данной статье предлагается простой линейный стабилизатор напряжения компенсационного типа, выполненный на доступных деталях отечественного производства. Стабилизатор настроен на выходное напряжение +5 В, и имеет ток покоя (собственного потребления) не более 15 мкА. При этом, он способен выдавать в нагрузку ток от нуля до 350 миллиампер.
Входное напряжение стабилизатора может быть от 8 до 20 В. Зависимость изменения выходного напряжения от входного не превышает 0,1 В во всем рабочем интервале изменения входного напряжения и потребляемого нагрузкой тока. Стабилизатор не имеет активной системы защиты от перегрузок и коротких замыканий на выходе, но чтобы избежать повреждения его элементов при возникновении аварийной ситуации, в цепь питания установлен самовосстанавливающийся предохранитель на номинальный ток 500 mА.
Узел образцового опорного напряжения построен на светодиодах HL2 и HL3, работающих как микромощный стабилитрон с напряжением стабилизации около 3 В при токе 9 мкА. В качестве основного регулирующего элемента используется токовый ключ DA1, представляющий собой n-канальный полевой транзистор обогащенного типа с малым пороговым открывающим напряжением затвор-исток, со встроенным защитным стабилитроном.
Если напряжение на выходе стабилитрона по каким-то причинам будет стремиться к увеличению, это приведет к большему открыванию полевого транзистора УТ4,что повлечет шунтирование цепи затвора DA1 и, соответственно, уменьшению выходного напряжения.
Транзистор VT3, работающий как микромощный стабилитрон с напряжением стабилизации 7,5...9 В, резко снижает зависимость выходного напряжения от входного. Для улучшения нагрузочных характеристик стабилизатора установлен каскад на VT1, R4. Мощный p-n-p транзистор начинает открываться когда ток нагрузки превысит 16 mА.что ограничивает рассеиваемую DA1 мощность на уровне не более 0,35 Вт при максимальном входном напряжении.
На транзисторе VT2 и светодиоде HL1 выполнен индикатор потребляемого тока. Светодиод начинает светиться, когда ток нагрузки превышает 15-30 mА. Если нужен более высокий порог включения светодиода, то эмиттерный переход VT1 необходимо зашунтироватъ резистором, сопротивление которого подбирается экспериментально.
Конденсаторы С2 и С3 препятствуют самовозбуждению стабилизатора, кроме того, исключают появление триггерного эффекта, — когда выходное напряжение становится неуправляемым. Из-за того, что ток через светодиоды HL2 и HL3 слишком мал, их свечение незаметно.
В конструкции можно использовать резисторы типов МЛТ, С1-4, С2-23 соответствующей мощности. Оксидные конденсаторы следует взять с током утечки не более 1 мкА, иначе, экономичность стабилизатора может резко ухудшиться. Из отечественных можно попробовать установить конденсаторы серий К52, К53. Среди обычных оксидных конденсаторов некоторых известных зарубежных фирм можно найти экземпляры с током утечки не более 50..300mА. Неполярные конденсаторы — керамические, типов К10-17, КМ-5, КМ-6.
На месте транзистора VT2 могут работать любые транзисторы из серий КТ3107, КТ6112, КТ6115, SS9015, ВС557. VT3 можно заменить на КТ315, КТ3102, КТ342 с любым буквенным индексом. Мощный транзистор VT1 можно заменить на КТ644Г, КТ8167Д, КТ8167Б, КТ816Г, КТ639В. Вместо VT4 подходит любой из серии КП501.
Токовый ключ КР1014КТ1А можно заменить аналогичным с индексами В, Г или МС-КН1А. Если рассеиваемая на нем мощность не будет превышать 0,4 Вт при токе нагрузки до 0,2 А, то каскад на транзисторе VT1 можно исключить. Вместо микросхемы КР1014КТ1А можно установить более мощный n-канальный полевой транзистор с изолированным затвором, например, КП7131А9 (2 Вт, 3,5 А), КП7132А (45 Вт, 15А), КП744Г, IRL520 (60 Вт, 9,2А). При такой замене каскад на транзисторе VT1 исключается, каскад на VT2 исключается или модифицируется. Температура корпусов регулирующих транзисторов не должна превышать 45°С при любых режимах работы. Светодиод HL1 можно заменить любым из серии AJ1307, КИПД35, КИПД40, L1543. Из этих же серий могут быть и HL2, HL3, следует только учитывать, что от их типа, конкретных экземпляров и количества последовательно включенных светодиодов зависит выходное напряжение стабилизатора.
Если необходимо, чтобы на выходе стабилизатора было напряжение 9 В, то вместо двух светодиодов HL2 и HL3 можно включить подобранный экземпляр транзистора серии КТ315, аналогично включению VT3.
Для дополнительной и более надежной защиты оборудования от перепадов напряжения рекомендуется использовать электрические шкафы управления, которые сочетают в себе организацию всех процессов управления системой. Узнать подробнее о том, какие параметры следует учесть при выборе шкафа управления можно на сайте allics.ru
