Цены снижены! Бесплатная доставка контурной маркировки по всей России

Простейший стабилизатор напряжения: Простейший стабилизатор напряжения

Содержание

SoftRos

Стабилизатор напряжения 9 В на одном транзисторе.

Очень простой стабилизатор, однако весьма эффективный поскольку используемый транзистор является мощным и способен пропускать большой ток, который у КТ805 может достигать 5А, а у КТ819 до 10 А.
Но это характеристический потолок, естественно, что предельную нагрузку ему давать не стоит.
Так же сам транзистор необходимо устанавливать на теплоотвод в случае подачи нагрузки более 0.5 А.

Элемент Значение
VT1 КТ805(819)
D1 Д814
R1 1 КОм

Стабилизатор напряжения на имс КРЕН.

Cтабилизатор, что называется, проще некуда.
Здесь используются микросхемы стабилизаторов серии КР142ЕН или попросту КРЕН.
Даже конденсатор на выходе, ёмкость которого должна состовлять 10-50 мкФ, можно опустить и использовать одну только ИМС.
Максимальный ток нагрузки такой схемы состовляет 1.5 А.

Данную ИМС необходимо устанавливать на теплоотвод, поскольку микросхема при большой нагрузке довольно сильно греется, без теплоотвода ИМС можно включать в нагрузку не более 100 мА.

КР142ЕН Вых. напряжение (В)
5
6
9
12

Регулируемый стабилизатор напряжения 1.6-36 В 1.5 А на имс КР142ЕН12А.

Еще один стабилизатор с использованием ИМС серии КР142. Здесь используется КР142ЕН12А.
Данный стабилизатор позволяет изменять выходное напряжение в пределах от 1.6 В до 36 В.
От номинала сопротивления реостата зависит чувствительность, чем меньше номинал, тем меньше чувствительность, тем больше шаг напряжения. Вообще документация к ИМС предлагает ставить реостат 4.7 КОм, но по опыту скажу, что регулировка напряжения с таким регулятором будет неточной, слишком большой шаг, я рекомендую ставить не менее 10 КОм.

Микросхему можно заменить на LM317 — это её полный аналог.
В случае, если фильтрующий конденсатор выпрямителя находится на некотором отдалении от схемы, рекомендуется поставить на входе конденсатор 100-1000 мкФ для стабилизации входного напряжения, на выходе тоже можно поставить конденсатор, но роль его незначительна.
Еще один немаловажный факт это то, что микросхема при нагрузке в свои предельные 1.5 жутко греется, так, что на эту имс нужен весьма не слабый радиатор.
Реально стабилизатору нагрузку более 1 А давать не стоит.

Элемент Значение
DD1 КР142ЕН12А
R1 240 Ом
R2 4.7-100 КОм

Регулируемый стабилизатор напряжения 1.6-36 В на имс КР142ЕН12А и мощном транзисторе.

А вот другой вариант предыдущей схемы, но с добавлением мощного транзистора, который позволяет увеличить ток нагрузки в зависимости от применяемого транзистора до 10-15 А, стоит лишь учесть, что стабилизатор линеен и с такой нагрузкой транзистор будет очень сильно греться.
В данном случае необходимо будет установить на теплоотвод и ИМС и транзистор, но в случае установки их обоих на 1 радиатор необходимо сделать гальваническую развязку, дело в том что пластина вывода тепла ИМС соответствует ноге регулятора, а на транзисторе соответствует коллектору, поэтому чтобы не произошло КЗ их нельзя соединять вместе.
Важно, что резистор R3 должен быть мощностью не менее 5 Вт иначе он просто выгорит от большой на него нагрузки.
Увеличение тока нагрузки по сравнению со стандартным подключением ИМС это безусловно плюс, но есть и обратная сторона данной схемы:
в случае пробоя транзистора, через него потечёт полное напряжение, что может привести к выходу из строя подключенным к этому стабилизатору устройств.
Важно ещё то, что данная схема очень боится КЗ на выходе, в случае замыкания практически стопроцентно вылетит транзистор, будьте осторожны.

Элемент
Значение
DD1 КР142ЕН12А
VT1 КТ8102(818Г)
C1 1 мкФ
C2 10 мкФ
R1 62 Ом
R2 4.7-100 КОм
R3 1 Ом 5 Вт
R4 240 Ом

Простейший стабилизатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Простейший стабилизатор

Cтраница 2

Схема, дуальная по отношению к схеме простейшего стабилизатора, состоящая из параллельного соединения линейной катушки и цепи с последовательным соединением нелинейного сегнето-конденсатора и нагрузки, будет стабилизировать ток в нагрузке при изменении входного тока схемы.  [16]

Далее рассматриваются регуляризованные решения, получаемые с помощью простейших стабилизаторов р-го порядка.  [17]

На рис. 2 — 1, а показана схема простейшего стабилизатора тока накала радиоламп

с бареттером. Бареттер Б представляет собою лампу с железной нитью, помещенной в водороде. Нить нагревается проходящим по ней током.  [18]

Среди линейных стабилизаторов большим КПД обладают стабилизаторы последовательного типа, и потому они, исключая простейшие стабилизаторы на диодах Зе-нера, включаемых как параллельный силовой элемент, получили монопольное применение на практике.  [20]

Из рассмотрения кривой UL ( U) на рис. 8 — 34 следует, что цепь рис. 8 — 31 а может служить в качестве простейшего стабилизатора действующего значения переменного напряжения. При увеличении, например, напряжения на входе U / напряжение на катушке [ / вых из-за насыщения увеличивается сравнительно мало, а подавляющая часть приращения входного напряжения падает на конденсаторе. Чтобы получить эффект стабилизации напряжения, нужно обязательно включить последовательно с нелинейным элементом какое-либо ( активное или реактивное) сопротивление.  [21]

В основном для параметрических стабилизаторов переменного напряжения используют реактивные линейные и нелинейные элементы. Простейшие стабилизаторы выполняют в соответствии с обобщенной схемой, приведенной на рис. 10.8, а. На рис. 10.12 представлены возможные варианты таких электромагнитных стабилизаторов.  [22]

В основном для параметрических стабилизаторов переменного напряжения используют реактивные линейные и нелинейные элементы. Простейшие стабилизаторы выполняют в соответствии с обобщенной схемой, приведенной на рис. 9.19 а. На рис. 9.33 представлены возможные варианты таких электромагнитных стабилизаторов. Обычно насыщенные дроссели выполняют и роль повышающих трансформаторов, чтобы довести величину стабилизированного напряжения до номинального напряжения сети. По принципу работы эти стабилизаторы аналогичны рассмотренным ранее стабилизаторам постоянного напряжения на стабилитронах.  [23]

Аналогично работает Стабилизатор тока на транзисторе ( рис. Простейшие стабилизаторы тока имеют недостаточно-высокие параметры и применяются редко. На рис. 12 — 6 приведена схема полупроводникового стабилизатора тока с усилителем.  [24]

Термическое разложение ДДТ в присутствии солей железа замедляется добавкой специальных стабилизаторов. Простейшими стабилизаторами являются карбонаты щелочных или щелочноземельных металлов, которые, взаимодействуя с хлорным железом, переводят его в нерастворимый в ДДТ карбонат или окись. Хорошие результаты дает применение мела или карбоната магния.  [25]

В усилителях 34 применяются стабилизаторы как параллельного, так и последовательного типа. Схема простейшего стабилизатора ( на стабилитроне) приведена на рис. 17.5. Такой стабилизатор ослабляет пульсации, а также стабилизирует выходное напряжение при изменении напряжения сети и тока нагрузки. Стабилизаторы на стабилитроне обеспечивают нестабильность выходного напряжения около 2 % и коэффициент ослабления пульсаций не более 20 дБ; они малоэкономичны и используются в неответственных цепях с малым потреблением тока.  [27]

Путем ал копирования фенола и крезолов получают простейшие стабилизаторы этого класса — — одноядерные мопоал-кил фенолы, а также диалкилфснолы, являющиеся промежуточными продуктами п синтезе фенольных стабилизаторов более сложного строения.  [28]

Следовательно, для сильно сглаживающего оператора Az в вычислительной практике можно пользоваться простейшим стабилизатором произвольного достаточно большого порядка р ( р-ро), а не обязательно наилучшим.  [29]

Страницы:      1    2    3

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.

Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы.

Виды стабилизаторов тока

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Стабилизаторы тока на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Стабилизатор для светодиодов
Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:
  • Блок от принтера на 32 В.
  • Блок от ноутбука на 19 В.
  • Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Похожие темы:

Простейший параметрический стабилизатор — Club155.ru

 

Простейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 3.5-1.

 

Рис. 3.5-1. Простейший параметрический стабилизатор (а) и характеристики, поясняющие его работу (б)

 

Схема содержит балластный резистор \(R_б\) и стабилитрон \(VD1\), включаемый параллельно нагрузке \(R_н\) (т.е. это стабилизатор параллельного типа), в целях снижения пульсаций выходного напряжения при колебаниях тока в нагрузке может включаться фильтрующий конденсатор \(C_ф\). Принцип работы параметрического стабилизатора хорошо виден при рассмотрении нагрузочных характеристик, представленных на рис. 3.5-1б. Здесь кривая представляет собой вольт-амперную характеристику стабилитрона, а угол наклона прямой (\(\alpha\)) определяется сопротивлением балластного резистора \(R_б\) (\(\operatorname{tg} \alpha = 1/R_б\)). Точка пересечения данной прямой с осью напряжений определяется заданным напряжением на входе стабилизатора \(U_{вх}\), а точка пересечения с ВАХ стабилитрона характеризует текущий режим работы этого прибора (\(I_{ст}\), \(U_{ст} = U_{вых}\)).

Выходное напряжение стабилизатора (\(U_{вых}\)), а также ток стабилитрона (\(I_{ст}\)) определяются положением точки пересечения нагрузочной прямой резистора и ВАХ стабилитрона. Если значение входного напряжения изменится (например, увеличится), то изменится и положение прямой (на рис. 3.5-1б показано пунктиром), а рабочая точка стабилитрона сместится в сторону больших токов. При этом очевидно, что напряжение на стабилитроне (соответственно, и на нагрузке) останется практически неизменным (т.е. происходит его стабилизация на уровне, определяемом типом конкретного применяемого стабилитрона). Приведенные выкладки сделаны в предположении, что \(R_н \gg R_б\) и \(I_б \approx I_{ст}\). С уменьшением \(R_н\) существенная часть тока стабилитрона будет ответвляться в нагрузку (\(I_б = I_{ст} + I_н\)). Влияние тока нагрузки на нагрузочные характеристики, приведенные на рис. 3.5-1б может быть выражено смещением кривой, изображающей ВАХ стабилитрона, вниз по оси токов на величину тока нагрузки (положение нагрузочной прямой балластного резистора должно оставаться прежним). Если такое смещение будет незначительным, то оно не окажет влияния на выходное напряжение стабилизатора, однако если в результате него рабочая точка стабилитрона перейдет в область с высокой зависимостью напряжения от тока, то стабилизирующие свойства схемы будут нарушены.

Из проведенного анализа следует, что режим работы стабилитрона (положение рабочей точки на ВАХ прибора) определяется значением входного напряжения \(U_{вх}\) и сопротивлением балластного резистора \(R_б\). Оптимальный выбор этого резистора (для обеспечения наилучшей стабилизации выходного напряжения при колебаниях входного напряжения) возможен только при учете характера нагрузки (постоянная, переменная) и величины протекающего через нее тока (и возможного диапазона его изменения).

Более глубокий анализ рассматриваемого параметрического стабилизатора позволяет получить следующие выражения для коэффициента стабилизации \(K_{ст}\) и для расчета оптимальной величины балластного сопротивления \(R_б\):

\( K_{ст} \cfrac{\operatorname{\delta} U_{вх}}{\operatorname{\delta} U_{вых}} = \cfrac{U_{вых} \left( 1 — 0,01 \cdot \operatorname{\delta} U_{вх} \right)}{r_{ст} \left( I_{н max} + I_{ст min} \right)}\)

\( R_б = \cfrac{U_{вх} \left( 1 — 0,01 \cdot \operatorname{\delta} U_{вх} \right) — U_{вых}}{I_{н max} + I_{ст min}}\),

где:

    \(r_{ст}\) — дифференциальное сопротивление стабилитрона,

    \(\operatorname{\delta} U_{вх}\) — предельное относительное отклонение входного напряжения от его среднего значения, %.

 

Конкретное значение выходного стабилизированного напряжения определяется типономиналом применяемого стабилитрона. При выборе стабилитрона следует учитывать и такой параметр, как максимально допустимый ток стабилизации (\(I_{ст max}\)). При переменном характере нагрузки может потребоваться достаточно большой запас по этому значению. Если напряжение стабилизации мало (1…3 В), вместо стабилитронов должны применяться стабисторы. Кроме этого возможно использование многих широко распространенных светодиодов, которые, также как и стабисторы, имеют резкий изгиб прямой ветви вольт-амперной характеристики в диапазоне напряжений 1,5…2,5 В.

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки


Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения:
— параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне;
– последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Полупроводниковый стабилитрон —  (другое название – диод Зенера)  предназначен для стабилизации постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора он выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах ему отводится только роль источника опорного напряжения.

Один из внешних видов и обозначение стабилитрона:

Как работает стабилитрон

Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом а катод с плюсом источника питания – Uобр). При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – Iобр.
При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси Uобр), но при некотором напряжении Uобр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения. В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси Iобр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (Uст min) и ток стабилизации минимальный (Iст min).
При дальнейшем увеличении Uобр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (Uст max)  и ток стабилизации максимальный (Iст max). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.

Режим стабилизации стабилитрона может быть в широких пределах, поэтому в документации на стабилитроны указывают допустимые минимальные и максимальные значения токов (Iст min и Iст max) и напряжений стабилизации (Uст min и Uст max). Внутри этих диапазонов лежат выбранные производителем номинальные значенияIст и Uст. Номинальный ток стабилизации обычно устанавливается производителями на уровне 25%-35% от максимального, а номинальное значение напряжения стабилизации как среднее от максимального и минимального.

Для примера можно воспользоваться программой  “TBFEdit”  – справочник по радиодеталям“ и воочию посмотреть какие характеристики приводятся в справочниках по стабилитронам:

К примеру стабилитрон Д814Г:
— номинальный ток стабилизации (Iст)= 5 мА;
– номинальное напряжение стабилизации (Uст)= (от 10 до 12 вольт)= 11 вольт;
– максимальный ток стабилизации (Iст max)= 29 мА.
Эти данные нам будут необходимы при расчетах простейшего стабилизатора напряжения.

Если вы не смогли найти нужный наш родной, советский, стабилитрон, то можно используя, к примеру программу, Color And Code, подобрать по нужным параметрам буржуйский аналог:

Как видите, стабилитрон Д814Г легко можно заменить аналогом – BZX55C11 (у которого характеристики даже немного получше)

Ну а теперь рассмотрим параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне применяется в слаботочных устройствах (несколько миллиампер) и представляет собой делитель напряжения (на резисторе R – балластный резистор и стабилитроне VD – который выполняет роль второго резистора) на вход которого подается нестабильное  напряжение  а выходное напряжение снимается с нижнего плеча делителя. При повышении (понижении) входного напряжения внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается (увеличивается), что позволяет удерживать выходное напряжение на заданном уровне. На балластном резисторе падает разница между входным напряжением питания и напряжением стабилизации стабилитрона.

Рассмотрим схему данного (самого простейшего) стабилизатора напряжения:

Как рассчитать параметры такого стабилизатора. Первое и самое главное, что нужно запомнить:

Для нормальной работы схемы ток через стабилитрон должен в несколько раз (3-10 раз) превышать ток в стабилизируемой нагрузке. Практически, так-как номинальный ток стабилизации стабилитрона в несколько раз меньше максимального, то допускается при расчетах считать, что ток нагрузки не должен превышать номинального тока стабилизации.
К примеру: ток потребляемый нагрузкой составляет 10 мА, значит нам необходимо подобрать такой стабилитрон, чтобы его номинальный ток стабилизации не был меньше 10 мА (лучше конечно, если он будет больше).

Расчет параллельного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Дано:
Uвх – входное напряжение = 15 вольт
Uвых – выходное напряжение (напряжение стабилизации) = 11 вольт

Расчет:
1. По справочнику, приведенному выше, определяем, что для наших целей подходит стабилитрон Д814Г:
Uст (10-12в)= 11 вольт
Iст max= 29 мА
Iст номинальный = 5 мА
Исходя из сказанного выше, определяемся, что ток нагрузки не должен превышать Iст номинального – 5 мА
2. Определяем напряжение падения на балластном резисторе (R) как разность входного и выходного стабилизированного напряжения:
Uпад=Uвх – Uвых=15-11= 4 вольта
3. Используя закон Ома, определяем номинал балластного сопротивления R, деля напряжение падения Uпад на Iст стабилитрона:
R= Uпад/Iст= 4/0,005= 800 Ом
Так как резисторов номиналом 800 Ом нет, берем ближайший больший номинал – R=1000 Ом= 1 кОм
4. Определяем мощность балластного резистора R:
Pрез= Uпад*Iст= 4*0,005= 0,02 ватта
Так как через резистор протекает не только ток стабилизации стабилитрона но и ток потребляемый нагрузкой, то полученное значение увеличиваем минимум в 2 раза:
Pрез= 0,004*2= 0,008 ват, что соответствует ближайшему номиналу = 0,125 ватт.

Что делать если вы не нашли стабилитрон с нужным напряжением стабилизации.
В этом случае можно применить последовательное соединение стабилитронов. К примеру, если мы соединим последовательно два стабилитрона Д814Г, то напряжение стабилизации составит 22 вольта (11+11). Если соединим Д814Г и Д810 то получим напряжение стабилизации 20 вольт (11+10).
Допускается любое число последовательного соединения стабилитронов одной серии (как в примере – Д8**).
Последовательное соединение стабилитронов разной серии допускается только в том случае, если рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой использованной серии.

Что делать, если в приведеном выше примере, ток нагрузки составляет к примеру не 5 а 25 мА?
Можно конечно все так и оставить, так как максимальный ток стабилизации (Iст max) Д814Г равен 29 мА, единственное придется пересчитать мощность балластного резистора. Но в этом случае стабилитрон будет работать на пределе своих возможностей и у вас не будет никаких гарантий, что он не выйдет из строя.
А что делать если ток нагрузки составляет, к примеру, 50 мА?


 

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе – это по сути параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключенный ко входу эммитерного повторителя.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона за счет падения напряжения на переходе база-эммитер транзистора (для кремниевых транзисторов – около 0,6 вольт, для германиевы – окло 0,25 вольт), что нужно учитывать при выборе стабилитрона.
Эммитерный повторитель (он же – усилитель тока) позволяет увеличить максимальный ток стабилизатора напряжения по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне в β (h21э) раз (где β (h31э) – коэффициент усиления по току данного транзистора, берется наименьшее значение).

Схема последовательного стабилизатора на биполярном транзисторе:

Так-как данный стабилизатор состоит из двух частей – источник опорного напряжения (он же параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне) и усилителя тока на транзисторе (он же эммитерный повторитель), то расчет такого стабилизатора производится аналогично выше приведенному примеру.
Единственное отличие:
— к примеру нам надо получить ток нагрузки 50 мА, тогда выбираем транзистор с коэффициентом усиления β (h21э) не менее 10 (β (h21э)=Iнагрузки/Iст=50/5=10
– мощность балластного резистора рассчитываем по формуле: Ррез=Uпад*(Iст+Iнагрузки)

Ток нагрузки можно увеличить еще в несколько раз, если применить схему с составным тразистором (два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи):



Вот, в принципе, и все.

Схемы стабилизаторов напряжения на оу

Стабилизированные источники питания необходимы для обеспечения независимости параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Практически в любой современной аппаратуре имеется стабилизатор напряжения, а то и несколько. В таких устройствах часто применяются операционные усилители ( ОУ ), с помощью которых решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причём ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.
Следящие стабилизаторы, как правило, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

Стабилизатор по схеме Рис.1 выдаёт напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор Рис.2 – меньшее. Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере – до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе. Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причём датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включённый в цепь эмиттера транзистора VT2. Когда падение напряжения на нём превысит Uб-э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10…15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилитронах по схемам на Рис.1, 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой суммы напряжений питания.

На Рис.3а приведена схема подобного стабилизатора в котором ОУ включён таким образом, что он сам питается стабилизированным напряжением. Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода ОУ DA1 смещён в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эмиттерный повторитель – составной ( VT2, VT3 ), а к базе защитного транзистора VT4 подключён делитель R4R5, что позволяет создать “падающую” характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А. Термокомпенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2). Выходное напряжение стабилизатора, равное +15В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001%. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1% за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме Рис.4. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.
В случае необходимости получения отрицательного выходного напряжения необходимо в качестве повторителя применить p-n-p транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по-другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности.

