До сих пор все схемы книги питались "уже готовым" стабильным напряжением. Эта глава показывает, откуда оно берётся на самом деле — и заодно закрывает практическую цепочку от сетевого трансформатора до чистого постоянного напряжения на макетке.
После трансформатора, диодного моста и сглаживающего конденсатора (тема из вводного курса по электротехнике) напряжение уже постоянное, но не идеальное: оно "плывёт" при изменении сетевого напряжения, проседает под нагрузкой и сохраняет заметную пульсацию (глава 06 вводного курса — конденсаторы фильтра не убирают пульсацию полностью, особенно под большой нагрузкой). Линейный стабилизатор — простейший способ получить действительно ровное, предсказуемое напряжение поверх этого "грубого" источника.
Микросхема 7805 (и вся семья 78xx — 7809, 7812 и другие, число в обозначении указывает выходное напряжение) — трёхвыводной стабилизатор фиксированного напряжения: вход, общий провод, выход. Проще для сборки, чем LM317, но выходное напряжение жёстко задано типом микросхемы и не регулируется.
Расположение выводов вход/общий/выход у разных производителей и разных серий (например, обычный TO-220 78xx против некоторых низковольтных вариантов в похожем корпусе) может отличаться. Не полагайся на память о "типичном" расположении — свеься с даташитом именно той микросхемы, что у тебя в руках, прежде чем впаивать её в схему.
LM317 — тоже трёхвыводная микросхема (вход, регулировка/ADJ, выход), но выходное напряжение задаётся не типом микросхемы, а внешними резисторами делителя обратной связи — гораздо более гибкое решение, если нужно нестандартное или настраиваемое напряжение.
Vout = 1.25В × (1 + R2/R1), где R1 обычно берут стандартным значением по даташиту — 240 Ом, R2 подбирается под нужное напряжение. Например, для получения 9В: R2 = R1 × (Vout/1.25 − 1) = 240 × (9/1.25 − 1) = 240 × 6.2 ≈ 1488 Ом — на практике берут ближайший стандартный номинал или ставят вместо R2 подстроечный резистор (потенциометр) для точной регулировки выходного напряжения прямо на собранной плате.
Линейный стабилизатор "сжигает" в тепло всю разницу между входным и выходным напряжением, умноженную на ток нагрузки — прямое применение формулы мощности из главы 04 вводного курса.
P = (Vin − Vout) × Iout. Например, вход 12В, выход 5В, ток нагрузки 0.5А: P = (12 − 5) × 0.5 = 3.5 Вт — рассеивается в виде тепла прямо на корпусе микросхемы. Без радиатора большинство стабилизаторов в компактных корпусах перегреваются уже на этом уровне мощности и либо срабатывает встроенная тепловая защита (отключение), либо сокращается срок службы микросхемы. Радиатор нужен почти всегда, если разница напряжений и ток нагрузки заметны — не по ощущению "тёплый на ощупь", а по факту расчёта.
У линейных стабилизаторов есть минимальная разница между входом и выходом, ниже которой стабилизация перестаёт работать корректно (типично 2–3В для обычных линейных стабилизаторов). Для получения стабильных 5В на выходе нужно минимум 7–8В на входе — если входное напряжение просядет ближе к выходному (например, разряжается батарея источника), стабилизатор перестанет держать точное выходное напряжение ещё до полной разрядки батареи.
Хорошая демонстрация всей идеи главы: подключи щуп осциллографа сначала на вход стабилизатора (после диодного моста и сглаживающего конденсатора) — должна быть заметна остаточная пульсация с частотой сети или удвоенной частотой сети (в зависимости от схемы выпрямления). Затем перенеси щуп на выход стабилизатора — пульсация должна практически исчезнуть, оставив ровную горизонтальную линию.
Следующая глава использует этот же стабилизатор (или отдельную специализированную микросхему заряда) в конкретном практическом устройстве — зарядном устройстве для аккумулятора, где важно не только держать напряжение, но и правильно ограничивать ток заряда.
Книга бесплатна для чтения. Автор — Тариел Бежанидзе, компьютерный мастер в Батуми · tariel.ge · все бесплатные книги. Копировать текст целиком на другие сайты — только со ссылкой на источник.