Стабилизатор напряжения на транзисторе и стабилитроне: Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Содержание

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Собираем первые устройства >

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Ага, все-таки зашел? Что, любопытство замучило? Но я очень рад. Нет, правда. Располагайся поудобнее, сейчас мы вместе произведем некоторые нехитрые расчеты, которые нужны, чтобы сварганить тот блок питания, который мы уже сделали в первой части статьи. Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных схемах.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов — это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это, так называемый параметрический стабилизатор.

Состоит он из двух частей:
1 — сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rб
2 — эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно за тем, чтобы напряжение оставалось тем каким нам надо, следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль как бы усилителя или если угодно — умощителя.

Два основных параметра нашего блока питания — напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки. Назовем их:
Uвых — это напряжение
и
Imax — это ток.

Для блока питания, который мы отгрохали в прошлой части, Uвых = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Сначала нам необходимо определить какое напряжение Uвх мы должны подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых.

Это напряжение определяется по формуле:

Uвх = Uвых + 3

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 17 вольт.

Едем дальше.

Определим, какой нам нужен транзистор VT. Для этого нам надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Считаем:

Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax

Тут надо учесть один момент. Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчете, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдает БП. А оно, в нашем случае, составляет 1,5 вольта. Если этого не сделать, то транзистор может накрыться медным тазом, поскольку максимальная мощность будет рассчитана неверно.

Смотри сам:

Если мы берем Uвых=14 вольтам, то получаем Pmax=1.3*(17-14)*1=3.9 Вт.
А если мы примем Uвых=1.5 вольта, то Pmax=1.3*(17-1.5)*1=20,15 Вт

То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Разумеется, транзистору это сильно не понравилось бы.

Ну вот, теперь лезем в справочник и выбираем себе транзистор.
Помимо только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Я выбрал КТ817 — вполне приличный транзистор…

Фу, ну вроде с этим справились. Пошли дальше.

Сначала определим максимальный ток базы свежевыбранного транзистора ( а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все — даже базы транзисторов).

Iб max=Imax / h31Э min

h31Э min — это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника Если там указаны пределы этого параметра — что то типа 30…40, то берется самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число — 25, с ним и будем считать, а что еще остается?

Iб max=1/25=0. 04 А (или 40 мА). Не мало.

Ну давайте будем теперь искать стабилитрон.
Искать его надо по двум параметрам — напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольтам, а ток — не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали.

Полезли опять в справочник…

По напряжению нам страшно подходит стабилитрон Д814Д, к тому же он у меня был под рукой. Но вот ток стабилизации… 5 мА нам никак не годится. Чего делать будем? Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на рисунок. Мы добавили в схему транзистор VT2. Сия операция позволяет нам снизить нагрузку на стабилитрон в h31Э раз. h31Э, разумеется, того транзистора, который мы только что добавили в схему. Особо не думая, я взял из кучи железок КТ315. Его минимальный h31Э равен 30, то есть мы можем уменьшить ток до 40/30=1.33 мА, что нам вполне подходит.

Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора Rб.

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)

где Uст — напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min — ток стабилизации стабилитрона.

Rб = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.

Теперь определим мощность этого резистора

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб.

То есть

Prб=(17-14)2/470=0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных — выходного напряжения и тока, мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

Однако не расслабляемся — нас еще ждет выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур однако).

Итак, смотрим на схему выпрямителя.

Ну, тут все проще и почти на пальцах. Учитывая то, что мы знаем, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор — 17 вольт, вычислим напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как и в начале — с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 17 вольт.

Учитывая то, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться 17/1,41=12 вольт.
Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12+2=14 вольт. Вполне может случится так, что такого трансформатора не найдется, не страшно — в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Едем дальше.

Определим емкость конденсатора фильтра.

Cф=3200Iн/UнKн

где Iн — максимальный ток нагрузки,
Uн — напряжение на нагрузке,
Kн — коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтам,
Kн=0,01.

Cф=3200*1/14*0,01=18823.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

Осталось выбрать выпрямительные диоды или диодный мост.

Для этого нам надо знать два основных параметра — максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается так

Uобр max=2Uн, то есть Uобр max=2*17=34 Вольта.

А максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вот вроде бы и все про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых — на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых — компенсационный стабилизатор.

<<—Часть 1—-Часть 3—>>

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах

Приведена техника упрощенного расчета параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Входное напряжение Uвх должно быть существенно выше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. А чтобы стабилитрон не вышел из строя ток через него ограничен постоянным резистором R1. Выходное напряжение Uвых будет равно напряжению стабилизации стабилитрона, а с выходным током ситуация сложнее.

Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон рабочего тока через него, например, минимальный ток стабилизации 5 mA, а максимальный 25 mA. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё.

И величина максимального значения этого тока будет зависеть и от сопротивления R1 и от минимального тока стабилизации стабилитрона, — максимальный ток нагрузки будет уменьшен на минимальный ток стабилизации стабилитрона. То есть, получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больший ток можно отдать в нагрузку. В то же время, ток через R1 не должен быть больше максимального тока стабилизации стабилитрона.

Рис. 1. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Так как, во-первых, стабилитрону необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, стабилитрон может выйти из строя при превышении максимального тока стабилизации, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким током потребления.

Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих ток не более максимального тока стабилитрона. Поэтому стабилизаторы по схеме на рис.1 используются только в схемах с небольшим током нагрузки.

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст — Іст.мин)*h31э.

где Іст. — средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h31э — коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001) / 2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h31 э — 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис.2 ток не более: (0,006645-0,0001) * 40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

Входное напряжение Uвх = 15V,
выходное напряжение Uвых = 12V,
максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать — стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h31э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h31э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст. мин) * h31э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А.

По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 240 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллектора. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р = (Uвх — Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р = (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на составном транзисторе

Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h31э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h31э будет примерно равен произведению h31э обоих транзисторов.

Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора.

Транзистор VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность и ток, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в схеме по рисунку 3. Но теперь у нас два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Это нужно учесть при выборе стабилитрона, — его напряжение стабилизации (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,ЗV больше требуемого выходного напряжения.

К тому же появился резистор R2. Его назначение — подавлять реактивную составляющую транзистора VТ2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе.

Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Иванов А. РК-11-17.

О стабилизаторах напряжения на транзисторах: схема правильного стабилитрона

Для работы электронной аппаратуры необходимо напряжение, обладающие точно заданными характеристиками. Но в промышленной сети напряжение постоянно меняется. Его уровень зависит от подключенных в систему предприятий, зданий и оборудования. Функционирование любого прибора напрямую зависит от напряжения, колебания данного параметра влияют на качество работы, например, при перепадах приемник может начать хрипеть или гудеть. Для того чтобы решить данную проблему, используют стабилизаторы на транзисторе.

Стабилизатор импульсного типа

Принцип работы стабилизатора

Одна часть этого оборудования отвечает за сравнение с эталонным значением, а другая – управляет параметрами. Если входящий параметр оказывается больше требуемого показателя, то система снижает его. Если же значение меньше, то характеристики повышаются. По этой же схеме регулируется вода в кране: когда поток меньше, чем надо, вентиль закручивается и наоборот.

Принцип стабилизации применяется на самом разном оборудовании, начиная от утюгов и заканчивая космической отраслью. Разница заключается только в технологии контроля и управления показателями.

Важно! Согласно существующему ГОСТу, напряжение в сети может изменяться в пределах до 5%, а в реальных условиях и 10% от указанного значения. Для качественного функционирования оборудования этот показатель не может превышать 0,1%.

Самая простая схема стабилизатора напряжения содержит всего лишь 2 элемента:

источник опорного напряжения – стабилитрон VD1;
балластный резистор R1.

Стабилитроном называют диод, который при определенных значениях напряжения стабилизации (обратно приложенного) начинает пропускать ток в обратном направлении. Если напряжение растет, при уменьшении внутреннего сопротивления стабилитрон продолжает удерживать напряжение в заданном значении. Принцип работы можно увидеть на схеме стабилизатора напряжения.

Схема и график работы стабилизатора

Если обратное напряжение растет, то стабилитрон оказывает сопротивление, а, значит, ток на выходе минимален. При достижении заданного параметра ток начинает расти. Затем, доходя до точки 1 на вольтамперной характеристике, напряжение перестает расти, несмотря на повышение показателей тока. На p-n переходе напряжение увеличивается только на резисторе, стабилитрон работает в заданном режиме. Конечно, любой стабилитрон может удерживать напряжение только в заданном значении, и после повышения показателей до точки 2 элемент может начать греться и выйти из строя. Расстояние между точками 1 и 2 называется рабочим участком.

Такой простой метод стабилизации подходит только для сетей, в которых применяют малые токи. Для того чтобы повысить нагрузочную способность, применяется эмиттерный повторитель в виде биполярного транзистора. Данный элемент повторяет приложенное напряжение. За счет этого нагрузка может быть на порядок больше. Можно использовать схему из нескольких транзисторов, тогда нагрузка еще сильнее увеличится.

При создании таких схем важно учесть, что из-за падения на участке p-n перехода выходное напряжение уменьшится. Поэтому необходимо выбирать стабилитрон с учетом потерь на переходах на транзисторах. На рисунке в схеме с двумя транзисторами также можно увидеть еще один резистор. Его используют для ликвидации реактивной составляющей второго транзистора.

Два простых стабилизатора

Принципы расчета характеристик

Основными показателями стабилизатора являются максимальное выходное напряжение Uвых, минимальное выходное напряжение Uвых1 и максимальный ток Imax. Допустим, что эти величины составляют 14 Вольт, 1,5 Вольта и 1 Ампер, соответственно. Вычисляем входное напряжение по формуле:

Uвх=Uвых+ 3, где 3 – это коэффициент падения напряжение на переходе коллектор – эмиттер.

Обратите внимание! Паспортные параметры транзистора должны обеспечивать функционирование в полуоткрытом режиме и выдерживать разницу напряжений, возникающую между выходным напряжением и выходными данными.

Далее следует рассчитать максимальную мощность Pmax, которую будет рассеивать транзистор:

Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax=1.3(17-14)=3.9 Вт;
Pmax=1.3(Uвх-Uвых1)Imax=1.3(17-1.5)=20,15 Вт.

Как видно, большее значение получается при расчете для минимального входного напряжения, и эта величина будет правильной, для того чтобы подобрать транзистор по справочнику. У нас это будет КТ817.

Важно! Значение напряжение должно быть больше входного значения, а ток – больше заданного максимального значения. Иначе элемент будет работать на пределе возможностей и быстро выйдет из строя.

Схема на полевом транзисторе

Теперь нужно учесть Iб max – ток базы самого транзистора:

Iб max=Imax/h31Э min, где h31Э min – коэффициент передачи тока (в нашем случае эта величина равна 25).

Iб max=1/25=0.04 А.

Зная эти показатели, можно определить характеристики стабилизатора напряжения на транзисторе. Стабилизированное напряжение равно 14 вольтам, а ток по формуле – 0.04 А. По этим показателям подходит Д814Д, но в этом случае ток базы будет составлять 0,005 А, то есть надо понизить выходные значение. Для этого используется второй транзистор (КТ315). За счет его использования нагрузка уменьшится на величину максимального коэффициента передачи тока второго транзистора (у нас h31Э=30). Таким образом, ток будет составлять 0,04/30=0,00133 мА.

Теперь определим показатели для Rб – балластного резистора:

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)=(17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом, где:

Iст min – ток стабилизации;
Uст – напряжение стабилизации стабилитрона.

Затем считаем балластную мощность:

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб=(17-14)2/473=0,02 Вт.

Параметры дополнительного резистора рассчитывают редко, при выборе этой детали нужно учесть только одно, что его значение тока должно быть меньше максимально нагрузочного. У нас используется резистор с сопротивлением в 1 Ом.

Компенсационные стабилизаторы

Рассмотренные выше схемы представляют собой параметрические стабилизаторы, то есть устройства, работающие на стабилитроне. Более точными считаются компенсационные схемы, где присутствует обратная связь, и уже стабилизирующую составляющую сравнивают с эталонными значениями. Основным преимуществом таких устройств является точное выходное напряжение, на которое практически не оказывает влияния ток нагрузки, тогда, как у параметрических систем именно нагрузка влияет на всю работу транзисторного стабилизатора.

Схема стабилизатора компенсационного типа может быть последовательной и параллельной. В первом варианте регулирующими элементами обычно являются транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы последовательного типа

На схеме:

Р – регулирующий элемент;
И – источник опорного (эталонного) напряжения;
ЭС – элемент сравнения;
У – усилитель постоянного тока.

Выходное напряжение для последовательного стабилизатора определяется по вышеуказанной формуле, где R4’ и R4’’, соответственно, верхняя и нижняя величина резистора R4. Транзистор VT1 выполняет роль регулирующего элемента, а VT2 стабилизирует, то есть сравнивает и при необходимости усиливает показатели. Источником опорного напряжения является стабилитрон VD1. Между базой и эмиттером VT2 напряжение определяется как разность UОП и UРЕГ. Если на нагрузке идет рост напряжения, то UРЕГ увеличивает и эмиттерные, и коллекторные токи VT2. Далее по схеме коллекторный ток идет на резистор R1, что вызывает падание напряжения. Это напряжение обратно по полярности для эмиттерной части VT1, поэтому коллекторные и эмиттерные токи данного транзистора падают, а номинальное напряжение на нагрузке восстанавливается.

Для плавной регулировки на выходной цепи стабилизатора используется делитель напряжения, состоящий из R3, R4, R5. Ступенчатое регулирование происходит с помощью опорного напряжения стабилитрона.

Типовая схема компенсационного стабилизатора параллельного типа

В компенсационном стабилизаторе напряжения параллельного типа при возникновении отклонения значения от номинального появляется сигнал рассогласования, который составляет разницу между опорным и выходным напряжением. Далее этот сигнал усиливается на регулирующей части, которая стоит параллельно нагрузке. За счет этого ток на регулирующем элементе изменяется, напряжение на резисторе R1 падает, а на выходе сохраняются постоянные показатели:

U1=U0–IBXR1=const.

Важно! КПД стабилизаторов параллельного типа небольшое, поэтому подобные схемы используются довольно редко.

Импульсные стабилизаторы

Кроме компенсационных и параметрических стабилизаторов, существуют импульсные схемы, в которых коэффициент полезного действия самый большой, даже если диапазон входных напряжений достаточно большой. Работа этих устройств основана на том, что регулирующий элемент отключается и выключается в импульсном режиме. Общая схема стабилизатора состоит из ключа, накопителя энергии и цепи управления. Накопитель и ключ вместе представляют силовую часть, вместе с цепью они составляют контур регулирования.

