1

STABILIZATORY O PRACY

CIĄGŁEJ

• Stabilizatory

parametryczne
(napięcia i prądu)

• Stabilizatory

kompensacyjne

• Układy

zabezpieczeń
stabilizatorów

• Definicje,

parametry i
klasyfikacja
stabilizatorów

• Układy z

ograniczeniem i
redukcją prądu
zwarcia

• Zabezpieczenia

nadnapięciowe

• Zabezpieczenie

termiczne

• Monolityczne

stabilizatory
napięcia

2

Stabilizator w warunkach roboczych

U

f U

I

T t

OUT

IN

OUT

 (

,

, , )

I

U U

T t

OUT

IN

OUT





(

,

, , )

Stabilizator
napięcia

dt

t

U

dT

T

U

dI

I

U

dU

U

U

dU

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

IN

IN

OUT

OUT

























dt

t

I

dT

T

I

dU

U

I

dU

U

I

dI

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

IN

IN

OUT

OUT

























Stabilizator prądu

3

współczynnik niestałości napięcia

1

S

U

U

u

OUT

IN







współczynnik niestałości prądu

1

S

I

I

i

OUT

IN







różniczkowa rezystancja wyjściowa

r

U

I

out

OUT

OUT







różniczkowa konduktancja wyjściowa

g

I

U

out

OUT

OUT







dt

t

U

dT

T

U

dI

I

U

dU

U

U

dU

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

IN

IN

OUT

OUT

























dt

t

I

dT

T

I

dU

U

I

dU

U

I

dI

OUT

OUT

OUT

OUT

OUT

IN

IN

OUT

OUT

























4

temperaturowy współczynnik stabilizacji napięcia







u

OUT

U

T



temperaturowy współczynnik stabilizacji prądu







i

OUT

I

T



czasowy współczynnik stabilizacji napięcia

czasowy współczynnik stabilizacji prądu

v

U

t

u

OUT







v

I

t

i

OUT







sprawność energetyczna









P

P

P

U

I

U I

OUT

OUT

S

OUT OUT

IN IN

5

R

S

U

IN

U

OUT

a)

I

OUT

I

Z

R

L

R

S

b)

I

OUT

I

Z

R

L

U

Z

r

z

U

IN

U

OUT

I

IN





Z

IN

IN

OUT

Z

S

U

U

U

I

I

R











min





OUT

S

OUT

Z

IN

U

R

I

I

U







Podstawowy układ parametrycznego stabilizatora napięcia z diodą

Zenera (a) oraz jego wielkosygnałowy model (b)

Model małosygnałowy(c)

Robocze charakterystyki

parametrycznego stabilizatora
napięcia z diodą Zenera

ΔI

OUT

ΔU

OUT

ΔU

IN

ΔI

Z

ΔI

IN

c)





Z

IN

IN

OUT

Z

S

U

U

U

I

I

R











max

6

r

r R

r

out

z

S

z















u

S

z

S

Z

Z

R

r

R

U

T

U

T







1

S

U

U

u

OUT

IN







ΔI

OUT

ΔU

OUT

ΔU

IN

ΔI

Z

ΔI

IN

z

S

z

S

L

z

L

z

S

OUT

IN

u

r

R

r

R

R

r

R

r

R

U

U

S













1





7

Dioda Zenera - zależności: a) rezystancji dynamicznej r

Z

oraz

b) temperaturowego współczynnika napięcia TWU

Z

od prądu

I

Z

i od nominalnego napięcia U

Z

8

U

OUT

U

IN

R

S1

R

S2

DZ

1

DZ

2

Układ stabilizatora parametrycznego z kaskadowym
połączeniem diod

9

Element

regulowany

Wzorzec

napięcia

Element

próbkujący

k





U

IN

U

U

we

wy



U

OUT

I

OUT



U

OUT

U

Z





k U

U

OUT

Z





I

IN

Schemat funkcjonalny układu stabilizatora
kompensacyjnego





U

U

k

U

U

IN

OUT

OUT

Z









10

R

B

U

IN

U

OUT

U

Z

T

Układ szeregowego,
wtórnikowego
stabilizatora napięcia

R

3

R

1

R

2

n

U

Z

U

IN

U

OUT

T

1

T

2

Układ szeregowego
stabilizatora
napięcia z zewnętrzną pętlą
sprzężenia zwrotnego

U

U

U

R

R

R

Z

BE

OUT







2

2

1

2

I

I

I

Z

Z

Z

min

max





11

U

U

R I

I

U

I

U

U

U

R

I

IN

OUT

B

Z

BE

Z

IN

OUT

BE

B

















3

1

1

1

3

1

(

)








