Регулируемый блок питания 2–30 В на LM723 и мощном транзисторе

Регулируемый блок питания на LM723 строят так: микросхема со встроенным опорным напряжением 7,15 В и усилителем ошибки управляет мощным составным транзистором MJ3001, который берёт основной ток. Сама LM723 по даташиту Texas Instruments отдаёт до 150 мА, а с внешним проходным транзистором ток может превышать 10 А.

Расплата за простоту — тепло: при входе 34 В, выходе 5 В и токе 3 А транзистор рассеивает около 87 Вт, а при коротком замыкании на пределе тока — около 100 Вт.

Настольный регулируемый блок нужен почти каждому, кто паяет дольше пары месяцев. LM723 — микросхема из семидесятых, но она остаётся понятным учебным вариантом: опорное напряжение, усилитель ошибки и ограничение тока в одном корпусе, всё остальное — снаружи.

Ниже — данные даташита, расчёт напряжения, предела тока и нагрева, сборка и ошибки.

Что умеет микросхема

Данные из даташита Texas Instruments на LM723:

Параметр	Значение
Опорное напряжение	6,95–7,15–7,35 В (LM723), 6,80–7,15–7,50 В (LM723C)
Входное напряжение	9,5–40 В; абсолютный максимум 40 В постоянного
Выходное напряжение	2,0–37 В
Перепад вход–выход	3,0–38 В
Ток без внешнего транзистора	150 мА
Ток покоя	1,7 мА типично, 3,5 мА max (LM723)
Ограничение тока	резистором RSC; при RSC = 10 Ом порог 65 мА
Тепловое сопротивление RθJA, PDIP	105 °C/Вт; допустимая мощность корпуса 660 мВт

Из последней строки следует, что собственная мощность микросхемы мала, и греется именно внешний транзистор.

Схема и как она работает

Трансформатор 25 В даёт после выпрямителя около 25 · 1,41 − 1,4 ≈ 34 В без нагрузки: это ниже 40 В, которые допускает микросхема.

Потенциометр R1 задаёт долю опорного напряжения, которую усилитель ошибки сравнивает с выходом. Поворачиваете ручку — меняется выход. Для проверки вольтметр на выход и R1 в нужное положение.

Расчёт выходного напряжения

В даташите TI диапазон выходных напряжений делят на два включения. Для 2–7 В делитель даёт долю от 7,15 В, для 7–37 В опорное напряжение подаётся с повышающим коэффициентом.

Один потенциометр на всём диапазоне даёт долю опорного напряжения на входе усилителя, а делитель обратной связи умножает её. Пример (условный): при коэффициенте обратной связи 4,2 напряжение на выходе равно 4,2 · 7,15 · k, где k — положение потенциометра. При k = 1 получается 30 В, при k = 0,07 — около 2 В.

Точные номиналы делителя подбирают по схеме из даташита. Нижний предел выхода по даташиту — 2 В.

Расчёт предела тока

В даташите ограничение тока задаётся резистором RSC между выводами CL и CS. При RSC = 10 Ом порог равен 65 мА, откуда напряжение срабатывания ≈ 0,65 В.

Формула: RSC = 0,65 В / Iпредел. Для предела 3 А RSC = 0,65 / 3 ≈ 0,22 Ом. Мощность на нём P = 0,65 · 3 ≈ 2 Вт, поэтому резистор берут не менее 5 Вт.

Точное значение предела подбирают по амперметру на резисторной нагрузке.

Что выдаёт трансформатор

Дно пульсаций определяет верхний предел выхода. Ёмкость фильтра, например 10 000 мкФ, при токе 3 А даёт ΔU ≈ I / (2 · f · C) = 3 / (100 · 0,01) = 3 В.

Дно пульсаций тогда около 34 − 3 = 31 В (без учёта просадки трансформатора). Перепад вход–выход нужен не менее 3 В по даташиту LM723. К нему добавляется падение на транзисторе; по каталожным данным у MJ3001 (Multicomp) напряжение насыщения до 4 В при 10 А.

