Пауль Хоровиц - Искусство схемотехники. Том 1 [Изд.4-е]

Рис. 5.51. и— преобразователь напряжение/частота;

Рис. 5.51. к — фильтр Бесселя нижних частот 3-го порядка; для другого значения частоты среза необходимо провести масштабирование номиналов элементов;

Рис. 5.51. л— широкодиапазонный ГУН (2 Гц-100 кГц) на усилителях с активной проводимостью.

1. Спроектируйте 6-полюсный фильтр Бесселя верхних частот с частотой среза 1 кГц.

2. Спроектируйте фильтр-пробку на частоту 60 Гц с буферными ОУ на входе и выходе.

3. Спроектируйте генератор пилообразных колебаний с частотой 1 кГц, заменив резистор заряда в схеме генератора на таймере 555 транзисторным источником тока. Проверьте, что обеспечивается достаточный рабочий диапазон источника тока. Каково должно быть значение резистора R B (рис. 5.33)?

4. Разработайте на схеме 555 генератор треугольных колебаний. Для этого используйте пару источников тока, а именно I 0 (втекающий ток) и 2 I 0 (вытекающий ток). Используйте выходной сигнал ИС 555 для переключения источника вытекающего тока 2 I 0 . На рис. 5.50 показано одно из возможных решений.

Рис. 5.50.

Почти любая электронная схема — от простых схем на транзисторах и операционных усилителях и до сложнейших цифровых и микропроцессорных систем — требует для своей работы одного или нескольких стабильных источников питания постоянного тока. Простые нерегулируемые источники питания типа трансформатор — мостовой выпрямитель — конденсатор, которые мы рассматривали в гл. 1 , вообще говоря, не годятся, так как их выходное напряжение зависит от тока нагрузки и напряжения в сети; кроме того, это напряжение пульсирует с частотой 120 Гц. К счастью, легко построить источник стабильного питания, используя отрицательную обратную связь и сравнивая выходное постоянное напряжение с некоторым постоянным эталонным (опорным) напряжением. Такие стабилизированные источники питания универсальны и легко могут быть построены с помощью интегральных схем стабилизаторов напряжения. Для этого потребуется только нерегулируемый источник постоянного напряжения (трансформатор — выпрямитель-конденсатор, батарея и т. п.) и еще несколько других элементов.

В этой главе мы расскажем, как построить стабилизатор напряжения, используя некоторые интегральные схемы специального назначения. Та же схемотехника применяется в стабилизаторах напряжения на дискретных элементах (транзисторы, резисторы и т. п.), хотя это и не нужно ввиду доступности превосходных и недорогих ИМС стабилизаторов напряжения. При рассмотрении стабилизаторов напряжения возникает круг вопросов, связанных с проблемой рассеяния больших мощностей, поэтому нам приходится говорить об отводе тепла и об «ограничении тепловой обратной связи» для снижения рабочих температур транзистора и предотвращения повреждений схемы. Эти подходы можно применить в любой мощной схеме, включая усилители мощности. Разобравшись со стабилизаторами, мы вновь обсудим некоторые детали проектирования нерегулируемых источников питания. В этой главе мы рассмотрим также источники опорного напряжения и интегральные схемы для их получения, т. е. аппаратуру, которая применяется независимо от стабилизаторов напряжения.

Классический стабилизатор μΑ723 разработан Р. Видларом в 1967 г. Это универсальный, простой в употреблении стабилизатор с превосходными рабочими характеристиками. Хотя, быть может, вы предпочтете ему более современные схемы, все же его стоит изучить, так как и новые схемы работают на тех же принципах. Его схемы изображены на рис. 6.1 и 6.2.

Рис. 6.1. Функциональная схема стабилизатора 723

(фирма Fairchild Camera and Instrument Corp.).

Рис. 6.2. Принципиальная схема стабилизатора 723

(фирма Fairchild Camera and Instrument Corp.).

Это настоящий блок питания, который содержит температурно-компенсированный источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, последовательно включенный проходной транзистор и схему защиты, обеспечивающую ограничение выходного тока. В том виде, в котором блок выпускают, ИМС 723 ничего не регулирует. Чтобы заставить его делать то, что вам нужно, придется подключить к нему некоторые внешние цепи. Прежде чем их рассмотреть, обратимся к его собственной схеме. Она проста и легко понятна (в отличие от схем внутреннего устройства многих других ИМС).

Сердцем стабилизатора является температурно-компенсированный стабилитронный источник опорного напряжения. Стабилитрон Д 2 имеет положительный температурный коэффициент, поэтому его напряжение складывается с перепадом напряжения между базой и эмиттером транзистора Т 6 (вспомните: величина U БЭ имеет отрицательный температурный коэффициент около — 2 мВ/°С) для опорного напряжения 7,15 В с приблизительно нулевым температурным коэффициентом (обычно 0,003 %/°С). Транзисторы Т 4 - Т 6 предназначены для смещения Д 2 током I= U БЭ/ R 8, стабилизированным отрицательной обратной связью по постоянному току, как показано на схеме. Транзисторы Т 2 и Т 3 образуют несимметричное токовое зеркало для смещения источника опорного напряжения. Ток этих транзисторов устанавливается диодом Д 1 и резистором R 2 (в точке их соединения фиксируется напряжение на 6,2 В ниже U + ), которые, в свою очередь, запитаны током транзистора Т 1 - полевого транзистора с p-n -переходом, который работает как источник тока.

Транзисторы Т 11 и Т 12 образуют дифференциальный усилитель (иногда его называют «усилителем сигнала ошибки», если описывают схему в терминах отрицательной обратной связи) — это типичная дифференциальная пара с высоким подавлением синфазных сигналов за счет эмиттерного источника тока Т 13 . Последний входит в половину токового зеркала на Т 9, Т 10 и Т 13 , в свою очередь управляемого токовым зеркалом Т 7 ( Т 3, Т 7 и Т 8 - все эти транзисторы «отражают» ток, задаваемый источником опорного напряжения на Д 1 ; см. разд. 2.14 ). Коллектор транзистора Т 11 имеет фиксированный положительный потенциал эмиттера Т 4 , а выходной сигнал усилителя ошибки снимается с коллектора Т 12 . Токовое зеркало Т 8 запитывает коллекторную нагрузку Т 12 . Транзистор Т 14 включен вместе с транзистором Т 15 по «неполной» схеме Дарлингтона. Заметьте, что коллектор транзистора Т 15 выведен отдельно, чтобы обеспечить возможность подведения отдельного положительного питания. При включении транзистора Т 16 запираются проходные транзисторы для того, чтобы ограничить выходной ток на безопасном уровне. В отличие от многих более новых схем стабилизаторов ИМС 723 не снабжена встроенными схемами аварийного отключения для защиты от чрезмерных токов нагрузки или слишком большого рассеяния мощности на ИМС.