Регулируемый стабилизатор тока

Содержание:

1. Общее устройство и технические характеристики
2. Диодные стабилизаторы тока
3. Видео

В электронной аппаратуре очень часто необходимо выполнять различные регулировки, в первую очередь связанные с источниками тока и блоками питания. Необходимые выходные характеристики и другие параметры позволяет получить регулируемый стабилизатор тока. В основном используется модель LM317 лучше всего подходящая для проектирования.

Устройство и технические характеристики

Регулируемые стабилизаторы тока успешно применяются в схемах источников питания и различных зарядных устройств. Данные приборы предназначены для стабилизации тока на заданном уровне. Благодаря их низкой стоимости, существенно упрощается разработка схем большинства электронных приборов. Работу этих устройств наглядно демонстрирует простой регулируемый стабилизатор напряжения и тока.

Для этого следует воспользоваться идеальным источником тока, обладающим бесконечно большой электродвижущей силой и значительным внутренним сопротивлением. Такие параметры позволяют получить в цепи ток с требуемыми характеристиками, независимо от сопротивления нагрузки. Таким образом, идеальный источник создает ток, имеющий постоянную величину при изменяющемся сопротивлении нагрузки в пределах от короткого замыкания до бесконечности.

Чтобы поддержать величину тока на неизменном уровне, значение ЭДС должно изменяться от величины больше нуля до бесконечности. В результате, стабильное токовое значение получается, благодаря важному свойству источника тока: с изменением сопротивления нагрузки происходит изменение ЭДС источника тока так, чтобы токовое значение оставалось постоянным.

В отличие от постоянного тока, реальные источники тока способны поддерживать ток на нужном уровне лишь в ограниченном диапазоне напряжения на нагрузке и ограниченном сопротивлении нагрузки. Реальный источник может работать даже с нулевым сопротивлением нагрузки, а также в режиме замыкания на выходе без каких-либо сложностей. То есть, при случайном замыкании выхода, прибор просто перейдет на другой режим работы, где сопротивление нагрузки выше нуля.

Как правило, практикуется использование реального источника тока с реальным источником напряжения. В качестве таких источников выступают: электрическая сеть, напряжением 220 В, частотой 50 Гц, аккумуляторы, лабораторные блоки питания, солнечные батареи, бензиновые генераторы и другие поставщики электроэнергии. С любым из них осуществляется последовательное включение регулируемого стабилизатора тока. Выход этого прибора соответственно используется в качестве источника тока.

Диодные стабилизаторы тока

Простейшие регулируемые стабилизаторы тока хорошо подходят для зарядного устройства. Они изготавливаются в виде двухвыводного компонента, ограничивающего ток, протекающий через него. Величина и точность параметров тока заранее устанавливается изготовителем. Корпус регулируемого стабилизатора в большинстве случаев очень похож на диод малой мощности. Поэтому данные устройства из-за внешнего сходства нередко называются диодными стабилизаторами тока.

Использование диодных стабилизаторов делает электрические схемы значительно проще и снижает общую себестоимость приборов. Они не только отличаются простотой исполнения, но и существенно повышают устойчивость работы различных электронных устройств. Уровень стабилизации тока обеспечивается в пределах 0,22-30 мА.

Диодные стабилизаторы очень хорошо зарекомендовали себя при работе со светодиодами, поскольку они обеспечивают надежность и требуемый режим работы. Эти устройства могут работать в диапазоне напряжений 1,8-100 В, защищая таким образом светодиоды от выхода из строя под действием импульсных и продолжительных изменений напряжения. Яркость свечения светодиода, его оттенки и цветовая гамма полностью зависят от тока, протекающего по нему. Одного диодного стабилизатора вполне достаточно для нормальной работы сразу нескольких светодиодов включенных в последовательную цепь.

Данная схема легко преобразуется в другие формы в зависимости от питающего напряжения и марки применяемых светодиодов. Их ток может задаваться с помощью одного или нескольких стабилизаторов, параллельно включенных в цепь. Количество светодиодов в схеме определяется диапазоном изменения напряжения. Диодные источники тока применяются в создании осветительных или индикаторных приборов, питающихся от постоянного напряжения. Питание стабильным током обеспечивает постоянную яркость источника света даже в случае перепадов напряжения. Необходимый режим питания нагрузки регулируется путем параллельного включения определенного количества стабилизаторов. Такая конструкция может быть легко изготовлена своими руками.