Значит, при 3 А максимум выхода — примерно 26–28 В, а 30 В достижимы только на малом токе. Это оценка по расчёту.

Сколько это греет

Проходной транзистор гасит разницу между входом и выходом: P = (Uвх − Uвых) · I. При входе 34 В, выходе 5 В и токе 3 А получается (34 − 5) · 3 = 87 Вт.

При коротком замыкании на пределе 3 А и выходе 0 В: 34 · 3 = 102 Вт. По каталожным данным MJ3001 (Multicomp) рассеивает 150 Вт при температуре корпуса 25 °C, а на радиаторе корпус горячее, и допустимая мощность меньше.

Радиатор с вентилятором нужен обязательно. На 3 А при высоком напряжении блок держат, а при низком ограничивают ток или переключают обмотки трансформатора.

Сборка

Собирайте в таком порядке.

1. 1
   Выпрямитель.Соберите T1, мост и конденсатор фильтра, измерьте напряжение: около 34 В.
2. 2
   Радиатор.Закрепите транзистор на радиатор через изолирующую прокладку: корпус часто соединён с коллектором.
3. 3
   Микросхема и делитель.Установите LM723 и R1, проверьте регулировку без нагрузки.
4. 4
   Предел тока.Установите RSC и проверьте на резисторной нагрузке.

Не подключайте нагрузку, пока не убедились в диапазоне выходного напряжения.

Типовые ошибки

Где пригодится сегодня

LM723 давно вытеснили LM317 и готовые понижающие модули, но её разбирают, чтобы понять, как устроен блок питания с обратной связью, и чинят старую технику, где она стоит.

Для новой конструкции разумнее собрать блок на LM317 или взять импульсный модуль с ограничением тока — он не греет транзистор на 90 Вт.

Что в итоге

Подходит: собрать и разобраться, отремонтировать старый блок. Не подходит: как основной лабораторник без хорошего охлаждения. Вместо него — LM317 с внешним транзистором или готовый понижающий модуль.

Где этот блок в ряду других вариантов — в обзоре «Какой блок питания собрать». Почему при большой разнице напряжений мощность уходит в тепло — в статье «почему стабилизатор греется»; простой вариант — линейный блок питания на LM317.

Частые вопросы

Какой ток отдаёт LM723 без внешнего транзистора?

По даташиту Texas Instruments — до 150 мА. С внешним проходным транзистором ток может превышать 10 А.

В этом блоке основной ток несёт составной транзистор MJ3001, а LM723 управляет им по базе.

Как задать предел тока на LM723?

Резистором RSC между выводами CL и CS. По даташиту при RSC = 10 Ом порог 65 мА, поэтому RSC = 0,65 В / Iпредел.

Для 3 А это около 0,22 Ом и мощность порядка 2 Вт. Резистор берите с запасом.

Какое опорное напряжение у LM723?

6,95–7,15–7,35 В у LM723 и 6,80–7,15–7,50 В у LM723C, по даташиту.

От этого значения зависит выход: при коэффициенте делителя 4,2 получается 30 В.

Можно ли получить 30 В при 3 А?

Нет, по расчёту. Дно пульсаций около 31 В при 10 000 мкФ, а на микросхеме и транзисторе нужно не менее 3 В запаса плюс падение на транзисторе.

Реальный максимум при 3 А — около 26–28 В.

Чем заменить LM723 в России?

Для новой конструкции проще LM317 или готовый понижающий модуль: они продаются в магазинах радиодеталей. LM723 нужна для ремонта старой техники.

Если нужен ток более 1,5 А, добавляют внешний проходной транзистор.

Полезно при расчёте

• Радиатор для транзистора и стабилизатораНужное тепловое сопротивление радиатора и нужен ли он вообще
• Закон Ома и мощностьПо любым двум из четырёх величин U, I, R, P — две остальные
• Делитель напряженияВыходное напряжение по R1 и R2, подбор R1, влияние нагрузки