Микросхемы- стабилизаторы напряжения серии 78XX

Электронные устройства

Продолжаем разговор о электропитании… 🙂

Мы уже в предыдущих статьях рассмотрели выпрямители и стабилизаторы напряжения.
В последней из них речь шла о транзисторных схемах, однако есть и другой вариант- специализированные микросхемы- стабилизаторы. Их существует несколько серий, но здесь мы рассмотрим одну из наиболее распространенных, а именно серию 78XX.
Примечание: символы «XX» после числа 78 обозначают еще пару цифр, но об этом чуть ниже.

Итак… Существуют специализированные микросхемы- стабилизаторы напряжения. Выглядят они вот так:

А схема включения- вообще проще не придумать: всего три ножки (слева направо)вход, выход,»масса»

А почему я назвал статью 78XX ? Да и тут все просто- 78 означает что это стабилизатор напряжения, а вторые две цифры- это напряжение стабилизации.
Например: 7805 означает что это 5- ти Вольтовый стабилизатор напряжения, 7809- это 9-ти Вольтовый, ну и так далее. А вот сейчас несколько важных примечаний:
а. Маркировка 78XX является стандартной, а вот буквы перед этими цифрами могут быть разные.
Это логотип производителя (AN означает Panasonic, KA- Samsung и так далее). В общем на буквы можно не обращать внимания.
б. Существует еще серия 79XX- это практически тоже самое, но предназначены они для работы с отрицательным напряжением.
в. Для того чтобы микросхема работала, необходимо чтобы разница между входным и выходным напряжением была не менее 0,7 Вольта (а лучше 3…5V) и (желательно) не более чтобы входное напряжение было не выше выходного более чем в два раза.
Чуть подробнее: если мы хотим получить напряжение на выходе, например, +5V, то желательно на вход более +10V не подавать, иначе можем получить перегрев.
12V из 13V получить также будет немного проблематично: из-за внутренних потерь микросхемы, напряжение, может быть, и получится, но что оно будет стабилизированно сомневаюсь…

Еще один интересный факт.
Нашем радиолюбителям и телевизионным мастерам пришлось столкнуться с этими микросхемами еще в далеких 1990-х (если даже не раньше… :-)) В то время «буржуйской» техники было еще мало, а в отечественной аппаратуре применялся аналог. Называлась серия К142ЕН (ну и далее циферки и буковки). Правда там с маркировкой была конкретная путаница- надпись К142ЕН8 вовсе не означала что это 8-ми Вольтовый стабилизатор. Там в конце еще одна буква была, которая и означала параметры микросхемы.
И, в общем, то это даже не самое интересное! На корпусе вся надпись не влазила и поэтому писали сокращенно: КРЕН5, КРЕН8 и т.д.

Поэтому эти микрухи так и стали называть: КРЕНка. 🙂 это было ужасно давно, да и самих этих микросхем уже почти не встретить, но выражение КРЕНка оказалось очень живучим, и до сих пор используется.
Припомнился даже такой забавный случай: услышал я это выражение от молодого специалиста и решил спросить откуда оно взялось (шутки ради, конечно-же :-)). Ответить он не смог- просто кренка и все… В общем примерно такая-же ситуация и приборами: мультиметр многие называют ц-эшкой, хотя буквы «Ц» на мультике нету 🙂

Ну да, ладно, чуть отвлекся…

Конечно-же при всей своей простоте включения, есть у этих микросхем и свои недостатки, и основной из них это не сильно большой ток нагрузки- максимум 2А, да и то потребуется большой радиатор.
Второй недостаток это относительно слабенькая защита от КЗ на выходе, ну и наконец- нет возможности регулировки выходного напряжения.
А вот сейчас после, последних слов, вполне возможно что читатель скажет «ну что ты вводишь людей в заблуждение?!!! Можно «массу» через подстроечный резик подключить, вот тебе и регулировка!!»
Парирую 🙂 Да, регулировка будет, но в очень и очень небольших пределах, да еще и стабилизация может нарушиться.
В общем тут ситуация обстоит так: параметры микросхемы можно изменить и улучшить за счет дополнительного обвеса. Причем тут даже и «изобретать велосипед» не нужно- все уже давно придумано и опробовано. Привожу несколько схем, улучшающих параметры микросхем серии 78XX (ну или КРЕН, кому как удобнее)

