Stabilizatory liniowe

Liniowe stabilizatory do regulacji napięcia w prosty sposób

Stabilizatory liniowe są najprostszymi w implementacji układami do regulacji napięcia. Większość elementów tego rodzaju wymaga do działania jedynie dwóch zewnętrznych kondensatorów do filtracji napięcia wejściowego i wyjściowego. Pojemność tych elementów zależna jest prądu pracy stabilizatora oraz szerokości pasma jego pętli sprzężenia zwrotnego.

Prosta zasada działania scalonego stabilizatora liniowego

Regulator napięcia działa wykorzystując pętlę sprzężenia zwrotnego do stabilizacji napięcia. Poprzez porównanie rzeczywistego napięcia wyjściowego z ustalonym napięciem odniesienia na wzmacniaczu błędu, układ steruje elementem wykonawczym, najczęściej tranzystorem MOSFET. Wszelkie różnice napięcia są wzmacniane i wykorzystywane do sterowania w taki sposób, aby zmniejszyć błąd napięcia wyjściowego. Tworzy to pętlę elektroniczną sterowania ze sprzężeniem zwrotnym. Z uwagi na charakter sprzężenia zwrotnego, układy te nazywa się właśnie stabilizatorami liniowymi, jako że wszystkie elementy składowe toru sprzężenia zwrotnego są układami liniowymi. Z uwagi na stosowanie tranzystora do regulacji napięcia poprzez sterowanie spadkiem napięcia na tym elemencie, napięcie zasilające stabilizator musi być większe niż napięcie wyjściowe.

Stabilizatory - Proste w implementacji elementy elektroniczne

Implementacja stabilizatorów liniowych w układach elektronicznych jest niezwykle prosta, z uwagi na fakt, że dostępne obecnie nowoczesne regulatory napięcia są wysoce zintegrowanymi układami scalonymi, zawierającymi w swojej strukturze wszystkie niezbędne elementy - element regulacyjny (tranzystor mocy), wzmacniacz błędu i napięcie odniesienia. Dzięki temu implementacja tych układów nie wymaga żmudnych obliczeń, czy eksperymentalnego dobierania wartości elementów elektronicznych, towarzyszących układowi.

Stabilizator napięcia - Łatwy dobór odpowiednich elementów

Z uwagi na prostotę implementacji scalonych regulatorów napięcia dobór elementów zewnętrznych dla układu jest niezwykle prosty. Najczęściej stabilizator liniowy wymaga tylko dwóch, towarzyszących mu pasywnych elementów elektronicznych - kondensatora wejściowego i kondensatora wyjściowego. Pojemność na wejściu układu ma za zadanie filtrować napięcie zasilania dla stabilizatora liniowego.

Przyjmuje się, że kondensator wejściowy stabilizatora liniowego powinien mieć pojemność 1000 mikrofaradów na 1 amper płynącego prądu. W tym miejscu dobrze jest umieścić kondensator o niskiej szeregowej rezystancji zastępczej (ESR). Dla zmniejszenia impedancji filtra, pojemność tą rozbić można na kilka pojemności, na przykład, 1000 μF, 1 μF, 100 nF i 1 nF połączone równolegle. Dzięki temu uzyska się filtr o niskiej impedancji w szerokim zakresie częstotliwości, co z pewnością poprawi jakość napięcia wyjściowego z regulatora napięcia.

Kondensator wyjściowy dobiera się z kolei zgodnie z wytycznymi z karty katalogowej. Element ten jest częścią pętli sprzężenia zwrotnego w stabilizatorze liniowym, który ma wpływ na jej pasmo, w związku z czym konieczne jest dobranie elementu elektronicznego o takiej pojemności, aby nie przekraczać psma sprzężenia zwrotnego regulatora napięcia, które determinowane jest także innymi elementami zawartymi w strukturze układu scalonego. Zazwyczaj karta katalogowa tego elementu elektronicznego wskazuje, jaka jest minimalna pojemność wyjściowa dla danego stabilizatora liniowego.

Preprogramowane i konfigurowalne stabilizatory napięcia

Większość dostępnych na rynku stabilizatorów liniowych charakteryzuje się ustalonym fabrycznie poziomem napięcia wyjściowego. Część regulatorów napięcia dostępna jest jednakże również w wersji programowalnej zewnętrznie, tj. takiej, gdzie istnieje możliwość konfiguracji napięcia wyjściowego. Najczęściej konfiguracja tego elementu elektronicznego odbywa się poprzez dodanie do układu dwóch oporników w układzie dzielnika napięcia. Napięcie z wyjścia podawane jest następnie na specjalne wejście pomiarowe stabilizatora liniowego i następnie do wzmacniacza błędu i układu regulacji. Dokładne zależności matematyczne, pomiędzy rezystancjami tych oporników, a napięciem wyjściowym, znaleźć można w karcie katalogowej danego regulatora napięcia.