Как работает простой стабилизатор напряжения. Какие бывают типы стабилизаторов. Как рассчитать параметры стабилизатора. Какие схемы стабилизаторов можно собрать своими руками. Как выбрать компоненты для стабилизатора.
Принцип работы простого стабилизатора напряжения
Стабилизатор напряжения — это устройство, которое поддерживает постоянное напряжение на выходе при изменениях входного напряжения или нагрузки. Простейший стабилизатор состоит из следующих основных элементов:
- Регулирующий элемент (транзистор, микросхема)
- Источник опорного напряжения (стабилитрон)
- Схема сравнения
- Цепь обратной связи
Принцип работы заключается в том, что схема сравнения постоянно измеряет выходное напряжение, сравнивает его с опорным и при отклонениях воздействует на регулирующий элемент, который изменяет падение напряжения на себе, стабилизируя выходное напряжение.
Основные типы стабилизаторов напряжения
Существует несколько основных типов стабилизаторов напряжения:
- Параметрические стабилизаторы — используют нелинейные элементы (стабилитроны, стабисторы). Простые, но имеют низкий КПД.
- Компенсационные стабилизаторы — используют принцип отрицательной обратной связи. Обеспечивают лучшую стабилизацию.
- Импульсные стабилизаторы — работают на высокой частоте, имеют высокий КПД.
Для самостоятельной сборки проще всего использовать параметрические или простые компенсационные стабилизаторы на дискретных элементах.
Расчет параметров простого стабилизатора напряжения
При расчете стабилизатора напряжения необходимо определить следующие ключевые параметры:
- Входное напряжение (Uвх)
- Выходное напряжение (Uвых)
- Максимальный ток нагрузки (Iн max)
- Коэффициент стабилизации (Кст)
- Внутреннее сопротивление (Rвн)
Основные формулы для расчета:
- Коэффициент стабилизации: Кст = ΔUвх / ΔUвых
- Внутреннее сопротивление: Rвн = ΔUвых / ΔIн
- Мощность рассеяния на регулирующем элементе: P = (Uвх — Uвых) * Iн max
При выборе элементов схемы важно учитывать эти параметры, чтобы обеспечить нормальную работу стабилизатора.
Схема простого параметрического стабилизатора напряжения
Простейший параметрический стабилизатор можно собрать на стабилитроне и резисторе:
- Резистор R1 — токоограничивающий
- Стабилитрон VD1 — задает опорное напряжение
- Нагрузка Rн подключается параллельно стабилитрону
Расчет номинала резистора R1:
- R1 = (Uвх — Uст) / (Iст + Iн), где
- Uвх — входное напряжение
- Uст — напряжение стабилизации стабилитрона
- Iст — ток стабилизации стабилитрона
- Iн — ток нагрузки
Такая схема обеспечивает простую стабилизацию, но имеет низкий КПД из-за рассеяния мощности на резисторе.
Схема компенсационного стабилизатора на транзисторе
Более эффективный стабилизатор можно собрать на транзисторе:
- Транзистор VT1 — регулирующий элемент
- Стабилитрон VD1 — источник опорного напряжения
- Резисторы R1-R3 — делитель напряжения и ограничение тока
Принцип работы:
- Стабилитрон задает опорное напряжение на базе транзистора
- При изменении выходного напряжения меняется ток базы
- Транзистор изменяет свое сопротивление, стабилизируя напряжение
Такая схема обеспечивает лучшую стабилизацию по сравнению с параметрической, но сложнее в расчете и настройке.
Выбор компонентов для самодельного стабилизатора
При выборе элементов для сборки стабилизатора своими руками нужно учитывать следующие моменты:
- Стабилитрон: напряжение стабилизации должно быть близко к требуемому выходному напряжению
- Транзистор: должен выдерживать максимальный ток нагрузки и рассеиваемую мощность
- Резисторы: номиналы рассчитываются исходя из требуемых токов и напряжений
- Конденсаторы: нужны для фильтрации помех, емкость 100-470 мкФ на входе и выходе
Важно также обеспечить хороший теплоотвод для регулирующего элемента, особенно при больших токах нагрузки.
Сборка и настройка простого стабилизатора напряжения
Процесс сборки стабилизатора включает следующие этапы:
- Подготовка печатной платы или макетной доски
- Монтаж компонентов согласно выбранной схеме
- Проверка правильности соединений
- Подключение входного напряжения и нагрузки
- Измерение выходного напряжения и его стабильности
- При необходимости — подстройка номиналов резисторов
При настройке важно контролировать ток и напряжение на всех элементах схемы, чтобы не превысить их предельные значения. Для точной регулировки выходного напряжения можно использовать подстроечный резистор.
Применение самодельных стабилизаторов напряжения
Простые стабилизаторы напряжения, собранные своими руками, могут найти применение в различных устройствах:
- Источники питания для радиолюбительских конструкций
- Стабилизация напряжения в автомобильной электронике
- Питание светодиодных лент и других маломощных нагрузок
- Лабораторные блоки питания для экспериментов
- Стабилизация напряжения в системах автоматики
При этом важно учитывать ограничения самодельных конструкций по мощности и точности стабилизации. Для ответственных применений лучше использовать готовые промышленные стабилизаторы.
стабилизатор напряжения своими руками, простой стабилизатор
Стабилизатор на одном стабилитронеДля сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый прибор обладающий свойством стабилизации напряжения. В отличии от обычного диода работает в обратной полярности (на катод подается плюс), в режиме лавинного пробоя. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется. На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.
Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.
Принцип работы стабилизатора на стабилитронеКонденсатор нужен для сглаживания пульсаций по напряжению, называется он фильтрующим. Резистор нужен для сглаживания пульсаций по току и называется он гасящим. Стабилитрон стабилизирует напряжение на нагрузке. Для нормальной работы данной схемы напряжение питания должно быть больше 40…50 %. Стабилитрон следует подобрать под нужное нам напряжение и ток.
Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.
Цепочка из R1 и VT1 нам уже знакома из предыдущей схемы, это простейший стабилизатор, он задает стабилизированное напряжение на базе транзистора VT2. Транзистор в свою очередь выполняет функцию усилителя тока и является управляющим элементом в этой схеме. Например, при повышении входного напряжения, выходное напряжение будет стремится к возрастанию. Это приводит к понижению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, что приводит к его закрытию. При этом падение напряжения на участке эмиттер – коллектор возрастает на столько, что напряжение на стабилитроне уменьшается до исходного уровня. При понижении напряжения стабилизатор реагирует в обратном порядке.
В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.
Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.
Принцип работы защиты стабилизатораДанная схема рассчитана на ток срабатывания от КЗ 250…300 мА, пока он не превышен, ток будет проходить через делитель напряжения состоящий из диода V7 и резистора R3. Путем подбора данного резистора можно регулировать порог срабатывания защиты. Диод V6 при этом будет закрыт и никакого влияния на работы оказывать не будет. При срабатывании защиты диод V7 закроется, а диод V6 откроется и зашунтирует подключений стабилитрон, при этом транзисторы V4 и V5 закроются. Ток на нагрузке упадет до 20…30 мА. Транзистор V5 следует устанавливать на теплоотвод.
В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.
Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряженияДанные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке. Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Успехов!
Схема стабилизатора напряжения — простой расчёт
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.
Простой стабилизатор напряжения на 3 вольта схема. Как получить нестандартное напряжение
Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?
Стандартное напряжение — это такое напряжение, которое очень часто используется в ваших электронных безделушках. Это напряжение в 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт и тд. Например, в ваш допотопный МР3 плеер вмещалась одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульте дистанционного управления ТВ используются уже две батарейки по 1,5 Вольта, включенные последовательно, значит уже 3 Вольта. В USB разъеме самые крайние контакты с потенциалом в 5 Вольт. Наверное, у всех в детстве была Денди? Чтобы питать Денди нужно было подавать на нее напряжение в 9 Вольт. Ну 12 Вольт используется практически во всех автомобилях. 24 Вольта используется уже в основном в промышленности. Также для этого, условно говоря, стандартного ряда «заточены» различные потребители этого напряжения: лампочки, проигрыватели, и тд.
Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания . Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его. Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:
Вариант №1
Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно ):
Вариант №2
На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!
Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ — это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:
Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 — 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать .
U стабилитрона — это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт. 8 Вольт — уже нестандартный ряд напряжения;-). Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений;-).
Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:
Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.
Теперь берем стабилитрон на U стабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.
Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает! Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.
Вариант №3
Есть также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода — 0,3-0,4 Вольта ? Именно этим свойством диода и воспользуемся;-).
Итак, схему в студию!
Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.
Итак, что на выходе?
Почти 5.7 Вольт;-), что и требовалось доказать.
Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:
На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.
Доступность и относительно невысокие цены на сверхъяркие светодиоды (LED) позволяют использовать их в различных любительских устройствах. Начинающие радиолюбители, впервые применяющие LED в своих конструкциях, часто задаются вопросом, как подключить светодиод к батарейке? Прочтя этот материал, читатель узнает, как зажечь светодиод практически от любой батарейки, какие схемы подключения LED можно использовать в том или ином случае, как выполнить расчет элементов схемы.
К каким батарейкам можно подключать светодиод?
В принципе, просто зажечь светодиод, можно от любой батарейки. Разработанные радиолюбителями и профессионалами электронные схемы позволяют успешно справиться с этой задачей. Другое дело, сколько времени будет непрерывно работать схема с конкретным светодиодом (светодиодами) и конкретной батарейкой или батарейками.
Для оценки этого времени следует знать, что одной из основных характеристик любых батарей, будь то химический элемент или аккумулятор, является емкость. Емкость батареи – С выражается в ампер-часах. Например, емкость распространенных пальчиковых батареек формата ААА, в зависимости от типа и производителя, может составлять от 0.5 до 2.5 ампер-часов. В свою очередь светоизлучающие диоды характеризуются рабочим током, который может составлять десятки и сотни миллиампер. Таким образом, приблизительно рассчитать, на сколько хватит батареи, можно по формуле:
T= (C*U бат)/(U раб. led *I раб. led)
В данной формуле в числителе стоит работа, которую может совершить батарея, а в знаменателе мощность, которую потребляет светоизлучающий диод. Формула не учитывает КПД конкретно схемы и того факта, что полностью использовать всю емкость батареи крайне проблематично.
При конструировании приборов с батарейным питанием обычно стараются, чтобы их ток потребления не превышал 10 – 30% емкости батареи. Руководствуясь этим соображением и приведенной выше формулой можно оценить сколько нужно батареек данной емкости для питания того или иного светодиода.
Как подключить от пальчиковой батарейки АА 1,5В
К сожалению, не существует простого способа запитать светодиод от одной пальчиковой батарейки. Дело в том, что рабочее напряжение светоизлучающих диодов обычно превышает 1.5 В. Для эта величина лежит в диапазоне 3.2 – 3.4В. Поэтому для питания светодиода от одной батарейки потребуется собрать преобразователь напряжения. Ниже приведена схема простого преобразователя напряжения на двух транзисторах с помощью которого можно питать 1 – 2 сверхъярких LED с рабочим током 20 миллиампер.