Импульсный стабилизатор напряжения можно собрать на основе 3 транзисторов. При этом VT1, VT2 составляют ключевой регулирующий элемент, а VT3 необходим для усиления сигнала рассогласования.

Схема импульсного стабилизатора

Алгоритм работы следующий:

С коллектора VT2 через конденсатор С2 на базу VT1 поступает напряжение положительной обратной связи;
VT2 при насыщении током от резистора R2 открывается;
На коллекторно-эмиттерном переходе при насыщенном VT1 меньше, чем напряжение для открывания VT2, значит, когда VT1 открыт, VT2 закрытый;
Усилитель на VT3 через эмиттер подключен к стабилитрону VD2, а база – к делителю выходного напряжения R5, R6, R7;
Таким образом, VT1 управляет закрыванием и открыванием VT2 по сигналу от VT3;
Когда VT2 открыт, происходит накопление энергии в дросселе, после закрывания энергия идет в нагрузку.

Каждая из представленных схем позволит собрать простейшей вариант стабилизаторов.

Видео

Оцените статью:

Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе — radiohlam.ru

Итак, справа изображена схема простейшего транзисторного стабилизатора напряжения.

Обозначения:

I_к — коллекторный ток транзистора
I_н — ток нагрузки
I_б — ток базы транзистора
I_R — ток через балластный резистор
U_вх — входное напряжение
U_вых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
U_ст — падение напряжения на стабилитроне
U_бэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

Как такой стабилизатор работает и чем его работа отличается от работы параметрического стабилизатора на стабилитроне? Да почти ничем их работа не отличается, — напряжение на выходе схемы остаётся стабильным в результате наличия на вольт-амперных характеристиках (стабилитрона и p-n перехода база-эмиттер транзистора) участков, на которых падение напряжения слабо зависит от тока. То есть как и у всех параметрических стабилизаторов стабильность достигается внутренними свойствами компонентов.

Действительно, как видно из рисунка, падение напряжения на нагрузке равно разности падений напряжений на стабилитроне и на p-n переходе БЭ транзистора. Поскольку падение напряжения на стабилитроне слабо зависит от тока (на рабочем участке оно равно напряжению стабилизации), падение напряжения на прямосмещённом p-n переходе тоже слабо зависит от тока (для кремниевого транзистора его можно взять примерно таким же, как для обычного кремниевого диода — примерно 0,6 Вольт), то получается, что и выходное напряжение тоже постоянно.

Теперь добавим немного математики.

С напряжением на нагрузке (выходным напряжением) уже всё понятно: U_вых=U_ст-U_бэ, давайте рассчитаем R₀ и область нормальной работы стабилизатора. Но прежде нарисуем рядом два рисуночка — кусок схемы нашего стабилизатора и кусок простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне:

Похоже, не правда ли? Более того, рассуждения и выводимые из них соотношения для расчёта R₀ и области нормальной работы тоже очень похожи.

Уравнение, описывающее токи и напряжения для выдранного выше куска схемы нашего стабилизатора:

U_вх=U_ст+I_RR₀, учитывая что I_R=I_ст+I_б, получим

U_вх=U_ст+(I_ст+I_б)R₀ (1)

Для нормальной работы стабилизатора (чтобы напряжение на стабилитроне всегда было в пределах от U_{ст min} до U_{ст max}) необходимо, чтобы ток через стабилитрон всегда был в пределах от I_{ст min} до I_{ст max}. Минимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном входном напряжении и максимальном токе базы транзистора. Зная это, найдём сопротивление балластного резистора:

R₀=(U_{вх min}-U_{ст min})/(I_{б max}+I_{ст min}) (2)

Если учесть, что в нашем случае, когда транзистор включен по схеме с общим коллектором, ток базы связан с током эмиттера соотношением I_э=I_б(h_21Э+1), ток эмиттера равен току нагрузки (потому что в цепь эмиттера же у нас нагрузка включена), а напряжение на стабилитроне в рабочем режиме меняется незначительно (вместо U_{ст min} возьмём просто U_ст), то получим, что

R₀=(U_{вх min}-U_ст)/(I_{н max}/(h_21Э+1)+I_{ст min}) (3)

h_21Э+1 — это коэффициент усиления по току для схемы с общим коллектором (h_21K), но поскольку h_21Э обычно достаточно большой, то нередко слагаемое «+1» выкидывают и считают, что h_21К=h_21Э, тогда формула (3) становится чуть проще:

R₀=(U_{вх min}-U_ст)/(I_{н max}/h_21Э+I_{ст min})

Максимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном токе базы транзистора и максимальном входном напряжении. Учитывая это и сказанное выше относительно минимального тока через стабилитрон, с помощью уравнения (1) можно найти область нормальной работы стабилизатора:

Перегруппировав это выражение, получим:

Или, по другому:

Если считать, что минимальное и максимальное напряжение стабилизации (U_{ст min} и U_{ст max}) отличаются незначительно (первое слагаемое в правой части можно считать равным нулю), а также то, что I_н=I_э=I_бh_21Э («+1» — выкинем), тогда уравнение, описывающее область нормальной работы стабилизатора, примет следующий вид:

(4)

Из этой формулы хорошо видно преимущество такого транзисторного стабилизатора над параметрическим стабилизатором на стабилитроне — при прочих равных параметрах у транзисторного стабилизатора выходной ток может меняться в более широких пределах.

Для примера опять возьмём стабилитрон КС147А (I_ст=3..53мА), и прикинем на какой максимальный ток мы сможем рассчитывать при понижении напряжения с 6. .10В до 5В при условии, что выходной ток может меняться от нуля до I_max. Транзистор возьмём КТ815А (h_21Э=40). Решив совместно систему уравнений (3), (4), получим R₀ около 110 Ом и максимальный ток порядка 550 мА.

Однако стоит заметить, что нестабильность выходного напряжения в данном случае будет ещё хуже, поскольку теперь к нестабильности напряжения на стабилитроне добавится ещё нестабильность падения напряжения на p-n переходе транзистора. Плюс мы ещё не учли, что выходное напряжение будет меньше, чем на стабилитроне на величину падения напряжения на p-n переходе, так что по хорошему нам бы надо было взять стабилитрон не на 4,7В, а на 5,1 или даже на 5,6 Вольт (я специально взял для примера такой же стабилитрон, как и в статье про параметрический стабилизатор на стабилитроне, чтобы нагляднее было видно насколько при одном и том же стабилитроне будет отличаться ток нагрузки).

Собственно, методы борьбы с нестабильностью здесь совершенно аналогичные — нужно как-то уменьшить нестабильность напряжения на стабилитроне. Для этого можно, как и в прошлый раз, взять более узкий рабочий участок ВАХ стабилитрона. Это естественно, также приведёт к сужению области нормальной работы (потому что диапазон изменения рабочего тока стабилитрона уменьшится), но в данном случае, когда область нормальной работы и так шире, чем у параметрического стабилизатора на стабилитроне (примерно в h_21Э раз), мы вполне можем себе позволить отказаться от части диапазона выходного тока и/или части диапазона входного напряжения ради увеличения стабильности выходного напряжения.

Ещё больше увеличить область нормальной работы можно, если использовать два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи (рисунок слева). В этом случае h_21Э будет гораздо больше.

Ну и самый писк — сделать компенсационный стабилизатор напряжения на операционном усилителе, поскольку коэффициент усиления ОУ не просто больше, а значительно, гораздо, во много — много раз больше, чем у любого транзистора (соответственно, мы сможем в ещё более узком диапазоне менять ток через стабилитрон, получим ещё меньшее изменение напряжения на нём и, как следствие, — ещё более стабильное выходное напряжение).

Есть другой вариант — можно вместо обычного стабилитрона взять интегральный стабилитрон, например, TL431. В этом случае, кроме значительно меньшей нестабильности, получим ещё и возможность регулирования выходного напряжения.

На закуску скажу, что лёгким движением руки такой стабилизатор напряжения можно превратить в стабилизатор тока (нужно просто стабилизировать напряжение не на нагрузке, а на специальном токоизмерительном резисторе).

Параметрический стабилизатор на транзисторе и стабилитроне своими руками

Как известно, ни одно электронное устройство не работает без подходящего источника питания. В самом простейшем случае, в качестве источника питания может выступать обычный трансформатор и диодный мост (выпрямитель) со сглаживающим конденсатором. Однако, не всегда под рукой есть трансформатор на нужное напряжение. Да и тем более, такой источник питания нельзя назвать стабилизированным, ведь напряжение на его выходе будет зависеть от напряжения в сети.
Вариант решения этих двух проблем – использовать готовые стабилизаторы, например, 78L05, 78L12.

Они удобны в использовании, но опять-таки не всегда есть под рукой. Ещё один вариант – использовать параметрический стабилизатор на стабилитроне и транзисторе. Его схема показана ниже.

Схема стабилизатора

VD1-VD4 на этой схеме – обычный диодный мост, преобразующий переменное напряжение с трансформатора в постоянное. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения, превращая напряжение из пульсирующего в постоянное. Параллельно этому конденсатору стоит поставить плёночный или керамический конденсатор небольшой ёмкости для фильтрации высокочастотных пульсаций, т.к. при большой частоте электролитический конденсатор плохо справляется со своей задачей. Электролитические конденсаторы С2 и С3 в этой схеме стоят с этой же целью – сглаживание любых пульсаций. Цепочка R1 – VD5 служит для формирования стабилизированного напряжения, резистор R1 в ней задаёт ток стабилизации стабилитрона. Резистор R2 нагрузочный. Транзистор в этой схеме гасит на себе всю разницу входного и выходного напряжения, поэтому на нём рассеивается приличное количество тепла.

Данная схема не предназначена для подключения мощной нагрузки, но, тем не менее, транзистор стоит прикрутить к радиатору с использованием теплопроводящей пасты.
Напряжение на выходе схемы зависит от выбора стабилитрона и значения резисторов. Ниже показана таблица, в которой указаны номиналы элементов для получения на выходе 5, 6, 9, 12, 15 вольт.

Вместо транзистора КТ829А можно использовать импортные аналоги, например, TIP41 или BDX53. Диодный мост допустимо ставить любой, подходящий по току и напряжению. Кроме того, можно собрать его из отдельных диодов. Таким образом, при использовании минимума деталей получается работоспособный стабилизатор напряжения, от которого можно питать другие электронные устройства, потребляющие небольшой ток.

Фото собранного мной стабилизатора:

Плата устройства

Автор – Дмитрий С.

Стабилизаторы напряжения на транзисторах: схема на стабилитроне

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.

Параметрический стабилизатор

Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.

Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой.

Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением.

При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.

На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.

Компенсационный стабилизатор

Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность подключать питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.

Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:

Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.

Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:

В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет.

Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится.

Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.

При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.

Стабилизаторы на микросхемах

Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.

Последовательный стабилизатор

1 – источник напряжения;
2 – Элемент регулировки;
3 – усилитель;
4 – источник основного напряжения;
5 – определитель напряжения выхода;
6 – сопротивление нагрузки.

Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.

Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке.

Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры.

При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.

Параллельный стабилизатор

1 – источник напряжения;
2 –элемент регулирующий;
3 – усилитель;
4 – источник основного напряжения;
5 – измерительный элемент;
6 – сопротивление нагрузки.

Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.

U вх – необработанное напряжение входа;
U вых –напряжение выхода.

Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора.

Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2.

Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.

Микросхема имеет вид:

Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.

Стабилизаторы на транзисторах

На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.

На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.

При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.

6 В — напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
7,5 В — напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
9 В — напряжение выхода, R1=180, Vd=10

На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно 12 В. Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.

Схема включения стабилизаторов напряжения

Источник: http://ostabilizatore.ru/shemy-prostyh-stabilizatorov-naprjazhenija.html

Стабилизатор тока: схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Яркость светодиодных источников зависит от протекающего тока, а он в свою очередь – от напряжения питания. В условиях колебания нагрузки возникает пульсация светильников. Для ее предотвращения используется специальный драйвер – стабилизатор тока. При поломках элемент можно сделать самостоятельно.

Конструкция и принцип работы

Стабилизатор обеспечивает постоянство тока при его отклонении

Стабилизатор обеспечивает постоянство показателей рабочего тока LED-диодов при его отклонении от нормы. Он предотвращает перегрев и выгорание светодиодов, поддерживает постоянство потока при перепадах напряжения или разрядке АКБ.

Простейшее устройство состоит из трансформатора, выпрямительного моста, соединенного с резисторами и конденсаторами. Действие стабилизатора основывается на следующих принципах:

подача тока на трансформатор и изменение его предельной частоты до частоты электросети – 50 Гц;
регулировка напряжения на повышение и понижение с последующим выравниванием частоты до 30 Гц.

В процессе преобразования также задействуются выпрямители высоковольтного типа. Они определяют полярность. Стабилизация электрического тока осуществляется при помощи конденсаторов. Для снижения помех применяются резисторы.

Разновидности токовых стабилизаторов

Светодиод загорается при достижении порогового значения тока. Для маломощных устройств этот показатель равняется 20 мА, для сверхъярких – от 350 мА. Разброс порогового напряжения объясняет наличие различных видов стабилизаторов.

Резисторные стабилизаторы

Для регулируемого стабилизатора параметров тока для маломощных светодиодов применяется схема КРЕН. Она предусматривает наличие элементов КР142ЕН12 либо LM317. Процесс выравнивания осуществляется при силе тока 1,5 А и напряжении на входе 40 В. В условиях нормального теплового режима резисторы рассеивают мощность до 10 т. Собственное энергопотребление составляет около 8 мА.

Узел LM317 удерживает на главном резисторе постоянную величину напряжения, регулируемую подстроечным элементом. Основной, или токораздающий элемент может стабилизировать ток, пропущенный через него. По этой причине стабилизаторы на КРЕН применяются для зарядки аккумуляторов.

Величина в 8 мА не изменяется даже при колебаниях тока и напряжения на входе.

Транзисторные устройства

Схема транзисторного стабилизатора напряжения

Регулятор на транзисторах предусматривает использование одного или двух элементов. Несмотря на простоту схемы при колебаниях напряжения не всегда бывает стабильный ток нагрузки. При его увеличении на одном транзисторе повышается напряжение резистора до 0,5-0,6 В. после этого начинает работать второй транзистор. В момент его открытия первый элемент закрывается, а сила и величина тока, проходящие через него, понижается.

Второй транзистор должен быть биполярным.

Две схемы для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2

Для реализации схемы с заменой стабилитронов на диоды применяются:

диоды VD1 и VD2;
резистор R1;
резистор R2.

Подача тока через светодиодный элемент задается резистором R2. Для выхода на линейный участок ВАХ-диодов с привязкой к току базового транзистора используется резистор R1. Чтобы транзистор сохранял устойчивость, напряжение питания не должно быть меньше суммарного напряжения диодов + 2-2,5 В.

