Stabilizatoare de tensiune – Tehnici de circuit pentru stabilizatoarele monolitice

4.1. Tehnici de circuit pentru stabilizatoarele monolitice

Stabilizatoarele de tensiune cu componente discrete pot fi executate cu uşurinţă, dar prezintă o serie de ne­ajunsuri legate de performanţele de stabilizare şi de ga­baritul lor relativ mare. Imperativul miniaturizării apara­turii electronice, performanţele excelente furnizate de sta­bilizatoarele de tensiune integrate, scăderea continuă a costurilor ca efect al progreselor tehnologice înregistrate în fabricaţia circuitelor integrate, au contribuit la orien­tarea celor mai mulţi dintre utilizatori spre acest gen de dispozitive.

Majoritatea stabilizatoarelor de tensiune continuă mo­nolitice se construiesc pe baza unei scheme cu reglare au­tomată de tip serie. în principiu, schema electrică nu di­feră de schema clasicului stabilizator cu componente dis­crete. Deosebirea constă în utilizarea unor blocuri func­ţionale, în care se apelează la tehnici de circuit relativ mai complexe, pentru a se atinge un nivel de performanţă ridicat. Pentru exemplificare, în fig. 4.1, se prezintă struc­tura unuia dintre cele mai cunoscute stabilizatoare de ten­siune continuă monolitice µA 723 (βA 723). Alăturarea schemelor bloc (a), de principiu (b) şi a celei electrice (c), permite identificarea celor trei blocuri funcţionale prin­cipale ale stabilizatorului (sursa de tensiune de referinţă, amplificatorul de eroare, elementul regulator serie), pre­cum şi a blocurilor cu funcţionări auxiliare (de protecţie, de polarizare, de pornire). Descrierea în detaliu a circui­tului µA 723 se prezintă în paragraful următor.

Cu toate că utilizarea unui stabilizator de tensiune con­tinuă monolitică nu impune ca o condiţie de strictă nece­sitate studierea structurii blocurilor funcţionale interne,, se consideră că o cunoaştere a tehnicilor de circuit folo­site la realizarea acestora, permite o apreciere mai rea­listă a performanţelor şi limitărilor circuitului integrat,, limitări adesea trecute cu abilitate de producători în pla­nul secund al foilor de catalog.

Revenind la schema bloc din fig. 4.1 a, nivelul tensi­unii de ieşire se poate determina cu relaţia:

                                                                    V₀ = [A/(1+Af)] V_REF                                                  (4.1)

unde:

V_REF — tensiunea de referinţă,

A — amplificarea în buclă deschisă a amplificato­rului de eroare,

f = R_B/(R_A+R_B) — factorul de reacţie.

Deoarece A >>1, relaţia de mai sus se poate aproxima prin:

                                                     V₀ = 1/f V_REF = (l + (R_A/R_B)) V_REF                                           (4.2)

Ultima relaţie evidenţiază că nivelul tensiunii de ieşire este corelat, prin intermediul factorului de reacţie, cu nivelul tensiunii de referinţă. Un raport V₀/V_REF mare implică creşterea rezistenţei R_A şi reducerea factorului de reacţie f. În consecinţă, variaţiile tensiunii de referinţă se regăsesc amplificate la ieşire (raportul 1/f creşte). Supli­mentar, precizia absolută cu care se poate controla tehno­logic nivelul tensiunii de ieşire se reduce.

Din cele expuse se deduce că raportul V₀/V_REF trebuie limitat superior (la stabilizatoarele monolitice de tensiune fixă V₀/V_REF este de maximum 5). Totodată, se pune în evidenţă necesitatea ca nivelul tensiunii de referinţă să fie practic independent de variaţiile tensiunii de intrare şi ale temperaturii.

Stabilizarea de sarcină se poate aprecia prin expresia:

                                          K_L = [(r_va+)/βA] : (ΔI₀/V_REF) ∙ 100%                                    (4.3)

unde:β, r_π  — parametri electrici ai tranzistorului serie;

r_va  — rezistenţa de ieşire a amplificatorului de eroare;

ΔI₀ — variaţia curentului de ieşire.

De aici, rezultă faptul că pentru a îmbunătăţi stabili­zarea de sarcină este nevoie să se mărească semnificativ amplificarea cu buclă deschisă (A) şi cîştigul în curent (β) al tranzistorului regulator serie. În stabilizatoarele de ten­siune continuă monolitice se utilizează amplificări în buclă deschisă de ordinul zecilor de mii, iar pentru elementul regulator serie se recurge la conexiuni Darlington.