На Рис.5 приведены две упрощённые схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжения разного знака. В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго – выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +Uст и -Uст стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов ( несимметричные в общем случае ) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

В случае если необходимо иметь два питающих напряжения с заземлённой средней точкой, то можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (Рис. 6). Если R1=R2, то равны и выходные напряжения относительно заземлённой средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падение напряжения на участках коллектор – эмиттер равны половине входного напряжения. Это надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.
Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами, только за счёт уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два – три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышении уровня помех. Однако рациональное конструирование, и когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить “пролезание” высокочастотных помех в нестабилизированный источник первичного питания и нагрузку можно путём включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанный на постоянный ток 1…3 А. В ключевых стабилизаторах напряжения с успехом применяются интегральные компараторы.

На Рис. 7 приведена схема релейного стабилизатора на базе микросхемы К554СА2. Здесь компаратор DA1 работает от источников напряжения +12 и -6 В. Эта комбинация образована подключением вывода 11 положительного питания DA1 к эмиттеру транзистора VT1 (+18 В), вывода 2 – к стабилитрону VD6 (примерно +6 В), вывода 6 отрицательного питания – к нулевому потенциалу общей шины. Опорное напряжение стабилизатора формируется диодами VD3 – VD5, оно равно +4,5 В. Это напряжение подаётся на инвертирующий вход компаратора DA1, включённого по схеме детектора уровня с гистерезисной характеристикой из-за положительной обратной связи по цепи R5, R3. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через усилительный транзистор VT2, ключевой элемент на транзисторах VT3, VT4 и фильтр L1C7. Глубину отрицательной обратной связи по выходному напряжению регулируют переменным резистором R4, в результате оно изменяется в пределах 4…20 В при минимальном входном нестабилизированном напряжении +23 В и максимальном – до +60 В с применением элементов, рассчитанных на такое напряжение. В то же время переменная составляющая выходного напряжения ( пульсации ) проходят без ослабления через конденсатор С4, поэтому регулирование выходного напряжения не приводит к пропорциональному изменению пульсаций.
Данный стабилизатор напряжения относится к числу автогенерирующих, когда в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки, разряжающего накопительный конденсатор C7, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время включённого состояния транзисторов VT3, VT4. Усилитель управления на компараторе DA1 и транзисторе VT2 открывает ключевой элемент в тот момент, когда потенциал инвертирующего входа станет меньше, чем потенциал неинвертирующего (опорного) входа. В этот момент напряжение на нагрузке падает несколько ниже заданного уровня стабилизации, т.е пульсирует. После включения транзисторов VT3, VT4 ток через дроссель L1 нарастает, его индуктивность и конденсатор С7 запасает энергию, так что потенциал инвертирующего входа повышается. Благодаря действию усилителя управления ключевой элемент закрывается. Затем фильтр L1C7 отдаёт некоторую часть запасённой энергии в нагрузку, причём полярность напряжения на дросселе L1 меняется и цепь питания замыкается через диод VD7. Как только напряжение на конденсаторе С7 станет ниже опорного на величину гистерезиса, вновь включаются транзисторы VT3, VT4. Далее циклы повторяются.
В качестве дросселя L1 можно применить дроссели фильтров промышленного изготовления, например из серий Д8, Д5 – плоские и др., среди которых выбирают типономинал с требуемой индуктивностью, рассчитанный на ток подмагничивания не менее ожидаемого тока нагрузки и пригодный к использованию на частотах до 50 кГц.
Диод VD7 должен быть обязательно быстродействующим с большим допустимым импульсным током, не менее удвоенного значения тока нагрузки. В стабилизаторе по схеме на Рис. 7, где ток нагрузки 2 А, возможна замена его на диоды КД212Б, КД217А и некоторые другие. Конденсатор С7 из ряда К53 или танталовый типов К52-7А, К52-9, К52-10, С9 – ёмкостью не менее 15,…2,2 мкФ.
Большая потребность в стабилизаторах для питания аппаратуры привела к необходимости разработки и производства специальных линейных микросхем – стабилизаторах напряжения. В интегральном исполнении преобладают последовательные регуляторы с непрерывным или импульсным режимом управления. Стабилизаторы строятся как для положительных так и для отрицательных напряжений питания. Выходное напряжение может быть регулируемым или фиксированным, например +5 В для питания блоков с цифровыми микросхемами или ±15 В для питания аналоговых микросхем. К данной группе из выпускаемых стабилизаторов относятся категория регулируемых стабилизаторов КР142ЕН1 и К142ЕН2.


На базе микросхем КР142ЕН1,2 можно создавать стабилизаторы отрицательных напряжений Рис. 8. При этом стабилитрон VD1 смещает уровень напряжения на выводе 8 относительно входного напряжения. Базовый ток транзистора VT1 не должен превышать максимально допустимого тока стабилизатора, иначе следует применить составной транзистор.

Широкие возможности микросхем КР142ЕН1,2 позволяют создавать на их основе релейные стабилизаторы напряжения (Рис. 9). В таком стабилизаторе опорное напряжение установлено делителем R4R5, а амплитуда пульсаций выходного напряжения на нагрузке задаётся делителем R2R3. Следует также иметь в виду, что ток нагрузки не может изменяться в широких пределах, обычно не более чем в два раза от номинального значения. Преимуществом релейных стабилизаторов является высокий КПД.

Также следует рассмотреть ещё один класс стабилизаторов – стабилизаторов тока, преобразующих напряжение в ток независимо от изменения напряжения нагрузки. Мощные источники тока предусматривают подключение к ОУ усилительных транзисторов.

На Рис.10 дана схема источника тока, а на Рис. 11 – схема приёмника тока. В обоих устройствах сила тока зависит от напряжения Uвх и номинала резистора R1, чем меньше входной ток ОУ и тем меньше ток управления первого (после ОУ) транзистора, который выбран поэтому полевым. Ток нагрузки может достигать 100 мА.

Схема простого мощного источника тока для зарядки устройства показана на Рис. 12. Здесь R4 – токоизмерительный проволочный резистор. Номинальное значение тока нагрузки Iн =ΔU/R4=5 A устанавливается примерно при среднем положении движка резистора R1. При зарядке автомобильной аккумуляторной батареи напряжение Uвх ≥ 18 В без учёта пульсаций выпрямленного переменного напряжения. В таком устройстве следует применять ОУ с диапазоном входного напряжения вплоть до напряжения положительного питания. Такими возможностями обладают ОУ К553УД2, К153УД2, К153УД6, а также КР140УД18.
Более подробно по данной тематике можно найти в источнике:

В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ” выпуск 91, МОСКВА издательство ДОСААФ СССР, 1985 стр. 39-53

Итак, схема простейшего компенсационного стабилизатора напряжения изображена на рисунке справа.

  1. IR — ток через балластный резистор (R)
  2. Iст — ток через стабилитрон
  3. Iн — ток нагрузки
  4. Iвх — входной ток операционного усилителя
  5. Iд — ток через резистор R2
  6. Uвх — входное напряжение
  7. Uвых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
  8. Uст — падение напряжения на стабилитроне
  9. Uд — напряжение, снимаемое с резистивного делителя (R1, R2)
  10. UОУ — выходное напряжение операционного усилителя
  11. Uбэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

Почему такой стабилизатор называется компенсационным и в чём его преимущества? На самом деле такой стабилизатор — это система управления с отрицательной обратной связью по напряжению, но для тех, кто не в курсе, что это такое, мы начнём издалека.

Как вы помните, операционный усилитель усиливает разность напряжений между своими входами. Напряжение на неинвертирующем входе у нас равно напряжению стабилизации стабилитрона (Uст). На инвертирующий вход мы подаём часть выходного напряжения, снятую с делителя (Uд), то есть там у нас выходное напряжение, делённое на некоторый коэффициент, определяемый резисторами R1, R2. Разность этих напряжений (Uст-Uд) — это сигнал ошибки, он показывает, на сколько напряжение с делителя отличается от напряжения на стабилитроне (обозначим эту разность буквой E).

Далее, выходное напряжение ОУ получается равным E*Kоу, где Коу — коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутой петлёй обратной связи (в англоязычной литературе Gopenloop). Напряжение на нагрузке равно разности напряжения на выходе ОУ и падения напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора.

Математически всё то, о чём мы говорили выше, выглядит так:

Рассмотрим более внимательно первое уравнение и преобразуем его к такому виду:

Теперь давайте вспомним — в чём же главная особенность операционных усилителей и почему их все так любят? Правильно, — их главная особенность — в огромном коэффициенте усиления, порядка 10 6 и более (у идеального ОУ он вообще равен бесконечности). Что нам это даёт? Как видите, в правой части последнего уравнения оба слагаемых имеют в делителе Коу, а поскольку Коу очень очень большой, следовательно оба этих слагаемых очень очень маленькие (при идеальном ОУ они стремятся к нулю). То есть наша схема при работе стремится к такому состоянию, когда сигнал ошибки равен нулю. Можно сказать, что операционный усилитель сравнивает напряжения на своих входах и если они отличаются (если есть ошибка), то напряжение на выходе ОУ меняется таким образом, чтобы разность напряжений на его входах стала равна нулю. Другими словами он стремится скомпенсировать ошибку. Отсюда и название стабилизатора — компенсационный.

Далее, у нас осталось ещё одно уравнение. С учётом того, что мы сделали с первым уравнением, второе уравнение будет выглядеть так:

Uд, как мы помним, — это часть выходного напряжения, снимаемая с делителя на резисторах R1, R2. Если рассчитать наш делитель, не забывая про входной ток ОУ, то получим:

и после подстановки этого выражения в уравнение (2*) сможем записать для выходного напряжения следующую формулу (3):

Входной ток операционного усилителя обычно очень мал (микро, нано и даже пикоамперы), поэтому при достаточно большом токе Iд можно считать, что ток в обоих плечах делителя одинаков и равен Iд, самое правое слагаемое формулы (3) при этом можно считать равным нулю, а саму формулу (3) переписать в следующем виде:

При расчёте резисторов R1, R2 необходимо помнить о том, что формула (3*) справедлива только в том случае, когда ток через резисторы делителя много больше входного тока операционного усилителя. Оценить величину Iд можно по формулам:

Теперь давайте оценим область нормальной работы нашего стабилизатора, рассчитаем R и подумаем, что будет влиять на стабильность выходного напряжения.

Как видно из последней формулы, существенное влияние на стабильность Uвых может оказывать только стабильность опорного напряжения. Опорное напряжение — это то, с которым мы сравниваем часть выходного напряжения, то есть это напряжение на стабилитроне. Сопротивления резисторов будем считать не зависящими от протекающего через них тока (температурную нестабильность мы не рассматриваем). Зависимость выходного напряжения от падения напряжения на p-n переходе транзистора (которое слабо, но зависит от тока), как в случае с параметрическим стабилизатором на транзисторе, тоже пропадает (помните мы когда ошибку из первой формулы считали — поделили падение на переходе БЭ транзистора на Коу и посчитали это выражение равным нулю из-за очень большого коэффициента усиления операционника).

Из сказанного выше следует, что главный путь повышения стабильности тут один — увеличивать стабильность источника опорного напряжения. Для этого можно либо сузить диапазон нормальной работы (уменьшить диапазон входного напряжения схемы, что приведёт к меньшему изменению тока через стабилитрон), либо взять вместо стабилитрона интегральный стабилизатор. Кроме этого, можно вспомнить про наши упрощения, тогда вырисовываются ещё несколько путей: взять операционник с бОльшим коэффициентом усиления и меньшим входным током (это даст возможность ещё и резисторы делителя побольше номиналом взять, — КПД повысится).

Ну ладно, вернёмся к области нормальной работы и расчёту R. Для нормальной работы схемы ток стабилитрона должен быть в пределах от Iст min до Iст max. Минимальный ток стабилитрона будет при минимальном входном напряжении, то есть:

Здесь аналогично, — если ток стабилитрона много больше входного тока операционного усилителя, то можно считать IR=Iст min. Тогда наша формула запишется в виде Uвх min=Iст min*R+Uст (4) и из неё можно выразить R:

Исходя из того, что максимальный ток через стабилитрон будет течь при максимальном входном напряжении запишем ещё одну формулу: Uвх max=Iст max*R+Uст (5) и объединив её с формулой (4) найдём область нормальной работы:

Ну и, как я уже говорил, если получившийся диапазон входного напряжения шире, чем вам нужно, — можно его сузить, при этом возрастёт стабильность выходного напряжения (за счёт повышения стабильности опорного напряжения).

Сайт для радиолюбителей

Однополярные стабилизаторы напряжения на основе ОУ могут быть построены по схеме инвертирующего и неинвертирующего усилителя, на вход которого подано стабильное напряжение от опорного источника. Достоинством таких стабилизаторов является возможность получения различных по абсолютному значению и знаку стабилизированных напряжений при неизменном опорном.

На первом рисунке показана схема стабилизатора в котором на вход неинвертирующего усилителя подано опорное напряжение U0 со стабилитрона VD1. Для увеличения выходного тока стабилизатора используется повторитель напряжения на транзисторе VT1. Выходное напряжение данного стабилизатора рассчитывается по следующей формуле:

Uвых = U0(R1/R2+1)

Для увеличения стабильности опорного напряжения можно подключить параметрический стабилизатор R3 VD1 не ко входу, а к выходу стабилизатора как показано на втором рисунке. Ток через стабилизатор VD1 в этом случае равен U0R1/(R2R3) и не зависит от изменения входного напряжения, при этом ОУ охватывается двумя видами обратной связи: положительной и отрицательной. Наличие отрицательной связи приводит к тому, что на выходе ОУ при включении питания в принципе может установится как положительное так и отрицательное напряжение. Для установления напряжения нужного знака, необходима некая начальная несимметрия. В стабилизаторе эта несимметрия создается за счет выходного транзисторного повторителя напряжения.

Двухполярные стабилизаторы напряжения как правило состоят на основе двух однополярных, использующих один источник опорного напряжения. Пример такого двух полярного стабилизатора показан на рисунке.

ОУ DA2 здесь включен по схеме инвертора с коэффициентом передачи -1. Выходные каскады в двух полярном стабилизаторе могут быть построены на основе транзисторных повторителей как в предыдущих схемах. В данном стабилизаторе применен другой вариант выходного каскада, достоинством которого является возможность уменьшить минимальную разность выходного и входного напряжения стабилизатора до 3-5 В. Она определяется падением напряжения на базо-эмиттерном переходе транзистора от 0,4 до 0,7 В и разностью между напряжением питания и максимальным выходным напряжением ОУ от 2 до 4 В. Например если выходное напряжение равно 15 В, то на базу транзистора необходимо подать 15,6 В, соответственно напряжение питания ОУ должно быть не менее 17,6-19,6 В. В случае применения выходного каскада показанного на рисунке, минимальная разность выходного и входного напряжения стабилизатора определяется напряжением насыщения транзисторов VT1 VT4 и не превышает 1 В.

Транзисторы VT2 VT3 в стабилизаторе дополнительно усиливают ток, поступающий на базы выходных транзисторов VT1 VT4, что дает возможность увеличить выходную мощность стабилизатора за счет использования более мощных выходных транзисторов.

В ранее рассмотренных стабилизаторах выходное напряжение не может быть меньше опорного, поэтому для получения малых выходных напряжений использовать низковольтные стабилитроны или использовать в качестве опорных источников светодиоды.

Выходное напряжение на выходе стабилизатора которое меньше опорного напряжения можно получить используя схему показанную на рисунке.

В схеме мост образованный резисторами R1 R2 R3 и стабилитроном VD1, включен между напряжениями +Uвых и -Uвых. Если R4=R5, то получаем +Uвых = U0(1+R1/R2)/2, где U0 — падение напряжения на стабилитроне. Ток через стабилитрон равен U0R1/(R2R3).

Источник — Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных уст-вах (1988)

Стабилизатор напряжения и стабилизатор тока

В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.

Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А.  Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А — это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.

Виды стабилизаторов напряжения

Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:

  • линейные
  • импульсные

Линейные стабилизаторы напряжения

Например, микросхемы КРЕН или LM7805LM1117, LM350.

Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.

Советский стабилизатор КР142ЕН5А. Аналог LM7805.

Стабилизатор LM7805

Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если LM7805 стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход LM7805 подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.

Импульсные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы — лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками.

Один из вариантов исполнения импульсного стабилизатора.

Импульсные стабилизаторы бывают двух видов: понижающие и повышающие. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим — ставьте импульсный. Я использую настраиваемые импульсные стабилизаторы напряжения за копейки, которые заказываю с Aliexpress. Вот понижающие, а вот повышающие. Существуют и более дорогие универсальные стабилизаторы, которые поддерживают заданное напряжение независимо от подаваемого.

Хорошо. А что со стабилизатором тока?

Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор — маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Примерно так выглядит стабилизатор тока. Красным кружком обведена та самая схема, которая и является стабилизатором. Всё остальное на плате — обвязка.

Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.

Ну так и зачем всё это нужно то?

Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.

Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Как вы можете узнать из статьи о светодиоде, для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания — 12 вольт.

Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор — простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.

Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы (зачем резистору мощность рассказано в статье о этом приборе) . Тепловыделение растёт, КПД падает.

Импульсный стабилизатор тока

Импульсный стабилизатор тока тоже называют светодиодным драйвером. Часто те, кто не сильно разбирается в этом, стабилизатор напряжения называют просто драйвером светодиодов, а импульсный стабилизатор тока — хорошим светодиодным драйвером. Он выдаёт сразу стабильное напряжение и ток. И почти не нагревается. Вот так он выглядит:

Импульсный стабилизатор тока

Как подключить регулятор напряжения? |HUIMULTD


ВВЕДЕНИЕ:

Функция выпрямителя или твердотельного реле/модуля выпрямления заключается в преобразовании мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Выпрямленное твердотельное реле/модуль со встроенным управляемым транзистором может также использоваться в качестве электронного переключателя в дополнение к функции выпрямления.
В этой статье вы узнаете, как подключить регулятор напряжения MGR/mager или модуль регулирования напряжения.

Вы можете быстро перейти к интересующим вас главам с помощью каталога ниже и Quick Navigator в правой части браузера.

СОДЕРЖАНИЕ


§1. Подключение однофазного регулятора напряжения переменного тока

1.1 Тип потенциометра

Серия MGR-R

Этот тип однофазного регулятора напряжения переменного тока потенциометра использует стандартный корпус (прямоугольной формы) с четырьмя клеммами. Port1 и Port2 — это выходные клеммы, которые соединяют однофазный источник питания переменного тока и нагрузку; Port3 и Port4 являются входными сигнальными клеммами, к которым подключается потенциометр.Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав потенциометр, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и контроля напряжения нагрузки.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

Серия MGR-HVR

Этот тип однофазного регулятора напряжения переменного тока потенциометрического типа использует промышленный корпус (в форме длинной полосы) с четырьмя клеммами, подходящий для требовательных приложений, таких как промышленные и коммерческие приложения.Выходные клеммы подключены к однофазному источнику переменного тока и нагрузке; клеммы входного сигнала подключены к потенциометру. Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав потенциометр, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и контроля напряжения нагрузки.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

1.2 Тип аналогового сигнала (непрерывное напряжение)

Серия MGR-1VD

Однофазный регулятор напряжения переменного тока этого типа имеет стандартный корпус (прямоугольной формы) с четырьмя клеммами. Port1 и Port2 — это выходные клеммы, которые подключают однофазный источник питания переменного тока и нагрузку; Port3 и Port4 являются входными сигнальными клеммами, к которым подключается аналоговое управляющее сигнальное устройство. Сигнал управления представляет собой аналоговое постоянное напряжение, разделенное на три типа: тип E: 0–5 В постоянного тока, тип F: 0–10 В постоянного тока, тип G: 4–20 В постоянного тока.Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав аналоговый сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и контроля напряжения нагрузки.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

1.3 Тип цифрового сигнала (тип импульсного напряжения)

Серия MGR_DV

Однофазный регулятор напряжения переменного тока этого типа имеет стандартный корпус (прямоугольной формы) с четырьмя клеммами.Port1 и Port2 — это выходные клеммы, которые подключают однофазный источник питания переменного тока и нагрузку; Порт 3 и порт 4 являются входными сигнальными клеммами, к которым подключаются цифровые управляющие сигнальные устройства, такие как ПЛК и регулятор напряжения. Сигналом управления является импульсное напряжение (мутантное и прерывистое). Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав импульсный сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и контроля напряжения нагрузки.