Для получения тока 30 мА через 3 последовательно подключенных диода с напряжением 3,1 В по прямой производится запитка 12 В. Резисторное сопротивление должно равняться 20 Ом при мощности рассеивания 18 мВт.

Схема нормализует режим работы элементов, снижает токовые пульсации.

Схема с советскими транзисторами. Допустимое напряжение советских КТ940 или КТ969 – до 300 В, что подходит, если источник света – мощный SMD-элемент. Параметры тока задаются резистором. Напряжение стабилитрона составляет при этом 5,1 В, а мощность – 0,5 В.

Минус схемы – падение напряжения при повышении силы тока. Его можно устранить, заменив биполярный транзистор на MOSFET с низкими параметрами сопротивления. Мощный диод заменяется элементом IRF7210 на 12 А или IRLML6402 на 3,7 А.

Стабилизаторы тока на полевике

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Полевой элемент отличается закороченным истоком и затвором, а также встроенным каналом. При использовании полевика (IRLZ 24) с 3-мя выводами на вход подается напряжение 50 В, на выходе получается 15,7 В.

Для подачи напряжения задействуется потенциал заземления. Параметры тока на выходе зависят от начального тока стока, и не привязываются к истоку.

Линейные устройства

Стабилизатор, или делитель постоянного показателя тока принимает нестабильное напряжение. На выходе линейный прибор его выравнивает. Он функционирует по принципу постоянного изменения параметров сопротивления для выравнивания питания на выходе.

К преимуществам эксплуатации относятся минимальное число деталей, отсутствие помех. Недостатком является малый КПД при разнице питания на входе и выходе.

Феррорезонансное устройство

Стабилизатор для переменного тока устаревшей модели, схема которого представлена конденсатором и двумя катушками – с ненасыщенным и насыщенным сердечником. К насыщенному (индуктивному) сердечнику подается напряжение постоянного типа, не зависимое от параметров тока. Это облегчает подбор данных для второй катушки и емкостный диапазон стабилизации питания.

Устройство работает по принципу качелей, которые сразу сложно остановить или раскачать сильнее. Подача напряжения происходит по инерции, поэтому возможны падения нагрузки или разрыв цепи питания.

Особенности схемы токового зеркала

Классическая схема токового зеркала

Токовое зеркало, или отражатель выстраивается на паре транзисторов согласованного типа, т.е. с одинаковыми параметрами. Для их производства используется один светодиодный кристалл полупроводника.

Схема токового зеркала по уравнению Эберса-Молла. Принцип работы заключается в том, что транзисторные базы объединяются, а эмиттеры подкидываются на одну шину питания. В итоге параметры переходного напряжения сцепки «база – транзистор-эмиттер» равны.

Преимущества схемы заключаются в равном диапазоне устойчивости и отсутствии падения напряжение на резисторе-эмиттере. Параметры легче задаются при помощи тока. Недостаток заключается в эффекте Эрли – привязке напряжения на выходе к коллекторному и его колебания.

Схема токового зеркала Уилсона. Токовое зеркало может стабилизировать постоянную величину выходного тока и реализуется так:

Транзисторы № 1 и № 1 включены по принципу стандартного токового зеркала.
Транзистор № 3 фиксирует потенциал коллектора элемента № 1 на удвоенный параметр падения диодного напряжения.
Оно будет меньше, чем напряжение питания, что подавляет эффект Эрли.
Коллектор транзистора № 1 задействуется для установления режима схемы.
Ток на выходе зависит от транзистора № 2.
Транзистор № 3 трансформирует выходной ток в нагрузку с переменным напряжением.

Транзистор № 3 можно не согласовывать с остальными.

Стабилизатор компенсационного напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения

Выпрямитель работает по принципу обратной связи цепи для напряжения. Полное или частичное напряжение приравнивает к опоре. В результате стабилизатор генерирует параметры напряжения ошибки, устраняя колебания яркости для светодиодов. Прибор состоит из следующих элементов:

Регулирующий элемент или транзистор, который совместно с сопротивлением нагрузки образует делитель напряжения. Эмиттерный показатель транзистора должен превышать ток нагрузки в 1,2 раза.
Усилитель – управляет РЭ, выполняется на базе транзистора №2. Маломощный элемент согласуется с мощным по составному принципу.
Источник напряжения опоры – в схеме задействуется стабилизатор параметрического типа. Он выравнивает напряжение стабилитрона и резистора.
Дополнительные источники.
Конденсаторы – для сглаживания пульсаций, устранения паразитного возбуждения.

Стабилизаторы компенсационного напряжения работают по принципу увеличения входного напряжения с дальнейшим возрастанием токов. Закрытие первого транзистора увеличивает сопротивление и напряжение зоны коллектор-эмиттер. После подачи нагрузки оно выравнивается до номинала.

Устройства на микросхемах

Для стабилизующих приборов применяется микросхема 142ЕН5 или LМ317. Она позволяет выровнять напряжение, принимая по цепи обратной связи сигнал от датчика, подключенного к сети тока нагрузки.

В качестве датчика задействует сопротивление, при котором регулятор может поддерживать постоянное напряжение и ток нагрузки. Сопротивление датчика будет меньше сопротивления по нагрузке. Схему задействуют для зарядных устройств, по ней же проектируется ЛЕД-лампа.

Импульсные стабилизаторы

Импульсный прибор отличается высоким КПД и при минимальных параметрах входного напряжения создают высокое напряжение потребителей. Для сборки используется микросхема МАХ 771.

Регулировать силу тока будут один или два преобразователя. Делитель выпрямительного типа выравнивает магнитное поле, понижая допустимую частоту напряжения. Для подачи тока на обмотку светодиодный элемент передает сигнал транзисторам. Стабилизация на выходе осуществляется посредством вторичной обмотки.

Как сделать стабилизатор тока для светодиодов самостоятельно

Изготовление стабилизатора для светодиодов своими руками осуществляется несколькими способами. Новичку целесообразно работать с простыми схемами.

На основе драйверов

Понадобится выбрать микросхему, которую трудно выжечь – LM317. Она будет выполнять роль стабилизатора. Второй элемент – переменный резистор с сопротивлением в 0,5 кОм с тремя выводами и ручкой регулировки.

Сборка осуществляется по следующему алгоритму:

Припаять проводники к среднему и крайнему выводу резистора.
Перевести мультиметр в режим сопротивления.
Замерить параметры резистора – они должны равняться 500 Ом.
Проверить соединения на целостность и собрать цепь.

На выходе получится модуль с мощностью 1,5 А. Для увеличения тока до 10 А можно добавить полевик.

Стабилизатор для автомобильной подсветки

Для работы потребуется линейный прибор в виде микросхемы L7812, две клеммы, конденсатор 100n (1-2 шт.), текстолитовый материал и трубка с термоусадкой. Изготовление производится пошагово:

Выбор схемы под L7805 из даташита.
Вырезать из текстолита нужный по размеру кусок.
Наметить дорожки, делая насечки отверткой.
Припаять элементы так, чтобы вход был слева, а выход – справа.
Сделать корпус из термотрубки.

Стабилизирующее устройство выдерживает до 1,5 А нагрузки, монтируется на радиатор.

В качестве радиатора задействуется кузов машины за счет соединения центрального вывода корпуса с минусом.

Нюансы расчета стабилизатора тока

Расчет стабилизатора производится на основании напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. К примеру, напряжение входного делителя составляет 25 В, на выходе нужно получить 9 В. Вычисления предусматривают:

Подбор по справочнику стабилитрона. Ориентируются на напряжение стабилизации: Д814В.
Поиск среднего тока I по таблице. Он равен 5 мА.
Вычисление подающего напряжения как разности стабильного напряжения входа и выхода: UR1 = Uвx — Uвых, или 25-9=16 В.
Деление полученного значение по закону Ома на ток стабилизации по формуле R1 = UR1 / Iст, или 16/0,005=3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
Вычисление максимальной мощности по формуле РR1 = UR1 * Iст, или 16х0,005=0,08.

Через резистор проходит ток стабилитрона и выходной, поэтому его мощность должна быть в 2 раза больше (0,16 кВт). На основании таблицы данному номиналу соответствует 0,25 кВт.

Самостоятельная сборка стабилизатора для светодиодных устройств возможна только при знании схемы. Начинающим мастерам рекомендовано использовать простые алгоритмы. Рассчитать элемент по мощности можно на основании формул из школьного курса физики.

Источник: https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/kak-sdelat-stabilizatory-toka-dlya-svetodiodov-svoimi-rukami/

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Несложная схема для регулирования, а также стабилизации напряжения представлена на картинке выше, её сможет собрать даже новичок в электронике. К примеру, на вход подано 50 вольт, а на выходе получаем 15,7 вольт или другое значение до 27V.

Схема регулируемого стабилизатора

Основной радиодеталью данного устройства является полевой (MOSFET) транзистор, в качестве которого можно использовать IRLZ24/32/44 и другие подобные. Наиболее часто они производятся компаниями IRF и Vishay в корпусах TO-220 и D2Pak. Стоит около 0.58$ грн в розницу, на ebay 10psc можно приобрести за 3$ (0,3 доллара за штуку). Такой мощный транзистор имеет три вывода: сток (drain), исток (source) и затвор (gate), он имеет такую структуру: металл-диэлектрик(диоксид кремния SiO2)-полупроводник. Микросхема-стабилизатор TL431 в корпусе TO-92 обеспечивает возможность настраивать значение выходного электрического напряжения. Сам транзистор я оставил на радиаторе и припаял его к плате с помощью проводков.

Входное напряжение для этой схемы может быть от 6 и до 50 вольт. На выходе же получаем 3-27V с возможностью регулирования подстрочным резистором 33k. Выходной ток довольно большой, до 10 Ампер, в зависимости от радиатора.

Сглаживающие конденсаторы C1,C2 могут иметь ёмкость 10-22 мкФ, C3 4,7 мкФ. Без них схема и так будет работать, но не так хорошо, как нужно. Не забываем про вольтаж электролитических конденсаторов на входе и выходе, мною были взяты все рассчитаны на 50 Вольт.

Мощность, которую сможет рассеять такой стабилизатор напряжения не может быть более 50 Ватт. Полевой транзистор обязательно устанавливается на радиатор, рекомендуемая площадь поверхности которого не менее 200 квадратных сантиметров (0,02 м2). Не забываем про термопасту или подложку-резинку, чтобы тепло лучше отдавалось.

Возможно использование подстрочного резистора 33k типа WH06-1, WH06-2 они имеют достаточно точную регулировку сопротивления, вот так они выглядят, импортный и советский.

Для удобства на плату лучше припаять две колодки, а не провода, которые легко отрываются.

Печатная плата для дискретных элементов и переменного резистора типа СП5-2 (3296).

Стабильность неплоха и напряжение изменяется только на доли вольта на протяжении длительного времени. Готовая платка получилась компактна и удобна. Так как я планирую длительное время использовать это устройство для защиты дорожек окрасил всё дно платы зеленым цапонлаком. Автор материала — Егор.

Форум по БП

Обсудить статью Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Источник: https://radioskot.ru/publ/bp/stabilizator_naprjazhenija_na_polevom_tranzistore/7-1-0-1012

Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе

Итак, справа изображена схема простейшего транзисторного стабилизатора напряжения.

Обозначения:

Iк — коллекторный ток транзистора
Iн — ток нагрузки
Iб — ток базы транзистора
IR — ток через балластный резистор
Uвх — входное напряжение
Uвых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
Uст — падение напряжения на стабилитроне
Uбэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

Действительно, как видно из рисунка, падение напряжения на нагрузке равно разности падений напряжений на стабилитроне и на p-n переходе БЭ транзистора.

Поскольку падение напряжения на стабилитроне слабо зависит от тока (на рабочем участке оно равно напряжению стабилизации), падение напряжения на прямосмещённом p-n переходе тоже слабо зависит от тока (для кремниевого транзистора его можно взять примерно таким же, как для обычного кремниевого диода — примерно 0,6 Вольт), то получается, что и выходное напряжение тоже постоянно.

Теперь добавим немного математики.

С напряжением на нагрузке (выходным напряжением) уже всё понятно: Uвых=Uст-Uбэ, давайте рассчитаем R0 и область нормальной работы стабилизатора. Но прежде нарисуем рядом два рисуночка — кусок схемы нашего стабилизатора и кусок простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне:

Похоже, не правда ли? Более того, рассуждения и выводимые из них соотношения для расчёта R0 и области нормальной работы тоже очень похожи.

Уравнение, описывающее токи и напряжения для выдранного выше куска схемы нашего стабилизатора:
Uвх=Uст+IRR0, учитывая что IR=Iст+Iб, получим
Uвх=Uст+(Iст+Iб)R0 (1)

Для нормальной работы стабилизатора (чтобы напряжение на стабилитроне всегда было в пределах от Uст min до Uст max) необходимо, чтобы ток через стабилитрон всегда был в пределах от Iст min до Iст max. Минимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном входном напряжении и максимальном токе базы транзистора. Зная это, найдём сопротивление балластного резистора:

R0=(Uвх min-Uст min)/(Iб max+Iст min) (2)
Если учесть, что в нашем случае, когда транзистор включен по схеме с общим коллектором, ток базы связан с током эмиттера соотношением Iэ=Iб(h31Э+1), ток эмиттера равен току нагрузки (потому что в цепь эмиттера же у нас нагрузка включена), а напряжение на стабилитроне в рабочем режиме меняется незначительно (вместо Uст min возьмём просто Uст), то получим, что
R0=(Uвх min-Uст)/(Iн max/(h31Э+1)+Iст min) (3)
h31Э+1 — это коэффициент усиления по току для схемы с общим коллектором (h31K), но поскольку h31Э обычно достаточно большой, то нередко слагаемое «+1» выкидывают и считают, что h31К=h31Э, тогда формула (3) становится чуть проще:
R0=(Uвх min-Uст)/(Iн max/h31Э+Iст min)
Максимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном токе базы транзистора и максимальном входном напряжении. Учитывая это и сказанное выше относительно минимального тока через стабилитрон, с помощью уравнения (1) можно найти область нормальной работы стабилизатора:

Перегруппировав это выражение, получим:

Или, по другому:

Если считать, что минимальное и максимальное напряжение стабилизации (Uст min и Uст max) отличаются незначительно (первое слагаемое в правой части можно считать равным нулю), а также то, что Iн=Iэ=Iбh31Э («+1» — выкинем), тогда уравнение, описывающее область нормальной работы стабилизатора, примет следующий вид:

Для примера опять возьмём стабилитрон КС147А (Iст=3..53мА), и прикинем на какой максимальный ток мы сможем рассчитывать при понижении напряжения с 6..10В до 5В при условии, что выходной ток может меняться от нуля до Imax. Транзистор возьмём КТ815А (h31Э=40). Решив совместно систему уравнений (3), (4), получим R0 около 110 Ом и максимальный ток порядка 550 мА.