Данный преобразователь представляет собой блокинг-генератор, собранный на транзисторе VT2, трансформаторе Т1 и резисторе R1. Блокинг-генератор вырабатывает импульсы напряжения, которые в несколько раз превышают напряжение источника питания. Диод VD1 выпрямляет эти импульсы. Дроссель L1, конденсаторы C2 и С3 являются элементами сглаживающего фильтра.
Транзистор VT1, резистор R2 и стабилитрон VD2 являются элементами стабилизатора напряжения. Когда напряжение на конденсаторе С2 превысит 3.3 В, стабилитрон открывается и на резисторе R2 создается падение напряжения. Одновременно откроется первый транзистор и запирет VT2, блокинг-генератор прекратит работу. Тем самым достигается стабилизация выходного напряжения преобразователя на уровне 3.3 В.
В качестве VD1 лучше использовать диоды Шоттки, которые имеют малое падение напряжения в открытом состоянии.
Трансформатор Т1 можно намотать на кольце из феррита марки 2000НН. Диаметр кольца может быть 7 – 15 мм. В качестве сердечника можно использовать кольца от преобразователей энергосберегающих лампочек, катушек фильтров компьютерных блоков питания и т. д. Обмотки выполняют эмалированным проводом диаметром 0.3 мм по 25 витков каждая.
Данную схему можно безболезненно упростить, исключив элементы стабилизации. В принципе схема может обойтись и без дросселя и одного из конденсаторов С2 или С3 . Упрощенную схему может собрать своими руками даже начинающий радиолюбитель.
Cхема хороша еще тем, что будет непрерывно работать, пока напряжение источника питания не снизится до 0.8 В.
Как подключить от 3В батарейки
Подключить сверхъяркий светодиод к батарее 3 В можно не используя никаких дополнительных деталей. Так как рабочее напряжение светодиода несколько больше 3 В, то светодиод будет светить не в полную силу. Иногда это может быть даже полезным. Например, используя светодиод с выключателем и дисковый аккумулятор на 3 В (в народе называемая таблеткой), применяемый в материнских платах компьютера, можно сделать небольшой брелок-фонарик. Такой миниатюрный фонарик может пригодиться в разных ситуациях.
От такой батарейки — таблетки на 3 Вольта можно запитать светодиод
Используя пару батареек 1.5 В и покупной или самодельный преобразователь для питания одного или нескольких LED, можно изготовить более серьезную конструкцию. Схема одного из подобных преобразователей (бустеров) изображена на рисунке.
Бустер на основе микросхемы LM3410 и нескольких навесных элементов имеет следующие характеристики:
- входное напряжение 2.7 – 5.5 В.
- максимальный выходной ток до 2.4 А.
- количество подключаемых LED от 1 до 5.
- частота преобразования от 0.8 до 1.6 МГц.
Выходной ток преобразователя можно регулировать, изменяя сопротивление измерительного резистора R1. Несмотря на то, что из технической документации следует, что микросхема рассчитана на подключение 5-ти светодиодов, на самом деле к ней можно подключать и 6. Это обусловлено тем, что максимальное выходное напряжение чипа 24 В. Еще LM3410 позволяет свечения светодиодов (диммирование). Для этих целей служит четвертый вывод микросхемы (DIMM). Диммирование можно осуществлять, изменяя входной ток этого вывода.
Как подключить от 9В батарейки Крона
«Крона» имеет относительно небольшую емкость и не очень подходит для питания мощных светодиодов. Максимальный ток такой батареи не должен превышать 30 – 40 мА. Поэтому к ней лучше подключить 3 последовательно соединенных светоизлучающих диода с рабочим током 20 мА. Они, как и в случае подключения к батарейке 3 вольта не будут светить в полную силу, но зато, батарея прослужит дольше.
Схема питания от батарейки крона
В одном материале трудно осветить все многообразие способов подключения светодиодов к батареям с различным напряжением и емкостью. Мы постарались рассказать о самых надежных и простых конструкциях. Надеемся, что этот материал будет полезен как начинающим, так и более опытным радиолюбителям.
Светодиоды разного цвета имеют свою рабочую зону напряжения. Если мы видим светодиод на 3 вольта, то он может давать белый, голубой или зеленый свет. Напрямую подключать его к источнику питания, который генерирует более 3 вольт нельзя.
Расчет сопротивления резистора
Чтобы понизить напряжение на светодиоде, в цепь перед ним последовательно включают резистор. Основная задача электрика или любителя будет заключаться в том, чтобы правильно подобрать сопротивление.
В этом нет особой сложности. Главное, знать электрические параметры светодиодной лампочки, вспомнить закон Ома и определение мощности тока.
R=Uна резисторе/Iсветодиода
Iсветодиода – это допустимый ток для светодиода. Он обязательно указывается в характеристиках прибора вместе с прямым падением напряжения. Нельзя, чтобы ток, проходящий по цепи, превысил допустимую величину. Это может вывести светодиодный прибор из строя.
Зачастую на готовых к использованию светодиодных приборах пишут мощность (Вт) и напряжение или ток. Но зная две из этих характеристик, всегда можно найти третью. Самые простые осветительные приборы потребляют мощность порядка 0,06 Вт.