Примечание: перед установкой и использованием проверьте, соответствуют ли спецификации (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

1.4 Тип внешнего трансформатора

Серия MGR-EUV

Этот тип однофазного регулятора напряжения переменного тока с внешним трансформатором имеет стандартный корпус (прямоугольной формы). Port1 и Port2 — это выходные клеммы, которые подключают однофазный источник питания переменного тока и нагрузку; коричневый и красный кабели подключены к внешнему трансформатору 18 В переменного тока. Сигнал управления можно разделить на сигнал автоматического управления (тип E: 0–5 В постоянного тока, тип F: 0–10 В постоянного тока, тип H: 1–5 В постоянного тока, тип G: 4–20 мА) и сигнал ручного управления (потенциометр).Типы E, F, H имеют функцию ручного управления, а тип G — нет. Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав входной управляющий сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и управления напряжением нагрузки.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

§2.Подключение трехфазного регулятора напряжения переменного тока

2.1 Простой тип

Серия MGR-SCR3_LA

Этот вид трехфазного регулятора напряжения переменного тока простого типа использует простой корпус (или простую сборку) с базовой функцией регулирования напряжения и дешевле обычного типа. Порты A1, B1, C1 подключены к трехфазной сети переменного тока; Порты А2, В2, С2 подключены к нагрузке. CON и COM подключены к сигнальному устройству управления. Сигнал управления можно разделить на тип E: 0–5 В постоянного тока, тип F: 0–10 В постоянного тока и тип G: 4–20 мА.+5VDC — это внутреннее питание, которое генерируется самим регулятором. Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав входной управляющий сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и управления напряжением нагрузки.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

2.2 Нормальный тип

Серия MGR-SCR_LAH

Этот тип трехфазного регулятора напряжения переменного тока нормального типа использует обычный корпус (или расширенную сборку), с возможностью адаптации к сложным условиям работы, и он имеет больше функций, чем простой тип . Порты R, S, T подключены к трехфазному источнику питания переменного тока; Порты U, V, W подключаются к нагрузке. CON и COM подключены к сигнальному устройству управления. Сигнал управления можно разделить на тип E: 0–5 В постоянного тока, тип F: 0–10 В постоянного тока и тип G: 4–20 мА.+5VDC — это внутреннее питание, которое генерируется самим регулятором. Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав входной управляющий сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и управления напряжением нагрузки.

И следующая дополнительная функция:
1) Регулируемый диапазон выходного напряжения: максимальное выходное значение и минимальное выходное значение выходного напряжения можно отрегулировать с помощью BIAS.
2) Многофункциональный светодиодный индикатор состояния: PL загорается, когда регулятор напряжения подключен к трехфазной сети переменного тока 380 В и включен; IN загорается при передаче сигнала контроля температуры от терморегулятора; OUT будет гореть, когда регулятор напряжения подключен к нагрузке и стабильно работает; FB загорается при перегорании плавкого предохранителя.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.


§3. Подключение модуля управления напряжением переменного тока

3.1 Модуль регулятора напряжения с фазовым сдвигом однофазного переменного тока

Серия MGR-DTYF

Этот тип модуля регулятора напряжения с фазовым сдвигом однофазного переменного тока имеет замкнутый контур (отрицательная обратная связь) по напряжению. система регулирования, которая может эффективно стабилизировать напряжение нагрузки.Port1 и Port2 подключены к однофазному источнику питания переменного тока; Port3 и Port4 подключены к нагрузке. Клеммная колодка подключается к управляющему сигнальному устройству. Сигнал управления можно разделить на сигнал автоматического управления (тип E: 0–5 В постоянного тока, тип G: 4–20 мА) и сигнал ручного управления (потенциометр). Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав входной управляющий сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и управления напряжением нагрузки.

Примечание. Перед установкой и использованием убедитесь, что характеристики (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т. д.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

3.2 Модуль регулятора напряжения переменного тока с полной изоляцией

Серия MGR-DT

Этот тип модуля регулятора напряжения однофазного переменного тока с полной изоляцией имеет светодиодный индикатор состояния. Port3 и Port4 подключены к однофазному источнику питания переменного тока; Port1 и Port2 подключены к нагрузке.Входные клеммы подключены к управляющему сигнальному устройству. Сигнал управления можно разделить на сигнал автоматического управления (тип E: 0–5 В постоянного тока, тип F: 0–10 В постоянного тока, тип H: 1–5 В постоянного тока, тип G: 4–20 мА) и сигнал ручного управления (потенциометр). Типы E, F, H имеют функцию ручного управления, а тип G — нет. Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав входной управляющий сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и управления напряжением нагрузки.

Примечание: перед установкой и использованием проверьте, соответствуют ли спецификации (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

Рисунок 3.2A: Принципиальная схема модуля регулятора напряжения переменного тока типа 220 В переменного тока, номинальное рабочее напряжение 220 В переменного тока

Рисунок 3.2B: Принципиальная схема модуля регулятора напряжения переменного тока типа 380 В переменного тока, номинальное рабочее напряжение 380 В переменного тока

Рисунок 3.2C: Полупериодный тип Схема модуля регулятора напряжения переменного тока, номинальное рабочее напряжение 220 В переменного тока или 380 В переменного тока, форма выходного сигнала — полуволна

Рисунок 3.2D: Схема модуля регулятора напряжения переменного тока ручного типа, типы E, F, H могут управляться вручную, а тип G нельзя

3.3 Модуль регулятора напряжения трехфазного переменного тока с полной изоляцией

Серия MGR-STY

Этот модуль трехфазного регулятора напряжения переменного тока с полной изоляцией использует TB-3 в качестве источника питания синхронного напряжения 18 В переменного тока. Порты N, R, S, T синхронного трансформатора ТБ-3 подключены к трехфазной сети переменного тока; Порты r1, r2, s1, s2, t1, t2 ТБ-3 подключаются к портам r1, r2, s1, s2, t1, t2 модуля регулятора. Клеммная колодка подключается к управляющему сигнальному устройству.Сигнал управления можно разделить на сигнал автоматического управления (тип E: 0–5 В постоянного тока, тип F: 0–10 В постоянного тока, тип H: 1–5 В постоянного тока, тип G: 4–20 мА) и сигнал ручного управления (потенциометр). Типы E, F, H имеют функцию ручного управления, а тип G — нет. Угол проводимости тиристора можно изменить, отрегулировав входной управляющий сигнал, чтобы отрегулировать выходное напряжение для достижения цели регулирования и управления напряжением нагрузки.

Примечание: перед установкой и использованием проверьте, соответствуют ли спецификации (такие как входной ток, входное напряжение, выходной ток, выходное напряжение и т.) регулятора напряжения соответствуют требованиям приложения.

Рисунок 3.3A: Сигнал автоматического управления

Рисунок 3.3B: Сигнал ручного управления, типы E, F, H могут управляться вручную, а тип G не может регулятор в электрических цепях, служит для изменения уровня выходного сигнала. Его основное назначение – изменение мощности, подаваемой на нагрузку. С помощью прибора регулируют скорость вращения электродвигателей, уровень освещенности, громкость звука, нагрев приборов.В радиомагазинах можно купить готовое изделие, а вот сделать регулятор напряжения своими руками несложно.

Комплектующие

Транзистор

Переменный резистор

Простые схемы

Для управления регулятором выходного напряжения маломощных устройств можно собрать из 2-х простых деталей. Все, что вам нужно, это транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индукция (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если выход переместится в верхнее положение, то транзистор станет максимально открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется выходное напряжение. В зависимости от типа транзистора меняется и схема включения.Чем меньше номинал переменного резистора, тем плавнее регулировка. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше разница между V вх и V вых, тем сильнее он будет греться.

Можно использовать любой транзистор, но полный транзистор типа (2sc5200) даст полный результат и не сгорит. Вы можете управлять напряжением до 56 В, используя транзистор 2sc5200.

Вот на этой диаграмме мы можем видеть, как сделать диаграмму? Давайте посмотрим видео для создания этого проекта.как сделать регулятор напряжения на транзисторе.

Электронный регулятор напряжения бортовой сети автомобиля. Два простых регулятора напряжения Электронные регуляторы напряжения

Электромеханический, в котором с помощью вибрирующих контактов изменяется ток в обмотке возбуждения генератора переменного тока. Работа виброконтактов обеспечивается таким образом, что при повышении напряжения бортовой сети ток в обмотке возбуждения уменьшается.Однако вибрационные регуляторы напряжения поддерживают напряжение с точностью 5-10%, из-за этого значительно снижается долговечность аккумуляторной батареи и ламп автомобильного освещения.
Электронные регуляторы напряжения бортовой сети типа Я112, которые в народе называют «шоколадными». Недостатки этого регулятора всем известны — низкая надежность из-за малого тока коммутации 5А и места установки сразу на генераторе, что приводит к перегреву регулятора и выходу его из строя.Точность поддержания напряжения остается, несмотря на электронную схему, очень низкой и составляет 5% от номинального напряжения.

Поэтому я решил сделать устройство, свободное от вышеперечисленных недостатков. Регулятор прост в настройке, точность поддержания напряжения составляет 1% от номинального напряжения. Схема, показанная на рисунке 1, тестировалась на многих автомобилях, в том числе и на грузовиках, в течение 2 лет и показала очень хорошие результаты.


Рис.1.

Принцип работы

При включении зажигания на цепь электронного регулятора подается напряжение +12В.Если напряжения, подаваемого на стабилитрон VD1 с делителя напряжения R1R2, недостаточно для его пробоя, то транзисторы VT1, VT2 находятся в закрытом состоянии, а VT3 — в открытом. Через обмотку возбуждения протекает максимальный ток, выходное напряжение генератора начинает расти, и при достижении им 13,5 — 14,2В происходит пробой стабилитрона.

За счет этого открываются транзисторы VT1, VT2 соответственно, закрывается транзистор VT3, уменьшается ток обмотки возбуждения и уменьшается выходное напряжение генератора.Уменьшения выходного напряжения примерно на 0,05 — 0,12В достаточно, чтобы стабилитрон перешел в запертое состояние, после чего транзисторы VT1, VT2 закрываются, а транзистор VT3 открывается и через обмотку возбуждения снова начинает протекать ток. Этот процесс непрерывно повторяется с частотой 200 — 300 Гц, что определяется инерцией магнитного потока.

Дизайн

При изготовлении электронного регулятора особое внимание следует уделить отводу тепла от транзистора VT3.Этот транзистор, работая в ключевом режиме, не менее выделяет значительную мощность, поэтому его следует монтировать на радиатор. Остальные детали можно разместить на печатной плате, прикрепленной к радиатору.

В результате получается очень компактная конструкция. Резистор R6 должен быть не менее 2Вт. Диод VD2 должен иметь прямой ток около 2А и обратное напряжение не менее 400В, лучше всего подходит КД202Ж, но возможны и другие варианты. Транзисторы желательно использовать указанные на схеме, особенно VT3.Транзистор VT2 можно заменить на КТ814 с любым буквенным индексом. Желательно установить стабилитрон VD1 серии КС с напряжением стабилизации 5,6-9В (типа КС156А, КС358А, КС172А), при этом точность поддержания напряжения повысится.

Настройка

Правильно собранный регулятор напряжения не требует специальной настройки и обеспечивает стабильность напряжения бортовой сети около 0,1 — 0,12В при изменении оборотов двигателя от 800 до 5500 об/мин.Самый простой способ настройки — сделать подставку, состоящую из регулируемого блока питания 0 — 17В и лампочки накаливания 12В 5-10Вт. Положительный вывод источника питания подключается к выводу «+» регулятора, отрицательный вывод источника питания подключается к выводу «Общий», а лампа накаливания подключается к выводу «Ш» и « Общий» вывод регулятора.

Настройка сводится к подбору резистора R2, который меняется в пределах 1-5 кОм, а порог достигается на уровне 14.2В. Это поддерживаемое напряжение бортовой сети. Увеличивать его выше 14,5В нельзя, так как это резко сократит срок службы батареи.

Фазовые регуляторы напряжения достаточно распространены в быту. Наиболее распространенная область их применения — диммирующие устройства .
Ниже приведены несколько простых схем регулировки напряжения для самостоятельного повторения для начинающих радиолюбителей .

Внимание !! Все схемы рассчитаны на работу с напряжением сети 220 вольт, поэтому будьте внимательны при сборке и настройке!!

Эта схема наиболее распространена в различной зарубежной бытовой технике, как самая простая и надежная, но большее распространение в нашей стране получила следующая схема:



В качестве тиристора чаще всего использовался тиристор КУ202Н, но следует учесть, что если вы планируете использовать мощную нагрузку, то тиристор нужно будет установить на радиатор.


Еще одной особенностью этой схемы является динистор КН102А. Тоже не самый обычный радиоэлемент, но его можно заменить транзисторным аналогом и тогда схема регулятора напряжения получится так:





Все рассмотренные конструкции очень просты, надежны, прекрасно регулируют напряжение, но не лишены недостатков, из-за которых энтузиасты не переводятся предлагать свои схемы, пусть и более сложные.Основной проблемой приведенных выше схем является обратная зависимость фазового угла от уровня питающего напряжения, т.е. при падении напряжения в сети увеличивается фазовый угол открытия тиристора или симистора, что приводит к непропорциональному снижение напряжения на нагрузке. Небольшое снижение напряжения вызовет заметное снижение яркости ламп и наоборот. Если в сети есть небольшие пульсации, например, от работы сварочного аппарата, мерцание ламп станет намного заметнее.

Появление полупроводниковых приборов, способных коммутировать большие мощности при работе в ключевом режиме, привело к использованию транзисторных и тиристорных регуляторов для регулирования напряжения авиационных генераторов. Регулирование напряжения осуществляется изменением среднего тока возбуждения. В большинстве схем транзисторных регуляторов напряжения принципиальная схема оконечного каскада имеет вид, показанный на рис. 4.3.а).

Рис. 4.3. а) Схема включения электронного регулятора; б) форма управляющего сигнала и средний ток в ОВГ.

Схемы регулятора отличаются друг от друга цепями управления импульсным элементом, роль которого выполняет мощный транзистор, включенный последовательно с обмоткой возбуждения и работающий в ключевом режиме. Когда транзистор находится в закрытом состоянии, можно считать, что сопротивление цепи эмиттер — коллектор очень велико — «ключ закрыт». Если транзистор работает в режиме насыщения (находится в открытом состоянии) — «ключ открыт», то сопротивление очень мало.. Схема управления формирует прямоугольные импульсы (рис. 4.3.б). При подаче прямоугольного импульса от схемы управления транзистор открывается и через обмотку возбуждения генератора начинает протекать ток. Но так как обмотка возбуждения является индуктивной, то нарастание тока в ней будет экспоненциальным. При прекращении воздействия импульса ток возбуждения также будет уменьшаться не мгновенно, а экспоненциально, т.е. при открытом транзисторе в полюсах генератора накапливается магнитная энергия, а в паузе управляющего тока ток в обмотка возбуждения продолжает течь за счет накопленной энергии в магнитном поле.Средний ток регулируется изменением скважности импульсов. При отклонении напряжения генератора от заданного значения, например при его увеличении, уменьшается длительность импульса, а соответственно и время нахождения транзистора в открытом состоянии, что приводит к уменьшению среднего тока возбуждения генератора возбудителя, и напряжение генератора возвращается к прежнему значению. При уменьшении напряжения генератора увеличивается время нахождения транзистора в открытом состоянии, увеличивается средний ток возбуждения возбудителя и, следовательно, напряжение генератора.

Таким образом, уменьшение скважности приводит к увеличению среднего тока, и наоборот. Электронное оборудование ЭРН позволяет расширить функции регулятора, например, на самолете L410 защищает сеть от повышения напряжения генератора и ограничивает максимальный ток генератора при запуске двигателя.

УПРАВЛЕНИЕ И ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

К операциям управления относятся: дистанционное включение и отключение генераторов; автоматическое включение генераторов в нагрузку при соблюдении полярности и определенном соотношении напряжений генераторов и бортовой сети.Подключение генераторов к бортовой сети контролируется автоматически.

В процессе эксплуатации возможны случаи отказов элементов систем генерации, приводящие к нарушению нормальной работы СЭС. Для предотвращения возможных серьезных последствий, к которым могут привести нештатные режимы, применяются различные виды защиты. СЭС постоянного тока использует защиту от пониженного и повышенного напряжения, включения генератора с неправильной полярностью и от коротких замыканий.

Операции контроля и защиты от пониженного напряжения (от обратных токов) и от включения генератора с неправильной полярностью выполняет сложное устройство — дифференциально-минимальное реле.Защита от перенапряжения обеспечивается автоматическими выключателями защиты от перенапряжения.

Многие знают о таком устройстве, как регулятор напряжения генератора, но не все могут сказать, на каких принципах основана его работа и как можно проводить диагностику. Стоит отметить, что это устройство крайне важно, ведь оно используется для стабилизации напряжения на выходе генератора. Представьте, как работает двигатель в процессе движения. Его обороты постоянно меняются, причем в широком диапазоне, начиная от 700-900 об/мин, и заканчивая пятью, семью и даже десятью тысячами.В результате частота вращения ротора генератора также изменяется в широких пределах. И на любой скорости должно поддерживаться стабильное напряжение, которого будет достаточно для зарядки аккумулятора. Если есть какие-то дефекты, то требуется тщательная проверка регулятора напряжения генератора.

Регуляторы напряжения механические

История автомобилестроения насчитывает более ста лет, за это время было изобретено и реализовано множество конструкций, улучшающих работу всех агрегатов.Среди них реле-регулятор, так как без него современная машина нормально работать не сможет. Первоначально применялись механические устройства, в основе которых лежало электромагнитное реле. Например, регулятор напряжения генератора ВАЗ первых моделей был именно таким.

У него, как потом выяснилось, плюсов нет, сплошь и рядом есть недостатки. При этом основным недостатком является низкая надежность из-за наличия подвижных контактов. Они со временем стираются, так как устройство работает постоянно, без остановки.Кроме того, иногда требуется провести регулировочные работы, что не очень хорошо сказывается на эксплуатации автомобиля. Современность диктует правило, согласно которому машина должна своевременно обслуживаться в сервисных центрах. И водитель не должен уметь проводить сложный ремонт, ему нужно только умение водить машину и менять колесо (это максимум).

Реле-регуляторы электронные

По причинам, указанным выше, получили широкое распространение регуляторы напряжения электронного типа.Прогресс не стоит на месте, поэтому на смену электромагнитным реле пришли ключевые транзисторы, симисторы, тиристоры. У них очень высокая надежность, так как отсутствуют механические контакты, вместо которых полупроводниковый кристалл. Безусловно, технология производства таких устройств должна быть продумана. В противном случае полупроводник может выйти из строя. Регулятор напряжения этого типа генератора проверяется достаточно просто, нужно только учитывать его особенности.

При сравнении с предыдущим, механическим типом реле-регуляторов можно заметить одну особенность — электронные выпускаются в одном корпусе со щетками.Это экономит место, а главное облегчает процедуру замены и диагностики. Особенностью электронных типов является точность регулирования напряжения. Свойства полупроводника не меняются в процессе эксплуатации. Поэтому напряжение на выходе генератора всегда будет одинаковым. Но стоит рассказать о методе регулирования, о том, как происходит весь процесс. И это довольно интересно, вам придется рассмотреть в общих чертах конструкцию генератора.

Из каких элементов состоит автомобильный генератор

Основой является корпус, иначе его называют статором. Это неподвижная часть любой электрической машины. Статор имеет обмотку. В автомобильных генераторах он состоит из трех частей. Все дело в том, что на выходе формируется трехфазное переменное напряжение, его величина около 30 вольт. Причина использования такой конструкции — уменьшение пульсаций, так как фазы перекрывают друг друга, в результате после выпрямителя появляется постоянный ток.Для преобразования напряжения используются шесть полупроводниковых диодов. Они однонаправленные. Если поломка произошла, то определить это тестером достаточно просто.

Но напряжения на выходе обмотки статора не будет, если не учесть одно условие — нужно магнитное поле, причем подвижное. Сделать его несложно, достаточно намотать обмотку на металлический якорь и подать на нее питание. Но теперь встает вопрос о стабилизации напряжения. Делать это на выходе нет смысла, так как элементы должны быть очень мощными, ведь токи большие.Но здесь на помощь конструкторам приходит одна особенность электрических машин — если на обмотку ротора подать стабилизированное напряжение, то магнитное поле не изменится. Следовательно, стабилизируется и напряжение на выходе генератора. Точно так же работает генератор ВАЗ 2107, регулятор напряжения которого работает по тем же принципам, что и у «десятки».