Плюс мы ещё не учли, что выходное напряжение будет меньше, чем на стабилитроне на величину падения напряжения на p-n переходе, так что по хорошему нам бы надо было взять стабилитрон не на 4,7В, а на 5,1 или даже на 5,6 Вольт (я специально взял для примера такой же стабилитрон, как и в статье про параметрический стабилизатор на стабилитроне, чтобы нагляднее было видно насколько при одном и том же стабилитроне будет отличаться ток нагрузки).

Это естественно, также приведёт к сужению области нормальной работы (потому что диапазон изменения рабочего тока стабилитрона уменьшится), но в данном случае, когда область нормальной работы и так шире, чем у параметрического стабилизатора на стабилитроне (примерно в h31Э раз), мы вполне можем себе позволить отказаться от части диапазона выходного тока и/или части диапазона входного напряжения ради увеличения стабильности выходного напряжения.

Ещё больше увеличить область нормальной работы можно, если использовать два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи (рисунок слева). В этом случае h31Э будет гораздо больше.

Источник: https://radiohlam.ru/prtrstab/

Простой мощный параллельный стабилизатор на транзисторах

В предлагаемой статье описываются принципы работы параллельного стабилизатора, и рассматривается возможность его применения для стабилизации питания мощных высококачественных усилителей НЧ. Приведена также схема полного источника питания с параллельным стабилизатором.

Среди радиолюбителей, а также в промышленных аудиоустройствах высокого качества широко используются параллельные стабилизаторы. В этих устройствах стабилизирующий элемент подключается параллельно нагрузке, что хорошо отражается на таком параметре стабилизатора, как его быстродействие. Фактически быстродействие стабилизатора определяется быстродействием стабилизирующего элемента.

Также к достоинствам параллельных стабилизаторов стоит отнести тот факт, что независимо от тока, потребляемого от стабилизатора, ток, потребляемый им самим от источника питания, остается неизменным.

Этот факт положительно отражается на уровне излучаемых БП в целом помех (за счет того, что девиации тока потребления не протекают через трансформатор и выпрямительный мост), хотя и служит причиной их низкого КПД.

Рассмотрим вышеизложенное на примере простейшего параллельного стабилизатора – параметрическом стабилизаторе на стабилитроне (рис.1.)

Резистор R0 задает суммарный ток, который будет течь через стабилитрон и подключенную, параллельно ему нагрузку.

Легко видеть, что при изменении тока нагрузки, ток через резистор R0 останется постоянным, изменится лишь ток, текущий через стабилитрон D1. Так будет происходить, пока будет выполняться условие (1):IНR0-Iст.мин.

(1)
где IН — ток нагрузки,
IR0 — ток через R0,
Iст.мин. – минимальный ток стабилизации стабилитрона D1

Быстродействие данного стабилизатора будет определяться в основном скоростью изменением величины барьерной емкости стабилитрона [1], а также временем заряда-разряда конденсатора С1.

Однако у подобных стабилизаторов есть и недостатки – в частности для получения более-менее приличного коэффициента стабилизации (>100), через стабилитрон должен течь ток, соизмеримый с током нагрузки.

Это обстоятельство, с учетом того, что подавляющее количество стабилитронов рассчитано на ток до 100 мА, затрудняет использование параметрических стабилизаторов в мощных устройствах.

Чтобы обойти это препятствие, параллельно стабилизатору ставят мощный активный элемент, например MOSFET транзистор, как показано на рисунке 2.

В этой схеме стабилитрон лишь задает стабильное напряжение на затворе транзистора Q1, через цепь сток-исток которого и течет основной ток. Стабилитрон VD3 предохраняет Q1 от пробоя ввиду высоковольтности данной реализации. Подробнее о работе этой схемы можно прочитать в [2].

Схема, приведенная на рисунке один способна работать с большими токами (ограничивается предельными характеристиками примененного мосфета), но выделяет большую мощность и имеет низкий КПД(менее 30% – если падение на резисторе R1 сравнительно велико, ток через мосфет сравним с током через нагрузку, величины входного и выходного напряжений не превышают 100 В), что в мощных приложениях является серьезным недостатком.

Но ток текущий через мосфет, можно заметно снизить без ущерба для коэффициента стабилизации, если устранить источник нестабильности в данной схеме. Остановимся на нем подробнее.

При изменении напряжения на входе стабилизатора изменяется ток, текущий через резистор R1, это изменение можно снизить увеличением номинала этого резистора, но это, в свою очередь потребует увеличение падения напряжения на этом резисторе, а следовательно снизит КПД.

Оптимальным решением, на мой взгляд является замена этого резистора на источник тока, на котором падение напряжение можно будет установить равное сумме девиации входного напряжения+2-3 вольта для нормально работы активного элемента источника тока.

С учетом этих дополнений была разработана схема источника питания с параллельным стабилизатором, представленная на рисунке 3.

Функцию токозадающего резистора здесь выполняет источник тока на транзисторе Q1. Для снижения нестабильности выдаваемого им тока, он запитан от другого источника тока меньшей мощности, который в свою очередь запитан через RCR фильтр для снижения пульсаций.

Резистором R7 можно грубо регулировать рабочий ток стабилизатора, резистором R4 плавно. Резистором R8 можно подстроить выходное напряжение стабилизатора в небольших пределах. R6 представляет собой нагрузку БП, потребляющую около 600 мА.(без нагрузки БП не подключать!).

Транзисторы Q1 и M1 можно установить на общем радиаторе площадью не менее 500 кв.см.

Основные технические характеристики стабилизатора (с входным и выходным RC-фильтрами):

Выходное напряжение = 12В.
Входное напряжение > 18В.
Ток нагрузки – 600 мА
Потребляемый ток – 750 мА (при номиналах, указанных на схеме, изменяется подбором резистора R2,R7,R4 – в порядке величины влияния)
Уровень пульсаций на выходе — -112дБ
КПД=57%

Легко видеть, что представленная схема обладает достаточно высокими параметрами в части КПД и Кст, сравнимыми с характеристиками компенсационных последовательных стабилизаторов, при этом практически полностью сохраняя достоинства параллельных стабилизаторов.
При этом схема достаточно проста, не требует дефицитных деталей, и может быть сконструирована даже начинающими радиолюбителями.

При входном напряжении до 50В в схеме можно применить – Q1-BD244C, Q2-BC546А, M1-IRF630. В качестве стабилитрона D7 можно применить любой на напряжение 8,2 В, диоды D1-D4 например SF54, диоды D5,D6,D8,D9 – например 1N4148.

Литература:

Жеребцов И.П. Основы электроники, стр. 40, Л, 1989.
Рыжков В.А. Простой параллельный стабилизатор на транзисторе.

Обсуждение схемы на форуме

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

Источник: https://cxem.net/pitanie/5-170.php

Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ. Доработанная схема В. Орешкина. Подписка на платы!

Двухполярный источник питания, предложенный В. Орешкиным, во многом отвечает взаимоисключающим требованиям, предъявляемым к стабилизатору напряжения питания УМЗЧ [1, 2].В настоящей заметке описывается доработанная схема, позволяющая простыми средствами повысить коэффициент стабилизации и уменьшить выходное сопротивление при сохранении малой постоянной времени апериодического процесса.

Доработка свелась к замене балластных резисторов в компенсационных стабилизаторах источниками тока и к учету рекомендаций фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ.

Содержание / Contents

Схема двухполярного источника питания приведена на рис. 1.

Рис.1. Двухполярный источник питания УМЗЧ

Он состоит из двух гальванически не связанных выпрямителей VD1, C1, C2, C5, C6, C9, C11, C13 и VD2, C3, C4, C7, C8, C10, C12, C14, двух параметрических стабилизаторов, выполненных на стабилитронах VD3, VD4 и источниках тока на транзисторах VT5, VT6, и эмиттерных повторителей на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4.

Коэффициент стабилизации повышен благодаря питанию источника образцового напряжения одного стабилизатора от выходного напряжения другого и использованию вместо резисторов источников тока.Выпрямители собраны на диодных мостах VD1, VD2, состоящих из двойных диодов Шотки с общим катодом 16CTQ100. Диоды включены параллельно.

Конденсаторы С1…С8; С9, С10 и RC — цепочки R9, C23 и R10, C24 установлены в соответствии с рекомендациями фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ [3].Для уменьшения шумов каждый стабилитрон VD3, VD4 зашунтирован парой конденсаторов — оксидным и пленочным (соответственно С15, С17 и С16, С18).

Источники тока на транзисторах VT5, VT6 содержат параметрические стабилизаторы HL1, C19, C21, R8 и HL2, C20, C22 в базах транзисторов.Ток каждого источника равен:

IVD4=(UHL1-UбэVT5)/R4=(1,76-0,56)/0,13=9,2 мА,

IVD3=(UHL2-UбэVT6)/R7=9,2 мА.Резисторы R5, R6 уменьшают мощность, рассеиваемую на коллекторах транзисторов источников тока.Коллекторы (корпусы) мощных транзисторов VT1, VT2 соединены с общим проводом блока питания, что позволяет обойтись без теплопроводящих прокладок, тем самым улучшить отвод тепла при больших токах нагрузки.Для снижения динамического сопротивления источника питания его выходы зашунтированы парами конденсаторов оксидный — пленочный (соответственно С25, С27 и С26, С28). Балластные резисторы со светодиодами зеленого цвета служат для индикации (HL3, R11 и HL4, R12).Резистор R2 предназначен для запуска двухполярного стабилизатора при включении питания.Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания в нагрузке. При замыкании в любом плече отключаются оба стабилизатора.Основные технические характеристики:Выходные напряжения стабилизатора, В …. ±15Максимальный ток нагрузки, А …. 20Коэффициент стабилизации, не менее …. 1500Выходное сопротивление, не более, Ом …. 0,01

Напряжение на понижающих обмотках трансформатора питания, В …. 2×20

Список деталей (BOM) приведен ниже.Детали: VD1, VD2 Диод Шоттки 16CTQ100 IR (100V, 16A) — 8 шт.,VD3, VD4 Стабилитрон BZX55C16 (16V, 0,4W), стекло — 2 шт.,HL1, HL2 Светодиод LED FYL-3014HD красный d= 3 мм — 2 шт.,HL3, HL4 Светодиод LED BL-B2141Q G зел.d=3 — 2 шт.

,VT1 Транзистор КТ827А (20А; 100В), корпус TO-3 — 1 шт.,VT2 Транзистор КТ825А (20А; 100В), корпус TO-3 — 1 шт.,VT3 Транзистор BD140, корпус TO-126 — 1 шт.,VT4 Транзистор BD139, корпус TO-126 — 1 шт.,VT5 Транзистор 2SA1013, корпус TO-92mod — 1 шт.,VT6 Транзистор 2SC2383, корпус TO-92mod — 1 шт.

,R1, R3 Резистор -0,25-3,3 кОм — 2 шт.,R2 Резистор -2-470 Ом — 1 шт.,R4, R7 Резистор -0,25-130 Ом — 2 шт.,R5, R6 Резистор -0,25-220 Ом — 2 шт.,R8 Резистор -0,25-9,1 кОм — 1 шт.,R9, R10 ЧИП резистор F2512-1 Ом, 1Вт 1% — 2 шт.,R11, R12 Резистор -0,5-2,7 кОм — 2 шт.,С1…С8 Конденсатор 0,1/250V К73-17 — 8 шт.

,С9, С10, С23, С24 Конденсатор ЧИП 1812 0,1µF/100V X7R 10% — 4 шт.,С11…С14 Конденсатор 10000/50V 3035+85°С — 4 шт.,С15, С16 Конденсатор 47/63V 0611+105°C — 2 шт.,С17…С20 Конденсатор 0,1/63V К73-17 — 4 шт.,С21, С22 Конденсатор 47/16V 0511+105°C — 2 шт.,С25, С26 Конденсатор 470/35V 0820+105°C — 2 шт.

,С27, С28 Конденсатор 1/63V К73-17 — 2 шт.,Радиатор для VT1, VT2

Печатная плата 150×70×2 мм — 1 шт.

В блоке питания использованы выводные резисторы МЛТ или зарубежные MF мощностью, указанной на принципиальной схеме (рис. 1).Конденсаторы С1 — С8, С17 — С20, С27, С28 типа К73-17, оксидные конденсаторы импортные. Конденсаторы С17 — С20 могут быть с лучшим результатом заменены на CBB21/MPP из металлизированного полипропилена (например, 0,15 мкФ, 100 В с датагорской ярмарки).

В качестве С27, С28 подойдут 1 мкФ, 100 В (Suntan, полиэстер).Транзисторы КТ825А и КТ827А можно заменить составными (КТ819Г + КТ815Г и КТ818Г + КТ814Г), при этом эмиттерные переходы мощных транзисторов КТ819Г и КТ818Г необходимо зашунтировать резисторами сопротивлением 100 — 150 Ом. Возможна замена мощных составных транзисторов на MJ11032 и MJ11033.

При максимальном токе нагрузки 5 — 7 А подойдут транзисторы TIP142 и TIP147, а также BDW42G BDW47G.Транзисторы VT1, VT2 закреплены на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности 900 кв. см без теплоизолирующих прокладок с применением теплопроводной пасты АЛСИЛ-3.Вместо транзисторов BD139 и BD140 подойдут 2SC3502 и 2SA1380 или BF471 и BF472.

При замене обязательно уточняйте цоколевку транзисторов.Транзисторы VT5, VT6 типа 2SA1013, 2SC2383 могут быть заменены на отечественные КТ502Е, КТ503Е; КТ6116, КТ6117 или импортные 2N5401, 2N5551; 2SA1145, 2SC2705 и на другие.Диоды Шоттки в мостах VD1, VD2 заменимы на MBR20200CTG (200 В, 10 А) с общим катодом, либо на SR10100 (10 А, 100 В, ТО-220-2).

В последнем случае потребуется корректировка печатной платы.При токах потребления более 2 А необходимо снабдить диоды небольшими радиаторами и (или) обеспечить их охлаждение вентилятором.

При сравнительно небольших потребляемых токах (до 2 А) в диодных мостах можно применить высокопроизводительные диоды HER505 (5 А, 1000 В), сверхбыстрые диоды SF56 (5 А, 400 В) или ультрафасты STTH5R06FP (5 А, 600 В, ТО-220-2).Максимальный ток стабилизатора напряжения определяет трансформатор питания. Например, в приведенной на рис.

1 схеме трансформатор Т1 типа ТПП321 обеспечивает максимальный ток не более 4 А.В таблице приведены параметры элементов стабилизатора напряжения при других выходных напряжениях.Детали устройства, кроме силового трансформатора Т1 и мощных транзисторов VT1, VT2, смонтированы на печатной плате размерами 150×70 мм (см. рис. 2), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита.