Работа стабилизирующих устройств хорошо видна на примере оптопары или оптрона. В состав этого электронного прибора входит светодиодный излучатель и фотоприемник. В процессе работы электрический сигнал преобразуется в световой, затем он передается по оптическому каналу и далее вновь преобразуется в электрический сигнал. Если питание светодиода осуществляется с помощью резистора пульсации напряжения, это может вызвать колебания яркости. Данная проблема успешно устраняется регулирующим диодным стабилизатором. Это позволяет избежать существенных искажений цифровых сигналов, передаваемых через оптопару и повысить надежность информационного канала.

Стабилизаторы тока не следует путать со стабилизаторами напряжения. Стабилизация выходного тока характеризуется изменяющимся выходным напряжением, тогда как нагрузочный ток всегда остается одинаковым.

Среди многих регулируемых стабилизаторов широкой популярностью пользуется стабилизатор на полевом транзисторе, подключаемого последовательно с сопротивлением нагрузки. При такой схеме ток нагрузки лишь незначительно изменяется, в отличие от входного напряжения. Сами полевые транзисторы работают под управлением электрического поля, поэтому они и стали так именоваться. Конструкция этих элементов включает внутреннюю переходную емкость, через которую во время переключения протекает небольшое количество тока. Таким образом, затраты на управление требуют лишь незначительной мощности.

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока

Многие электронные приборы для нормальной работы требуют наличия стабильного питающего электричества. Электрическая сеть, генераторы и химические элементы питания сами по себе не могут обеспечить это условие. Поэтому современная электроника снабжена блоками питания, в которых присутствуют стабилизаторы напряжения и тока.

Стабилизатор напряжения

Под ст. напряжения (U) понимают прибор, схемотехника которого собрана таким образом, что в автоматическом режиме позволяет удерживать уровень (U) на входе потребителя неизменным в заданных пределах. Применяют устройства в тех случаях, когда на источнике питания нет стабильного электричества.

В зависимости от рода электричества приборы бывают:

• переменного напряжения;
• постоянного напряжения.

По принципу действия:

• компенсационного типа;
• параметрические.

При помощи этих устройств невозможно достичь идеального выравнивания, но лишь частично сгладить дестабилизацию.

Стабилизатор тока

Стабилизаторы тока (I) иначе называют генераторами тока. Их основная задача – вне зависимости от того, какая нагрузка подключается на выходе устройства (имеется в виду сопротивление нагрузки), выдавать постоянно стабильный ток (I). Для обеспечения этого условия все без исключения приборы имеют входное сопротивление больших значений.

Сфера применения устройств обширна. Их используют в цепях питания светодиодных светильников, газоразрядных ламп и всегда в зарядных устройствах, где используется опция изменения величины зарядного тока.

В качестве простейшей схемы ст. выступает комбинация – источник напряжения плюс резистор. Это традиционная схема питания светодиодного индикатора. Недостатком такого технического решения является потребность в использовании источника питания высокого (U). Только это условие позволяет применить высокоомный резистор для достижения эффекта стабилизации.

Виды стабилизаторов

Рассматривая стабилизаторы напряжения и тока, нужно понимать, что они бывают разного типа для разного рода электричества. Так, классификация делит их на приборы для работы в цепях постоянного либо переменного электричества. По принципу получения стабилизации бывают компенсационные и параметрические схемы.

В устройствах параметрического типа применяют радиоэлементы, у которых вольт-амперная характеристика (ВАХ) имеет нелинейный вид. Так, этими элементами для работы с переменным напряжением выступают дроссели с насыщенным сердечником ферромагнитным. Вопрос стабилизации постоянного напряжения решается за счет стабисторов и стабилитронов. Ток стабилизируют при помощи транзисторов – полевиков и биполярников.