При последовательном включении общее напряжение источника питания U складывается из Uна рез. и Uна светодиоде. Тогда Uна рез.=U-Uна светодиоде
Предположим, необходимо подключить светодиодную лампочку с прямым напряжением 3 вольта и током 20 мА к источнику питания 12 вольт. Получаем:
R=(12-3)/0,02=450 Ом.
Обычно, сопротивление берут с запасом. Для того ток умножают на коэффициент 0,75. Это равносильно умножению сопротивления на 1,33.
Следовательно, необходимо взять сопротивление 450*1,33=598,5=0,6 кОм или чуть больше.
Мощность резистора
Для определения мощности сопротивления применяется формула:
P=U²/ R= Iсветодиода*(U-Uна светодиоде)
В нашем случае: P=0,02*(12-3)=0,18 Вт
Такой мощности резисторы не выпускаются, поэтому необходимо брать ближайший к нему элемент с большим значением, а именно 0,25 ватта. Если у вас нет резистора мощность 0,25 Вт, то можно включить параллельно два сопротивления меньшей мощности.
Количество светодиодов в гирлянде
Аналогичным образом рассчитывается резистор, если в цепь последовательно включено несколько светодиодов на 3 вольта. В этом случае от общего напряжения вычитается сумма напряжений всех лампочек.
Все светодиоды для гирлянды из нескольких лампочек следует брать одинаковыми, чтобы через цепь проходил постоянный одинаковый ток.
Максимальное количество лампочек можно узнать, если разделить U сети на U одного светодиода и на коэффициент запаса 1,15.
N=12:3:1,15=3,48
К источнику в 12 вольт можно спокойно подключить 3 излучающих свет полупроводника с напряжением 3 вольта и получить яркое свечение каждого из них.
Мощность такой гирлянды довольно маленькая. В этом и заключается преимущество светодиодных лампочек. Даже большая гирлянда будет потреблять у вас минимум энергии. Этим с успехом пользуются дизайнеры, украшая интерьеры, делая подсветку мебели и техники.
На сегодняшний день выпускаются сверхяркие модели с напряжением 3 вольта и повышенным допустимым током. Мощность каждого из них достигает 1 Вт и более, и применение у таких моделей уже несколько иное. Светодиод, потребляющий 1-2 Вт, применяют в модулях для прожекторов, фонарей, фар и рабочего освещения помещений.
Примером может служить продукция компании CREE, которая предлагает светодиодные продукты мощностью 1 Вт, 3Вт и т. д. Они созданы по технологиям, которые открывают новые возможности в этой отрасли.
Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?
Стандартное напряжение — это такое напряжение, которое очень часто используется в ваших электронных безделушках. Это напряжение в 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт и тд. Например, в ваш допотопный МР3 плеер вмещалась одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульте дистанционного управления ТВ используются уже две батарейки по 1,5 Вольта, включенные последовательно, значит уже 3 Вольта. В USB разъеме самые крайние контакты с потенциалом в 5 Вольт. Наверное, у всех в детстве была Денди? Чтобы питать Денди нужно было подавать на нее напряжение в 9 Вольт. Ну 12 Вольт используется практически во всех автомобилях. 24 Вольта используется уже в основном в промышленности. Также для этого, условно говоря, стандартного ряда «заточены» различные потребители этого напряжения: лампочки, проигрыватели, и тд.
Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания . Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его. Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:
Вариант №1
Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно ):
Вариант №2
На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!
Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ — это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:
Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 — 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать .
U стабилитрона — это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт. 8 Вольт — уже нестандартный ряд напряжения;-). Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений;-).
Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:
Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.
Теперь берем стабилитрон на U стабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.
Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает! Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.
Вариант №3
Есть также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода — 0,3-0,4 Вольта ? Именно этим свойством диода и воспользуемся;-).
Итак, схему в студию!
Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.
Итак, что на выходе?
Почти 5.7 Вольт;-), что и требовалось доказать.
Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:
На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.
Ниже приведены сразу две схемы 3-х Вольтовых блоков питания .
Они собраны на разных элементах, а конкретную вы сможете выбрать сами, познакомившись с их особенностями и исходя из своих потребностей м возможностей.
На первом рисунке приведена простая схема блока питания на 3 В (ток в нагрузкеке 200 мА) с электронной защитой от перегрузки (Iз = 250 мА). Уровень пульсации выходного напряжения не превышает 8 мВ.
Для нормальной работы стабилизатора напряжение после выпрямителя (на диодах VD1…VD4) может быть от 4,5 до 10 В, но лучше, если оно будет 5…6 В, ≈ меньшая мощность источника теряется на тепловыделение транзистором VT1 при работе стабилизатора. В схеме в качестве источника опорного напряжения используется светодиод HL1 и диоды VD5, VD6. Светодиод является одновременно и индикатором работы блока питания.
Транзистор VT1 крепится на теплорассеивающей пластине. Как рассчитать размер теплоотводящего радиатора можно более подробно посмотреть .
Трансформатор Т1 можно приобрести из унифицированной серии ТН любой, но лучше использовать самые малогабаритные ТИ1-127/220-50 или ТН2-127/220-50. Подойдут также и многие другие типы трансформаторов со вторичной обмоткой на 5…6 В. Конденсаторы С1…СЗ типа К50-35.
Вторая схема использует интегральный стабилизатор DA1, но в отличие от транзисторного стабилизатора, приведенного на первом рисунке, для нормальной работы микросхемы необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное не менее чем на 3,5 В. Это снижает КПД стабилизатора за счет тепловыделения на микросхеме.