Компоненты регулятора напряжения

Современные автомобили имеют довольно простую конструкцию.Они неразборные, в одном корпусе объединены два элемента — сам регулятор и графитовые щетки, передающие питающее напряжение на обмотку ротора генератора. Причем электронные типы устройств могут быть двух видов. Например, регулятор напряжения генератора ВАЗ-2110 выпуска конца 90-х был выполнен на небольшой плате. Современные устройства изготавливаются с использованием единого полупроводникового кристалла, в котором расположены все элементы. Можно даже сказать, что это небольшая фишка.

Графитовые щетки подключаются к клеммам печатной платы или полупроводникового элемента. На них подается напряжение от аккумулятора через лампу, необходимое для диагностики генератора. Обратите внимание, что светодиодные элементы нельзя ставить на место, так как они не имеют внутреннего сопротивления. Грубо говоря, лампа накаливания тоже работает как предохранитель. Если нить перегорает, то прекращается подача напряжения на обмотку ротора, генератор перестает работать. Если лампа загорается, то есть поломка.То щетки износились, то ремень порвался, но бывает и так, что полупроводниковые диоды в выпрямителе выходят из строя. В этом случае необходимо заменить регулятор напряжения генератора на новый.

Как снять регулятор

Если неисправность только в регуляторе напряжения, то по его замене работы немного. Также вам понадобится специальный инструмент – достаточно одной отвертки. Полностью разбирать генератор не нужно, так как щетки с регулятором напряжения расположены на его задней крышке.

Вам даже не нужно ослаблять ремень. Снимать регулятор напряжения генератора 2110 необходимо в двух случаях:

  1. Полностью изношены щетки.
  2. В полупроводнике произошел пробой.

Варианты проверки устройства будут представлены ниже. Во-первых, отключите аккумулятор. Дело в том, что от него к генератору идет силовой провод, защиты на нем нет, потому что он используется для зарядки аккумулятора.И ток потребления этой схемы очень большой. На корпусе регулятора есть один разъем, отсоединяем от него провод. Теперь можно открутить два болта крепления. После этого регулятор напряжения генератора можно легко снять с задней крышки. Пришло время проверить это.

Регулятор напряжения Диагностика

В первую очередь обратите внимание на состояние щеток — если их длина меньше 0,5 см, то необходимо менять узел в сборе.Не изобретайте колесо. Новые щетки впаивать нет смысла, так как надежность от этого только пострадает. Так как существует несколько способов проверки регулятора напряжения генератора, то начать стоит с самого сложного – снятия устройства. Для диагностики понадобится блок питания, на выходе которого напряжение может изменяться в пределах 10-18 Вольт.

Вам также понадобится лампа накаливания. Электрические параметры его следующие: напряжение питания — 12 вольт, мощность — 2-3 ватта.Подают следующим образом:

  1. Положительный вывод на разъем в корпусе регулятора (на новых образцах он единственный).
  2. Минус общая плита.

Лампа накаливания включается между двумя щетками. Порядок действий следующий:

  1. При подаче напряжения 12-12,5 вольт лампа накаливания должна гореть.
  2. При напряжении выше 15 вольт он должен гаснуть.

Если он загорается при любом напряжении питания, или не загорается ни в одном из этих случаев, то имеет место поломка регулятора и его необходимо заменить.

Как поставить диагноз без снятия?

Проводить такую ​​проверку не рекомендуется, так как невозможно оценить состояние щеточного узла. Но случаи бывают разные, поэтому даже такой диагноз может принести свои плоды. Для работы вам понадобится мультиметр или, если такового нет, лампа накаливания. Вам главное измерить напряжение в бортовой сети автомобиля, определить нет ли скачков. Но их можно увидеть во время движения.Например, мигание лампочки при изменении оборотов двигателя.

Но более точными будут измерения с помощью мультиметра или вольтметра с расширенной шкалой. Запустите двигатель и включите ближний свет. Подсоедините мультиметр к клеммам аккумулятора. Напряжение не должно превышать 14,8 вольт. Но и падение ниже 12 тоже невозможно. Если оно не в допустимых пределах, то имеет место поломка регулятора напряжения. Возможно нарушены контакты в местах соединения устройства с генератором, либо окислились контакты проводов.

Модернизация схемы регулятора

От регулятора напряжения зависит насколько полно будет заряжаться аккумулятор. К сожалению, описанные выше простые конструкции имеют широкий диапазон параметров. Поэтому купив три экземпляра одних и тех же устройств в одном магазине, вы получите разное выходное напряжение. И это факт, никто спорить не будет. Если аккумулятору не хватает заряда, то он через короткое время потеряет свою емкость. И двигатель не заводится.Вам нужно будет восстановить его только с помощью стационарного зарядного устройства.

Но можно установить трехуровневый регулятор напряжения генератора, позволяющий изменять характеристики простым переключением тумблера. В его схеме два полупроводника, у которых характеристики немного отличаются. Это позволяет регулировать выходное напряжение. При включении одного полупроводника на выходе появляется 14,5 вольта, а если в цепь поставить другой, то оно будет несколько выше.Использование такого устройства актуально зимой, когда емкость аккумулятора снижается и требуется дополнительная зарядка.

Как установить трехуровневый регулятор?

Для этой процедуры вам понадобится небольшой набор инструментов. Вам понадобится шуруповерт, термоусадочная изоляция, саморезы, возможно, вам понадобится дрель со сверлом на 2-4 мм. Итак, все в порядке. Первым делом нужно открутить два болта, которые крепят щеточный узел и регулятор.На его место нужно поставить новый, идущий в комплекте. Его отличие от простого в том, что там только щетки, полупроводники расположены в отдельном блоке. Второй узел нужно разместить рядом с генератором, на кузове автомобиля.

Для этого проделайте небольшие отверстия для крепления. Стоит отметить, что блок с полупроводниками нуждается в дополнительном охлаждении. Поэтому его необходимо будет установить на алюминиевый радиатор, только после этого производить крепления к кузовным элементам.Если не обеспечить достаточное охлаждение, то возможен выход устройства из строя, а также нарушение его работы – регулирование будет происходить некорректно. Закончив крепежные работы, соедините два узла проводами, проведите изоляцию. Соединительные провода целесообразно крепить с помощью хомутов-стяжек к имеющимся жгутам.

Можно ли самому сделать трехступенчатый регулятор?

Если вы разбираетесь в радиотехнике, вы можете найти катод и анод на диоде, то вам не составит труда изготовить такое устройство самостоятельно.Вопрос в том, есть ли в этом смысл. Для изготовления вам понадобятся два диода Шоттки. Если они у вас есть, то цена конструкции будет мизерной. Но если придется их покупать (и неизвестно по какой цене), то можно сравнить затраты со стоимостью готового трехуровневого регулятора. Схема регулятора напряжения генератора трехуровневого типа проста, ее может повторить любой, кто умеет обращаться с паяльником.

Для воплощения вашей идеи вам также понадобится пластиковый кейс.Также можно использовать алюминий, так будет даже лучше, так как охлаждение будет более эффективным. Только желательно покрыть все поверхности слоем изоляции, чтобы контакты не замыкались на корпусе при движении. Также потребуется установить переключатель, который будет переключать полупроводниковые элементы. Работа по установке устройства на автомобиль аналогична описанной в предыдущем пункте. Также стоит отметить, что еще нужно приобрести щеточный узел.

выводы

Не пренебрегайте таким устройством, как регулятор напряжения автомобильного генератора.Срок службы батареи зависит от ее качества и состояния. И если в устройстве есть какие-либо дефекты, то его необходимо заменить. Следите за состоянием этого элемента, при необходимости чистите контакты, чтобы не появлялись сбои. Генератор расположен в нижней части моторного отсека, и если нет брызговика, то в непогоду на него попадает много воды и грязи. А это приводит к появлению дефектов не только в регуляторе напряжения, но даже в обмотках статора и ротора.Поэтому уход за автомобилем необходим для нормального функционирования всех систем. А перед проверкой регулятора напряжения генератора проведите тщательный осмотр и очистите от загрязнений все элементы конструкции.

8 основных схем регулятора своими руками. Топ 6 брендов регуляторов из Китая. 2 схемы. 4 наиболее часто задаваемых вопроса о регуляторах напряжения. + ТЕСТ на самоконтроль

Регулятор напряжения — Это специализированное электротехническое устройство, предназначенное для плавного изменения или регулировки напряжения, питающего электроприбор.

Регулятор напряжения

Важно помнить! Устройства этого типа предназначены для изменения и регулировки напряжения питания, а не тока. Ток регулируется полезной нагрузкой!

ТЕСТ:

4 вопроса о регуляторах напряжения

  1. Для чего нужен регулятор?

а) Изменение напряжения на выходе устройства.

б) Разрыв электрической цепи

  1. От чего зависит мощность регулятора:

а) От источника входного тока и от исполнительного органа

б) По размерам потребителя

  1. Основные части устройства, собранные вручную:

а) Стабилитрон и диод

б) Симистор и тиристор

  1. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт:

а) Питание микросхемы стабилизированным напряжением

б) Ограничение тока потребления электрических ламп

Ответы.

2 Самые распространенные схемы рН своими руками 0-220 вольт

Схема №1.

Самый простой и удобный в использовании стабилизатор напряжения регулятор на тиристорах, соединенных встречно. Это создаст синусоидальный выходной сигнал требуемой величины.


Входное напряжение до 220В подается на нагрузку через предохранитель, а по второму проводнику через кнопку включения синусоидальная полуволна поступает на катод и анод тиристоров VS1 и VS2.А через переменный резистор R2 регулируется выходной сигнал. Два диода VD1 и VD2 оставляют после себя только положительную полуволну, приходящую на управляющий электрод одного из тиристоров , что приводит к его обнаружению .

Важно! Чем выше сигнал тока на тиристорном ключе, тем сильнее он откроется, то есть тем больший ток сможет пропустить через себя.

Для контроля входной мощности предусмотрен световой индикатор, а для регулировки выходной мощности используется вольтметр.

Схема №2.

Отличительной особенностью данной схемы является замена двух тиристоров на один симистор . Это упрощает схему, делает ее компактнее и проще в изготовлении.


В схеме есть и предохранитель и кнопка включения, и регулировочный резистор R3, и он же управляет базой симистора, это один из немногих полупроводниковых приборов с возможностью работы с переменным током. ток, проходящий через резистор R3, приобретает определенное значение, оно будет контролировать степень открытия симистора . После этого выпрямляется на диодном мосту VD1 и через ограничительный резистор поступает на ключевой электрод симистора VS2. Остальные элементы схемы, такие как конденсаторы С1, С2, С3 и С4, служат для гашения пульсаций входного сигнала и его фильтрации от посторонних шумов и нерегулируемых частот.

Как избежать 3 распространенных ошибок при работе с симистором.

  1. Буква после кодового обозначения симистора указывает на его максимальное рабочее напряжение: А — 100В, Б — 200В, С — 300В, Г — 400В.Поэтому не стоит брать прибор с буквами А и В для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор, как и любой другой полупроводниковый прибор, сильно греется при работе, следует подумать об установке радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузки с большим потреблением тока необходимо четко выбирать устройство по заявленному назначению. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 Вт, будет потреблять суммарный ток 2 ампера.При выборе по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток устройства. Итак, симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропускать до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

3 Основные моменты при изготовлении мощного pH и тока своими руками

Устройство управляет нагрузкой до 3000 Вт. Он построен на использовании мощного симистора, а управляет им затвор или ключ динистор.

Динистор — это то же самое, что симистор, только без управляющего выхода. Если симистор откроется и начнет пропускать через себя ток, когда на его базе появится управляющее напряжение и останется открытым до его исчезновения, то динистор откроется, если между его анодом и катодом над барьером размыкания появится разность потенциалов. Он будет оставаться разблокированным до тех пор, пока ток между электродами не упадет ниже уровня блокировки.


Как только на управляющий электрод попадает положительный потенциал, он открывается и пропускает переменный ток, и чем сильнее этот сигнал, тем выше напряжение между его выводами, а значит и на нагрузке.Для регулирования степени открытия используется схема развязки, состоящая из динистора VS1 и резисторов R3 и R4. Эта схема задает ограничение тока на симисторе ключа , а конденсаторы сглаживают пульсации на входном сигнале.

2 основных принципа изготовления РН 0-5 вольт

  1. Для преобразования входного высокого потенциала в низкий постоянный используются специальные микросхемы серии LM.
  2. Микросхемы питаются только постоянным током.

Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.

ИС серии LM предназначены для понижения высокого напряжения постоянного тока до низких значений. Для этого в корпусе устройства есть 3 вывода:

  • Первый выход — это входной сигнал.
  • Второй вывод — это выходной сигнал.
  • Третий выход — управляющий электрод.

Принцип работы устройства очень прост — входное высокое напряжение положительной величины подается на вход-выход и затем преобразуется внутри микросхемы.Степень преобразования будет зависеть от силы и величины сигнала на управляющей «ноге». В соответствии с задающим импульсом на выходе будет создаваться положительное напряжение от 0 вольт до предельного для данной серии.


В схему подается входное напряжение не выше 28 вольт и обязательно выпрямленное. Взять можно со вторичной обмотки силового трансформатора или с высоковольтного стабилизатора. После этого на вывод микросхемы 3 подается положительный потенциал.Конденсатор С1 сглаживает пульсации входного сигнала. Переменный резистор R1 сопротивлением 5000 Ом задает выходной сигнал. Чем выше ток, который он через себя пропускает, тем выше открывается микросхема. Выходное напряжение 0-5 вольт снимается с выхода 2 и через сглаживающий конденсатор С2 поступает в нагрузку. Чем выше емкость конденсатора, тем ровнее он на выходе.

Регулятор напряжения 0–220 В

Топ 4 микросхемы стабилизации 0-5 вольт:

  1. КР1157 — микросхема отечественная, с пределом входного сигнала до 25 вольт и током нагрузки не более 0.1 ампер.
  2. 142ЕН5А — микросхема с максимальным выходным током 3 ампера, на вход подается не более 15 вольт.
  3. TS7805CZ — устройство с допустимыми токами до 1,5 ампер и повышенным входным напряжением до 40 вольт.
  4. L4960 — микросхема импульсная с максимальным током нагрузки до 2,5 А. Входное напряжение не должно превышать 40 вольт.

pH на 2 транзисторах

Этот тип используется в схемах особо мощных регуляторов.В этом случае ток в нагрузку также передается через симистор, а вот ключевой вывод управляется через транзисторы каскада . Реализовано это следующим образом: переменный резистор регулирует ток, поступающий на базу первого маломощного транзистора, а тот через переход коллектор-эмиттер управляет базой второго мощного транзистора и уже он открывает и закрывает триак. Это реализует принцип очень плавного регулирования огромных токов на нагрузке.


Ответы на 4 наиболее часто задаваемых вопроса о регуляторах:

  1. Каков допуск выходного напряжения? Для приборов заводского изготовления крупных фирм отклонение не превысит +-5%
  2. От чего зависит мощность регулятора? Выходная мощность напрямую зависит от источника питания и от симистора, коммутирующего цепь.
  3. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт? Эти устройства чаще всего используются для питания микросхем и различных печатных плат.
  4. Зачем нужен бытовой регулятор 0-220 вольт? Они используются для плавного включения и выключения бытовых электроприборов.

4 Схемы pH и схема подключения своими руками

Кратко рассмотрим каждую из схем, особенности, преимущества.

Схема 1.

Очень простая схема подключения и плавной регулировки паяльника. Используется для предотвращения возгорания и перегрева жала паяльника. В схеме использован мощный симистор , который управляется тиристорно-переменной цепочкой резистором .


Схема 2.

Схема основана на использовании микросхемы управления фазой типа 1182PM1. Управляет степенью открытия симистор, регулирует нагрузку. Они используются для плавного регулирования степени светимости ламп накаливания.

Схема 3.

Простейшая схема регулирования накала жала паяльника. Выполнен в очень компактном дизайне с использованием легкодоступных компонентов. Нагрузкой управляет один тиристор, степень включения которого регулируется переменным резистором.Также имеется диод для защиты от обратного напряжения. тиристор,

В наше время товары из Китая стали достаточно популярной темой, и китайские стабилизаторы напряжения не отстают от общей тенденции. Рассмотрим самые популярные китайские модели и сравним их основные характеристики.

Есть возможность выбрать любой регулятор в соответствии с вашими требованиями и потребностями. В среднем один ватт полезной мощности стоит менее 20 центов, и это очень выгодная цена.Но все же стоит обратить внимание на качество деталей и сборки, для товаров из Китая оно все равно очень низкое.

Регуляторы напряжения и тока

Регуляторы напряжения и тока
Продукция Elliott Sound Регуляторы напряжения и тока
© 20013, Род Эллиотт Вершина
Основной индекс Указатель статей
Содержимое
Введение

Необходимость регулирования источника питания является распространенным требованием, но не все знают, почему необходимо регулировать источник питания или когда цепь может безопасно работать от нерегулируемого источника.Существует много неправильных представлений о регулирующих органах в целом и много дезинформации о том, что необходимо, а что просто излишне. Существуют некоторые требования к сверхстабильным регулируемым источникам питания, но это редко относится к подавляющему большинству приложений.

Потребность в регулировании часто понимается неправильно, с утверждениями, что основные схемы операционных усилителей в аудио (например) должны работать от жестко регулируемых источников питания, иначе каким-то образом пострадает звуковая сцена, или будет потеря «авторитета» баса (что бы это ни могло среднее значение), или, возможно, высокие частоты будут «завуалированы», а средние частоты «загромождены».В основном это ерунда, но эти мифы широко распространяются до тех пор, пока они каким-то образом не станут «самоочевидными» из-за количества ссылок, перекрестных ссылок и людей, ссылающихся на сайты, на которых есть информация, которая, по их мнению, «доказывает» их точку зрения.

Регуляторы напряжения встречаются почти в каждом электронном оборудовании и варьируются от очень низкого напряжения (например, 3,3 В, используемого во многих микропроцессорах) до сотен вольт, используемых в некоторых ламповых усилителях и другом оборудовании, которое зависит от высокого напряжения.

Не каждое напряжение нужно регулировать. Традиционно операционные усилители, используемые в аудио, снабжаются регулируемыми источниками питания (обычно ± 15 В), но это в первую очередь делается для обеспечения низких пульсаций (100 или 120 Гц) и шума. Операционным усилителям все равно, есть ли шумы в источнике питания, и они совершенно счастливы, даже если напряжение питания немного меняется во время их работы. При условии, что их максимальное рабочее напряжение не превышено, а источники питания остаются достаточно высокими, чтобы пропускать сигнал без искажений, колебания питания не приведут к значительным изменениям выходного сигнала.

Однако обычно это считается неприемлемым. Подача питания на операционные усилители должна регулироваться, потому что ни один операционный усилитель не имеет бесконечного PSRR , и он ухудшается на высоких частотах, так как усиление разомкнутого контура падает из-за внутренней (или внешней) частотной компенсации. Во многих случаях может быть достаточно простого стабилизатора на стабилитроне, но он неэффективен и по современным стандартам считается очень «низкотехнологичным».

Регуляторы напряжения

IC очень недороги и дают отличные результаты.Конечно, есть ограничения. Дифференциальное напряжение вход-выход никогда не должно превышаться, некоторые из них сравнительно шумные, и необходим радиатор, если они используются для обеспечения выходного тока от среднего до высокого. До регуляторов IC люди обычно использовали дискретные версии, и их можно было заставить работать очень хорошо. Естественно, высокая производительность требует большей сложности схемы, и в настоящее время существует несколько случаев, когда дискретный регулятор является лучшим предложением, чем вариант с интегральной схемой.

Эту статью следует читать вместе с Малыми блоками питания.Две статьи охватывают схожие области, но эта версия нацелена больше на полное понимание концепций , а не на предоставление идей конструкторам.

Стабилитроны

тоже имеют свою страничку. Указания по применению AN008 — Как использовать стабилитроны описывает многие основные характеристики стабилитронов, а также некоторые основные характеристики и другую полезную информацию. Особый интерес представляет динамическое сопротивление, которое указывает, насколько хорошо стабилитрон может уменьшить пульсации и шум.Чем ниже динамическое сопротивление, тем лучше стабилитрон будет регулировать и подавлять шум.

Существует ряд терминов, которые используются для описания работы любого регулятора. Приведенная ниже таблица взята из статьи «Малогабаритные блоки питания» и содержит краткие пояснения.