Рис. 2. Размещение деталей на печатной плате. Дорожки показаны «на просвет», smd элементы C9, C10, C23, C24, R9, R10 установлены со стороны печатных дорожек

«Силовые» дорожки на печатной плате целесообразно дополнительно пропаять сверху луженым монтажным проводом диаметром 0,5 — 0,7 мм.Для равенства по модулю выходных напряжений стабилизатора необходимо перед монтажом отобрать стабилитроны VD3, VD4 по напряжению стабилизации при токе 10 мА.Налаживание устройства сводится к подбору сопротивления резистора R2, обеспечивающего надежный запуск источника питания.Применение двух отдельных выпрямительных мостов в устройстве, на мой взгляд, является недостатком, так как по сравнению с одним диодным мостом имеем в два раза выше падение напряжения на диодах выпрямителя, следовательно, меньшую максимальную мощность. Кроме того, конструкция с двумя диодными мостами имеет большие габариты.Наличие двух независимо работающих вторичных обмоток трансформатора выдвигает дополнительное требование равенства их выходных напряжений.Единственное преимущество схемы с двумя выпрямительными мостами — в два раза меньшее максимальное напряжение на диоде моста может сыграть свою положительную роль при выборе выпрямительных диодов Шоттки, имеющих невысокое обратное напряжение, не более 45 — 200 В.Описанное устройство можно использовать не только как источник питания УМЗЧ, но и как мощный источник питания устройств автоматики.

Можно скачать схему и печатную плату ▼ modified-voltage-regulator.7z
???? 06/09/19 ⚖️ 36,08 Kb ⇣ 47

1. Орешкин В. Стабилизатор питания УМЗЧ // Радио, 1987, № 8, с. 31.

2. Доработанный вариант малошумящего двухполярного источника питания (см. комментарии 32-36 к статье.)3. Рекомендации фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ.

Спасибо за внимание!

Открываю подписку на платы «3118» к статье «Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ. Доработанная схема В. Орешкина». В лоте две заводских платы 150×70 мм.Платы отличного качества, с паяльной маской, с утолщённой медью, надписями и пр. приятностями.

Цена зависит от вашей активности. Чем больше соберём заказов, тем дешевле.

10 лотов » 950,00 ₽ за 1 лот (2 платы)25 лотов » 660,00 ₽ за 1 лот (2 платы)50 лотов » 530,00 ₽ за 1 лот (2 платы)100 лотов » 440,00 ₽ за 1 лот (2 платы)

Нам нужно собрать желающих на 100 лотов. Критический минимум — 25 лотов. Подтягивайте знакомых и друзей или заказывайте для них. Новички и кандидаты — участники подписок получают привилегированное членство (гражданство) на сайте.

Для подписки вносим 660 ₽ по ссылке с любой банковской карты или из Я.Кошелька. В примечании к платежу укажите ваш логин на Датагоре и название подписки. НЕ ПИШИТЕ слов типа «взнос», «заказ», «оплата» и т.п. Обязательно залогиньтесь и отметьтесь в х.

Варианты взносов Или пополняем мой счёт Яндекс.Денег № 41001559754671 удобным вам способом. Или пополняем мою карту СБ № 4276826012198773 из Онлайн-банка или терминала. Или отправляем почтовый экспресс-перевод «Форсаж». Доступно не во всех почтовых отделениях. Захватите паспорт.

НЕ ПИШИТЕ слов типа «взнос», «заказ», «оплата» и т.п. Укажите ваш датагорский логин.

Цена действительна только на время подписки. Доставка не включена.Наберём желающих, закажем платы, тогда и по комплектухе порешаем.

Я планирую делать платы или киты для всех статей на Датагоре, так что поддержите начинание!

Владимир Мосягин (MVV)

Россия, Великий Новгород

Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.Специальность по диплому — радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.

Источник: https://datagor.ru/practice/power/3118-stabilizator-pitaniya-umzch-rem-voreshkin.html

Линейный стабилизатор напряжения | Volt-info

Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне

X1 и X2 – клеммы входа, на которые может быть подано нестабилизированное напряжение. Если к выходным клеммам X3-X4 не подключена нагрузка, то при увеличении входного напряжения до значения напряжения стабилизации стабилитрона VD1, с выхода мы можем снять то же самое напряжение. После достижения напряжения стабилизации наступает обратимый пробой p-n перехода стабилитрона, при котором через стабилитрон начинает протекать ток, а часть избыточного напряжения падает на балластном сопротивлении.

У этой схемы есть несколько значительных недостатков. Необходимость наличия в схеме балластного сопротивления приводит к увеличению потерь энергии и не позволяет питать значительную нагрузку, сопротивление которой соизмеримо с балластным. При переменной нагрузке и незначительной разнице входного и стабилизированного напряжения могут быть провалы выходного напряжения в моменты увеличения нагрузки.

Для питания таким стабилизатором более мощного потребителя, необходимо уменьшать сопротивление балласта, что в свою очередь потребует увеличения допустимой рассеиваемой мощности стабилитрона, но это приведёт к ещё большим потерям энергии. Именно по этой причине данная схема не получила широкого распространения в качестве стабилизатора питания для нагрузки примерно большей 1 Вт.

Не смотря на указанные недостатки, рассмотренная схема оказалась вполне пригодна в качестве источника опорного напряжения.

Представьте, что у нас есть генератор, напряжение на клеммах которого может изменяться в значительных пределах, например, автогенератор, генератор ветряка или даже фотоэлектрическая панель (солнечная батарея). Если этот источник питания не имеет собственной схемы стабилизации выходного напряжения, то при сильном ветре, или увеличении яркости солнечного потока, мы рискуем спалить подключенную к нему нагрузку, например, радиоприёмник или лампочку. Чтобы этого не произошло, можно собрать нехитрую схему стабилизации, рисунок 2.

Рисунок 2. Схема стабилизации напряжения на одном транзисторе.

Здесь Г1, это применяемый нами в качестве источника питания генератор переменного тока. На диодах DV1-DV4 собрана схема двухполупериодного выпрямителя. Конденсатор C1 сглаживает пульсации, которые вызваны синусоидальной формой кривой генерируемого напряжения.

При увеличении напряжения на входных клеммах X1-X2 через балластный резистор и базу транзистора VT1 начинает протекать ток базы, через коллектор-эмиттер и сопротивление нагрузки начинает протекать ток нагрузки. Вспомнив принцип работы биполярного транзистора, увидим, что на эмиттере он всегда будет стараться поддерживать тоже напряжение, которое будет подаваться на базу. Как только напряжение на базе транзистора достигнет значения напряжения стабилизации стабилитрона, оно прекратит увеличиваться независимо от увеличения входного напряжения. Так транзистор будет автоматически изменять сопротивление коллектор-эмиттерного перехода, стабилизируя напряжение на уровне опорного базового, которое будет обеспечивать стабилитрон.

По сути, эта схема является делителем напряжения, верхнее плечо которого образовано переходом транзистора, а нижнее – нагрузкой. Этот принцип регулирования напряжения накладывает некоторые ограничения. Чем больше разница между входным и выходным напряжением, тем большую мощность должен рассеивать транзистор. Это значительно снижает КПД стабилизатора и требует использовать более мощный транзистор, устанавливая его на радиатор.

Тем не менее, такой стабилизатор оказывается весьма эффективен, когда выходное напряжение незначительно отличается от входного. Он прекрасно справляется с кратковременными перенапряжениями сети, а также с импульсными помехами, приходящими по сети во время грозовой активности, или при работе в той же сети мощных импульсных преобразовательных устройств. Для этого параллельно стабилитрону нужно добавить конденсатор небольшой ёмкости, который будет шунтировать импульс помехи, приходящий на базу.

Схема на транзисторе более эффективна по сравнению со стабилитронной, но тоже имеет ограничение по мощности подключаемой нагрузки. Наиболее эффективно с этой задачей справляются стабилизаторы на основе импульсных преобразователей, но это тема уже для другого разговора.

Регуляторы напряжения

, схемы, типы, принцип работы, конструкция, применение

Регулятор напряжения предназначен для автоматического «регулирования» уровня напряжения. Он в основном понижает входное напряжение до желаемого уровня и поддерживает его на том же уровне во время подачи питания. Это гарантирует, что даже при приложении нагрузки напряжение не падает.

Таким образом, регулятор напряжения используется по двум причинам: —

Для регулирования или изменения выходного напряжения цепи.
Для поддержания постоянного выходного напряжения на желаемом уровне, несмотря на колебания напряжения питания или тока нагрузки.

Чтобы узнать больше об основах этого предмета, вы также можете обратиться к Регулируемый источник питания .

Регуляторы напряжения

находят свое применение в компьютерах, генераторах переменного тока, электростанциях, где схема используется для управления мощностью установки. Регуляторы напряжения можно разделить на электромеханические и электронные.Его также можно классифицировать как регуляторы переменного тока или регуляторы постоянного тока.

Мы уже рассказали о регуляторах напряжения IC .

Электронный регулятор напряжения

Все электронные регуляторы напряжения имеют стабильный источник опорного напряжения, который обеспечивается рабочим диодом обратного напряжения пробоя, называемым стабилитроном. Основная причина использования регулятора напряжения — поддержание постоянного выходного напряжения постоянного тока. Он также блокирует пульсации переменного напряжения, которые не могут быть заблокированы фильтром.Хороший регулятор напряжения может также включать в себя дополнительные схемы защиты, такие как короткое замыкание, схему ограничения тока, тепловое отключение и защиту от перенапряжения.

Электронные регуляторы напряжения разработаны на основе любого из трех или комбинации любого из трех регуляторов, указанных ниже.

1. Транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

Стабилизатор напряжения, управляемый стабилитроном, используется, когда эффективность регулируемого источника питания становится очень низкой из-за высокого тока.Существует два типа транзисторных стабилизаторов напряжения, управляемых стабилитроном.

Стабилитронный стабилизатор напряжения серии на управляемых транзисторах

Такую схему еще называют регулятором напряжения с эмиттерным повторителем. Он назван так потому, что используемый транзистор подключен по схеме эмиттерного повторителя. Схема состоит из транзистора N-P-N и стабилитрона. Как показано на рисунке ниже, выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой. Таким образом, этот регулятор имеет в себе именную серию.Используемый транзистор представляет собой транзистор с последовательным проходом.

Стабилизатор напряжения на управляемых стабилитронах серии транзисторов

Выходной сигнал выпрямителя, который отфильтрован, затем подается на входные клеммы, и на нагрузочном резисторе Rload получается регулируемое выходное напряжение Vload. Опорное напряжение обеспечивается стабилитроном, а транзистор действует как переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от рабочих условий тока базы Ibase.

Основной принцип работы такого регулятора заключается в том, что большая часть изменения напряжения питания или входного напряжения возникает на транзисторе, и, таким образом, выходное напряжение имеет тенденцию оставаться постоянным.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Ваут = Взенер — Вбе

Напряжение базы транзистора Vbase и напряжение стабилитрона Vzener равны, поэтому значение Vbase остается почти постоянным.

Эксплуатация

Когда входное напряжение питания Vin увеличивается, выходное напряжение Vload также увеличивается. Это увеличение Vload вызовет снижение напряжения Vbe эмиттера базы транзистора, поскольку напряжение стабилитрона Vzener является постоянным.Это уменьшение Vbe вызывает снижение уровня проводимости, что дополнительно увеличивает сопротивление коллектор-эмиттер транзистора и, таким образом, вызывает увеличение напряжения коллектор-эмиттер транзистора, и все это вызывает уменьшение выходного напряжения Vout. Таким образом, выходное напряжение остается постоянным. Работа аналогична при уменьшении входного напряжения питания.

Следующим условием будет влияние изменения выходной нагрузки на выходное напряжение. Рассмотрим случай, когда ток увеличивается за счет уменьшения сопротивления нагрузки Rload.Это вызывает уменьшение значения выходного напряжения и, таким образом, вызывает увеличение напряжения эмиттера базы транзистора. Это вызывает уменьшение сопротивления коллектора-эмиттера из-за увеличения уровня проводимости транзистора. Это приводит к небольшому увеличению входного тока и, таким образом, компенсирует уменьшение сопротивления нагрузки Rload.

Самым большим преимуществом этой схемы является то, что изменения тока стабилитрона уменьшаются в β раз, и, таким образом, эффект стабилитрона значительно снижается, и получается гораздо более стабильный выходной сигнал.

Выходное напряжение последовательного регулятора Vout = Vzener — Vbe. Ток нагрузки Iload схемы будет максимальным током эмиттера, который может пройти транзистор. Для обычного транзистора, такого как 2N3055, ток нагрузки может доходить до 15 А. Если ток нагрузки равен нулю или не имеет значения, то ток, потребляемый от источника питания, можно записать как Izener + Ic (min). Такой регулятор напряжения с эмиттерным повторителем более эффективен, чем обычный стабилизатор напряжения. Обычный стабилитрон, в котором есть только резистор и стабилитрон, должен обеспечивать ток базы транзистора.

Ограничения

Ограничения, перечисленные ниже, доказали, что использование этого последовательного регулятора напряжения подходит только для низких выходных напряжений.

С повышением температуры в помещении значения Vbe и Vzener имеют тенденцию к уменьшению. Таким образом, выходное напряжение нельзя поддерживать постоянным. Это еще больше увеличит напряжение эмиттера базы транзистора и, следовательно, нагрузку.
Нет возможности изменить выходное напряжение в цепи.
Из-за небольшого процесса усиления, обеспечиваемого только одним транзистором, схема не может обеспечить хорошее регулирование при высоких токах.
По сравнению с другими регуляторами, этот регулятор имеет плохое регулирование и подавление пульсаций в отношении изменений на входе.
Рассеиваемая мощность проходного транзистора велика, потому что она равна Vcc Ic, и почти все изменения возникают при Vce, а ток нагрузки приблизительно равен току коллектора. Таким образом, при прохождении больших нагрузочных токов транзистор должен рассеивать много энергии и, следовательно, нагреваться.

Шунтирующий транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

На изображении ниже показана принципиальная схема шунтирующего регулятора напряжения.Схема состоит из NPN-транзистора и стабилитрона, а также последовательного резистора Rseries, подключенного последовательно с входным источником питания. Стабилитрон подключен к базе и коллектору транзистора, который подключен к выходу.

Транзисторный шунтирующий стабилизатор напряжения с стабилитроном

Работа

Поскольку в последовательном сопротивлении Rseries наблюдается падение напряжения, вместе с ним уменьшается и нерегулируемое напряжение. Величина падения напряжения зависит от тока, подаваемого на нагрузку Rload.Величина напряжения на нагрузке зависит от стабилитрона и напряжения эмиттера базы транзистора Vbe.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Vout = Vzener + Vbe = Vin — I.Rseries

Выход остается почти постоянным, поскольку значения Vzener и Vbe почти постоянны. Это условие объясняется ниже.