При низком выходном напряжении мощность, теряемая в блоке питания, будет превышать отдаваемую в нагрузку. Необходимое выходное напряжение устанавливается подстроечным резистором R2. Микросхема устанавливается на радиатор. Интегральный стабилизатор обеспечивает меньший уровень пульсации выходного напряжения (1 мВ), а также позволяет использовать емкости меньшего номинала.
Простой ключевой стабилизатор напряжения 15-25В 4А
Электронные устройства, выполненные на цифровых микросхемах, не предъявляют слишком высоких требований к стабильности и уровню пульсаций питающего напряжения. Поэтому для питания таких устройств можно с успехом применять простейшие ключевые стабилизаторы напряжения. Они имеют высокий КПД, меньшие габариты и массу по сравнению с непрерывными стабилизаторами. Правильное конструктивное исполнение ключевого стабилизатора позволяет избежать проникновения высокочастотных помех в питаемое устройство.
На рис. 5.28 показана принципиальная схема простого ключевого стабилизатора. При высоких энергетических показателях качество выходного напряжения позволяет подключать к стабилизатору устройства, выполненные на цифровых микросхемах серий К130, КПЗ, К134, К155, К156, К561 и др.
Основные технические характеристики:
Входное напряжение, В……………………………………………………..15…25;
Выходное напряжение, В……………………………………………………5;
Максимальный ток нагрузки, А…………………………………………….4;
Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем интервале
питающего напряжения, мВ, не более…………………………………..50;
КПД, %, не хуже………………………………………………………………60;
Рабочая частота, кГц…………………………………………………………>20.
При подаче на вход устройства напряжения питания в цепи базы составного транзистора VT2, VT3 появляется ток, вследствие чего он открывается. Цепь R3, С2 обеспечивает импульсный характер возникновения этого тока, что способствует форсированному открыванию составного транзистора. После его открывания через дроссель L1 начинает протекать возрастающий ток, заряжающий накопительные конденсаторы СЗ, С4.
Когда напряжение на этих конденсаторах достигает некоторого уровня, открываются транзисторы VT4 и VT1. Последний из них, насыщаясь, подключает к эмиттерному переходу транзистора VT2 заряженный в закрывающей полярности конденсатор С2. Это способствует быстрому закрыванию составного транзистора.
Ток в дросселе L1 не может мгновенно прерваться, поэтому после закрывания транзисторов VT2, VT3 открывается диод VD1, который замыкает цепь тока через дроссель L1. В этот отрезок времени ток в дросселе уменьшается, а с момента, когда он сравняется с током нагрузки, начинает уменьшаться и напряжение на конденсаторах СЗ, С4. При некотором его значении транзисторы VT4 и VT1 закрываются, a VT2 и VT3 — открываются, и ток в дросселе L1 начинает снова увеличиваться, диод VD1 закрывается.
Напряжение на конденсаторах СЗ, С4 продолжает уменьшаться, и, когда ток в дросселе L1 становится равным току нагрузки, напряжение на конденсаторах СЗ, С4 снова начинает увеличиваться, и цикл работы стабилизатора повторяется. Конденсатор С5 создает на базе транзистора VT4 необходимый фазовый сдвиг сигнала обратной связи, определяющий частоту следования рабочих циклов. Фильтр L2, С6 служит для уменьшения пульсаций выходного напряжения.
Мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3 и диоде VDI, незначительна. Это позволяет получить значительный ток нагрузки без применения теплоотводов для мощных элементов. Однако при длительной работе с током нагрузки свыше 3,5 А необходима установка этих элементов на теплоотводы. Полное описание работы схемы и монтажа стабилизатора приведено в [96]. Печатная плата устройства приводится на рис. 5.29.
Мощный линейный стабилизатор напряжения
Для питания различных электронных устройств и схем, сделанных своими руками нужен такой источник питания, напряжение на выходе которого можно регулировать в широких пределах. С его помощью можно наблюдать, как ведёт себя схема при том или ином напряжении питания. При этом он должен иметь возможность выдавать большой ток, чтобы питать мощную нагрузку, и минимальные пульсации на выходе. На роль такого источника питания отлично подойдёт линейный стабилизатор напряжения – микросхема LM338, она обеспечивает ток до 5 А, имеет защиту от перегрева и короткого замыкания на выходе. Схема её включения достаточно проста, она представлена ниже.
Схема
Микросхема LM338 имеет три вывода – вход (in), выход (out) и регулирующий (adj). На вход подаём постоянное напряжение определённой величины, а с выхода снимаем стабилизированное напряжение, величина которого задаётся переменным резистором Р2. Напряжение на выходе регулируется от 1,25 вольт до величины входного, с вычетом 1,5 вольт. Проще говоря, если на входе, например, 24 вольта, то на выходе напряжение будет меняться в пределах от 1,25 до 22,5 вольт. Подавать на вход более 30 вольт не следует, микросхема может уйти в защиту. Чем больше ёмкость конденсаторов на входе, тем лучше, ведь они сглаживают пульсации. Ёмкость конденсаторов на выходе микросхемы должна быть небольшой, иначе они будут долго сохранять заряд и напряжение на выходе будет регулироваться неверно. При этом каждый электролитический конденсатор должен быть зашунтирован плёночным или керамическим с малой ёмкостью (на схеме это С2 и С4). При использовании схемы с большими токами микросхему обязательно нужно установить на радиатор, ведь она будет рассеивать на себе всё падение напряжения. Если токи небольшие – до 100 мА, радиатор не потребуется.