Параметр Пояснение
Регулирование нагрузки Процентное изменение напряжения при заданном изменении выходного тока
Регулирование линии Процент.являющееся изменением выходного напряжения для заданного изменения входного напряжения
Напряжение отпускания Минимальная разность напряжений между входом и выходом, при которой регулятор больше не может поддерживать приемлемую производительность
Максимальное входное напряжение Абсолютное максимальное напряжение, которое может быть приложено к входной клемме регулятора относительно земли
Подавление пульсаций Выраженное в дБ отношение пульсаций на входе (от нерегулируемого источника постоянного тока) к пульсациям на выходе
Шум Если указано, уровень случайного (теплового) шума, присутствующего в регулируемом выходном напряжении постоянного тока
Переходная характеристика Обычно отображается графически, показывает мгновенную характеристику при изменении сетевого напряжения или тока нагрузки

Будут приведены не все указанные выше характеристики, и не все из них важны для многих приложений.Переходная характеристика важна для любого регулятора, который питает нагрузку, которая быстро меняется, например, логика TTL. Пульсации и шум важны для приложений с низким уровнем звука, особенно тех, которые используют дискретные транзисторы, где схема может иметь относительно низкое подавление шума источника питания.

Иногда думают, что простого резистивного делителя напряжения достаточно, чтобы обеспечить «стабилизированное» напряжение. Если выход не буферизован повторителем (интегрированным или дискретным), он регулируется , а не .Делитель напряжения чувствителен к нагрузке, поэтому он может создавать номинальное напряжение только в разомкнутой цепи (вообще без нагрузки). Как только вы потребляете любой ток, напряжение падает. Кроме того, любой шум (гул, гудение и т.п.) на питании делителя также будет проходить на выходе. Простые делители были распространены в ламповых (ламповых) усилителях, где основной источник питания может проходить через несколько резисторов с конденсаторами на землю в каждом переходе, а каскады ламп образуют нагрузку.Это никоим образом не является «регулированием», это просто фильтрация, и здесь она не рассматривается, кроме как как часть надлежащего регулятора (где такие схемы фильтрации также довольно распространены).


Зачем регулировать?

Итак, зачем нам регулируемое напряжение?

Со многими источниками напряжения и очень многими топологиями цепей мы этого не делаем. Однако теперь это так легко сделать и дает столько преимуществ, что было бы почти глупо не сделать этого. Основное преимущество заключается в том, что пульсации источника питания (на частоте 100 или 120 Гц) почти полностью устранены, и мы можем эксплуатировать операционные усилители при напряжении, близком к их максимальному, не беспокоясь о низком сетевом напряжении, вызывающем преждевременное ограничение, или высоком сетевом напряжении, вызывающем сбои.Нерегулируемый источник питания будет изменять свое напряжение по мере изменения напряжения сети (обычно это происходит на величину от +10% до -15%). Многие люди живут в районах, где напряжение меняется больше, и если питание не регулируется, оно будет варьироваться примерно на такой же процент, как и входящая сеть.

Нерегулируемый источник питания также меняет свое выходное напряжение с нагрузкой, поэтому по мере того, как цепь потребляет энергию, напряжение падает. Аналогично, при уменьшении нагрузки напряжение возрастает. Это называется регулировкой нагрузки, и при нерегулируемом питании включает вариаций от сети.Легкая нагрузка, когда сеть находится на максимальном уровне, означает, что питаемые цепи получат максимально возможное напряжение, которое может превышать абсолютное максимальное значение, указанное производителем ИС. ИС логики ТТЛ имеют очень ограниченную устойчивость к перенапряжению, и они выйдут из строя, если будет превышено максимальное значение. Рекомендуемое напряжение 5В, с допустимым диапазоном от 4,5 до 5,5 вольт. Каждый использует регулируемый источник питания для микросхем TTL просто потому, что было бы глупо (и рискованно) поступать иначе.КМОП-логика обычно вполне удовлетворяется очень простым стабилитронным шунтирующим регулятором, потому что потребляемый ток очень мал. Источник питания должен быть правильно зашунтирован с соответствующей емкостью.

Многие ранние транзисторные усилители мощности использовали регулируемые источники питания, потому что они использовали один источник питания, а колебания напряжения могли создавать дозвуковой выходной сигнал. Кроме того, во многих из этих ранних усилителей использовались транзисторы, которые работали при напряжениях, близких к их предельным значениям, и если напряжение увеличивалось слишком сильно, они выходили из строя.В наши дни почти никто не использует регулируемые источники питания для усилителей мощности, потому что это увеличивает стоимость и создает значительную тепловую нагрузку и, как правило, не служит никакой полезной цели. В некоторых ламповых усилителях используется регулируемое напряжение экранной сетки, чтобы получить максимальную мощность без нагрузки на лампы. Другие просто нагружали клапаны (и даже во многих последних конструкциях это все еще делается).

Очень редко можно увидеть какой-либо предусилитель, использующий операционные усилители или дискретные транзисторы, в котором , а не используют регулируемые источники питания. Большинство людей используют регуляторы IC, но есть и те, кто считает, что дискретный регулятор даст лучшую производительность.Я не буду вступать в дискуссию о предполагаемой «слышимости» регулятора и «звуке постоянного тока», потому что, насколько я понимаю, это в основном принятие желаемого за действительное, не основанное на науке или подтвержденное правильно проведенным слепым тестированием AB. По определению, постоянный ток — это постоянный ток, поэтому его не слышно. В некоторых случаях может быть слышен шум , наложенный на на DC.

Большинство импульсных источников питания (SMPS) регулируются и могут использоваться напрямую без каких-либо дополнительных действий.Тем не менее, они почти всегда относительно шумные, что свидетельствует о частоте переключения (и ее гармониках) в источнике постоянного тока. Хотя эти артефакты переключения почти всегда не слышны, они сбивают с толку и могут очень затруднить разумные измерения в цепи.

Далее, зачем нужен регулируемый ток?

Помимо источников тока, стоков и зеркал (см. статью), регуляторы тока раньше представляли собой скорее диковинку, чем что-либо еще. Они используются во многих областях уже много лет, но только недавно они стали повсеместными — светодиодное освещение.Подавляющее большинство из них являются импульсными, потому что в противном случае потери энергии будут чрезмерными, что снижает общую эффективность светодиодного источника света. Тем не менее, все еще есть случаи, когда линейный регулятор имеет больше смысла.

В частности, простой линейный стабилизатор тока легко подключить к плате Veroboard, чего нельзя легко сделать с любой импульсной схемой. Требования к линейным регуляторам тока крошечные по сравнению с регуляторами напряжения, но вы никогда не знаете, когда они вам понадобятся.В некоторых случаях вам потребуется регулировка напряжения и тока , и зарядка аккумулятора является одним из наиболее очевидных случаев, когда они будут объединены.

В целом потребность в прецизионном регуляторе тока (в отличие, например, от источника тока как части схемы усилителя) очень ограничена, но, поскольку принципы и результаты во многом одинаковы для регулирования напряжения и тока, их стоит рассмотреть. .


1 — базовый дискретный регулятор напряжения

Первыми регуляторами, которые использовались, были газоразрядные трубки [1] .Трубка питалась через резистор, и разрядное напряжение было довольно стабильным при условии, что ток не слишком сильно менялся. Если требовался большой ток, то для его подачи в качестве катодного повторителя использовалась традиционная мощная лампа (вакуумная лампа). Добавление дополнительных клапанов позволило получить хорошо регулируемое питание, на которое относительно не влияли изменения тока нагрузки или колебания входного напряжения.

Современный эквивалент газоразрядной трубки — стабилитрон. Они по-прежнему очень часто используются для регулирования либо в качестве простого шунтирующего регулятора (например, газоразрядной трубки), либо с дополнительными частями для формирования дискретного регулятора.Поскольку базовый шунтирующий регулятор является самым простым, его следует рассмотреть в первую очередь. Дополнительную информацию об использовании стабилитронов можно найти на странице Application Note 008 на веб-сайте ESP.


Рис. 1. Базовый шунтирующий стабилитрон

Одним из основных недостатков простого шунтирующего стабилитрона является то, что он постоянно потребляет максимально допустимый ток от источника питания. Как показано выше, напряжение питания составляет 15 В, и это только один источник питания. Я буду использовать такое же общее расположение для большинства диаграмм, потому что это делает их менее загроможденными и более понятными.Если требуется отрицательное питание, оно обычно является обратным тому, которое показано для положительного напряжения. Сам источник питания (трансформатор и фильтрующий конденсатор) используется в большинстве примеров, но не будет показан, если только это не необходимо для понимания схемы.

В приведенном выше источнике питания резистор R1 должен обеспечивать достаточный ток, чтобы всегда оставаться в оптимальном диапазоне стабилитрона, а также питать нагрузку. Регуляторы Зенера не рекомендуются для любых цепей, где ток изменяется более чем на несколько процентов.Ток стабилитрона должен составлять (примерно) от 10% до 50% от максимального тока стабилитрона, который очень просто получается из напряжения и номинальной мощности. Стабилитрон 15 В 1 Вт может выдерживать максимальный ток …

I = P / V
I = 1 / 15 = 66,7 мА

Ток стабилитрона не должен превышать 50 % от максимального, чтобы температура стабилитрона не превышала разумного значения. Кроме того, при таком токе он будет довольно сильно греться, и температура окружающей среды не будет сильно влиять на напряжение.Таким образом, мы должны стремиться к току до 33 мА и не менее 7 мА, чтобы динамический импеданс стабилитрона был достаточно низким, чтобы его можно было использовать. Поскольку номинальное входное напряжение составляет около 21 В, это означает, что резистор должен быть около 180 Ом ( R = V / I ). 180 Ом дает ток стабилитрона 33 мА, но только когда ток нагрузки равен нулю, а напряжение сети составляет ровно 230 В (или 120 В) и при условии, что выход трансформатора составляет ровно 15 В RMS.

В действительности ни одно из вышеперечисленных правил обычно не соответствует действительности. Нет смысла иметь регулируемое напряжение, но без нагрузки, поэтому нам нужно знать, какой ток потребляет питаемая цепь.Это может быть доступно в таблицах данных (для операционных усилителей), или вам может потребоваться либо рассчитать, либо измерить фактический потребляемый ток. Для этих упражнений мы примем ток нагрузки 20 мА.

Теперь, если нагрузка потребляет 20 мА, это означает, что ток стабилитрона теперь уменьшен до 13 мА (33 мА — 20 мА ), что находится в пределах желаемого диапазона. Чтобы поддерживать 33 мА, которые мы рассмотрели сначала, общий ток , потребляемый от источника питания, будет равен требуемому току стабилитрона (33 мА) плюс ток нагрузки (20 мА), всего 53 мА.R1 теперь нужно пересчитать, и он становится 113 Ом. 120 Ом вполне нормально в данном случае. Поскольку общий потребляемый ток выше, чем ожидалось, у нас также будет больше пульсаций, чем мы ожидали, на конденсаторе фильтра. Из-за лишнего тока напряжение будет меньше, чем запланированное нами 21 В (нерегулируемое), но, к счастью, эти ошибки обычно не настолько велики, чтобы вызвать катастрофу. Если нагрузка отключена, теоретический ток стабилитрона будет 33 мА (нормальный ток стабилитрона) плюс 20 мА, которые потребовала бы нагрузка, — всего 53 мА.Стабилитрон будет сильно нагреваться, и этот тип простого шунтирующего регулятора обычно не следует использовать без нагрузки.

Показанная производительность источника питания должна быть приемлемой. Симулятор говорит мне, что при входном напряжении 15 В RMS мы получаем 19,4 В постоянного тока после выпрямителя и фильтра с пульсациями 94 мВ RMS (300 мВ пик-пик) на частоте 100 Гц. Регулируемое напряжение составляет 15,1 В со среднеквадратичным значением пульсаций 4,9 мВ (16 мВ от пика до пика). Ток нагрузки составляет 20 мА, но ток стабилитрона намного меньше, чем мы планировали, всего 15 мА.7 мА. Хотя сопротивление R1 можно было бы уменьшить, чтобы подать больший ток на стабилитрон, это также приведет к увеличению напряжения пульсаций и немного снизит необработанное постоянное напряжение. Суммарный ток с выпрямителя и фильтра 35,7мА…20мА на нагрузку и 15,7мА через стабилитрон. R1 рассеивает 152,7 мВт, а рассеивание стабилитрона составляет 235,5 мВт (15 В x 15,7 мА). Как выяснилось, это безопасная общая конфигурация, и стабилитрон выживет, даже если входное напряжение сети возрастет до максимально возможного.

Ток трансформатора составляет чуть более 113 мА (среднеквадратичное значение) с резкими пиками ±480 мА. Обратите внимание, что ток трансформатора с мостовым выпрямителем более чем в 3 раза превышает постоянный ток в этом примере, но он может быть выше или ниже в зависимости от выходного импеданса трансформатора (для моделирования я использовал значение 0,2 Ом). Если импеданс повышен, среднеквадратичное значение и пиковый ток уменьшаются, но уменьшается и постоянное напряжение.

Как видно из вышеизложенного, необходимо учитывать множество взаимосвязанных факторов.Когда также принимаются во внимание нормальные колебания сети, количество возможностей резко возрастает. К счастью, несмотря на то, что всегда будут ошибки и отклонения от теоретических значений, до тех пор, пока разработчик делает поправку, конечный результат все равно будет удовлетворительным. Важно знать, что вещи почти никогда не будут такими простыми, как кажутся на первый взгляд.

Если R1 разделить на два резистора одинакового номинала (подойдет 2 x 56 Ом), то второй конденсатор от центрального отвода к земле уменьшит пульсации напряжения.Всего при 220 мкФ пульсации уменьшаются менее чем на четверть (около 1,2 мВ RMS). Два резистора необходимы для отделения дополнительной емкости от крышки основного фильтра и стабилитрона, оба из которых имеют очень низкий импеданс (вы также увидите этот прием ниже). Возможно неожиданно напряжение пульсаций несколько больше при подключенной нагрузке. Это связано с тем, что стабилитрон пропускает меньший ток и его динамическое сопротивление несколько возрастает.

Обратите внимание, что на рис. 1 показан конденсатор конечного фильтра, и в большинстве случаев он необходим.Он не так эффективен, как можно было бы надеяться, потому что он подключен параллельно низкоомному стабилитрону, но он немного уменьшит шум и (что более важно) обеспечит мгновенный пиковый ток, который может потребоваться для некоторых схем. На самом деле очень, очень мало регуляторов любого типа следует использовать без разумной емкости на выходе. Часто бывает достаточно 10 мкФ, но в большинстве случаев более высокие значения не вызовут никаких проблем.


2 — Следующий шаг для регулирования напряжения

Шунтовая стабилизация, как описано выше, по-прежнему является очень полезным инструментом, и во многих случаях это самый простой и дешевый способ получить слаботочный стабилизированный источник питания, например, для вспомогательных цифровых схем.Однако регулирование линии и нагрузки не является замечательным, поэтому этот метод не подходит для нагрузок с быстрыми (или большими) изменениями тока. Следующим этапом является добавление к стабилитрону простого последовательного проходного транзистора, описанного в статье «Малогабаритные источники питания». Здесь он не будет повторяться. Когда ток нагрузки регулятора проходит через транзистор, схема называется «последовательным» регулятором, потому что активное выходное устройство включено последовательно с током нагрузки.

Ниже показан базовый дискретный регулятор.Раньше это была очень распространенная схема до появления 3-выводных IC-регуляторов. Производительность может быть неплохой, но это ни в коем случае не прецизионный регулятор. К самой базовой форме схемы сделано несколько хитрых дополнений, которые описаны ниже. Трансформатор и мостовой выпрямитель точно такие же, как на Рисунке 1. С4 часто требуется для предотвращения высокочастотных колебаний, и его значение обычно находится где-то между 47 пФ и 1 нФ. Более высокие значения замедляют работу схемы, и она может быть не в состоянии достаточно быстро реагировать на быстрые изменения нагрузки (плохая переходная характеристика).


Рис. 2. Простой регулятор дискретной серии

Хотя показанная схема имеет (почти) такое же выходное напряжение, что и шунтовой стабилизатор, показанный выше, она потребляет меньший ток от выпрямителя. При той же подключенной нагрузке 20 мА (750 Ом) он потребляет 29,8 мА (вместо постоянных 35,7 мА, независимо от того, подключена нагрузка или нет). Уменьшенный ток означает, что пульсации на входе уменьшаются, а обратная связь, используемая в цепи, помогает еще больше.

В частности, обратите внимание на наличие двух резисторов (R1 и R2), обеспечивающих базовый ток для каскада Дарлингтона.Центральный отвод соединяется с C2, что снижает напряжение пульсаций с ~78 мВ RMS на C1 до примерно 500 мкВ на C2 и менее 100 мкВ на базе Q1. Пульсации на выходе составляют всего 28 мкВ, что на 70 дБ ниже пульсаций на конденсаторе C1. Сравните это с рис. 1, на котором подавление пульсаций составляет около 25 дБ.

Следующий хитрый трюк использует R6. Если бы этого не было, максимальный ток стабилитрона составлял бы всего ~630 мкА, что слишком мало для обеспечения стабильной работы. R1 и R2 можно было бы уменьшить, но тогда C2 нужно было бы увеличить.Таким образом, регулируемое и сглаженное выходное напряжение используется для обеспечения достаточного тока для правильной работы стабилитрона. Он добавляет чуть более 8,7 мА тока стабилитрона (всего 9,4 мА в моделировании). Это превышает минимум 5%, необходимый для стабильности (стабилитрон 6,2 В 1 Вт может потреблять до 161 мА при 25 ° C).

Для учета погрешности стабилитрона (до ±10%) было принято делать R5 переменным. В приведенном примере вы можете использовать банк размером 20 000 (что было бы довольно грубо) или R5 можно уменьшить до 8.2k с банком 5k последовательно. Эта схема имеет обратную связь, а коэффициент усиления регулятора задается резисторами R4 и R5. Стабилитрон является опорным напряжением. Этот регулятор представляет собой точно такую ​​же базовую схему, которую я использовал для Project 96, источника фантомного питания 48 В для микрофонов.

Опорное напряжение (стабилитрон) должно быть близко к 1/2 выходного напряжения, если это возможно, но может быть и 1/4. Поэтому, если вам нужен выход 100 В, вы можете использовать стабилитрон на 24 В.

R4 и R5 образуют цепь обратной связи и определяют коэффициент усиления схемы.Если они равны, коэффициент усиления схемы равен 2. Напряжение база-эмиттер Q3 добавляется к опорному напряжению, так что на самом деле оно составляет не 6,2 В, а 6,85 В для схемы, показанной на рис. 2. Это также добавляет ошибку из-за до температуры перехода Q3, которая обычно принимается равной -2 мВ/°C. При условии, что температура Q3 не изменится очень сильно, ошибка не имеет большого значения.

Выходное напряжение можно определить по следующей…

Усиление = (R4 / R5) + 1 
Усиление = (12/10) + 1 = 2.2
В ВЫХ = В ЗАДАНИЕ × Коэффициент усиления
В ВЫХ = 6,85 × 2,2 = 15,07 В пост.

Для разработки дискретного регулятора, такого как показанный на рис. 2, существует несколько общих рекомендаций. Резистор R1+R2 должен обеспечивать достаточный базовый ток для последовательной комбинации транзисторов Q1 и Q2. Необходимый базовый ток определяется коэффициентом усиления пары (примите, что 1000 для типичной комбинации) и должен быть абсолютным минимумом , удвоенным по сравнению с , который требуется при максимальном выходном токе.Если он меньше этого, у Q3 (усилитель ошибки) не будет достаточного тока для работы, и вы потеряете стабилизацию. Общепринятым эмпирическим правилом является допуск от 5 до 10 раз больше базового тока наихудшего случая для последовательного проходного транзистора (транзисторов). Однако это можно смягчить, если вам не нужно идеальное регулирование.

Итак, для приведенной выше схемы мы можем использовать следующие основные уравнения для R1 и R2…

R1 + R2 = V IN — V OUT / I B × 10 — где I B определяется по формуле …
I B = I OUT / ч FE ( Q1 × Q2 ) … (предположим усиление 1000), поэтому …
I OUT = 20 мА
I B = 20 мкА × 10 = 200 мкА
В IN — В OUT = 19,4 — 15 = 4,4 В
R1 + R2 = 4,4 В / 200 мкА = 22 кОм, поэтому R1 = R2 = 11 кОм

Хотя это можно было бы заставить работать, это было бы довольно глупо, потому что регулятор может выдавать только 20 мА, если вы придерживаетесь рекомендаций по проектированию. Уменьшив значения R1 и R2 до 2.2k схема будет отлично работать при выходном токе не менее 100 мА. При 100 мА выходное напряжение упадет до 14,99 В, а пульсации возрастут до 115 мкВ. Учитывая относительную простоту схемы, производительность неплохая!