Стабилизаторы напряжения и тока компенсационного типа работают по принципу компенсации при сравнивании фактического параметра электричества с опорным, выдаваемым определенным узлом устройства. В таких системах имеется обратная связь, через которую приходит управляющий сигнал на регулирующий элемент. Под воздействием сигнала параметры прибора управляемого изменяются пропорционально изменению входного электричества, а на выходе оно остается стабильным. Компенсационные устройства бывают непрерывного регулирования, импульсные и непрерывно-импульсные.

И параметрические, и компенсационные стабилизаторы напряжения и тока можно охарактеризовать по массогабаритным, качественным и энергетическим показателям. К качественным для стабилизаторов (U) относятся:

• коэффициент стабилизации по напряжению на входе;
• внутреннее сопротивление схемы;
• коэффициент выравнивания пульсации.

Для стабилизаторов (I):

• коэффициент по входному (U) стабилизации тока;
• коэффициент стабилизации в процессе, когда нагрузка изменяется;
• коэффициент ст. температурный.

К параметрам энергетического характера причисляют:

• КПД;
• мощность, которую регулирующий элемент способен рассеивать.

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока

Чтобы получить стабилизацию с возможностью регулирования электрических параметров и более высоким коэффициентом, применяют сложные транзисторные схемы.

Схема состоит из:

• Ст. тока на транзисторе VT1. Его задача – выдавать постоянный ток на коллекторе, который далее идет через усилитель и на базу регулирующего элемента.
• Усилителя (I) на биполярнике VTy. Этот транзистор реагирует на падение напряжения на резистивном делителе.
• Регулирующий элемент на транзисторе VT2. Благодаря ему выходное (U) либо уменьшается, либо увеличивается.

Для питания бытовых приборов применяют стабилизаторы напряжения переменного тока. Стандартные параметры таких приборов:

• Возможность регулировки (U) на выходе, не искажая сигнал.
• Стабилизация большого разброса напряжения на входе от 140 до 260 вольт.
• Высокий показатель точности поддержания (U) с расхождением не более 2%.
• Высокий КПД.
• Наличие схем защиты от перегрузок.

Схемы стабилизаторов тока и напряжения

Параметрический прибор (U), собранный по однокаскадной схеме.

Схема состоит из:

• Стабилитрона, на котором падает одно значение напряжения вне зависимости от (I), проходящего через него.
• Резистора гасящего, где выделяется излишек (U) при увеличении тока.
• Диода, выполняющего роль температурного компенсатора.

По двухкаскадной схеме.

Такие схемы имеют лучшие показатели стабилизации, так как состоят из:

• Предварительного каскада стабилизации, выполненного на двух последовательно соединенных стабилитронах, где присутствует также термокомпенсация за счет положительного и отрицательного температурного коэффициентов радиоэлементов.
• Оконечного каскада стабилизации на стабилитроне и гасящем резисторе, который питается от первого каскада.

Параметрический прибор тока на полевике по схеме – исток-затвор закорочены.

Так как между истоком и затвором транзистора полевого отсутствует (U), то он пропускает только определенное значение (I) в независимости от изменений напряжения на входе. Недостаток схемы связан с разбросом характеристик полевиков, отчего сложно установить точное значение стабилизируемого тока.

Стабилизатор параметрический напряжения со встроенным токовым стабилизатором.

Схема является комбинацией однокаскадного стабилизатора напряжения, где вместо гасящего сопротивления включен элемент стабилизации (I) на полевике. Такое исполнение имеет больший коэффициент стабилизации.

Стабилизатор компенсационный с (U) постоянного значения и регулированием в непрерывном режиме.

Устройство стабилизации электричества своими руками

Современные стабилизирующие устройства реализованы в микросхемах. Собрать стабилизатор напряжения и тока своими руками можно, используя LM317. Это самая простая схема, не требующая наладки.

Вместо печатной платы можно использовать пластину гетинакса или текстолита. Не обязательно вытравливать дорожки. Схема простая, поэтому контакты удобнее сделать отрезками проводов.

Заключение

Важно знать, что все регулирующие элементы в схемах могут сильно греться, особенно это касается микросхем. Поэтому их необходимо устанавливать на радиатор.

Для надежной защиты бытового оборудования среди устройств промышленного образца можно применить стабилизатор напряжения переменного тока «Ресанта».