Когда напряжение питания увеличивается, выходное напряжение и напряжение эмиттера базы транзистора увеличивается и, таким образом, увеличивается базовый ток Ibase и, следовательно, увеличивается ток коллектора Icoll (Icoll = β.Ibase).

Таким образом, напряжение питания увеличивается, вызывая увеличение тока питания, который, в свою очередь, вызывает падение напряжения на последовательном сопротивлении Rseries и тем самым снижает выходное напряжение. Этого уменьшения будет более чем достаточно, чтобы компенсировать первоначальное увеличение выходного напряжения. Таким образом, производительность остается почти постоянной. Работа, описанная выше, происходит в обратном порядке, если напряжение питания снижается.

Когда сопротивление нагрузки Rload уменьшается, ток нагрузки Iload увеличивается из-за уменьшения токов через базу и коллектор Ibase и Icoll.Таким образом, на Rseries не будет падения напряжения, а входной ток останется постоянным. Таким образом, выходное напряжение останется постоянным и будет разницей между напряжением питания и падением напряжения на последовательном сопротивлении. Это происходит наоборот, если увеличивается сопротивление нагрузки.

Ограничения

Последовательный резистор вызывает огромные потери мощности.

1. Ток питания через транзистор будет больше, чем через нагрузку.

2. В цепи могут быть проблемы, связанные с перенапряжением.

2. Дискретный транзисторный регулятор напряжения

Дискретные транзисторные регуляторы напряжения можно разделить на два. Они объяснены ниже. Эти две схемы способны производить регулируемое выходное постоянное напряжение, которое регулируется или поддерживается на заданном уровне, даже если входное напряжение изменяется или нагрузка, подключенная к выходному зажиму, изменяется.

Стабилизатор напряжения серии на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного стабилизатора напряжения транзисторного типа приведена ниже.Элемент управления размещен для сбора нерегулируемого входа, который контролирует величину входного напряжения и передает его на выход. Затем выходное напряжение возвращается в схему выборки, затем сравнивается с опорным напряжением и отправляется обратно на выход.

Стабилизатор напряжения

на дискретных транзисторах Таким образом, если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, чтобы заставить элемент управления уменьшать величину выходного напряжения, пропуская его через схему выборки и сравнивая его, тем самым поддерживая постоянное значение. и стабильное выходное напряжение.

Предположим, что выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, который заставляет последовательный элемент управления увеличивать величину выходного напряжения, таким образом поддерживая стабильность.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения приведена ниже. Как следует из названия, регулирование напряжения обеспечивается за счет отвода тока от нагрузки. Элемент управления шунтирует часть тока, возникающего в результате входного нерегулируемого напряжения, подаваемого на нагрузку.Таким образом, напряжение регулируется на нагрузке. Из-за изменения нагрузки, если есть изменение выходного напряжения, оно будет скорректировано путем подачи сигнала обратной связи в схему компаратора, которая сравнивается с опорным напряжением и передает выходной управляющий сигнал на элемент управления для корректировки величины. сигнала, необходимого для отвода тока от нагрузки.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Если выходное напряжение увеличивается, шунтирующий ток увеличивается и, таким образом, создается меньший ток нагрузки и поддерживается стабилизированное выходное напряжение.Если выходное напряжение уменьшается, ток шунта уменьшается и, таким образом, создается больший ток нагрузки и поддерживается постоянное регулируемое выходное напряжение. В обоих случаях важную роль играют схема выборки, схема компаратора и элемент управления.

Ограничения транзисторных регуляторов напряжения

Устойчивое и стабилизированное выходное напряжение, получаемое от регулятора, ограничено диапазоном напряжения (30-40) вольт. Это связано с малым значением максимального напряжения коллектор-эмиттер транзистора (50 Вольт).Это ограничивает использование транзисторных источников питания.

3. Электромеханический регулятор

Как следует из названия, это регулятор, сочетающий в себе электрические и механические характеристики. Процесс регулирования напряжения осуществляется спиральным измерительным проводом, который действует как электромагнит. Магнитное поле создается соленоидом в соответствии с протекающим через него током. Это магнитное поле притягивает движущийся материал сердечника из железа, который связан с натяжением пружины или гравитационным притяжением.Когда напряжение увеличивается, ток усиливает магнитное поле, поэтому сердечник притягивается к соленоиду. Магнит физически связан с механическим переключателем. Когда напряжение уменьшается, магнитное поле, создаваемое сердечником, уменьшается, поэтому натяжение пружины заставляет сердечник втягиваться. Это замыкает механический переключатель и позволяет току течь.

Если конструкция механического регулятора чувствительна к небольшим колебаниям напряжения, к соленоиду может быть добавлен селекторный переключатель в диапазоне сопротивлений или обмотки трансформатора для постепенного повышения и понижения выходного напряжения или для изменения положения подвижного элемента. катушка регулятора переменного тока.

Ранее автомобильные генераторы и генераторы переменного тока содержали механические регуляторы. В регуляторах такого типа процесс осуществляется одним, двумя или тремя реле и различными резисторами, чтобы установить выходную мощность генератора чуть более 6 или 12 вольт, и этот процесс не зависит от частоты вращения двигателя или нагрузки, изменяющейся на транспортном средстве. электрическая система. Реле используются для выполнения широтно-импульсной модуляции для регулирования выходной мощности генератора и управления током возбуждения, проходящим через генератор.

Регулятор, используемый для генераторов постоянного тока, отключается от генератора, когда он не работает, чтобы предотвратить обратный поток электричества от батареи к генератору. В противном случае он будет работать как мотор.

4. Автоматический регулятор напряжения (АРН)

Этот активный системный регулятор в основном используется для регулирования выходного напряжения очень больших генераторов, которые обычно используются на кораблях, нефтяных вышках, больших зданиях и т. Д. Схема AVR сложна и состоит из всех активных и пассивных элементов, а также микроконтроллеров.Основной принцип работы AVR такой же, как и у обычного регулятора напряжения. Входное напряжение возбудителя генератора контролируется АРН, и когда напряжение генератора увеличивается или уменьшается, выходное напряжение генератора автоматически увеличивается или уменьшается. Будет предопределенная уставка, по которой АРН определяет величину напряжения, которое должно передаваться на возбудитель каждую миллисекунду. Таким образом регулируется выходное напряжение. Та же операция становится более сложной, когда только один АРН используется для регулирования нескольких генераторов, подключенных параллельно.

5. Трансформатор постоянного напряжения (CVT)

В некоторых случаях вариатор также используется в качестве регулятора напряжения. CVT состоит из резонансной обмотки высокого напряжения и конденсатора, который производит регулируемое выходное напряжение для любого типа входного переменного тока. Как и у обычного трансформатора, вариатор имеет первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка находится на стороне магнитного шунта, а вторичная обмотка — на противоположной стороне с настроенной цепью катушки. Регулирование поддерживается за счет магнитного насыщения вторичных обмоток.Чтобы узнать больше о вариаторах, ознакомьтесь с нашей статьей — Трансформатор постоянного напряжения .

Некоторые применения регуляторов напряжения

Используется во всех блоках питания электронных устройств для регулирования напряжения и защиты устройства от повреждений
Используется с генератором двигателей внутреннего сгорания для регулирования выходной мощности генератора.
Используется для электронных схем для подачи точного количества напряжения

Примечание. Стабилизаторы напряжения отличаются от стабилизаторов напряжения.Регуляторы используются для понижения напряжения до желаемого уровня, тогда как стабилизатор «стабилизирует» напряжение. Регуляторы в основном используются для постоянного тока, а стабилизаторы — для переменного тока. Стабилизаторы удерживают напряжение от слишком высокого или слишком низкого, чтобы не повредить подключенное к нему устройство, например телевизор или холодильник.

Цепи стабилизатора на транзисторе-стабилитроне

Рис. 1 Типовая схема стабилитрона.

, автор: Льюис Лофлин

Обновлено, отредактировано в октябре 2016 г.Здесь будут рассмотрены основные принципы работы стабилитронов и их использование в качестве регуляторов напряжения. Они будут использоваться вместе с обычными биполярными транзисторами для увеличения выходного тока и могут использоваться студентами и любителями для реальных регуляторов напряжения. Нижеследующее предназначено только для информационных целей и не дает никаких гарантий.

Связанные — Эксперименты с шунтирующим стабилизатором TL431A типа регулируемого стабилитрона.

Видео на YouTube: Учебное пособие по стабилитронам.

Стабилитрон — это твердотельное устройство с двумя выводами, которое при прямом смещении будет проводить и действовать как любой другой кремниевый диод.В режиме обратного смещения всегда используются стабилитроны, предназначенные для пробоя при определенном напряжении. На рис.1 показано базовое подключение стабилитрона.

Z1 и Rs включены последовательно, а нагрузочный резистор RL на 200 Ом параллельно Z1. Наш общий ток (Is) протекает через Rs и делится через Z1 (24 мА) и RL (51 мА). Z1 при 10,2 В поддерживает постоянное напряжение на RL, когда Vin изменяется в определенном диапазоне. Если Vin падает до 14 вольт, ток стабилитрона Iz падает, чтобы поддерживать напряжение на RL.Если Vin увеличивается, скажем, до 18 вольт, то ток стабилитрона Iz увеличивается, поддерживая напряжение на RL.

В любое время падение напряжения на Z1 плюс Rs всегда равно напряжению питания Vin, в то время как напряжение на RL, таким образом, IL постоянно. Если Rs слишком мало, чрезмерный ток приведет к перегреву Z1. Если Rs слишком велико, нам не хватает минимального тока Iz для поддержания регулирования напряжения. Обратите внимание на следующее:

 
Is = Iz + IL = 24 мА + 51 мА = 75 мА;
Rs = VRs / Is = 5,8 В / 75 мА = 77 Ом.

Следующий вопрос заключается в том, какой ток эта схема может обеспечить нагрузке? Давайте посмотрим на проблему.

Рис. 2

На Рис. 2 мы видим исправную схему стабилизации стабилитрона при Z1 = 5,1 В при напряжении питания 10 В. Но что происходит, если мы увеличиваем нагрузку от RL? Обратите внимание, что для правильной работы мы должны поддерживать минимальное значение Iz.

Рис. 3

На Рис. 3 мы понизили RL с 200 Ом до 150 Ом, увеличив IL.Хотя общий ток Rs остается прежним, часть тока для Z1 (Iz) идет в RL, и мы находимся на грани отсутствия регулирования напряжения.

Рис. 4

На Рис. 4 RL теперь составляет 100 Ом и потребляет такой большой ток от Z1, что у нас больше нет никакого регулирования напряжения. Эта установка практически бесполезна как источник питания, за исключением малых токов. Вот почему мы используем транзисторы вместе со стабилитронами.

Рис. 5

Чтобы обойти ограничения мощности, мы используем транзистор с последовательным проходом.На рис. 5 NPN-транзистор с коэффициентом усиления Hfe или постоянного тока, равным 100, фактически «умножает» 1 мА из цепи стабилитрона до 100 мА. Причина, по которой я выбрал стабилитрон на 5,6 В, заключается в том, чтобы компенсировать падение 0,6 В на переходе B-E Q1. Да, вам нужен конденсатор емкостью 100 мкФ, чтобы пульсации источника питания не вызывали проблем. По мере того, как мы потребляем больший ток нагрузки, 99% тока происходит из Q1.

Рис. 6

На рис. 6 мы используем два NPN-транзистора в конфигурации Дарлингтона для увеличения выходного тока до 1 А через нагрузку 12 Ом.Мне пришлось использовать стабилитрон на 13,2 В, чтобы компенсировать падение напряжения на двух переходах B-E.

Рис. 7

На рис. 7 мы используем транзистор Дарлингтона, такой как TIP120, для увеличения выходного тока до 1 А через нагрузку 12 Ом.

Рис. 8

На Рис. 8 показан стабилизатор на стабилитроне для источника питания с отрицательной полярностью. Транзистор NPN был заменен транзистором PNP, а полярность стабилитрона и конденсатора 100 мкФ была изменена. Все текущие потоки также были почитаемы.

На этом завершается введение в регулирование напряжения на основе стабилитронов.

Учебное пособие: Схемы транзисторно-стабилитронного стабилизатора
Уловки и подсказки для регуляторов напряжения серии LM78XX
Базовое руководство по устранению неисправностей источника питания

Транзистор

— схема стабилитрона

Транзистор — стабилитрон представляет собой очень простую схему, в которой стабилитрон используется в качестве опорного напряжения, а транзистор — в качестве усилителя тока в качестве основных компонентов.Благодаря простоте сделать это очень просто.

Нерегулируемый источник питания

Если мы используем полуволновой выпрямитель или двухполупериодный выпрямитель, мы преобразуем напряжение переменного тока (ACV) в напряжение постоянного тока (DCV). На следующей схеме показан типичный нерегулируемый источник питания.

Выходное напряжение выпрямителя представляет собой нерегулируемое напряжение, поскольку его амплитуда непостоянна. Выходное напряжение нерегулируемого источника питания может изменяться из-за изменений нагрузки (изменений тока нагрузки).

Чтобы уменьшить эти изменения напряжения, мы можем подключить цепь регулятора последовательно к нерегулируемому источнику питания. Такая схема снижает пульсации напряжения на выходе нерегулируемых источников напряжения и поддерживает регулируемое напряжение на постоянном значении, даже когда нагрузка изменяется со временем.

Транзистор — стабилизатор напряжения Зенера

Эта схема выдает выходное напряжение, установленное напряжением диода — 0,7 вольт. 0,7 В — это среднее падение напряжения между базой и эмиттером транзистора.(Vbe). Итак, Vout = Vz — Vbe = Vz — 0,7 В.

Когда нерегулируемое напряжение повышается, ток стабилитрона также возрастает. Напряжение на стабилитроне не меняется или изменяется очень мало, так что выходное напряжение регулятора напряжения остается стабильным.
Когда нерегулируемое напряжение падает, ток стабилитрона также падает. Напряжение на стабилитроне не меняется или изменяется очень мало, так что выходное напряжение регулятора напряжения остается стабильным.

Регулируемое выходное напряжение не изменяется при изменении RL (нагрузки). Изменения тока нагрузки не проблема, так как он проходит через транзистор.

Транзистор — схема стабилитрона Список компонентов

1 транзистор NPN: 2SC1061 (Q1)
1 стабилитрон 12 В или 13 В / 1 Вт (Z1). Стабилитрон 12 В для выходного напряжения 11,3 В и стабилитрон 13 В для выходного напряжения 12,3 В.
1 электролитический конденсатор 470 мкФ (C1)
2 электролитических конденсатора 100 мкФ (C2, C3)
4 выпрямительных диода 1N4002 (D1, D2, D3, D4)
1 резистор 560 Ом (R1)
1 12 ACV Трансформатор 500 мА подключен ко входу нерегулируемого источника питания.