Обратите внимание, что устройство последовательного прохода показано как пара транзисторов, соединенных по схеме Дарлингтона, но транзистор Дарлингтона и N-канальный полевой МОП-транзистор также будут работать. Стабилитрон должен быть подключен между затвором и истоком MOSFET — 4.7-вольтовый стабилитрон обеспечивает более чем достаточный ток при использовании полевого МОП-транзистора IRF540 (или аналогичного), а также обеспечивает базовое ограничение тока и . Поскольку коэффициент усиления полевого МОП-транзистора не такой высокий, как у пары Дарлингтона, регулирование и характеристики пульсаций не такие хорошие. Однако затвор не потребляет ток, поэтому значения R1 и R2 могут быть выше, чем необходимо для биполярных транзисторов.

Усложнив схему, можно заставить ее работать еще лучше, но для 99% приложений в этом нет никакого смысла.Одна вещь, которой нет у , это защита от короткого замыкания. Если выход закорочен, последовательно проходные транзисторы (Q1 и Q2) выйдут из строя. Если мы просто ограничим ток до заданного максимума, мы можем обнаружить, что рассеяние Q2 находится за пределами допустимой безопасной области. При 20 В на входе (достаточно близко) и (скажем) 100 мА на выходе и закороченном выходе рассеивание на Q2 будет 20 * 0,1 = 2 Вт. Очевидно, что это не проблема при низком входном напряжении и низком токе регулятора, но становится серьезной проблемой, если напряжение или ток увеличиваются.


Рис. 3. Простой последовательный регулятор с ограничением тока

Добавив Q4 и R7, мы можем применить базовую защиту от короткого замыкания посредством простого ограничения тока. Когда напряжение на резисторе R7 достигает 0,6–0,7 В, транзистор Q4 начинает проводить и «крадет» ток у транзисторов последовательного прохода. Это лишь очень простая форма защиты, и хотя она работает, это определенно не высокотехнологичное решение проблемы. Как показано, ток ограничен примерно 130 мА, а рассеяние на Q2 составляет около 2.4 Вт (радиатор обязателен). Показанная схема никоим образом не является единственным методом, но она работает достаточно хорошо. Дополнительное сопротивление снижает эффективность регулирования, и при приближении к предельному току наблюдается заметное «проседание» напряжения.

Более продвинутое ограничение тока включает так называемое «обратное» ограничение, при котором доступный ток постепенно уменьшается по мере падения выходного напряжения. Например, пока выходное напряжение близко к 15 В, ограничение может быть установлено, например, на 1 А, но если выход закорочен, максимальный доступный ток может быть уменьшен до 100 мА.Ограничение обратного тока является более сложным и в некоторых случаях может привести к отказу запуска источника питания, например, если питаемая схема потребляет ток, превышающий нормальный, при низком входном напряжении. Поскольку эта статья посвящена общим принципам, ограничение тока с обратной связью не будет включено.


2.1 — Дифференциальное напряжение входа-выхода

Дискретная схема по-прежнему имеет преимущества, когда вам нужен источник питания с более высокими требованиями к напряжению, чем могут обеспечить стандартные 3-выводные ИС.Хотя доступны версии для высокого напряжения, их может быть трудно достать, и они по-прежнему имеют ограниченный перепад входного-выходного напряжения. Вы можете себе представить, что LM317HV (например) подойдет, поскольку он имеет максимальное дифференциальное напряжение входа-выхода 60 В.

Легко упустить из виду тот факт, что максимальное входное напряжение составляет всего 60 В для LM317HV, потому что при первом включении выходной конденсатор разряжен и находится на грани короткого замыкания. Точно так же стабилизаторы серии 317/337 имеют защиту от короткого замыкания, но если входное напряжение превышает максимальное дифференциальное напряжение входа-выхода, есть большая вероятность, что микросхема выйдет из строя.

Дискретная схема может иметь любое входное напряжение, которое вам нравится, ограниченное только выбором последовательных транзисторов и других частей по мере необходимости. Если вам нужен стабилизированный источник питания на 250 В, то вам просто не повезло, если вы попытаетесь использовать любой доступный IC-стабилизатор. Если вы знаете, как построить дискретный стабилизатор, то (почти) нет ограничений на входное или выходное напряжение.

При разработке высоковольтных регуляторов необходимо учитывать множество факторов, особенно защиту от короткого замыкания.Если у вас есть нерегулируемое напряжение (скажем) 500 В, а вам нужно регулируемое 400 В, представьте мгновенное рассеивание мощности в последовательном проходном устройстве, если выход закорочен! Без продуманных мер защиты короткое замыкание вызовет мгновенный отказ устройства последовательного прохода, и крайне сложно обеспечить какую-либо достаточно быструю схему защиты. Это можно сделать, но здесь это не рассматривается, потому что потребуется обширное тестирование, чтобы убедиться, что схема защиты будет работать должным образом (это не строительная статья — она предназначена только для объяснения принципов).


Рис. 4. Дифференциальное напряжение входа-выхода

Цепь слева на рис. 4 (А) выглядит безопасной, но в момент включения выходная шапка разряжается и представляет собой кратковременное короткое замыкание. Большая кепка может какое-то время иметь очень низкий импеданс, как показано справа (B). Таким образом, дифференциальное напряжение представляет собой полное входное напряжение (45 В), которое может значительно превысить номинальные значения для регулятора и привести к отказу. Если выход закорочен (возможно, в оборудовании есть танталовые конденсаторы для развязки питания ¹), регулятор будет иметь полное входное напряжение до тех пор, пока не будет отключено питание или он не выйдет из строя!

Примечание 1: Танталовые конденсаторы были (и всегда были) самыми ненадежными конденсаторами из когда-либо созданных.Они совершенно не переносят высокие импульсные токи и уникальны тем, что их выход из строя режиме часто бывает короткое замыкание (которое может быть прерывистым). Как известно постоянным читателям, я никогда и ни для чего не рекомендую танталовые колпачки.

Очень важно, чтобы входное и выходное дифференциальное напряжение не превышалось, а для ИС регуляторов оно указано в спецификации (обычно как абсолютный максимум). Для дискретного стабилизатора это максимальное напряжение на последовательном и других транзисторах, которое ограничено напряжением пробоя коллектор-эмиттер или напряжением сток-исток для MOSFET.

Вы можете спросить, зачем на регуляторе диод. В некоторых случаях общая емкость на выходе регулятора может быть такой, что он удерживает заряд дольше, чем крышка основного фильтра (C1). Это особенно верно, если перед регулятором снимается дополнительная нерегулируемая нагрузка. Если регулятор должен быть смещен в обратном направлении, он почти наверняка выйдет из строя, поэтому вы не сможете подключить настольный источник питания напрямую к цепи, не повредив регулятор.Добавление диода означает, что любое напряжение на выходе передается на вход регулятора, что предотвращает возможное повреждение внутренней схемы. Диод следует добавить и в дискретные стабилизаторы, если есть вероятность того, что на выходе может быть напряжение, а на входе нет.

В некоторых случаях вы можете использовать (например) 30-вольтовый стабилитрон (или ряд стабилитронов для увеличения мгновенной мощности) вместо D1, предназначенный для ограничения пикового напряжения через регулятор.В момент включения питания стабилитрон(ы) заряжают выходной конденсатор, ограничивая напряжение на микросхеме регулятора. Если выход закорочен (или выходной колпачок большой) стабилитроны почти наверняка / в конечном итоге самоуничтожатся. Как и большинство полупроводников, они выйдут из строя из-за короткого замыкания, подвергая силовые схемы большому риску повреждения. перенапряжение. Пиковое рассеивание стабилитрона зависит от многих факторов, и если вы не понимаете, как его вычислить, я предлагаю вам избегать использования стабилизаторов на ИС при любом напряжении, превышающем их номинальный перепад входного-выходного напряжения.

2.2 — Требования к дифференциальному напряжению входа-выхода

Хотя важно гарантировать, что максимальный дифференциал ввода-вывода никогда не будет превышен, также важно обеспечить наличие достаточного дифференциала для предотвращения проблем. Минимум обычно указывается в техпаспорте, и это не относится к среднему значению! Мгновенное входное напряжение никогда не должно падать настолько (из-за пульсаций напряжения), что регулятор больше не может поддерживать выходное напряжение.Например, если регулятору требуется как минимум дифференциал 2 В для поддержания регулирования, мгновенное входное напряжение должно постоянно превышать выходное напряжение более чем на 2 В.

Сюда входят пульсации напряжения и любое снижение сетевого напряжения, которое находится в пределах нормально ожидаемого диапазона для входящего переменного тока. Несколько людей спрашивали, почему я рекомендую трансформатор 15-0-15 В для источников постоянного тока ±15 В, когда я знаю, что напряжение трансформатора обычно будет выше, чем указано при легкой нагрузке.В целом, на входе регулятора можно ожидать около 25 В постоянного тока, что может показаться чрезмерным. Тем не менее, это включает в себя щедрую поправку на низкую сеть, пульсацию и дополнительное сглаживание.


Рис. 5. Пульсации входного напряжения в зависимости от. Регулируемый выход

На рисунке 5 показано, что произойдет, если входящий постоянный ток упадет ниже минимума, необходимого для поддержания регулирования. Поскольку крышка входного фильтра слишком мала, пульсации позволяют входному напряжению упасть ниже предела, при котором регулятор может поддерживать выходное напряжение на уровне 15 В.В результате пульсации передаются от входа к выходу.

В случае, показанном выше, очевидным ответом является увеличение конденсатора фильтра, чтобы уменьшить пульсации до разумного значения и решить проблему. Однако все же нужно рассмотреть случай, когда напряжение сети падает — это может иметь точно такой же эффект. Если напряжение в сети падает на 20% (с 230 В до 184 В или со 120 В до 96 В), то же самое происходит и на выходе трансформатора. Это означает, что вместо номинального 15 В переменного тока выходное напряжение будет снижено до 12 В переменного тока, и этого едва достаточно, чтобы ИС могла поддерживать стабилизацию — при условии, что нулевые пульсации напряжения !

Неважно, дискретный регулятор или на ИС — результаты будут одинаковыми.Единственным решением было бы либо использовать трансформатор с более высоким напряжением (например, 18 В RMS), либо использовать конструкцию регулятора с малым падением напряжения (LDO), либо в виде ИС, либо дискретного. Регуляторы LDO могут иметь проблемы со стабильностью из-за их конструкции, и, как правило, их следует избегать, если нет другого выбора. См. Регуляторы LDO, если вы хотите узнать о них больше.


3 — ИС регуляторы Регуляторы

IC (3-контактные) в настоящее время являются наиболее распространенными из всех аналоговых/линейных типов. В течение многих лет у нас были регуляторы 78xx (положительный) и 79xx (отрицательный), а также множество подобных устройств с разными номерами деталей, и было несколько общих напряжений.Были доступны версии на 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 и 24 В, но они (в основном) были упрощены до трех, 5 В, 12 В и 15 В. Некоторые из странных напряжений все еще могут быть доступны, если вы посмотрите достаточно внимательно, но они могут быть не подлинными. Регулируемые стабилизаторы (LM317/337) позволяют создавать блоки питания практически для любого напряжения, от 1,25 В до 50 В, если вы используете высоковольтные версии.

Они удобны, а стационарные регуляторы также доступны в маломощных версиях в корпусе ТО-92.78L05 особенно распространен, поскольку он может обеспечивать регулируемую мощность для небольших микроконтроллеров, проектов на основе PIC и других логических схем с низким энергопотреблением. Внутренняя схема этих ИС теперь достаточно продвинута, и они способны работать очень хорошо. Все они имеют защиту от короткого замыкания и встроенную защиту от перегрева, что делает их практически неразрушимыми … почти !

Обычные регуляторы серий 78xx/79xx многие энтузиасты аудио часто считают «низшими», но это не оправдано.Да, они несколько шумные, но типичный выходной шум имеет низкий уровень и очень редко вызывает проблемы с цепями операционных усилителей. Это может быть проблемой для простых схем с плохим подавлением напряжения питания, и может потребоваться выходной фильтр. Стоит отметить, что выходной конденсатор нужен в первую очередь для стабильности, без него стабилизатор наверняка будет колебаться. Неважно, 10 мкФ или 1000 мкФ, выходная пульсация (и шум) не сильно изменится.

Это явно странное поведение связано с выходным сопротивлением стабилизатора.Согласно техпаспорту на 7815, он имеет выходное сопротивление 0,008 Ом (8 мОм) на частотах до 1 кГц, после чего оно возрастает на 6 дБ/октаву. На частоте 100 Гц конденсатор емкостью 1 мФ (1000 мкФ) имеет реактивное сопротивление 1,59 Ом, и это абсолютно не влияет на 8 мОм регулятора. Выходное сопротивление остается ниже 1 Ом на любой частоте до 1 МГц, а на крайних частотах некоторое влияние оказывает конденсатор.

Заявлено, что подавление пульсаций

составляет минимум 54 дБ (7815) при типичном значении 70 дБ.Типичный выходной шум заявлен на уровне 90 мкВ. Простой способ уменьшить шумы и пульсации напряжения состоит в том, чтобы добавить простой резисторно-емкостной фильтр на выходе регулятора. Для выходных токов 100 мА или менее резистор 10 Ом и конденсатор 1000 мкФ снизят выходное напряжение на 1 В при 100 мА, но уменьшат пульсации 100 Гц еще на 16 дБ (минимум). Это также уменьшит широкополосный шум. На частоте 1 кГц шум любого регулятора уменьшается на 36 дБ, а на частоте 10 кГц — на 56 дБ. В сочетании с уже низким уровнем шума и пульсаций остаточная величина незначительна.Как и ожидалось, этот метод можно успешно использовать только при сравнительно низких токах.

Также можно использовать фильтр, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, но необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы частота -3 дБ была значительно ниже частоты пульсаций, иначе вы можете легко получить больше пульсаций, а не меньше! Например, LC-фильтр, состоящий из катушки индуктивности 1 мГн и конденсатора 1 мФ (1000 мкФ), имеет резонансную частоту 159 Гц и увеличивает пульсации на 4 дБ.Увеличение индуктора до 10 мГн приводит к уменьшению пульсаций на 10 дБ, а также к быстрому ослаблению всех частот выше 50 Гц. В идеале катушка индуктивности (или конденсатор) должна быть больше, а любой LC-фильтр чувствителен к импедансу нагрузки и может вызвать переходный звон при изменении нагрузки — рекомендуется проявлять большую осторожность !   Катушка индуктивности 10 мГн будет довольно большой, особенно если она рассчитана на значительный ток.

Многие люди также думают, что добавление большого конденсатора к выходу уменьшит шум и пульсации.Как отмечалось выше, это не работает. Ясно, что размещение емкостного сопротивления более 1 Ом параллельно с сопротивлением менее 20 мОм не принесет многого. На более высоких частотах выходной импеданс стабилизатора будет расти, поэтому емкость от 10 мкФ до 100 мкФ целесообразна для ограничения ВЧ-шума и обеспечения стабильности регулятора.

Обратите внимание, что LDO (регуляторы с малым падением напряжения) часто имеют строгие критерии стабильности, поэтому я предлагаю вам прочитать статью, посвященную этим потенциально сварливым ИС. В основном они ведут себя прилично, но это не гарантируется, если вы не сделаете все правильно.


3.1 — Регулируемые ИС-регуляторы

LM317/337 рекомендуются для замены стационарных регуляторов и обеспечивают гораздо большую гибкость. Они стабильны и работают хорошо. Самое главное, у них нет вредных привычек, и это важный фактор для любого дизайна. Проект 05 является примером двойного регулятора, использующего эти универсальные ИС. При использовании, как показано в проекте, производительность лучше, чем у фиксированного регулятора. Это можно улучшить, но обычно в этом нет необходимости.Дополнительные конденсаторы (и диоды) включены в плату Project 05.

Выходное напряжение устанавливается с помощью пары резисторов. Нормальный ток с вывода «Adj» (регулировка) может варьироваться от ~50 до 100 мкА, и необходимо обеспечить больший ток, фиксированный и хотя бы на порядок превышающий нормальный ток с этого вывода. Традиционно это делается добавлением резистора между выходом и контактом регулировки, обычно 100 или 120 Ом. Опорное напряжение номинально равно 1.25 В, но оно может варьироваться от 1,2 В до 1,3 В от одной ИС к другой. Предполагая 1,25 В, ток через внешний резистор 100 Ом составляет 12,5 мА, что намного выше тока регулировочного штифта. Полная схема подключения показана ниже.


Рис. 6. Регулируемый регулятор, показан LM317

Как отмечалось выше, внутреннее опорное напряжение составляет 1,25 В, поэтому через резистор R1 протекает ток 12,5 мА. Мы можем игнорировать ток на выводе регулировки, потому что он будет не более 0,1 мА, и хотя это вызывает небольшую ошибку, она меньше, чем изменение опорного напряжения.Значение R1 довольно важно. Если оно слишком велико, внутренний рабочий ток микросхемы вызовет рост выходного напряжения без нагрузки. Максимальное значение зависит от устройства — для отрицательной версии требуется меньшее сопротивление. Большинство дизайнеров используют значения около 100-220 Ом. Минимальный выходной ток для LM317 составляет около 5 мА или 10 мА для LM337. Использование резисторов 100 Ом гарантирует стабильный выход как для положительного, так и для отрицательного регулятора.

Легко вычислить значение R2, потому что мы знаем, что оно содержит 12.5 мА и всегда будет на 1,25 В меньше выходного напряжения. Следовательно, для выхода 15В получаем …

I R2 = 12,5 мА
В R2 = В ВЫХ — 1,25 = 13,75
R2 = В / I = 13,75 / 12,5 = 1,1 кОм

Это сильно отличается от формулы, представленной в техпаспорте, и хотя процесс немного дольше, по крайней мере, вы можете запомнить, как это сделать, потому что он основан на простой математике (закон Ома), который гораздо легче запомнить, чем формула.Из-за допуска опорного напряжения (1,2 — 1,3 В) фактическое выходное напряжение может варьироваться от 14,4 В до 15,6 В (±1%), хотя большинство ИС будет ближе к расчетному значению. Разница напряжений не имеет значения для цепей операционных усилителей. Формула, представленная в техническом описании, равна …

.
V OUT = 1,25 × (1 + R2 / R1) + I ADJ × R2

Это учитывает ток регулировочного штифта (обычно 50 мкА), который добавит около 55 мВ при 1.Используются резисторы номиналом 1к. В общем, нет смысла стремиться к такому уровню точности, потому что микросхема представляет собой регулятор напряжения , а не прецизионный эталон. Если вам нужна точность, вы должны использовать прецизионный источник опорного напряжения, такой как TL431, LM336, LT1009, или решение, описанное в SLYT183 — Прецизионные источники опорного напряжения от Texas Instruments.

Назначение D1 такое же, как описано выше — он предотвращает повреждение, подаваемое на выход регулятора. D2 должен разрядить C2.Если этот диод отсутствует, регулировочный штифт может на мгновение стать больше, чем выход (например, если выход закорочен), что повредит ИС. D3 немного сложнее.

Если вы строите один регулятор, D3 можно не указывать. Однако, если вы используете источник питания с двойной полярностью (например, ±15 В), D3 должен быть включен (на оба источника). Это защитный диод, который не дает выходу регулятора стать отрицательным, что может привести к отключению микросхемы …  , и она не восстановит ! Но как это могло случиться? Когда используются два источника, неизбежно, что один будет немного быстрее другого.Нагрузка (операционные усилители или другие схемы) обычно использует только заземление (заземление) в качестве эталона, поэтому мощность потребляется между источниками, а , а не от каждого источника на землю. Тот, который появится первым, может заставить выход более медленного регулятора изменить полярность, и это может привести к тому, что ИС зафиксируется в состоянии неисправности, из которого она не сможет восстановиться.

Это реальная проблема, и диоды (D3 и его противоположный номер на отрицательном питании) должны быть включены .Это можно увидеть на принципиальной схеме проекта 05. Ситуация может усугубиться тем, что проблема может быть прерывистой, и ее трудно отследить, если вы не знаете, что искать.


4 — Повышение тока от регуляторов IC

Нередко вам может потребоваться гораздо больший выходной ток, чем вы можете получить от микросхемы регулятора с 3 выводами. Существуют версии TO-3 с более высоким током, но этого может быть недостаточно, например, если вы питаете большой микшерный пульт.Существует очень распространенный трюк, который используется для увеличения выходной мощности, и для положительного стабилизатора требуется просто добавить один резистор и силовой транзистор PNP. Если вы используете TIP36C (самый доступный и дешевый силовой транзистор, который вы можете получить), легко получить до 10 А, хотя вам нужно обеспечить очень хороший радиатор и тщательно управлять входным напряжением, чтобы обеспечить безопасную рабочую зону. не превышен.