Защита от КЗ

Стандартные схемы подключения микросхем серии 78XX предполагают чтобы на выходе устанавливалась емкость не более 10…50 мкФ. Но оказалось что в случае КЗ на выходе, даже этой емкости много- возникает ток разряда и это может вывести микросхему из строя. Поэтому лучше будет применить вот такую схему:

Ступенчатое включение

Несложное дополнение позволит сделать так, что напряжение на выходе будет появляться «ступенчато»- сначала половина значения, затем полностью. Вот схема:

При включении ток заряда конденсатора C3 на некоторое время создаст смещение на транзисторе VT1.

Пока транзистор будет открыт, вывод 8 микросхемы будет подключен к «общему» и выходное напряжение будет 5V (для этой схемы). Как только конденсатор зарядится, то транзистор закроется и микросхемы 8 выводом окажется подключенной уже через подстроечный резистор R2, и её выходное напряжение увеличится.

Изменение выходного напряжения

Введением дополнительного источника напряжения другой полярности можно осуществить регулировку напряжения в пределах от 0 до максимума (напряжение микросхемы + напряжение стабилитрона)

Подключение «массового» вывода через дополнительный стабилитрон. Выходное напряжение микросхемы увеличится на значение напряжения стабилизации стабилитрона.
Между прочим этот вариант в свое время очень часто спасал телемастеров. Так, к примеру, в телевизорах SHARP требовалась микросхема 7808. При применении 7809 увеличивался размер по вертикали и пропадала цветность. Зарубежные «родные»были в дефиците, а среди отечественных микрух подходящих вариантов не было и поэтому поступали так: брали 5-ти Вольтовую КРЕНку, а»общий» цепляли через стабилитрон 3V3.

Увеличение выходной мощности

Выходную мощность можно увеличить за счет внешних мощных транзисторов. В этом случае микросхема будет служить источником стабилизированного напряжения, и основная нагрузка ляжет уже не на микросхему, а на транзисторы. Вот несколько примеров:

Транзистор в таких схемах играет роль мощного ключа: до тех пор, пока потребляемая мощность нагрузки в пределах нормы, то микросхема работает в штатном режиме.

При увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения на резисторе R1, транзистор начинает открываться, ограничивая тем самым ток через микросхему.

Причем основная функция схемы- стабилизация напряжения при этом сохраняется: при увеличении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно и управляющее напряжение на транзисторе и наоборот.

Однако такая схема имеет один недостаток: она не имеет защиты от КЗ в нагрузке. Более того- в случае КЗ, ток через резистор R1 возрастет до максимума, отперев тем самым и транзистор.

Схемы возможных вариантов защиты от перегрузки приведены ниже

В данном случае роль токового датчика выполняют диоды VD1, VD2.

Они откроются лишь тогда, когда ток нагрузки микросхемы будет близок к максимальному.

(для данной схемы это 7 Ампер). Если- же потребляемый ток будет продолжать расти, то сработает схема защиты в самой миросхеме.

Единственный недостаток такой схемы- сильная зависимость от параметров транзистора и диодов.

Её можно маленько ослабить если разместить их на одном радиаторе.

Еще пара вариантов:

В первом случае принцип работы защиты практически такой- же как и на схеме выше, отличие только в токовом датчике.

А вот второй случай рассмотрим подробнее:

Введение в схему второго транзистора (VT2) позволило защитить ключевой транзистор от перегрузки.

Токовым датчиком в данной схеме служит резистор R1, сопротивление которого подбирается таким образом, чтобы транзистор VT1 открывался при токе нагрузки около 100мА.

Далее, под воздействием нагрузки, начнет расти ток и на резисторе R2. При большом падении напряжения на нем откроется транзистор VT2, который зашунтирует транзистор VT1.