g u

m b e

1

1

'

g u

m be

2

2

'

g

b e

' 1

g

be

' 2

u

be

' 1

u

b e

' 2

u

in

R

P

R

L

R

1

R

2

u

out

i

b2

i

R1

i

out

i

b1

R

3

r

z

Małosygnałowy schemat
zastępczy stabilizatora z rysunku obok

R

3

R

1

R

2

n

U

Z

U

IN

U

OUT

T

1

T

2

12

g u

m b e

1

1

'

g u

m be

2

2

'

g

b e

' 1

g

be

' 2

u

be

' 1

u

be

' 2

u

in

R

P

R

L

R

1

R

2

u

out

i

b2

i

R1

i

out

i

b1

R

3

r

z

g u r

u

u

R

R

R

g u R

u

u

u

g u

i R

u

i

g u

m

b e z

be

out

m b e

L

out

out

b e

m

b e

b

in

b

b e

b e

2

2

2

2

1

2

1

1

1

2

2

1

3

1

1

1

'

'

'

'

'

'

'

(

)































S

u

u

g R

R

R R

g r

g R

g R

u

in

out

m

m z

b e

m

L



 









1

1

1

1

2 3

2

1

2

2

1 3

1

'

1

1

1 3

1

1

3

1









g R

g R

r

R

R

b e

m

L

b e

L

'

'



2

1

2

2

3

2

1

1

1

R

R

R

r

g

R

g

S

z

m

m

u









13

1

1

1

1

1

2

1

2

2

2

2

be

m

out

be

be

b

out

be

z

be

m

u

g

i

u

g

i

R

R

R

u

u

r

u

g











1

2

1

2

2

3

2

1

3

1

1

1

1

1

1

1

m

u

z

m

m

m

be

P

m

out

out

out

g

S

R

R

R

r

g

R

g

g

R

g

R

g

i

u

r



















0

)

(

1

1

3

1

2

2

1











P

be

m

b

be

m

be

out

R

u

g

R

i

u

g

u

u

14

R

3

R

4

R

1

R

2

D

3

D

2

D

1

DZ

T

2

T

1

U

IN

U

OUT

U

CC

U

CC

Układ ze zmniejszeniem przenikania
tętnień z wejścia na wyjście z dodatkową polaryzacją
źródła referencyjnego i z kompensacją termiczną
zmian napięcia wyjściowego

R

2

R

3

R

4

R

2

U

IN

U

OUT

T

2

T

3

T

1

U

Z2

U

BE3

U

BE1

U

CE3

U

Z1

Układ ze zwiększonym współczynnikiem
stabilizacji napięcia

15

U

U

U

OUT

Z

BE





1

2

U

Z1

R

3

R

4

R

2

U

IN

U

OUT

T

2

T

3

T

1

U

Z2

U

BE2

Uproszczony układ ze zwiększonym
współczynnikiem stabilizacji napięcia

16

U

OUT

U

IN

DZ

2

U

Z2

R

4

R

E

R

E4

R

3

R

1

R

2

DZ

1

U

Z1

T

1

T

4

T

2

T

3

Stabilizator napięcia ze
wzmacniaczem różnicowym.

R

S

U

OUT

U

IN

R

B

D

Z

I

IN

I

OUT

I

R

Prosty, równoległy
stabilizator napięcia.

