Fork me on GitHub

NGSPICE.js - линейные стабилизаторы напряжения

Продолжаем осваивать NGSPICE.

Стабилизаторы напряжения предназначены для поддержания постоянного значения напряжения на нагрузке независимо от его колебаний на входе и независимо от сопротивления самой нагрузки. Зачем это надо ? Расчёт многих электрических цепей производится с учётом постоянного напряжения питания. Например величина напряжение питания оказывает сильное влияние на рабочую точку усилителя с ОЭ, тогда как в схеме с ОК или при использовании операционных усилителей питание может оказаться не столь критично (в разумный пределах). Бывает так что из-за одной цепочки, критичной к напряжению питания, приходится впридачу к ней тащить стабилизатор напряжения.

В следующих схемах использовалась SPICE модели биполярных транзисторов 2N2222, 2N5686 и стабилитрона 1N4107:

~$ wget http://www.onsemi.com/pub/Collateral/2N5686.LIB
~$ wget http://www.centralsemi.com/docs/csm/2N2222.LIB
~$ wget http://www.centralsemi.com/docs/csm/1N4107.LIB

параметрические стабилизаторы напряжения | netlist | ngspice.js

screenshot

ngspice 1 -> source parametric.net
ngspice 2 -> dc r3 0 10k 100
ngspice 3 -> dc r5 0 10k 100
ngspice 4 -> plot dc1.v(out_a) dc2.v(out_b)

На картинке ниже по большому счёту изображена вольт-амперная характеристика (ВАХ) одного и того же нелинейного компонента - стабилитрона, только во втором случае помноженная на коэффициент передачи составного транзистора β = β1*β2. Составной транзистор включён по схеме с ОК и таким образом повторяет напряжение на стабилитроне. Подобные стабилизаторы напряжения принято называть параметрическими.

screenshot

Судя по графику параметрический стабилизатор с применением транзисторов вцелом достойно справляется со своей задачей, однако теряется часть напряжения на переходах эмиттер-база порядка 2*0.7 Вольта. Следующая хитрая схема позволит компенсировать эту разницу:

компенсационный стабилизатор напряжения | netlist | ngspice.js

screenshot

ngspice 1 -> source compensation.net
ngspice 2 -> dc r5 0 10k 100
ngspice 3 -> plot v(out)

У компенсационных стабилизаторов практически идеальные показатели стабилизации и поэтому для них существует специализированная линейка микросхем КР142ЕН5x-КР142ЕН18x, выполненных в одном корпусе, где 5 и 18 напряжения стабилизации (импортный аналог 7805-7818). Также в упомянутых микросхемах предусмотрена защита от короткого замыкания (КЗ) на выходе.

screenshot

Всё это конечно хорошо, но у данных решений есть два очень серьёзных недостатка:

  • мощность P=I*U, где U обусловлено разницей между входным напряжением и выходным напряжением стабилизации, рассеивается в виде бесполезного тепла - при больших мощностях приходится ставить радиатор охлаждения, а при очень больших можно уже отапливать помещение

  • данные стабилизаторы работают только на понижение напряжения, а в современной схемотехнике понапридумывали целый зоопарк различных микросхем, для которых часто требуется делать повышающее преобразование

Далее импульсные стабилизаторы напряжения.

links

social