Сборка стабилизатора
Вся схема собирается на небольшой печатной плате размерами 35 х 20 мм, изготовить которую можно методом ЛУТ. Печатная плата полностью готова к печати, отзеркаливать её не нужно. Ниже представлены несколько фотографий процесса.
Дорожки желательно залудить, это уменьшит их сопротивление и защитит от окисления. Когда печатная плата готова – начинаем запаивать детали. Микросхема запаиваться прямо на плату, спинкой в сторону края. Такое расположение позволяет закрепить на радиаторе всю плату с микросхемой. Переменный резистор выводится от платы на двух проводках. Можно использовать любой переменный резистор с линейной характеристикой. При этом средний его вывод соединяется с любым из крайних, полученные два контакта идут на плату, как видно на фото. Для подключения проводов входа и выхода удобнее всего использовать клеммник. После сборки необходимо проверить правильность монтажа.
Запуск и испытания
Когда плата собрана, можно переходить к испытаниям. Подключаем на выход маломощную нагрузку, например, светодиод с резистором и вольтметр для контроля напряжения. Подаём напряжение на вход и следим за показаниями вольтметра, напряжение должно меняться при вращении ручки от минимума до максимума. Светодиод при этом будет менять яркость. Если напряжение регулируется, значит схема собрана правильно, можно ставить микросхему на радиатор и тестировать с более мощной нагрузкой. Такой регулируемый стабилизатор идеально подойдёт для использовании в качестве лабораторного блока питания. Особое внимание стоит уделить выбору микросхемы, ведь её очень часто подделывают. Поддельные микросхемы стоят дёшево, но легко сгорают при токе уже 1 – 1,5 Ампера. Оригинальные стоят дороже, но зато честно обеспечивают заявленный ток до 5 Ампер. Удачной сборки.
Смотрите видео
На видео наглядно показана работа стабилизатора. При вращении переменного резистора напряжение плавно меняется от минимума к максимуму и наоборот, светодиод при этом меняет яркость.
Russian Hamradio :: Простой стабилизатор напряжения.
Данный стабилизатор имеет высокий коэффициент стабилизации, малое время установления выходного напряжения при скачкообразных изменениях тока нагрузки, а также сохраняет работоспособность при малой разнице входного и выходного напряжений.
Устройство состоит из двух стабилизаторов — последовательного и параллельного. Параллельный стабилизатор (VD1, R1 и эмиттерный переход транзистора VT3) подключен к выходу устройства. Следует только отметить, что основной недостаток параллельного стабилизатора (низкий КПД) устранен тем, что его ток мал и фиксирован при любом токе нагрузки. Принципиальная схема стабилизатора приведена на рис.1.
Рис.1.
Выходное напряжение Uвых = Uст + Uбэ, где Uст, Uбэ соответственно падения напряжений на стабилитроне VD1 и эмиттерном переходе транзистора VT3. Ток через стабилитрон VD1 равен Iст = Uбэ/R1. В связи с этим выходное напряжение можно незначительно (на 0,1… 0,2В) регулировать подбором резистора R1. При увеличении сопротивления резистора R1 ток, протекающий через стабилитрон, уменьшается и соответственно уменьшается падение напряжения на нем и выходное напряжение.
Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. Ток коллектора транзистора VT3 фиксирован источником тока на транзисторе VT4 (ток затвора транзистора VT1 практически отсутствует). Следовательно, напряжение Uбэ транзистора VT3 также фиксировано. При изменении тока нагрузки изменяются напряжение на коллекторе транзистора VT3 и ток стока транзистора VT1. Таким образом, выходное напряжение поддерживается постоянным, поскольку ток через стабилитрон не изменяется.
Так как выходное сопротивление полевого транзистора велико, петлевое усиление стабилизатора также велико. Оно пропорционально входному сопротивлению регулирующего элемента и обратно пропорционально дифференциальному сопротивлению эмиттерного перехода транзистора VT3. Кроме того, при использовании в регулирующем элементе полевого транзистора весьма мал коэффициент прямой передачи входного возмущения. Поэтому в стабилизаторе удается получить коэффициент стабилизации более 5000 при токе нагрузки до 0,5 А.
Минимальное падение напряжения на регулирующем элементе равно 1,2В, а максимальный ток нагрузки определяется начальным током стока транзистора VT1, статическим коэффициентом передачи тока базы транзистора VT2 и может достигать 0,5…0,8 А. Этим же пределом ограничен и ток замыкания цепи нагрузки, так как в этом случае полевой транзистор переходит в режим стабилизации тока. Так как выходное напряжение стабилизатора равно нулю (в режиме замыкания), напряжение на затворе транзистора VT1 также равно нулю.
В этом случае ток стока транзистора VT1 будет несколько меньше начального, что и ограничивает ток замыкания. В стабилизаторе можно использовать традиционные цепи защиты от перегрузки по току. Следует лишь отметить, что в случае перегрузки стабилизатора надежно закрыть регулирующий элемент можно, только воздействуя на транзистор VT2.
При скачкообразных изменениях тока нагрузки (такой режим характерен для цифровых и микропроцессорных устройств) в любом стабилизаторе возникает переходный процесс, обусловленный наличием емкости нагрузки и инерционностью петли обратной связи. Например, при резком увеличении тока нагрузки происходит “провал” выходного напряжения, который компенсируется за счет открывания регулирующего элемента (в последовательном стабилизаторе).