Рис. 7. Усиленный регулируемый регулятор с использованием LM317 и TIP36C

Регулятор IC обеспечивает ток до предела, определяемого резистором R3.Как только напряжение на R3 превысит 0,7 В, Q1 и Q2 включатся и будут подавать столько тока, сколько требуется нагрузке. Входное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить надлежащее регулирование при более высоком токе, а размер крышки основного фильтра также должен быть соответствующим, чтобы свести к минимуму пульсации на входе. Вышеупомянутая схема обычно требует обмотки трансформатора со среднеквадратичным значением 20 В, а диоды также должны выдерживать максимальный непрерывный ток.

Внимание — защиты от короткого замыкания нет, потому что регулятор не сможет отключить добавленные транзисторы в случае неисправности.Вы, , могли бы спасти транзисторы, установив предохранитель, как показано на рисунке, но не рассчитывайте на это. Несмотря на очевидные ограничения, это очень полезная схема, и ее часто рекомендуют в спецификациях и примечаниях по применению. В показанной конфигурации, предполагающей 25 В постоянного тока на входе, стабилизатор обеспечивает максимум около 320 мА плюс ток базы транзисторов, а два TIP36C обеспечивают остальное. Рассеивание Q1 и Q2 будет почти 50Вт при выходном токе 5А, поэтому радиатор и крепление должны быть отличными.Тепловое сопротивление всего 0,5°C/Вт между корпусом и радиатором вызовет повышение температуры каждого транзистора на 12,5°C, и использование транзисторов с параллельным проходом абсолютно необходимо.

В некоторых примечаниях по применению предлагается использовать драйверный транзистор и параллельные проходные транзисторы, но это необходимо только в том случае, если регулятор не может обеспечить достаточный ток для обеспечения необходимого тока базы. Если мы допускаем значение FE h FE, указанное в техническом описании TIP35C/36C, равное 25, стабилизатор на 1 А может питать достаточное количество транзисторов, чтобы получить выходной ток 25 А.У кого-нибудь есть схема, которая требует 10000 операционных усилителей?


5 — Базовый регулятор тока

«Простейший» регулятор тока состоит из высоковольтного источника питания и резистора. Например, если у вас есть источник питания постоянного тока 1 кВ и резистор 1 кОм, это даст вам 1 А на нагрузке в диапазоне от нуля до примерно 20 Ом (с регулировкой 2%). Хотя концепция проста, реализация не совсем точна: источник питания 1 кВ при 1 А — это действительно серьезно, и резистору потребуется номинальная мощность 1000 Вт (1 А при 1 кВ — это 1 кВт).Таким образом, хотя концепция проста, ее реализация сложна, дорога и опасна.

В отличие от регулирования напряжения, не существует простого диода, который может выполнять регулирование тока. «Диоды» регулятора тока существуют, но на самом деле это не диоды, а микросхемы (обычно содержащие полевой транзистор и резистор). Номинальная мощность, как правило, очень ограничена, и они подходят только для работы с довольно низким током. Любой полевой транзистор с режимом обеднения (JFET) можно использовать в качестве простого регулятора тока, но доступный ток будет довольно низким, как и максимальное напряжение.В отличие от стабилитронов, стабильность невелика, и они действительно полезны только там, где точность не требуется. Большинство из них ограничено ~ 20 мА или около того и при относительно низких напряжениях (<50 В). Рассеиваемая мощность обычно не превышает 500 мВт.

Однако для очень точной регулировки тока можно использовать пару транзисторов, а приложенное напряжение ограничивается только напряжением пробоя транзисторов. Максимально доступный ток в основном определяется безопасной рабочей зоной проходного транзистора.Как и в случае с регулятором напряжения, вам нужно знать требования, прежде чем начать. Как и во всем, что связано с электроникой, необходимо идти на компромиссы, и вам необходимо знать основные параметры, прежде чем вы решитесь на использование кремния.


6 — Более совершенный регулятор тока

Не существует по-настоящему простого регулятора тока, который можно было бы использовать для тока, необходимого для светодиодов — наиболее распространенной нагрузки, которую вы найдете на данный момент. Ток, необходимый для типичных мощных светодиодов, составляет от 350 мА до 700 мА при прямом напряжении ~3.5V для каждой серии белых светодиодов. Если у нас есть 5 светодиодов по 1 Вт последовательно, нам нужно минимальное напряжение 17,5 В (мы будем использовать источник постоянного тока 22 В) при токе 300 мА.

Схема на дискретном транзисторе с использованием дешевого МОП-транзистора будет работать на удивление хорошо и довольно проста в реализации. У него есть небольшая проблема с термической стабильностью, но мы можем использовать это в своих интересах. Схема показана ниже, и это просто мощная версия очень распространенного источника тока. МОП-транзистор будет рассеивать немногим более 1.2 Вт, и эта мощность полностью тратится впустую (радиатор для MOSFET необходим). Однако это ненамного больше, чем можно было бы ожидать от потерь импульсного стабилизатора тока, работающего при тех же напряжении и токе, а в некоторых случаях может быть даже меньше.

D5 (стабилитрон 12 В) не является обязательным и защищает затвор от перенапряжения. Схема регулирования работает достаточно быстро, чтобы гарантировать, что напряжение на затворе никогда не превысит 6 В, даже если повышение напряжения питания будет мгновенным.Однако включение стабилитрона обеспечивает защиту затвора, если нагрузка отключена (или разомкнута цепь) или если цепь подключена неправильно (если вы ее соорудите).


Рис. 8. Дискретный источник тока на полевом МОП-транзисторе

Почему я решил использовать МОП-транзистор, а не биполярный транзистор для Q2? В данном случае все дело в минимизации потерь тока в базе проходного транзистора, а МОП-транзистору не нужен ток затвора. Резистор 10 кОм подает ток коллектора ~ 2 мА на Q1, и это необходимо для работы транзистора и для обеспечения напряжения на затворе.Ток контролируется транзистором Q1, который включится, когда напряжение на резисторе R2 достигнет ~0,7 В. Когда Q1 включается, Q2 выключается (частично), потому что напряжение на затворе уменьшается. Существует состояние равновесия, которое возникает за считанные микросекунды, и система устойчива. Если изменится импеданс нагрузки или входное напряжение, схема компенсирует это. Если бы компенсация была идеальной, не было бы пульсаций тока через нагрузку — это был бы чистый постоянный ток. Показанная схема создает около 380 мкА пик-пик (среднеквадратичное значение 117 мкА) пульсаций через нагрузку при среднем токе 308 мА.

Q1 имеет нормальный отрицательный температурный коэффициент 2 мВ/°C для любого кремниевого транзистора, поэтому, если он нагреется, ток упадет. Мы можем использовать это, чтобы определить, нагреваются ли светодиоды, и уменьшить ток для компенсации. Если Q1 находится при 50°C, ток снижается до 290 мА. Хотя это нельзя считать полной компенсацией, это все же лучше, чем ничего. Эта общая форма линейного регулятора тока может использоваться везде, где вам нужно, чтобы ток оставался постоянным независимо от изменений нагрузки.Однако вы должны знать о температурной зависимости Q1, потому что она существует независимо от того, полезна она или нет.

Цепь регулятора тока не будет иметь значительных отклонений между нулевой нагрузкой и максимальной нагрузкой (16,7 В, что при 300 мА эквивалентно 55,5 Ом). Его можно использовать с любым светодиодом мощностью от 1 до 5 1 Вт без изменения тока, хотя рассеивание полевого МОП-транзистора естественным образом увеличивается при использовании менее 5 светодиодов. На самом деле, это настолько хорошо, что даже измерить текущее изменение в симуляторе сложно.Однако, если суммарное напряжение на MOSFET и R2 составляет менее ~ 1,5 В, он больше не сможет обеспечивать номинальный ток. Кроме того, имейте в виду, что современные полевые МОП-транзисторы , а не действительно подходят для использования в линейных схемах, но вы можете обойтись без них, если ток низкий (как в данном случае).

Схема на рис. 8 имеет одну проблему, заключающуюся в том, что выходной ток зависит от напряжения питания. Это связано с переменным током через Q1 (через R1). Тем не менее, изменение невелико и становится довольно линейным, когда напряжение выше необходимого для регулирования.Ток варьируется от 308 мА (вход 19 В) до 312 мА (вход 30 В). Это более чем приемлемо, но его можно улучшить, запитав Q1 от источника тока. Это добавляет сложности, которые трудно оправдать, но для некоторых других приложений это может быть требованием.

В показанной схеме «опорное напряжение» равно 0,7 В и представляет собой просто напряжение база-эмиттер транзистора Q1. Чтобы создать источник тока, который не зависит от температуры, необходимо использовать прецизионный эталон с температурной компенсацией.Излишне говорить, что это добавляет сложности для небольшого выигрыша в реальном выражении.


6.1 — Дифференциальное напряжение входа-выхода

Регулятор тока ничем не отличается от регулятора напряжения тем, что у него должно быть достаточно «запасного» напряжения, чтобы он мог нормально функционировать. В случае схемы, показанной выше, MOSFET почти ничего не нужно (около 200 мВ), а на R2 должно быть напряжение — 650-700 мВ. Как только входное напряжение падает ниже этих комбинированных напряжений (около 1 В), либо из-за низкого напряжения сети, либо из-за того, что напряжение пульсаций слишком велико, схема больше не может регулироваться.Ток через нагрузку никогда не может быть выше, чем предполагалось, но он может быть намного ниже при слабом питании или высокой пульсации.

Величина необходимого дополнительного напряжения зависит от схемы, но неразумно ожидать, что схема будет регулировать ток в близких пределах, если запаса по напряжению недостаточно. Если напряжение чрезмерное, рассеяние в последовательном устройстве увеличивается, и мощность теряется в виде тепла. Если предполагается, что нагрузкой является резистор, который потребляет такой же ток, как и обычная нагрузка, закон Ома гласит, что имеющееся напряжение должно быть выше, чем то, которое необходимо для подачи желаемого тока через резистор.

Например, как отмечалось выше, для 5 светодиодов мощностью 1 Вт при токе 300 мА потребуется напряжение ~16,7 В, что эквивалентно резистору сопротивлением 55,5 Ом. Мгновенное напряжение питания всегда должно быть не менее 17,7 В, чтобы полевой МОП-транзистор мог регулировать ток до 300 мА. Стоит отметить, что со стандартным импульсным блоком питания с регулируемым током ситуация не отличается — входное напряжение всегда должно быть больше, чем максимальное напряжение на нагрузке в худшем случае. Повышающе-понижающие импульсные стабилизаторы могут изменять свой режим работы в зависимости от входного напряжения.

Импульсный стабилизатор выигрывает, когда входное напряжение намного больше, чем требуется нагрузке, так как эффективность будет намного выше. При одном и том же токе нагрузки ток от источника питания с импульсным стабилизатором фактически уменьшается по мере увеличения напряжения питания. С линейным регулятором ток остается прежним, а мощность потерь (в виде тепла) увеличивается. Тем не менее, импульсные регуляторы выходят за рамки этой статьи.


7 — Регулятор тока ИС

Обычные микросхемы регулятора переменного тока также могут использоваться в качестве регуляторов тока.Примеры показаны в таблицах данных (и ниже), и они работают достаточно хорошо. Эти схемы используют опорное напряжение 1,25 В, поэтому токоизмерительный резистор должен сбрасывать это напряжение во время нормальной работы ограничителя тока. В отличие от показанной выше версии, в которой используется чувствительный резистор 2,2 Ом на 300 мА (резистор рассеивает ~200 мВт), если вы используете, например, LM317, считывающий резистор должен быть около 4,2 Ом и рассеивать около 400 мВт. Конечно, это не имеет большого значения, но это также означает, что на стабилизаторе требуется немного более высокий перепад напряжения.

Стандартный LM317, используемый в качестве регулятора тока, имеет отличные характеристики. Недостатком является то, что опорное напряжение составляет 1,25 В, тогда как «опорное» напряжение для показанной выше дискретной версии составляет всего 0,7 В. Это означает, что LM317 нуждается в большем запасе напряжения. Моделирование показывает, что схема, показанная ниже, не будет правильно регулировать ток, пока входное напряжение не превысит 19,8 В, включая минимальный уровень пульсаций напряжения. C2 используется для обеспечения того, чтобы цепь не колебалась.


Рис. 9. LM317 в качестве источника тока

Разницу в опорном напряжении легко увидеть, взглянув на токоизмерительный резистор — R1 на рис. 9 и R2 на рис. 8. В то время как 2,2 Ом достаточно для схемы на рис. быть оценена в 1 Вт. LM317 интересует только одно — напряжение на R1. При условии, что это напряжение может поддерживаться на уровне внутреннего опорного напряжения (1,25 В), выходной ток фиксируется на уровне 300 мА.Текущее равно …

I = V REF / R1
I = 1,25 / 4,15 = 301,2 мА

Если у вас есть лишнее напряжение, резистор R1 может быть 4,7 Ом с параллельным резистором и подстроечным резистором, как показано на рис. 10. Дворник подключается к клемме регулировки LM317, что позволяет вам изменять ток. Показанная схема позволяет изменять ток от 267 мА до 340 мА с помощью VR1.


Рис. 10. LM317 в качестве регулируемого источника тока

Вы можете использовать LM317 в качестве регулируемого регулятора тока до максимально допустимого тока и рассеиваемой мощности.Он далеко не так эффективен, как импульсный регулятор тока, но его легко собрать на плате-прототипе или даже на полоске с бирками. Его можно использовать для прототипирования и проверки концепции или даже в качестве автономного источника питания для управления мощными светодиодами при тестировании радиатора и схемы освещения (например). Как и в схеме на рисунке 8, ток будет практически одинаковым независимо от количества используемых светодиодов мощностью 1 Вт. Это предполагает, что прямое напряжение светодиодов, конечно, примерно на 4-5 В меньше, чем напряжение питания.


8 — отрицательные регуляторы

В этой статье рассматриваются только положительные стабилизаторы, но отрицательные стабилизаторы легко изготавливаются с использованием тех же основных схем, но с деталями противоположной полярности (перевернутые стабилитроны, транзисторы PNP вместо NPN и наоборот и т. д.). Таким образом, отрицательные регуляторы не рассматриваются сами по себе. Отрицательным эквивалентом регуляторов 78xx является серия 79xx, а LM317 соответствует LM337.

Тем не менее, есть одна конфигурация, которая на первый взгляд кажется, что она не будет работать, но она настолько полезна, что показана здесь.Требуется немного нестандартного мышления, чтобы понять, что если одна сторона источника питания регулируется (например, положительная), то по определению другая сторона (отрицательная) также должна регулироваться. Если бы было иначе, электроника в целом просто не имела бы никакого смысла и не работала бы.


Рис. 11. Положительное и отрицательное напряжение с использованием только положительных регуляторов

На самом деле блоки питания могут быть совершенно отдельными, а просто подключаться к минусу верхнего регулятора/блок питания, подключенному к плюсу нижнего.Таким образом можно подключить два отдельных импульсных источника питания, и он работает с любым типом источника питания, если между их вторичными обмотками нет другого соединения, кроме того, которое вы делаете сами. Вы даже можете иметь разные напряжения для источников питания +ve и -ve, если хотите (но это не часто бывает полезно).


9 – Методы опорного напряжения

Для всех регуляторов напряжения и тока требуется опорное напряжение, поскольку оно используется в качестве фиксированной точки, с которой можно сравнивать выходное напряжение или ток.Идеальный источник опорного напряжения будет полностью нечувствителен к возрастному дрейфу, температуре и изменениям входного напряжения, поэтому он всегда будет оставаться на одном и том же напряжении. Излишне говорить, что идеального эталона не существует, но некоторые схемные приемы довольно близки.

Как отмечалось во введении, в схемах клапанов использовались газоразрядные трубки, которые не отличались особой точностью и стабильностью. С появлением кремниевых полупроводников ситуация значительно улучшилась, и эталоном стали стабилитроны.Стабилитрон на 6,2 В имеет дополнительный положительный и отрицательный температурный коэффициент (tempco) и достаточно стабилен в разумном диапазоне температур. Однако напряжение не меняет с током, поэтому простой резистор не обеспечит опорное напряжение с желаемой стабильностью. Это препятствие обычно преодолевается за счет питания стабилитрона от источника постоянного тока — обычно двух, причем один обеспечивает опорный ток для второго.

Если бы можно было построить источник тока, который был бы нечувствителен как к приложенному напряжению, так и к температуре, то самым простым из известных эталонов напряжения был бы резистор.Если определенный (и идеально отрегулированный) ток проходит через резистор с очень низкой температурой, то напряжение на этом резисторе должно быть постоянным. Конечно, вы не можете потреблять какой-либо ток нагрузки, и для создания прецизионного источника тока вам потребуется прецизионное опорное напряжение. Пройдя полный круг, становится очевидно, что нужно что-то более практичное.

Стабилитроны

с напряжением пробоя около 6,2 В могут работать при определенном токе и будут демонстрировать очень близкую к нулю температуру, если ток правильный.К сожалению, это не указано в спецификациях, и оптимальный ток варьируется от одного диода к другому. Точный необходимый ток можно найти экспериментально, но этот метод требует много времени, и немногие люди будут так склонны (включая меня). Это особенно верно, когда можно легко и дешево приобрести прецизионные эталонные диоды.

В µA723 (и LM723) используется стабилитрон на 5,7 В с низким темпом. Еще лучше использовать стабилитрон на 5,6 В с температурой +2 мВ/°C (типично) последовательно с диодом, смещенным в прямом направлении, с температурой -2 мВ/°C — результат нулевой.Никогда не получится быть идеальным, и прямой ток все равно должен жестко контролироваться, чтобы получить стабильное напряжение.

В современных ИС наиболее распространенным эталоном является запрещенная зона. Обратите внимание, что хотя схема называется запрещенной зоной, на самом деле она не зависит от ширины запрещенной зоны кремния (около 1,205 эВ — электрон-вольт), а просто имеет примерно такое же эффективное напряжение. Да, я знаю, что это не имеет особого смысла и сбивает с толку, но так оно и есть.Существует много различных широко используемых версий, и большинство из них в значительной степени зависят от методов обработки ИС. Если бы вы построили его из отдельных частей, он почти наверняка был бы непригоден для использования. Нахождение на одном куске кремния и со всеми частями в непосредственной близости означает, что все соединения имеют одинаковую температуру друг с другом. Эталоны ширины запрещенной зоны используют схемы с одинаковыми, но противоположными температурными коэффициентами — точно так же, как стабилитрон и диод, описанные выше, но при более низком и более полезном напряжении.«Стандартное» (если такое существует) опорное значение ширины запрещенной зоны имеет напряжение от 1,2 до 1,5 В — например, номинальное опорное напряжение для LM317 составляет 1,25 В.

Если вы хотите точно знать, как делается ссылка на ширину запрещенной зоны, в сети есть много информации. Тем не менее, большая часть из них не особенно полезна, потому что она очень техническая, и большинство статей посвящено методам изготовления ИС. Конечно, это имеет смысл, потому что вы должны иметь изготовление ИС, чтобы создать работоспособный эталон ширины запрещенной зоны.Однако для полноты картины ниже показана типичная схема. Идея состоит в том, что есть две взаимодополняющие части цепи с одинаковыми, но противоположными температурными коэффициентами. Ток часто жестко регулируется, и схемы с запрещенной зоной в ИС нередко используют опорное напряжение запрещенной зоны для стабилизации тока питания, питающего опорную схему!


Рис. 12. Концептуальная схема эталонной ширины запрещенной зоны

Некоторые примеры прецизионных источников опорного напряжения включают LM113 (первый, выпущенный в 1971 году и разработанный Бобом Видларом), TL431 и LM336 (оба регулируемые), а также многие другие.Концептуальная схема LM113 показана выше. Обратите внимание, что физическая площадь Q2 сделана в 16 раз больше, чем Q1, и это один из нескольких факторов, заставляющих схему работать. Большинство используют подобную технику.

Интересно отметить, что если вам нужен прецизионный источник тока, вам нужен прецизионный источник опорного напряжения. В идеале, особенно если входное напряжение может изменяться более чем на небольшую величину, лучшим способом питания прецизионного источника опорного напряжения является источник тока.Однако это не должно создавать головоломки, потому что источник опорного тока должен быть только хорошим, а не идеальным. Мир прецизионных источников (будь то напряжение или ток) требует большого внимания к деталям, и необходимо свести к минимуму колебания входного напряжения, тока нагрузки и температуры. Операционные усилители часто необходимы, потому что они имеют точно подобранные входные транзисторы, которые остаются практически при одинаковых температурах.