Регулируемые блоки питания

Изучив этот раздел, вы сможете:
Разберитесь в работе последовательных регуляторов напряжения.
• Регулятор простой серии.
• Обратная связь и усиление ошибок.
• Защита от сверхтока (ограничение тока).
• Защита от перенапряжения.

Регуляторы напряжения серии Simple

Рис.2.2.1 Регулятор простой серии

На рис. 2.2.1 R _S и D _Z образуют простой регулятор SHUNT, как описано в модуле источника питания 2.1. Однако в этой схеме они используются для обеспечения стабильного опорного напряжения V _Z на базе Tr1. Напряжение эмиттера Tr1 обычно будет примерно на 0,7 В меньше, чем напряжение базы, и поэтому V _OUT будет иметь более низкое напряжение, чем напряжение базы.

V _ВЫХ = V _Z — V _BE

Если выходное напряжение V _OUT падает из-за повышенного потребления тока нагрузкой, это приведет к увеличению V _BE и, как следствие, ток через транзистор (от коллектора к эмиттеру) увеличится.Это обеспечит дополнительный ток, необходимый для нагрузки, и, таким образом, регулирует выходное напряжение V _OUT.

Если V _OUT имеет тенденцию повышаться из-за пониженного потребления тока нагрузкой, то это уменьшит V _BE, поскольку напряжение эмиттера возрастает, а базовое напряжение остается стабильным из-за D _Z. Это уменьшение V _BE будет приводить к выключению транзистора, уменьшая ток и снова регулируя выходное напряжение V _OUT.

Этот регулирующий эффект возникает из-за того, что базовый потенциал Tr1 поддерживается стабильным с помощью D _Z, так что любое изменение напряжения эмиттера, вызванное изменяющимся током, вызывает изменение V _BE, изменяя проводимость транзистора Tr1, что обычно будет силовым транзистором.Это действие противодействует изменению тока нагрузки. Однако с помощью этой простой схемы регулирование не является идеальным, и изменения на выходе действительно происходят по следующим причинам.

Рис. 2.2.2 Рабочая область стабилитрона

1. Любое увеличение тока нагрузки (I _L) вызывает небольшое увеличение тока базы на коэффициент I _L / hfe. Это, в свою очередь, вызывает увеличение V _BE, и поскольку выходное напряжение V _OUT = V _Z — V _BE, любое увеличение V _BE имеет тенденцию к снижению выходного напряжения.Величина этого падения составляет около 0,25 В для изменения выходного тока с 10 мА до 1 А.

2. Поскольку ток базы увеличивается с нагрузкой, ток через стабилитрон D _Z будет уменьшаться по мере увеличения тока, потребляемого базой Tr1. Поскольку характеристика диода имеет наклон во всем рабочем диапазоне, как показано на рис. 2.2.2, большое изменение тока стабилитрона (ΔI) вызовет очень небольшое изменение напряжения стабилитрона (δV). Это, в свою очередь, немного повлияет на V _BE и выходное напряжение.

3. По причинам 1 и 2, указанным выше, любое изменение нагрузки приведет к неидеальному регулированию, поэтому любое изменение на выходе немного изменит нагрузку на входной цепи. Поскольку вход обычно берется от нерегулируемого источника питания, на входное напряжение легко повлияют небольшие изменения тока нагрузки. Поскольку входное напряжение также является источником опорного напряжения V _Z, любое изменение выходного тока за счет влияя на входное напряжение, может оказывать заметное влияние на выходное напряжение, немного снижая эффективность регулирования.

Каждый из вышеперечисленных эффектов невелик, но в сумме они дают общий эффект, заметный, когда предложение работает в сложных условиях. Тем не менее, эта недорогая схема достаточно эффективна для многих приложений и более эффективна, чем шунтирующий регулятор. Кроме того, при использовании подходящего силового транзистора последовательный стабилизатор можно использовать для более высоких нагрузочных токов, чем шунтирующая конструкция.

Рис. 2.2.3 Серийный регулятор с усилителем обратной связи и ошибки

Обратная связь и усиление ошибки.

Для улучшения простого последовательного регулятора в базовую последовательную схему можно добавить цепь обратной связи и усилитель ошибки.

На рис. 2.2.3 представлена структурная схема последовательного регулятора с усилением погрешности. В этой системе опорное напряжение V _Z сравнивается с напряжением обратной связи V _F, которое является частью фактического выходного напряжения. Разница между двумя входами создает напряжение ошибки, которое используется для изменения проводимости элемента управления, исправляя любую ошибку в выходном напряжении.

Принципиальная схема

.

Принципиальная схема этой системы представлена на рис. 2.2.4. Tr1 — это последовательный элемент управления. Обычно это силовой транзистор, установленный на массивном радиаторе, чтобы обеспечить необходимое рассеивание мощности.

Стабильное опорное напряжение обеспечивается R4 и D1 от нерегулируемого входного напряжения. Tr2 — это усилитель ошибки, и его коэффициент усиления определяется значением резистора нагрузки R3. Tr2 сравнивает долю выходного напряжения V _F, подаваемого обратно от делителя выходного потенциала R1 / R2, со стабильным опорным напряжением V _Z на стабилитроне D _Z.

Рис. 2.2.4 Принципиальная схема для Рис. 2.2.3

Выходное напряжение V _OUT на рис. 2.2.4 можно выразить как:

V _OUT = (V _Z + V _BE2) + (V _OUT — V _F)

Где:

В _Z — напряжение на D _Z

В _BE2 — напряжение база / эмиттер Tr2

В _F — напряжение обратной связи, полученное от ползунка VR1

Следовательно:

(V _Z + V _BE2) — напряжение на R2 и нижней части VRI

(V _OUT — V _F) — это напряжение на R1 и верхней части VRI

Если напряжение обратной связи V _F изменить регулировкой потенциометра VR1, разница между V _F и V _Z изменится.Это вызовет изменение ошибки управления напряжением Tr1 и изменение выходного напряжения V _OUT. Таким образом, VR1 обеспечивает переменное выходное напряжение, которое после установки остается стабильным при этой настройке.

Регулирующее действие схемы определяется напряжением на переходе база / эмиттер Tr2, то есть разницей между V _F и V _Z.

Если V _OUT имеет тенденцию к увеличению, то V _F — V _Z также увеличивается.Это увеличивает ток коллектора Tr2 и, следовательно, увеличивает п.д. через R3, уменьшая базовое напряжение и, следовательно, напряжение база / эмиттер Tr1, уменьшая проводимость Tr1, тем самым уменьшая ток, протекающий к нагрузке.

Выходное напряжение V _OUT уменьшается таким образом до тех пор, пока не будет достигнут баланс, поскольку часть обратной связи (V _F) V _OUT также уменьшается. Общий эффект заключается в том, что выходной сигнал поддерживается на уровне, который зависит от пропорции обратной связи, установленной переменным резистором (частью R1 / R2).

Если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, то V _F тоже. Напряжение база / эмиттер Tr2 уменьшается из-за стабильного V _Z на эмиттере. Tr2 проводит меньше, и ток через R3 падает, уменьшая p.d. через это. Напряжение базы Tr1 увеличивается, и увеличивается проводимость управляющего транзистора. Это увеличивает выходной ток и V _OUT до тех пор, пока V _F снова не будет на правильном уровне.

Цепи защиты

Защита от перегрузки по току (ограничение тока)

Рис.2.2.5 Регулятор серии

с защитой от сверхтока

На рис. 2.2.5 показано, как можно защитить последовательный стабилизатор от чрезмерного тока, потребляемого нагрузкой. Это предотвратит повреждение источника питания в случае слишком большого тока, потребляемого на выходе, или даже полного короткого замыкания на выходных клеммах.

Добавлены два компонента: Tr3 и R5. Резистор R5 имеет очень низкое значение (обычно менее 1 Ом).

Когда ток нагрузки поднимается выше заданного значения, небольшое напряжение, развиваемое на R5, станет достаточным (около 0.7v), чтобы включить Tr3. Поскольку Tr3 подключен к переходу база / эмиттер основного управляющего транзистора Tr1, действие включения Tr3 снизит напряжение база / эмиттер Tr1 на величину, зависящую от величины избыточного тока. Выходному току не позволено увеличиться выше заданного значения, даже если на выходных клеммах произойдет полное короткое замыкание. В этом случае напряжение базы / эмиттера Tr1 будет снижено практически до нуля вольт, предотвращая ток Tr1. В этих условиях выходное напряжение будет падать до нуля, пока сохраняется состояние перегрузки по току, но питание не будет повреждено.

Рис. 2.2.6 Регулятор серии с защитой от перегрузки по току и перенапряжения

Защита от перенапряжения.

При использовании регулируемых источников входное напряжение постоянного тока регулятора часто значительно превышает требуемое выходное напряжение. Поэтому, если происходит сбой блока питания, возможно, что регулируемое выходное напряжение может внезапно подняться до уровня, который может повредить другие компоненты. По этой причине в стабилизированные источники питания часто входит защита от перенапряжения.Цепь, показанная на рис. 2.2.6, иногда называют «ломовой» цепью, потому что, когда она работает, она вызывает полное короткое замыкание на выходе, аналогичный эффекту падения металлического лома на положительный вывод и вывод заземления!

Работа цепи лома.

На рис. 2.2.6 стабилитрон D _Z 2 имеет напряжение пробоя немного меньше максимально допустимого значения для V _OUT. Остальная часть V _OUT разработана для R6, VR2 и R7.

VR2 — это потенциометр, так что напряжение может сниматься с цепи резисторов для правильного смещения диода D1. У этого диода катод удерживается на 0 В с помощью R8, а VR2 настроен так, чтобы D1 был просто вне проводимости, то есть его анодное напряжение примерно на 0,5 В выше, чем его катодное напряжение.

Теперь, если V _OUT увеличивается, напряжение на R6, VR2 и R7 вырастет на ту же величину, поскольку напряжение на D _Z 2 останется прежним. Следовательно, будет существенное повышение напряжения на ползунке R7, которое заставит D1 проводить ток, подавая импульс тока на затвор тиристора Th2, заставляя его «загораться» и сильно проводить, пока V _OUT не упадет практически до 0v.R9 включен для ограничения результирующего тока, протекающего через тиристор, до безопасного уровня.

Большой ток, протекающий при возгорании Th2, теперь приведет к срабатыванию схемы ограничителя тока, как описано ранее. Это безопасно отключит питание до тех пор, пока не исчезнет перегрузка по току, вызванная Th2, что, конечно же, произойдет, как только V _OUT достигнет 0 В, но если перенапряжение все еще будет присутствовать, когда Th2 выключится и V _OUT поднимется. опять же, схема повторно сработает, в результате чего напряжение на нагрузке будет постоянно меняться между его нормальным значением и нулем; безобидный, но явный симптом проблемы перенапряжения.

Пропуск для серии

»Примечания по электронике

Последовательный регулятор или регулятор последовательного прохода — наиболее широко используемый вид регуляторов напряжения, используемых в линейных источниках питания.

Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

Последовательный стабилизатор напряжения или, как его иногда называют, последовательный стабилизатор напряжения — наиболее часто используемый подход для обеспечения окончательного регулирования напряжения в линейно регулируемом источнике питания.

Линейный стабилизатор серии обеспечивает высокий уровень производительности, особенно когда требуется низкий уровень шума, пульсаций и переходных процессов на регулируемом выходе.

Существует множество схем, использующих дискретные электронные компоненты, которые обеспечивают линейное регулирование с помощью последовательного элемента, и в дополнение к этому практически все ИС линейных регуляторов используют этот подход.

Это означает, что существует множество вариантов последовательных регуляторов напряжения, которые открываются при проектировании электронной схемы источника питания.

Основы регуляторов напряжения серии

В последовательном регуляторе напряжения или последовательном регуляторе напряжения используется регулируемый элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление последовательного элемента, можно изменять падение напряжения на нем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным.

Блок-схема последовательного регулятора напряжения

Преимущество последовательного регулятора напряжения состоит в том, что величина потребляемого тока фактически равна величине, потребляемой нагрузкой, хотя некоторая часть будет потребляться любой схемой, связанной с регулятором.В отличие от шунтирующего регулятора напряжения, последовательный регулятор не потребляет полный ток, даже если нагрузка не требует никакого тока. В результате последовательный стабилизатор напряжения значительно более эффективен.

Вместо того, чтобы потреблять ток, не требуемый нагрузкой для поддержания напряжения, он снижает разность напряжений между входным напряжением и требуемым стабилизированным напряжением.

Для поддержания достаточного уровня регулирования и подавления шумов и переходных процессов, которые могут возникать на входящем напряжении, последовательные линейные регуляторы напряжения должны значительно снижать напряжение.Многим высококачественным стабилизаторам напряжения с низким уровнем шума и пульсации требуется несколько вольт на последовательном регулирующем элементе. Это означает, что в этом компоненте рассеивается значительная мощность, и для устройства последовательного регулятора, а также для источника питания в целом требуется хороший теплоотвод и отвод тепла.

Хотя последовательный регулятор значительно более эффективен, чем шунтирующий регулятор, он значительно менее эффективен, чем импульсный источник питания. Эффективность последовательного регулятора напряжения и любых линейных источников питания, использующих их, будет зависеть от нагрузки и т. Д., Но часто достигаются уровни эффективности менее 50%, тогда как источники питания с импульсным режимом могут достигать уровней более 90%.

Стабилизаторы напряжения серии

имеют относительно низкий уровень эффективности по сравнению с импульсными источниками питания, но они обладают преимуществами простоты, а также их выход не имеет импульсных выбросов, наблюдаемых на некоторых импульсных источниках питания, хотя SMPS улучшаются, а производительность многих сейчас исключительно хорошо.

Регулятор напряжения простой эмиттерный повторитель

Конструкция электронной схемы простого транзисторного регулятора напряжения с эмиттерным повторителем очень проста.Сама по себе эта схема не используется широко в линейном источнике питания, но может использоваться в другом оборудовании для обеспечения понижающего напряжения и т. Д. От шины с более высоким напряжением.

Базовый последовательный стабилизатор с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя

В схеме используется однопроходный транзистор в виде конфигурации эмиттерного повторителя и одиночный стабилитрон или другой диод регулятора напряжения, управляемый резистором от нерегулируемого источника питания.

Это обеспечивает простую форму системы обратной связи, обеспечивающую поддержание напряжения стабилитрона на выходе, хотя и со снижением напряжения, равным напряжению перехода база-эмиттер — 0.6 вольт для кремниевого транзистора.