В случае же скачкообразного уменьшения тока емкость нагрузки продолжает заряжать остаточный ток регулирующего элемента, вследствие чего образуется “выброс” выходного напряжения. После закрывания регулирующего элемента конденсатор на выходе стабилизатора начинает относительно медленно разряжаться через делитель напряжения обратной связи. Возникает переходный процесс, длительность которого в десятки и сотни раз может превышать время установления выходного напряжения при скачкообразном увеличении тока нагрузки [1].
В описываемом стабилизаторе даже при закрытом регулирующем элементе выходное сопротивление определяется не высокоомным делителем напряжения обратной связи, а малым дифференциальным сопротивлением стабилитрона VD1 и эмиттерного перехода транзистора VT3, включенными последовательно.
То есть параллельный стабилизатор в данном устройстве выполняет функции источника образцового напряжения, делителя напряжения обратной связи и устройства подавления выбросов выходного напряжения. Длительность переходного процесса сокращается в десятки раз по сравнению со стабилизаторами, у которых образцовое напряжение формируется традиционно (например [2]), а выброс напряжения незначителен и мало зависит от быстродействия петли обратной связи.
Стабилизатор может работать с выходным фиксированным напряжением до 20…30В, необходимо лишь подобрать стабилитрон VD1. Устройство некритично к выбору транзисторов, необходимо только отметить, что транзистор VT1 следует выбирать с максимально возможным начальным током стока и напряжением отсечки Uотс < Uвых. Транзистор VT4 может быть любым из указанной серии, при условии, что его начальный ток стока находится на уровне 0,5…1 мА.
Устойчивость в работе стабилизатора обеспечивают конденсаторы С1 и С2. При замене конденсатора С2 на другой, емкостью до 20 мкФ, конденсатор С1 можно исключить.
Настройка
Правильно собранный стабилизатор начинает работать сразу, и налаживание его заключается лишь в подборе сопротивления резистора R1 для установки выходного напряжения с нужной точностью.
Е. Старченко
Стоит ли собирать стабилизатор напряжения своими руками
Идеальным вариантом работы электросетей является изменение значений тока и напряжения как в сторону уменьшения, так и увеличения не более чем на 10% от номинальных 220 В. Но поскольку в реальности скачки характеризуются большими изменениями, то электроприборам, подключенным к сети напрямую, грозит потеря проектных возможностей и даже выход из строя.
Избежать неприятностей поможет использование специального оборудования. Но поскольку оно отличается весьма высокой ценой, то многие предпочитают собирать стабилизатор напряжения сделанный своими руками. Насколько оправдан такой шаг и что потребуется для его реализации?
Конструкция и принцип действия стабилизатора
Конструкция прибора
Решив собрать прибор самостоятельно придется заглянуть внутрь корпуса промышленной модели. Она состоит из нескольких основных деталей:
- Трансформатора;
- Конденсаторов;
- Резисторов;
- Кабеля для соединения элементов и подключения устройства.
Принцип действия самого простого стабилизатора основан на работе реостата. Он повышает или понижает сопротивление в зависимости от силы тока. Более современные модели обладают широким набором функций и способны в полной мере защитить бытовую технику от скачков напряжения в сети.
Виды приборов и их особенности
Виды и их применения
Классификация оборудования зависит от методов, используемых для регулировки тока. Поскольку эта величина представляет собой направленное движение частиц, то воздействовать на нее можно одним из способов:
- Механическим;
- Импульсным.
Первый основывается на законе Ома. Приборы, работа которых основана на нем называют линейными. Они включают в себя два колена, которые соединяются при помощи реостата. Поданное на один элемент напряжение проходит по реостату и таким образом оказывается на другом, с которого поступает к потребителям.
Приборы этого типа позволяют очень только выставлять параметры выходного тока и могут быть модернизированы дополнительными узлами. Но использовать такие стабилизаторы в сетях, где разница между входным и выходным током велика нельзя, так как они не смогут обезопасить бытовую технику от КЗ при больших нагрузках.
Смотрим видео, принцип работы импульсного прибора:
Импульсные модели работают по принципу амплитудной модуляции тока. В цепи стабилизатора используется выключатель, разрывающий ее через определенные промежутки времени. Такой подход позволяет равномерно накапливать ток в конденсаторе, а после его полной зарядки и далее на приборы.
В отличие от линейных стабилизаторов импульсные не имеют возможности задавать определенную величину. В продаже встречаются модели повышающе-понижающие – это идеальный выбор для дома.
Также стабилизаторы напряжения делятся на:
- Однофазные;
- Трехфазные.
Но так как большинство бытовых приборов работают от однофазной сети, то в жилых помещениях используют как правило оборудование, относящееся к первому типу.
Приступаем к сборке: комплектующие, инструменты
Поскольку наиболее эффективным считается симисторный аппарат, то в своей статье мы рассмотрим, как самостоятельно собрать именно такую модель. Сразу следует отметить, что этот стабилизатор напряжения, выполненный своими руками, будет выравнивать ток при условии, что входное напряжение находится в диапазоне от 130 до 270В.
Допустимая мощность приборов, подключаемых к такому оборудованию не сможет превышать 6 кВт. При этом переключение нагрузки будет осуществляться за 10 миллисекунд.
Что касается комплектующих, то для сборки такого стабилизатора понадобятся следующие элементы:
- Блок питания;
- Выпрямитель для измерения амплитуды напряжения;
- Компаратор;
- Контроллер;
- Усилители;
- Светодиоды;
- Узел задержки включения нагрузки;
- Автотрансформатор;
- Оптронные ключи;
- Выключатель-предохранитель.
Из инструментов буду необходимы паяльник и пинцет.