Там, где требуется предельная точность , всегда было обычной практикой использовать духовку с электронным управлением для повышения температуры окружающей схемы до уровня, достаточного для того, чтобы изменения атмосферной температуры оказывали минимальное влияние или не влияли на температуру схемы.Излишне говорить, что это необходимо только тогда, когда выполняются измерения с гораздо более высокой точностью, чем обычно — такие методы обычно используются в очень высокоточных измерителях, но не являются необходимыми для большинства повседневных приложений. Современный эталон ширины запрещенной зоны часто обеспечивает точность, необходимую для большинства измерений.


10 — Змеиное масло

Прискорбно, но неизбежно, что некоторые люди будут ассоциировать регуляторы напряжения с «магическими» свойствами, способными каким-то образом влиять на «темп, ритм, время и пространство» (и нет, я тоже не знаю, что это должно означать) как звуковая сцена, басовый «авторитет», высокие частоты «воздух» и, в более широком смысле, вкус и ощущение во рту хлопьев для завтрака.Это последнее утверждение (к сожалению) не глупее любого другого. Почти все без исключения это вопиющая чепуха, и никогда не будет подкреплено результатами двойных слепых испытаний или значимыми измерениями.

Есть несколько «особых» дизайнов, которые привлекли внимание, но я не собираюсь доверять им, называя имена. Есть несколько (очень мало ! ) конструкций, которые требуют лучшего, чем обычно, регулирования, обычно требующего более низкого уровня шума, чем можно достичь с помощью готовых ИС стабилизаторов.Часто это происходит из-за того, что схемотехника также сильно пропитана змеиным маслом и может иметь особенно плохое отклонение источника питания или быть чрезмерно чувствительной к импедансу источника питания.

Нет никаких сомнений в том, что некоторые из «специальных» регуляторов могут иметь превосходную производительность при гораздо более низком уровне шума, чем обычные типы ИС. Если вы хотите поэкспериментировать, они могут быть очень образовательными и доставят массу удовольствия, когда вы экспериментируете с ними. Тем не менее, они , а не заставят любой грамотный аудиодизайн звучать «лучше» или даже «по-другому», особенно те, которые используют операционные усилители.

Ничего из того, что я скажу, и протесты других здравомыслящих дизайнеров, конечно, никого не изменят. Если люди склонны верить в «волшебный» аспект звука, они почти наверняка услышат разницу, и это мнение не будет опровергнуто двойным слепым тестированием, что укрепляет веру в то, что мы можем слышать вещи, которые невозможно измерить или количественно оценить с помощью науки или физики. Этот механизм «веры» является частью нашей психики, и даже когда вы знаете, что нет никаких изменений, наш разум легко обмануть.

Единственным действительным тестом является двойной слепой тест, но простой тест A-B легко настраивается. императивно то, что вы не знаете, какое положение переключателя какое, потому что это противоречит самой идее А-В-тестирования. В идеале, если вас не будет в комнате, подключится кто-то другой (который не будет виден). Если вы не можете выбрать тестируемый проект с точностью не менее 70% в ходе ряда тестов, выбор «А» или «В» находится в пределах случайного выбора (т.е. чисто догадки).


Выводы

Регулируемые источники питания используются повсеместно и считаются необходимыми во многих случаях, даже если схемы могут работать достаточно хорошо и без регулирования. Простой факт заключается в том, что регулирование источников питания дает нам свободу использовать схемы, которые в противном случае вносили бы в схемы большое количество шума. Обычно дешевле (и конечный результат меньше) использовать стабилизатор, чем пытаться использовать более продвинутые фильтры для удаления гула и шума 100/120 Гц от источника питания.

В первые дни, когда клапаны (вакуумные лампы) были единственными доступными усилительными устройствами, регулирование было сложным и дорогим. Клапанные регуляторы использовались только в случае крайней необходимости из-за стоимости и дополнительных проблем с надежностью. По нынешним меркам стабильность регулирования была довольно обычной, но ее было достаточно для применений того времени. В большинстве случаев разработчики шли на многое, чтобы использовать фильтрацию для удаления фоновых помех (100 Гц или 120 Гц) в источниках питания.В фильтрах использовались катушки индуктивности, резисторы и конденсаторы для удаления шума из наиболее чувствительных частей схемы, а регулируемые источники питания были практически неслыханными в бытовом оборудовании.

Сегодня у нас есть огромное количество ИС регуляторов, прецизионных ИС опорного напряжения и доступ к схемам, которые стоили бы невероятно дорого всего 50 лет назад. Одной из первых микросхем регуляторов была почтенная микросхема µA723, которая производилась рядом компаний после ее появления.Впервые он был выпущен Fairchild в 1967 году и до сих пор существует. Сомнительно, что многие люди будут использовать его для чего-либо, кроме как для ремонта существующего продукта, и поэтому я не включил схему, использующую его. Несмотря на свой возраст, это по-прежнему очень хорошая микросхема, которая часто используется, например, в настольных источниках питания.

Для повышения точности в некоторых случаях вы обнаружите, что один регулятор обеспечивает напряжение для второго регулятора — схема с двойной регулировкой, иногда известная как «суперрегулятор».Это только изолирует второй стабилизатор от колебаний входного напряжения, но если шум, регулировка нагрузки или температурная стабильность второго стабилизатора не идеальны, конечный результат, вероятно, не стоит затраченных усилий. Вы, вероятно, получите очень хорошее подавление гула, но в любом случае этого легко добиться. Имейте в виду, что один немного неуместный провод или заземление шасси в источнике питания могут легко свести на нет эффекты регуляторов с точки зрения подавления гула/жужжания.

Существует много различных ИС стабилизаторов напряжения от разных производителей, и было бы сложно попытаться включить их все.Прецизионные эталоны также используются в АЦП и ЦАП , особенно в тех, которые предназначены для точных измерительных функций. Вы также должны включить микросхемы импульсного стабилизатора, как напряжения, так и тока — некоторые из них оптимизированы для одного или другого. Количество устройств огромно, особенно с коммутационными типами. Каждый год в каталоги поставщиков добавляются новые устройства, причем большая часть спроса на новые устройства обусловлена ​​спросом на «твердотельное» (светодиодное) освещение.

Линейные стабилизаторы гораздо проще спроектировать и построить, чем любой вид импульсного регулятора, потому что в них не задействованы высокие частоты и не нужно беспокоиться о магнитных компонентах.Это делает линейный вариант разумным выбором для тестирования проекта, даже если заранее известно, что окончательный источник питания будет переключаемого типа. Проект должен быть завершен, и в первую очередь должны быть установлены требуемое напряжение, ток и тепловые требования. Когда все это известно, пришло время работать над окончательным дизайном переключателя.


Каталожные номера
  1. Трубки регулятора выброса газа — Википедия
  2. 78xx и 79xx Спецификации (включая версии с низким энергопотреблением)
  3. LM317/337 Листы данных
  4. Диод постоянного тока — Википедия
  5. Регулятор тока (регулирующий [так в оригинале]) Диоды — Semitec
  6. Искусство электроники, Пол Горовиц, издательство Кембриджского университета (© 1989)
  7. Эталоны ширины запрещенной зоны — Analog Innovations
  8. Дизайн ссылок на запрещенную зону: испытания и невзгоды — Боб Пиз


Основной индекс Указатель статей
Уведомление об авторских правах.  Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2012.  Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и защищена авторскими правами © Rod Elliott Июнь 2013 г.

Используя обычный операционный усилитель (операционный усилитель) и несколько других внешних компонентов, можно спроектировать линейные регуляторы напряжения , способные обеспечить превосходную производительность и особенно подходящие для питания маломощных нагрузок.

 "  Очередная статья из цикла про проектирование блоков питания.Мы проанализируем несколько аппаратных аспектов и аспектов моделирования. Вот предыдущая статья. Наслаждаться!  " 

В большинстве случаев линейные стабилизаторы используют замкнутый контур управления для поддержания постоянного выходного напряжения. Сегодня на рынке доступно несколько видов линейных стабилизаторов: одни имеют фиксированное выходное напряжение, другие имеют выходное напряжение, которое можно регулировать с помощью делителя напряжения. Существуют также регуляторы с отрицательным выходным напряжением. Наконец, регуляторы с малым падением выходного напряжения (LDO) способны регулировать напряжение, даже когда его входное значение очень близко к выходному значению.

Схемы

Схема, показанная на рис. 1 , не только выполняет функцию регулятора напряжения, но и может генерировать стабилизированное выходное напряжение с погрешностью менее 1%. Схема питается нерегулируемым постоянным напряжением и использует транзистор (Q 1 ) в конфигурации эмиттерный повторитель, помещенный в петлю обратной связи. Транзистор предназначен для питания нагрузки током, превышающим максимальное значение, доступное только для операционного усилителя, в то время как стабилитрон (на примере рис. 1 , V Z = 12 В) обеспечивает входное опорное напряжение. V REF на ОУ.Резистор R 1 рассчитан на поляризацию стабилитрона, удерживая его в области обратной проводимости. Операционный усилитель используется в качестве компаратора напряжения: на неинвертирующем входе находится опорное напряжение V REF (названное так потому, что оно остается постоянным при изменении входного напряжения), а на инвертирующем входе — напряжение, которое будет генерироваться на выходе.

Рис. 1. Линейный стабилизатор напряжения с операционным усилителем

Выходное напряжение ОУ, В ОУ , можно рассчитать следующим образом:

V ОУ = A × (V НЕ-ИНВ – V ИНВ )

Где В NON-INV и В INV — напряжения соответственно на неинвертирующем и инвертирующем входе, а A — усиление в разомкнутом контуре операционного усилителя.Теоретически A имеет бесконечную стоимость, но на самом деле наиболее распространенные операционные усилители имеют значения от 100 000 до 1 000 000.

Как изменить выходное напряжение

В схеме рис.1 выходное напряжение равно опорному напряжению, подаваемому на неинвертирующий вход ОУ. Различные значения выходного напряжения, однако зависящие от напряжения Zener V Z , могут быть получены двумя различными способами. Первый предполагает размещение делителя переменного напряжения параллельно стабилитрону, подключение его центрального гнезда к неинвертирующему входу ОУ.Второй метод относится к схеме неинвертирующего операционного усилителя, показанной на рис. Делитель напряжения, построенный на резисторах R 1 и R 2 , таков, что:

В ВЫХ = В ВХОД × ((R 1 + R 2 )/R 1 )

7 Рис. 2. Регулятор напряжения на основе операционного усилителя

Пример показан на рис. 3 : опорное напряжение, подаваемое стабилитроном, в этом случае равно 5 В, а входное напряжение равно 15 В.При значениях , показанных на рисунке 3 , получаем:

В ВЫХОД = 5 × ((10k +10k)/10k) В = 10 В

Рис. 3. Линейный понижающий регулятор напряжения

Линейные регуляторы напряжения: плюсы и минусы

Основными преимуществами линейных регуляторов напряжения являются их низкая стоимость и простота использования. Доступные на рынке линейные регуляторы представляют собой высокоинтегрированные устройства с уменьшенным количеством контактов: это позволяет разработчикам легко создавать источники питания с использованием очень небольшого количества внешних компонентов.Кроме того, они обеспечивают быструю реакцию на изменения напряжения нагрузки, генерируя практически полное отсутствие пульсаций выходного напряжения. В отличие от импульсных регуляторов, на линейные регуляторы не влияет шум, создаваемый высокочастотным переключением. Основным недостатком линейных регуляторов является их неэффективность, в основном из-за чрезмерного рассеивания мощности транзистора Q 1 , работающего в линейной области. Поскольку КПД определяется соотношением V OUT / V IN , отсюда следует, что схема (рис. 3, ) имеет КПД, равный 10 В/15 В = 66.6% и, следовательно, 33,4% энергии рассеивается в виде тепла. Поэтому необходимо предусмотреть соответствующие системы охлаждения, такие как радиаторы или теплорассеивающие слои на печатной плате, изготовленные из меди или других металлов.

Для получения дополнительной информации:

Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильная, промышленная и потребительская. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, повышающих производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей.Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на проектирование силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут посвящены таким основным темам, как силовой преобразователь, управление движением, полупроводники и терморегулирование. Электронная книга Power Electronics News представляет собой интерактивный подход к информированию о новейших технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на конкретных рынках.

Как использовать регуляторы напряжения в цепи

Введение

В этом уроке мы рассмотрим, как использовать стабилизатор напряжения в цепи!

Регуляторы напряжения

предназначены для поддержания и стабилизации уровня напряжения.Регуляторы присутствуют в большинстве электронных устройств и могут использоваться для понижения и управления выходным напряжением от источника высокого напряжения, рассеивая избыточную энергию в виде тепла. Это отлично подходит для приложений, где вам нужно несколько дискретных напряжений для разных устройств в одной цепи, так как вы можете использовать регуляторы напряжения для понижения от одного источника с более высоким выходным напряжением!

Большинство регуляторов напряжения имеют 3 контакта:

Вход — это входное напряжение от исходного источника.Например аккумулятор или блок питания. Вы подаете выход этого устройства на вход регулятора. Вход всегда должен быть как можно более чистым и всегда должен быть выше требуемого выходного напряжения. Большинство регуляторов напряжения имеют минимальное указанное входное напряжение, поэтому убедитесь, что вы его придерживаетесь (иначе выходное напряжение может быть ниже ожидаемого)

Земля — требуется общее заземление между входным и выходным напряжениями. Он должен соединяться с землей в цепи и необходим для работы регулятора.

Output — Выходной контакт выдает регулируемое напряжение.

Как использовать регуляторы напряжения в цепи?

Как работают регуляторы напряжения, это отдельная тема, поэтому мы не будем подробно на ней останавливаться. Достаточно сказать, что регуляторы напряжения — это, по сути, рассеиватели напряжения, которые преобразуют избыточное напряжение в тепло. Большее входное напряжение приведет к перегреву регулятора напряжения, так как избавиться от этого избыточного напряжения будет сложнее, поэтому пользователи должны знать об этом!

Ваша настенная розетка выдает переменный ток, в то время как большинство приборов питаются от постоянного тока.Одной из функций источника питания является снижение и преобразование этого сигнала переменного тока в постоянный, однако в зависимости от качества используемого источника питания в линии может остаться «шум», и это может вызвать проблемы для регуляторов напряжения.

Если ваш регулятор расположен на расстоянии более 25 см (10 дюймов) от источника питания, вам необходимо добавить конденсаторы на вход (0,33 мкФ) и выход (0,10 мкФ), чтобы отфильтровать любой остаточный шум переменного тока в линии. Регуляторы напряжения работают наиболее эффективно, когда на них подается чистый сигнал постоянного тока, а эти обходные конденсаторы помогают уменьшить любые пульсации переменного тока.По сути, они закорачивают шум переменного тока сигнала напряжения на землю и фильтруют только постоянное напряжение в регуляторе.

Эти два конденсатора не являются обязательными и могут быть опущены, если вас не слишком беспокоит уровень линейного шума, например, если вы добавляете несколько светодиодов с резисторами. Однако, если вы собираете что-то вроде зарядного устройства для мобильного телефона или используете выход для оценки логики, вам понадобится хорошая чистая линия постоянного тока, поэтому мы рекомендуем включить конденсаторы!

0.Керамический конденсатор емкостью 33 мкФ следует подключать после источника напряжения и перед входом регулятора напряжения. Второй конденсатор, керамический конденсатор 0,1 мкФ, должен быть подключен после выхода регулятора напряжения.

В приведенной выше схеме у нас есть источник 12 В, который нам нужно отрегулировать до 5 В, чтобы наш светодиод работал! GND в этой схеме — это просто отрицательная сторона этого источника 12 В.

Первый конденсатор емкостью 0,33 мкФ закорачивает любые помехи переменного тока в линии на землю и очищает сигнал для входа нашего регулятора.Регулятор в этой схеме представляет собой регулятор TS7805CZ (5 В 1 А), который затем понижает сигнал напряжения 12 В до 5 В и подает его на выход.

Конденсатор емкостью 0,1 мкФ дополнительно очищает сигнал постоянного тока, что дает нам хороший чистый источник 5 В. Мы можем использовать для питания любые 5-вольтовые устройства, в данном случае светодиод, но вы можете подключить любое 5-вольтовое устройство!

Есть несколько моментов, о которых следует помнить при использовании стабилизаторов напряжения в цепи:

  • Всегда дважды проверяйте выходное напряжение с помощью мультиметра перед подключением цепи.Последнее, что вы хотите сделать, это взорвать свое 5-вольтовое устройство, по ошибке пропустив через него большое напряжение
  • Большинство регуляторов имеют только 3 порта (IN/OUT/GND). Если контактов больше, убедитесь, что вы знаете, что они делают, и не требуются ли какие-либо посторонние компоненты.
  • Избыточное напряжение рассеивается регулятором в виде тепла, поэтому будьте осторожны при проектировании и использовании цепей. Если вы понижаете большое напряжение, регулятор будет выделять больше тепла, и вам может понадобиться радиатор, чтобы гарантировать, что ваш регулятор не сгорит.Если кажется, что слишком жарко, вероятно, слишком жарко!
  • Регулятор напряжения

— самодельный Toli

В этом сообщении обсуждается тема, которой я уже давно делился на нескольких других форумах. Я решил опубликовать ее здесь, в блоге, на тот случай, если в какой-то момент она станет недоступна на этих форумах, так как это довольно старый пост. У меня больше нет оригинальных схем, поэтому я просто копирую изображения с более низким разрешением из своего исходного поста.

Многие стабилизаторы напряжения используют умножитель емкости как метод увеличения эффективной емкости нагрузки.Некоторые используют его как полноценный «регулятор» напряжения (хотя в этом случае он больше похож на фильтр, чем на регулятор), в то время как другие используют его как фильтр нижних частот (ФНЧ) для усилителя ошибки в ядре усилителя. регулятор. Основная идея состоит в том, чтобы использовать BJT-транзистор в качестве повторителя для усиления тока конденсатора на ~hfe (коэффициент усиления по току малого сигнала) транзистора, заставляя конденсатор выглядеть так, как если бы он был на ~hfe больше по номиналу. Эта простая структура показана на рис. 1.

Рис. 1. Упрощенная схема регулятора

Продолжить чтение «Эффективное использование умножителя емкости для регуляторов напряжения»

Предисловие: до сих пор все сообщения, которыми я поделился, были завершены в одном сообщении.Это было связано с тем, что я ждал, пока я закончу с этим, и только тогда опубликовал. Это позволило мне собрать/проверить (при необходимости) и было гораздо более полным для читателей. Однако в последнее время мне все труднее находить время, чтобы вычеркнуть пункты из моего списка «сделай сам». Довольно много элементов застревают на длительное время на стадии проектирования из-за нехватки времени, чтобы продвинуться вперед и завершить компоновку/сборку/тестирование платы. Поэтому я решил постепенно размещать некоторые из них в блоге в рамках проекта.Этот пост будет первым из нескольких таких проектов, которые будут разделены на несколько частей. Надеемся, что даже частичная информация, такая как схемы, окажется полезной для некоторых читателей.

Одна из вещей, которая долгое время была в моих «хотелках» — это программируемый блок питания (БП), который подойдет для работы с электронными лампами. Основная причина, по которой мне это нужно, заключается в том, что мне не хватает высоковольтного источника питания, который может достигать 400 В или более. Поэтому это и было основной целью дизайна, который я представлю в этом посте.Однако, учитывая, что большинство трансформаторов, предназначенных для этих целей, имеют вторичную обмотку низкого напряжения для нагревателей, имеет смысл иметь еще один канал, который также может питать шину нагревателя.

продолжить чтение «Программируемый блок питания для электронных ламп своими руками — часть 1»

Некоторое время назад я довольно много экспериментировал со старинными аудиоусилителями/ресиверами, и во многих из них я улучшал блок питания для слаботочных каскадов дифференциального усилителя.Это всегда была простая и дешевая задача, которая стоила потраченного времени, когда дело дошло до звука. Желая «сделать это по-другому», я не хотел использовать для этого микросхему, а предпочел использовать дискретную, но простую конструкцию. Схема, которую я придумал, очень хорошо подходила для таких приложений, и поэтому я решил, что было бы неплохо сделать из нее независимую плату регулятора для общего использования в аудиоустройствах, которые я создаю.

alexxlab / 01.12.1996 / Разное

Добавить комментарий

Почта не будет опубликована / Обязательны для заполнения *