U

U

R I

I

OUT

IN

S

OUT

R







(

)

17





ym

regulacyjn

elemencie

w

tracona

moc

ym

regulacyjn

rezystorze

w

tracona

moc

)

(











R

OUT

R

OUT

OUT

IN

S

I

U

I

I

U

U

P

R

IN

OUT

OUT

IN

I

U

I

)

U

U

(







Cechy stabilizatorów równoległych:

• mniejsza sprawność;

• odporność na zwarcia i przeciążenia

• stały pobór mocy ze źródła zasilania

R

S

U

OUT

U

IN

R

B

D

Z

I

IN

I

OUT

I

R

18

Układ z ograniczeniem prądu obciążenia: a) schemat układu,

b) charakterystyka prądowo - napięciowa stabilizatora

2

3

2

5

Z

BEp

D

Z

R

U

U

U

U

U









I

U

R

U

R

OUT

R

Z

max





5

5

2

5

P

I

U

C

OUT

CE

max

max

max



1

U

U

U

U

CE

CE U

IN

Z

OUT

1

1

0

2

max

|









19

Układ z redukcją prądu zwarcia: a) schemat układu,

b) charakterystyka prądowo-napięciowa
stabilizatora

























4

6

5

7

6

6

5

6

5

5

)

(

BEP

R

R

R

OUT

R

OUT

R

U

U

U

R

R

R

U

U

U

R

I

U

20

I

U

R

R

R R

U

R

R

R

OUT

BEP

OUT

max









4

6

7

6 7

6

6

7

I

I

U

R

R

R R

ZW

OUT

U

BEP

OUT









max

|

0

4

6

7

5 6

I

R

U

I

R

R

R

R

U

OUT

OUT

OUT

BEP

max

max

(

)

5

5

6

6

7

4









21

R

C1

R

C2

R

B2

R

E

T

1

T

2

I

OUT

U

Z

Ogranicznik
prądu
ze sprzężeniem
zwrotnym.

Stabilizator

U

IN

U

Z

U

GK

U

OUT

Podstawowy
układ
z
zabezpieczeniem
nadnapięciowym

22

Układ z zabezpieczeniem nadnapięciowym z
regulacją napięcia zadziałania tyrystora

23

U

IN

U

OUT

U

Z

R

E

R

B

U

CE

I

OUT

R

L

Kompensacyjny stabilizator
prądu

I

U

R

OUT

Z

E



Z

CES

Z

IN

E

OUT

CES

Z

IN

L

U

U

U

U

R

I

U

U

U

R













max





P

U

U I

Cmax

IN

Z

OUT





24

u

in

R

E

r

z

r

d

r

d z



g

b e

'

R

B

r

ce

 i

b

u

out

R

L

i

out

(

)

 1 i

b

i

b

i

d

i

i

b

d



Małosygnałowy schemat zastępczy
stabilizatora prądu



































B

d

b

z

d

d

in

out

b

b

e

b

b

E

z

d

d

R

i

i

r

i

u

i

i

i

r

i

R

r

i

)

(

)

1

(

'





U

IN

U

OUT

U

Z

R

E

R

B

U

CE

I

OUT

R

L

z

d

z

d

r

r

r







25

S

u

i

R R

r

i

in

out

B E

d z







R R

r

r

r

R

r

B

E

d z

d

z

E

b e

,

(

),

'