Спроектировать такую схему последовательного регулятора напряжения несложно. Зная максимальный ток, требуемый нагрузкой, можно рассчитать максимальный ток эмиттера. Это достигается делением тока нагрузки, то есть тока эмиттера транзистора, на Β или hfe транзистора.

Стабилитрону обычно требуется минимум около 10 мА, чтобы маленький стабилитрон мог поддерживать свое регулируемое напряжение.Затем следует рассчитать резистор, чтобы обеспечить базовый ток возбуждения и минимальный ток Зенера на основе знания нерегулируемого напряжения, напряжения Зенера и требуемого тока. [(Нерегулируемое напряжение — напряжение стабилитрона) / ток]. К току следует добавить небольшой запас, чтобы обеспечить достаточно места для запаса при нагрузке, и, следовательно, база транзистора принимает полный ток.

Рассеиваемая мощность стабилитрона должна быть рассчитана для случая, когда ток нагрузки и, следовательно, ток базы равен нулю.В этом случае стабилитрон должен будет принимать полный ток, проходящий через последовательный резистор.

Иногда через стабилитрон или опорный диод напряжения может быть помещен конденсатор, чтобы помочь устранить шум и любые переходные процессы напряжения, которые могут возникнуть.

Выборка выходного сигнала

Простая схема последовательного регулятора напряжения с эмиттерным повторителем напрямую сравнивает выходной сигнал с опорным напряжением. Таким образом, выходное напряжение было равно опорному, без учета падения напряжения на базе эмиттера.

Однако можно улучшить характеристики регулятора напряжения, выбрав часть выходного напряжения и сравнив ее с эталонным. Для этой функции можно использовать дифференциальный усилитель, например операционный усилитель. Если это будет сделано, то выходное напряжение станет больше, чем опорное напряжение, поскольку отрицательная обратная связь в цепи борется за сохранение двух сравниваемых напряжений одинаковыми.

Если, например, опорное напряжение составляет 5 вольт, а дискретизатор или делитель потенциала обеспечивает 50% выходного напряжения, то выходное напряжение будет поддерживаться на уровне 10 вольт.

Последовательный регулятор напряжения с дискретным выходом / figcaption>

Деление потенциала или выборку можно сделать переменными, и, таким образом, выходное напряжение можно отрегулировать до требуемого значения. Обычно этот метод используется только для небольших настроек, поскольку минимальный выходной уровень, полученный этим методом, равен выходному напряжению, равному опорному напряжению.

Следует помнить, что использование делителя потенциала снижает коэффициент усиления контура обратной связи. Это снижает коэффициент усиления контура и тем самым снижает характеристики регулирования.Обычно существует достаточное усиление контура, чтобы это не было большой проблемой, за исключением случаев, когда дискретизируется только очень небольшая часть выходного сигнала.

Также следует проявлять осторожность, чтобы не увеличивать выходное напряжение до точки, при которой на регуляторе не будет достаточного падения напряжения для достаточного регулирования выходного напряжения.

Регулятор прохода серии

с обратной связью

Чтобы обеспечить улучшенные уровни производительности по сравнению с тем, что обеспечивается простым эмиттерным повторителем, можно добавить более сложную сеть обратной связи в схему регулятора напряжения.Это достигается путем дискретизации выходного сигнала, сравнения его с эталоном и последующего использования дифференциального усилителя некоторой формы для обратной связи по разнице с целью исправления ошибок.

Можно использовать простую двухтранзисторную схему для последовательного регулятора с измерением напряжения и обратной связью. Хотя довольно просто использовать операционный усилитель, который обеспечит более высокий уровень обратной связи и, следовательно, лучшее регулирование, эта двухтранзисторная схема хорошо иллюстрирует принципы.

Простая схема последовательного регулятора с двумя транзисторами

В этой схеме TR1 образует последовательный транзистор. Второй транзистор, TR2, действует как дифференциальный усилитель, подавая напряжение ошибки между опорным диодом и измеренным выходным напряжением, которое является пропорцией выходного напряжения, установленного потенциометром. Резистор R1 обеспечивает ток для коллектора TR2 и диода опорного напряжения ZD1.

Опорное напряжение

Любой линейный стабилизатор напряжения может быть настолько хорош, насколько хорош источник опорного напряжения, который используется в качестве основы для сравнения в системе.Хотя теоретически можно использовать аккумулятор, для большинства приложений это не подходит. Вместо этого почти повсеместно используются эталоны на основе стабилитронов.

В стабилизаторах и эталонах интегральных схем

используются сложные комбинации транзисторов и резисторов на кристалле для получения точных источников опорного напряжения с температурной компенсацией.

Опорное напряжение должно подаваться от нерегулируемого источника питания. Его нельзя взять из регулируемой мощности, так как есть проблемы с запуском.При запуске нет выхода, поэтому выход задания будет нулевым, и он будет поддерживаться до запуска задания.

Упрощенный источник опорного напряжения для последовательного регулятора напряжения

Часто выход опорного источника подается через делитель потенциала. Это не только снижает выходное напряжение, которое обычно очень полезно, но также позволяет добавить к выходу конденсатор, чтобы помочь устранить любую пульсацию или шум, которые могут присутствовать. Пониженное напряжение также полезно, потому что минимальное выходное напряжение определяется опорным напряжением.

Стабилизаторы напряжения серии с малым падением напряжения

Одним из факторов, которые необходимо учитывать при выборе любого регулятора, является напряжение, которое должно подаваться на элемент последовательного прохода. Часто для линейных регуляторов требуется значительное падение поперечного сечения элемента последовательного прохода для достижения наилучшего регулирования и подавления шума. Например, линейный регулятор с выходным напряжением 12 вольт может быть рассчитан на входное напряжение 18 вольт или более.

Для любого линейного регулятора существует минимальное напряжение, которое требуется на последовательном элементе, прежде чем регулятор «отключится».«Это падение напряжения можно увидеть во многих интегральных схемах линейных регуляторов.

В некоторых схемах важно иметь регулятор с низким падением напряжения. Если доступное входное напряжение не очень высокое, важно иметь линейный стабилизатор с низким падением напряжения. Он должен хорошо регулироваться, несмотря на ограниченное напряжение на нем.

Хотя схемы, показанные здесь, представляют собой простые транзисторные схемы, те же принципы используются в более крупных схемах, а также в интегральных схемах.В одинаковых концепциях последовательного регулятора, а также в схемах опорных диодов, выборки и других областях используются одни и те же элементы.

Используемые здесь концепции используются практически в линейно регулируемых источниках питания, которые могут предложить очень хорошие уровни производительности. Источники питания с линейным регулированием больше и тяжелее, чем блоки питания с импульсным режимом, однако они получили название за низкий уровень шума и хорошее регулирование на выходе, без скачков, которые есть у некоторых блоков питания с импульсным режимом.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Стабилитрон делает паршивый стабилизатор

Стабилитрон часто используется для создания опорного напряжения. В учебных пособиях и даже учебных пособиях упоминается создание стабилизатора на основе стабилитрона.Идея состоит в том, что стабилитрон поддерживает известное падение напряжения. Проблема в том, что текущее имеет значение. В этом посте представлен краткий обзор стабилитронов и показано, что произошло, когда я попытался запитать микроконтроллер с помощью «стабилизатора стабилитрона».

Обзор стабилитронов

Краткий обзор, если вы не знакомы с стабилитронами. Как и обычные диоды, стабилитроны имеют низкое прямое напряжение. Обычно у вас напряжение около 0,7. Однако разные наборы материалов могут иметь разное прямое напряжение.

Также, как и в обычных диодах, существует обратное напряжение пробоя. Если вы посмотрите на здоровенный диод, такой как 1n4001, вы обнаружите, что напряжение пробоя начинается с 50 вольт.

1n4001 Напряжение обратного пробоя

Стабилитроны

уникальны тем, что их обратное напряжение пробоя относительно низкое. Например, у меня есть такие, которые на 3,3, 5,0, 9,1 и 12 вольт. (Интересные цифры, не правда ли?)

Кривая показывает, что выше прямого напряжения и «ниже» обратного напряжения диод проводит.Я заключил ниже в кавычки, потому что это предполагает отрицательный потенциал. Этот комментарий не означает, что вам нужен источник отрицательного напряжения, просто диод имеет обратное смещение. Также известен как обернулся.

Стабилитрон

Как уже упоминалось, идея стабилитрона заключается в том, что на диоде падает стабильное напряжение при обратном смещении. Более того, с такими значениями, как 3.3 и 5.0, о которых я упоминал ранее, это начинает звучать как хороший вариант, не так ли?

BZX79C3V3 от Fairchild (на полу)

Давайте возьмем BZX79C3V3 в качестве примера стабилитрона.Обратите внимание в таблице характеристик, что обратное напряжение составляет 3,3 В при 5,0 мА.

Идея состоит в том, что вы выбираете номинал резистора, возможно, даже прецизионное значение, чтобы создать достаточный ток для обратного смещения стабилитрона на 5,0 мА.

Однако есть проблема с этой базовой схемой. Ток, протекающий через нагрузку, также должен протекать через резистор. В соответствии с законом Ома падение напряжения на резисторе изменяется в зависимости от протекающего тока.

Питание ESP8266 с стабилизатором стабилитрона

Используя приведенную выше схему, я попытался запитать ESP8266 с помощью 5.Питание 0 вольт. Перед построением этой схемы я измерил, что ток, потребляемый ESP8266, составляет 60 мА при питании от источника питания 3,3 В.

При использовании стабилитрона 3,3 В на последовательном резисторе падает 1,7 В. При 60 мА на нагрузке и 5 мА для стабилитрона закон Ома говорит нам, что нам нужен резистор 28 Ом. Ближайшее значение, которое у меня есть, 22 Ом.

Когда я подключил схему, с ESP8266 ничего не произошло. Узел VOUT измерял около 0,9 вольт. Что еще хуже, независимо от того, какое напряжение источника я сделал, узел VOUT оставался на 0.9 вольт.

Догадавшись, я уменьшил сопротивление резистора примерно на 10 Ом.

Когда я измерил мультиметром, то увидел на делителе всего 1,8 вольт. Однако ESP8266 работал. После сброса ESP8266 увидел 2,5 вольта. И в зависимости от того, какой вес был на моей левой или правой ноге, любое промежуточное значение.

Так что, черт возьми, здесь происходит? Ну, во-первых, спасибо, что продолжаете читать, прежде чем переходить к комментариям, чтобы сказать следующее утверждение.Вы не можете рассматривать микроконтроллер, особенно систему на кристалле (SOC), как постоянную нагрузку.

Когда я нажимаю и удерживаю кнопку «СБРОС», узел Vout переходит на хорошие чистые 3,4 В. В этот момент большинство активных цепей в микросхеме выключено.

Поскольку ESP8266 был нагрузкой с высоким сопротивлением, почти весь ток в этой цепи протекает через последовательный резистор и ESP8266. Величина тока была ошеломляющей, почти 200 мА. Что ж, ошеломляюще, когда можно было ожидать только около шестидесяти.

Больше проблем с стабилитроном

Все это упражнение было направлено на то, чтобы показать, почему стабилитрон — плохой стабилизатор. Падение напряжения слишком сильно зависит от тока, протекающего через переход. Это означает, что «схема регулятора» зависит от постоянной нагрузки. Любое активное устройство вызовет нестабильность узла VOUT.

Так что же хорошего в этой схеме стабилитрона? Ну это не регулятор. Вместо этого это ссылка.

Например, вы можете использовать аналогичную схему на AREF Arduino.Допустим, вы используете аналоговый датчик, который выдает максимум 3 В. Использование опорного стабилитрона может дать АЦП больше разрешения.

Вы можете использовать стабилитрон в качестве эталона для операционного усилителя. Эта схема не слишком отличается от того, как работают линейные регуляторы.

Урок здесь в том, что если вы хотите использовать схему стабилизатора на стабилитроне, вам необходимо пересмотреть свою конструкцию. В некоторых очень редких или сложных случаях это сработает.

Если вы использовали стабилитрон в качестве регулятора, а не для справки, оставьте комментарий ниже.Я хотел бы услышать, как вы это использовали.

Принципиальная схема

и ее работа

В системе электропитания регулятор является важным компонентом, используемым для управления выходной мощностью в силовой электронике. Силовую электронику можно определить как управление, а также преобразование электроэнергии в части электроники. Стабилизатор напряжения генерирует стабильный выходной сигнал при изменении входа или нагрузки. Существуют различные типы регуляторов напряжения, такие как стабилитрон, последовательный, шунтирующий, фиксированный положительный, IC, регулируемый, отрицательный, двойное отслеживание и т. Д.В этой статье обсуждается обзор стабилизатора напряжения серии транзисторов.

Что такое стабилизатор напряжения серии транзисторов?

Последовательный регулятор напряжения можно определить как регулятор, который имеет такие ограничения, как высокое рассеивание, менее эффективный, а также напряжение транзистора и напряжения стабилитрона при повышении температуры.

Конструкция схемы последовательного транзисторного регулятора напряжения

Эта схема регулятора напряжения показана ниже.Следующая схема может быть построена как на транзисторе, так и на стабилитроне. В этой схеме ток нагрузки протекает через транзистор серии Q1. Это причина называть этот регулятор последовательным транзисторным регулятором напряжения. Когда на входные клеммы схемы подается нерегулируемый источник постоянного тока, мы можем получить регулируемый выход через нагрузку. Здесь стабилитрон обеспечивает опорное напряжение.

Схема последовательного регулятора напряжения транзистора

Регулятор последовательного напряжения на транзисторе работает , когда напряжение на базе транзистора поддерживается на уровне стабильного напряжения на диоде.Например, если напряжение стабилитрона составляет 8 В, базовое напряжение транзистора останется примерно 8 В. Следовательно, Vout = VZ — VBE

Operation

Работа этого транзистора может выполняться в двух случаях, например, когда выходное напряжение увеличивается и уменьшается.

Когда выходное напряжение уменьшается

Когда в цепи понижается напряжение включения / выключения, тогда напряжение BE повышается, что заставляет транзистор работать больше. В результате выходное напряжение будет поддерживаться на стабильном уровне.

При увеличении выходного напряжения

Когда в цепи повышается напряжение включения / выключения, тогда напряжение BE будет уменьшаться, и транзистор будет работать хуже. В результате выходное напряжение будет поддерживаться на стабильном уровне.

Преимущества / недостатки

Преимущества s регуляторов напряжения этой серии перечислены ниже.

Основное преимущество этой схемы регулятора напряжения состоит в том, что изменения тока стабилитрона уменьшаются на коэффициент ß.Следовательно, эффект импеданса стабилитрона будет значительно уменьшен, и мы сможем получить дополнительный стабилизированный выход.

Недостатки регулятора напряжения серии перечислены ниже.