«Космический» блок битания или как я создавал регулируемый стабилизатор напряжения/тока

Автор: Садовой А.В.

   Так назвал этот блок питания Александр Борисов, когда я ему показал что в итоге получилось))) значит тому и быть, пусть мой БП теперь  носит гордое название — Космический)

   Как уже стало понятным, речь пойдет о блоке питания с регулируемым выходным напряжением, данная статья совсем не новая, с момента создания этого БП прошло уже 2 года, а тему все ни как не мог воплотить на сайте. На то время этот БП был для меня самым приемлемым по соображению доступности деталей и повторяемости. Схема блока питания была взята из журнала РАДИО 2006, выпуск №6. 

   Источник удобен для питания налаживаемых электронных устройств и зарядки аккумуляторных батарей. Стабилизатор построен по компенсационной схеме, которой характерен малый уровень пульсаций выходного напряжения и, несмотря на невысокий по сравнению с импульсными стабилизаторами КПД, вполне соответствует требованиям, предъявляемым к лабораторному источнику питания.

   Принципиальная электрическая схема источника питания показана на рис. 1. Источник состоит из сетевого трансформатора Т1 диодного выпрямителя VD3—VD6, сглаживающего фильтра СЗ—С6, стабилизатора напряжения DA1 с внешним мощным регулирующим транзистором VT1, стабилизатора тока, собранного на ОУ DA2 и вспомогательном двуполярном источнике его питания, измерителя выходного напряжения/тока нагрузки РА1 с переключателем SA2 «Напряже-ние’’/»Ток». 

   В режиме стабилизации напряжения на выходе ОУ DA2 высокий уровень, светодиод HL1 и диод VD9 закрыты. Стабилизатор DA1 и транзистор VT1 работают в стандартном режиме. При сравнительно небольшом токе нагрузки транзистор VT1 закрыт, и весь ток протекает через стабилизатор DA1. При увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения на резисторе R3, транзистор VT1 открывается и входит в линейный режим, включаясь в работу и разгружая стабилизатор DA1. Выходное напряжение задает резистивный делитель R6R10. Вращением ручки переменного резистора R10 устанавливают требуемое выходное напряжение источника.

   Сигнал обратной связи по току снимается с резистора R9 и поступает через резистор R8 на инвертирующий вход ОУ DA2. При увеличении тока сверх значения, устанавливаемого переменным резистором R8, напряжение на выходе ОУ уменьшается, открывается диод VD9, включается светодиод HL1 и стабилизатор переходит в режим стабилизации тока нагрузки индицируемый светодиодом HL1.

 В моем исполнении, почему то эта защита по току срабатывает только при КЗ.

 Идея такого совместного включения трехвыводного регулируемого стабилизатора и операционного усилителя заимствована из технического описания стабилизатора LM317T.

 Вспомогательный маломощный двуполярный источник питания ОУ DA2 собран на двух однополупериодных выпрямителях на VD1, VD2 с параметрическими стабилизаторами VD7R1, VD8R2. Их общая точка соединена с выходом регулируемого стабилизатора DA1. Такая схема выбрана из соображений минимизации числа витков вспомогательной обмотки III, которую нужно дополнительно намотать на сетевой трансформатор Т1. 

   Большинство деталей блока размещено на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1 мм.  Резистор R9 составлен из двух сопротивлением по 1,5 Ом мощностью 1 Вт. Транзистор VT1 закреплен на штыревом теплоотводе с внешними размерами 130x80x20 мм, представляющем собой заднюю стенку кожуха источника. Трансформатор Т1 должен иметь габаритную мощность 40…50 Вт. Напряжение (под нагрузкой) обмотки II должно быть около 25 В, а обмотки III — 12 В.

   При указанных на схеме номиналах элементов блок обеспечивает выходное напряжение 1,25…25 В, ток нагрузки — 15…1200 мА. Верхний предел напряжения при необходимости можно расширить до 30 В подборкой резисторов делителя R6R10. Верхний предел тока также можно поднять, уменьшив сопротивление шунта R9, но при этом придется установить диоды выпрямителя на теплоотвод, применить более мощный транзистор VT1 (например, КТ825А—КТ825Г) а возможно, и более мощный трансформатор. 