r

u

i

out

out

out u

in



0

U

IN

U

OUT

U

Z

R

E

R

B

U

CE

I

OUT

R

L

26

13

2

3

9

10

12

11

4

7

6

5

D

1

R

1

R

3

R

2

R

7

R

8

C

1

T

6

T

1

D

2

R

6

T

2

T

3

T

4

T

5

R

C

T

7

T

8

T

11

T

121

T

9

T

10

T

13

T

16

T

14

T

15

R

12

R

A

R

B

R

o

D

3

C

2

R

9

R

10

R

11

R

4

R

5

źródła prądowe

źródło napięcia odniesienia

wzmacniacz błędu

zabezpieczenie

3-czujnik prądowy
2-ograniczenie prądowe

13-kompensacja częstotliwości

we-

ujemny biegun

zasilania

dodatni biegun

zasilania

napięcie

kolektora

regulator

Schemat ideowy monolitycznego stabilizatora A 723 wraz z

podziałem na

bloki funkcjonalne

27

Schemat aplikacyjny układu A 723 jako stabilizatora napięcia 7  37 V

U

U

R

R

R

OUT

REF

A

B

B





I

U

R R

R R

U

R

R R

OUT

BE

OUT

max







6

7

5 7

6

5

7

28



A723

6

5

7

13

4

1112

10

2
3

R

A

R

B

C

U

IN

U

OUT

R

5

C

2

100pF

R

C

R

R R

C

A

B

 ||

Schemat aplikacyjny układu A 723 jako stabilizatora

napięcia 2  7 V

U

R

R

R

U

OUT

B

A

B

REF





I

U

R

OUT

BE

max



5

29

30

LM109

022

,



F

R

1

R

2

1

2

3

1k

U

IN

U

OUT

Rys. 28. Schemat układu
pracy stabilizatora LM109
z regulowanym napięciem
wyjściowym 2,5  5 V

I

V

R

OUT



5

1

LM109

1

3

2

R

1

022

,



F

U

IN

I

OUT

Rys. 29. Wykorzystanie
układu LM109 jako
stabilizatora prądu

31

Po sukcesie handlowym układu LM109, na rynku pojawiło się

bardzo wiele stabilizatorów o ustalonej wartości napięcia,

zarówno dodatniego jak i ujemnego. Największą popularność

zdobyły trzynóżkowe stabilizatory serii 78xx i 79xx. Seria 78

oznacza stabilizatory napięcia dodatniego, zaś seria 79

napięcia ujemnego, a cyfry xx oznaczają wartość napięcia

stabilizowanego.

Bardzo szeroki asortyment produkowanych stabilizatorów

tego typu zapewnia różne szeregi wartości napięć , nie tylko

standardowych: 2,5; 3; 3,3; 5; 12; 15; 24.

Typową wartością prądu wyjściowego jest 1A, ale również

produkowane są układy z prądami wyjściowymi od 50mA do

3A.

32

Stabilizator napięcia dodatniego



O

U

xx

2

3

1

78xx

F

0,1



F

0,33



O

U



IN

U



Stabilizator napięcia ujemnego





O

U

-xx

2

3

1

79xx

F

2,2



O

U



IN

U



F

1



Regulator prądu

2

3

1

78xx

F

0,1



F

0,33



O

I

IN

U



XX

U

d

I

1

R

O

R

d

XX

O

I

R

U

I





1

Stabilizator o zwiększonym napięciu wyjściowym

2

3

1

78xx

F

0,1



F

0,33



IN

U



XX

U

d

I

1

R

2

R

2

1

2

1

R

I

R

R

U

U

d

XX

O















O

U



d

R

I

I

5

1



33

U kład o zw iększonym prądzie w yjścio w y m

O

I z zabezpieczenie przeciw zw arcio w ym

2

3

1

78xx

2N6124

F

0,1

F

0,33

O

U



IN

U



BD 534

SC

R

1

R

SC

B E

SC

I

U

R

2



1

1

1

1



I

I

U

R

RE Q

B E









1

1

1

R

U

I

I

I

BE

RE G

RE G

O









Śledzący stabilizator napięcia




C O M M O N

C O M M O N

2

3

6

7

4

2

3

1



4,7k



4,7k

L S141

78x x

2N6124

F

0,1



F

0,33



O

U



O

U



I

U



I

U



Stabilizato r regulo w any 7 do 30V





2

3

6

7

4

2

3

1



10k

L S141

78xx

F

0,1

F

0,33

O

U



IN

U



U kład w y so konapięcio w y na w yjściu i w ejściu

2

3

1

F

0,33

O

U



IN

U



F

0,1

1

Z

U

2

Z

U

R

T

D

1

Z

X X

O

U

U

U





78x x

34

Podwójny stabilizator symetryczny (15V, 1A)

2

3

1

7815

F

0,1



F

0,33



V

15



V

20



2

3

1

7915

F

2,2



V

15



F

1



V

20



*

Regulator impulsowy

2

3

1

F

0,33



O

U



IN

U



Z1



0,5



70

4



4,7

2N3789

1N5812

mH

1

78xx