Недорогие интегральные стабилизаторы напряжения линейного типа широко применяются в промышленной и бытовой электронике для построения источников стабильного напряжения, тока или в качестве источников опорного напряжения. Отечественная микросхема КР142ЕН12А (КРЕН12А) применяется для построения подобных узлов с регулируемым выходным уровнем.
Параметры микросхемы
Предельные и рабочие КРЕН12А характеристики приведены в таблице.
| Предельные характеристики | ||||
|---|---|---|---|---|
| Параметр | Значение | Размерность | ||
| Входное напряжение | 5..45 | вольт | ||
| Выходное напряжение | 1,2..37 | вольт | ||
| Выходной ток | 1 | ампер | ||
| Предельная рассеиваемая мощность | 1 (без теплоотвода при T окружающей среды минус 10..+40 град.С) | ватт | ||
| 0,7 (без теплоотвода при T окружающей среды +70 град.С) | ||||
| 10 (с внешним теплоотводом) | ||||
| Диапазон рабочих температур | минус 10..+70 | град.С | ||
| Электрические характеристики | ||||
| Параметр | Значение | Размерность | Условия тестирования | |
| Минимальное выходное напряжение | 1,5 | вольт | Входное напряжение 5 В, ток нагрузки 5 мА | |
| Минимальное падение напряжение между входом и выходом | 3,5 | вольт | Входное напряжение 18,5 В | |
| Нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения | не более 0,01 | процентов/вольт | Приращение входного напряжения 20 В, выходное напряжение 15 В, выходной ток 5 мА | |
| Нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока | не более 0,2 | процентов/ампер | Входное напряжение 20 В, выходной уровень 15 В, приращение выходного тока 5 мА | |
| Температурный коэффициент выходного напряжения | не более 0,02 | процентов/град.С | Входное напряжение 5 В, минимальное выходное напряжение, выходной ток 5 мА | |
Корпус и расположение выводов
Микросхема большей частью выпускается в корпусе КТ-28-2 (зарубежный аналог – TO-220). Кейс имеет три вывода:
- вход (17);
- выход (8);
- установка напряжения (2).
На корпус наносится маркировка в виде полного (КР142ЕН2А) или сокращенного обозначения (КРЕН12А).
Реже встречается микросхема в корпусе с линейным двухрядным расположением выводов (DIP-14). Этот вариант имеет наименование К142ЕН12 и маркируется кодом К47.
Этим объясняется необычная нумерация выводов микросхемы в «транзисторном» исполнении – по функционалу выводы обеих модификаций должны совпадать по номерам.
На корпусе имеется лепесток для отведения тепла и подключения внешнего теплоотвода. Вывод 8 (выход) электрически соединен с теплоотводящей площадкой, поэтому при монтаже надо предусмотреть меры для изоляции корпуса микросхемы от радиатора.
Аналоги и варианты замены
При необходимости можно заменить микросхему на элемент из той же линейки КР142ЕН12Б. По параметрам она отличается только нестабильностью выходного напряжения при изменении входного (коэффициентом стабилизации). Этот параметр у КРЕН12Б в три раза хуже – 0,03 %/В против 0,01 %/В, но во многих случаях это допустимо.
В качестве замены можно рассмотреть и КР142ЕН22. Она отличается повышенной мощностью – допускает выходной ток до 5 ампер. Остальные параметры примерно одинаковые, а корпус и цоколевка совпадают полностью.
Из зарубежных микросхем аналогом КРЕН12А является интегральный стабилизатор LM317.
Применение и практические схемы включения
Для осознания принципа работы микросхемы и связанных с этих ограничений надо понимать основы работы линейных регуляторов. Их действие основано на перераспределении напряжения между регулирующим элементом и нагрузкой. Если напряжение на нагрузке уменьшается, то регулирующий элемент приоткрывается, напряжение на нем уменьшается, за счет этого уровень на нагрузке увеличивается – и наоборот. Это означает:
- Входное напряжение должно быть всегда выше требуемого уровня на нагрузке.
- Регулятор рассеивает часть энергии, не попавшей в нагрузку, в виде тепла.
Рассеиваемая мощность равна P=ΔU*I, где:
- P – рассеиваемая мощность;
- ΔU – разность между входным и выходным напряжением;
- I – ток нагрузки.
Имеется два ограничения, действующих одновременно – по выходному току и по рассеиваемой мощности. Так, при установке на радиатор мощность не должна превышать 10 ватт. Это означает, например, что при входном напряжении 45 вольт и выходном – 1,5 вольт, эта мощность будет достигнута уже при токе 0,23 А, и повышать выходной ток выше этого значения нельзя (несмотря на то, что предел тока по datasheet еще не достигнут).
Для предотвращения выхода из строя микросхема оснащена защитой от перегрузки, эта защита реагирует на сверхток.
На рисунке показана типовая схема подключения микросхемы КР142ЕН12А. Резисторы R1 и R2 задают выходной уровень. Микросхема пытается удержать падение напряжения на R1 равным 1,2 вольта, поэтому при увеличении сопротивления R2 уровень на выходе увеличивается.
Выходное напряжение зависит от соотношения R1 и R2 следующим образом:
Uвых=1,2*(1+R2/R1).
Например, если требуется установить на выходе +12 вольт, сопротивление R1 выбирается 240 Ом (типовое рекомендуемое значение), тогда R2 выбирается из стандартного ряда с номиналом 2,2 кОм. Точное выходное значение при этом будет равно 12,7 вольт (на самом деле немного больше из-за падения напряжения на резисторе R2).
Чтобы «попасть» в точное необходимое значение, в качестве R2 лучше применить подстроечный резистор. Если использовать не подстроечный, а переменный резистор, можно получить источник питания с оперативной регулировкой выходного уровня. Резисторы R1 и R2 должны монтироваться как можно ближе к микросхеме.
Конденсаторы С1 и С3 нужны для стабилизации работы микросхемы. С1 должен быть установлен на расстоянии не более 7 см (по проводникам) от входа КР142ЕН12. В его качестве можно использовать выходной конденсатор выпрямителя.
Если выходное напряжение микросхемы близко к минимальному, рекомендуется установка и конденсатора C2, при этом следует установить защитный диод (VD2 по схеме).
Для защиты от превышения выходного напряжения над входным можно установить диод VD1. Однако такая ситуация является маловероятной, поэтому чаще всего этот элемент не устанавливают.
Возможны и другие варианты включения микросхемы. Например, в качестве стабилизатора тока (включается последовательно с нагрузкой в виде двухполюсника).
На следующей схеме приведен пример зарядного устройства на двух микросхемах КРЕН12А. Одна используется для стабилизации напряжения, вторая – для стабилизации тока.
Существует схемотехнический прием, позволяющий повысить мощность стабилизатора на КРЕН12А. Для этого к микросхеме подключается внешний транзистор.
Несмотря на то, что микросхема разработана несколько десятилетий назад, ее параметры востребованы и в настоящее время. Интегральный стабилизатор до сих пор выпускается российскими заводами полупроводниковых элементов.