   Сначала монтируют и проверяют выпрямитель с фильтром и двуполярный источник питания для ОУ DA2, затем все остальное, кроме DA2. Убедившись в работоспособности регулируемого стабилизатора напряжения, впаивают ОУ DA2 и проверяют под нагрузкой регулируемый стабилизатор тока. Шунт R11 изготавливают самостоятельно (его сопротивление — сотые или тысячные доли ома), а добавочный резистор R12 подбирают под конкретный имеющийся микроамперметр. В моем источнике применен микроамперметр М42305 с током полного отклонения стрелки 50 мкА.

   Конденсатор С13 в соответствии с рекомендациями производителя стабилизатора К142ЕН12А желательно использовать танталовый, например, К52-2 (ЭТО-1). Транзистор КТ837Е может быть заменен на КТ818А— КТ818Г или КТ825А—КТ825Г. Вместо КР140УД1408А подойдут КР140УД6Б, К140УД14А, LF411, LM301A или другой ОУ с малым входным током и подходящим напряжением питания (может потребоваться коррекция рисунка проводников печатной платы). Стабилизатор К142ЕН12А можно заменить импортным LM317T.

   Если необходимо, чтобы выходное напряжение можно было регулировать от нуля, нужно в источник добавить гальванически развязанный дополнительный стабилизатор напряжения на 1,25 В (его можно собрать так же на К142ЕН12А) и подключить его плюсом на общий провод, а минусом — к соединенным вместе правым выводом и движком переменного резистора R10, предварительно отключенным от общего провода.

Ну а теперь то, как реализовал этот БП я. 

 Начались поиски радиокомпонентов:

Верхний предел по току расширил до 2,5 А применив шунт из стрелочного прибора типа «Ц»

Для отображения выходных параметров использовал АЦП ICL 7107, один АЦП для отображения тока, другой АЦП для напряжения.

 

Готовый цифровой блок на АЦП мне достался с прошлой работы, эти блоки уже списали из-за неработоспособности, к счастью что негодным был только внутрений измерительный транс, остальное все целое.

Рис. 2. Схема вольтметра 

Схему собрал с нуля, та что была в готовом блоке не подходила, поэтому пришлось лопатить инфу, искать даташиты в итоге схема получилась такая, в принципе ни чем не отличающаяся от той, что по даташиту. 

В процессе настроек, выяснилось, что АЦП можно питать и однополярным напряжением. Яркость сегментов индикаторов может быть различна, добавляя или удаляя 1N4148 диоды.

Настройка АЦП — Подстроечным резистором R5 10 кОм установить напряжение между выв. 35 и 36 равным 1 В. Приведенная схема — схема вольтметра, ниже привожу схему входного делителя для построения амперметра

 (рис. 3.)

Рис. 3. Делитель

При сборке амперметра необходимо исключить резистор R3 рис. 2 и на его место подключить делитель (на рисунке подписано «к 31 ноге») 

Для того, чтобы было возможным измерять токи от 20 мА до 2,5 А в делитель введена цепочка на резисторах R5-R8 (на схеме приведены часто применяемые диаппазоны), но я для себя как уже говорил выше ограничил до 2,5 А. Конденсатор в делителе — 100…470nF. Можно конечно в качестве отображения выходных параметров использовать мультиметры типа DT-838 встроив их в корпус блока питания.

Для питания всех АЦП не нашлось лишней обмотки на трансе, поэтому пришлось использовать еще один небольшой транс.

Трансформатор питающий АЦП, питает кулер для охлаждения силового транзистора и кренки, запасливый уж я по этому поводу) Можно было бы обойтись и без кулера.

Не стал рисовать питание АЦП, там все просто, диодный мост КЦ407, кренка на 5 вольт и два электролита

 

 

Корпус применил от высокочастотного миливольтметра

 Вот и получился Космический блок питания, извините за мою назойливость, но уж очень люблю применять светодиоды в качестве подсветки)))

 

Ну вот и все. Трудится БП и по сей день, а на дворе уже 2013 год.

Если что то не понятно написал или не правильно изложил мысль — пишите…