Этапы изготовления
Чтобы собрать стабилизатор напряжения 220В для дома своими руками сначала нужно подготовить печатную плату размером 115х90 мм. Она изготавливается из фольгированного стеклотекстолита. Схема размещения деталей может быть напечатана на лазерном принтере и при помощи утюга перенесена на плату.
Смотрим видео, самодельный несложный прибор:
схема электрическая принципиальная
Далее переходим к сборке трансформаторов. Для одного такого элемента потребуется:
- магнитопровод площадью сечения 1,87 см²;
- три кабеля ПЭВ-2.
Первый провод используется для создания одной обмотки, при этом его диаметр составляет 0,064 мм. Число витков должно равняться 8669.
Два оставшихся провода потребуются для выполнения других обмоток. Они отличаются от первого диаметром, составляющим 0,185 мм. Количество витков для этих обмоток будет равно 522.
Если хотите упростить себе задачу, то можно воспользоваться двумя готовыми трансформаторами ТПК-2-2 12В. Их соединяют последовательно.
В случае изготовления этих деталей самостоятельно после того как будет готов один из них переходят к созданию второго. Для него будет нужен тороидальный магнитопровод. Для обмотки выбирают тот же ПЭВ-2, что и в первом случае, только количество витков составит 455.
Также во втором трансформаторе придется выполнить 7 отводов. Причем для первых трех используется провод диаметром 3мм, а для остальных – шины, сечением 18 мм². Это поможет избежать нагревания трансформатора в процессе работы.
соединение двух трансформаторов
Все остальные комплектующие для прибора, создаваемого своими руками лучше приобретать в магазине. После того, как все необходимое закуплено можно приступать к сборке. Начинать лучше всего с установки микросхемы, выполняющей роль контроллера на теплоотвод, который изготавливается из алюминиевой платины площадью более 15 см². На него также монтируются симисторы. Причем теплоотвод, на который предполагается их установка должен иметь охлаждающую поверхность.
Далее необходимо установить на плату светодиоды. Причем лучше выбирать мигающие. Если не получается расположить их согласно схеме, то можно разместить на стороне, где находятся печатные проводники.
Если сборка симисторного стабилизатора напряжения 220В своими руками для вас кажется сложной, то можно остановиться на более простой линейной модели. Она будет обладать аналогичными свойствами.
Эффективность изделия, выполненного своими руками
Что толкает человека на изготовление того или иного прибора? Чаще всего – его высокая стоимость. И в этом смысле стабилизатор напряжения, собранный своими руками, конечно, превосходит фабричную модель.
К преимуществам самодельных устройств можно отнести и возможность самостоятельного ремонта. Человек, собравший стабилизатор разобрался как в его принципе действия, так и строении и поэтому сможет устранить неисправность без посторонней помощи.
Кроме того, все детали для такого прибора предварительно покупались в магазине, поэтому в случае выхода их из строя всегда можно будет найти аналогичную.
Если же сравнивать надежность стабилизатора, собранного своими руками и произведенного на предприятии, то здесь преимущество на стороне заводских моделей. В домашних условиях разработать модель, отличающуюся высокой производительностью практически невозможно, так как нет специального измерительного оборудования.
Заключение
Существуют различные типы стабилизаторов напряжения, причем некоторые из них вполне реально сделать своими руками. Но для этого придется разобраться в нюансах работы оборудования, приобрести необходимые комплектующие и выполнить их грамотный монтаж. Если вы не уверены в своих силах, то лучший вариант – приобретение устройства заводского изготовления. Стоит такой стабилизатор дороже, но и по качеству значительно превосходит модели, собираемые самостоятельно.
Электроника 102 — Урок 4
На предыдущем уроке мы улучшили усилитель, смоделировали его и продемонстрировали производительность с использованием SPICE.В этом уроке мы собираемся разработать регулятор напряжения — сердце любого источника питания.
Потребность в регуляторах напряжения
Назначение регуляторов напряжения — обеспечить стабильное напряжение питания в цепях. вы проектируете.
Это самые распространенные схемы (каждая электронная система, независимо от ее функции, есть хотя бы один), и все же ими часто пренебрегают из-за их утилитарности природа.
Нам нужны регуляторы напряжения, потому что источники первичного питания (например, обычные батареи, или напряжение переменного тока, которое мы получаем от сетевой розетки) обычно не очень стабильны или нестабильны достаточно, чтобы гарантировать, что наши схемы работают в пределах своих спецификаций.
Например, напряжение, которое мы получаем от автомобильного аккумулятора, может варьироваться от 14,4 В. когда двигатель работает и генератор заряжает аккумулятор, и при низком уровне 8 или 9 В при запуске двигателя холодным утром.Потому что может быть положительный или отрицательные всплески, наложенные на напряжение батареи из-за другого оборудования, большинство автомобильное оборудование рассчитано на работу с напряжением до 16 В. Внутри некоторых цепей для правильной работы требуется стабильное напряжение, например микропроцессор, используемый для управления магнитолой. Большинство микропроцессоров работают от источника питания 3 В или 5 В, которое должно регулироваться с точностью до доли вольт. Например, многие микросхемы, рассчитанные на работу от номинального напряжения 5 В. требуется, чтобы напряжение оставалось в пределах 4.5 и 5,5 Вольт.
Опорное напряжение
Для работы регуляторам напряжения требуется ссылка. Опорное напряжение — это часть или цепь, обеспечивающая стабильное напряжение при выходе за пределы параметров, таких как напряжение питания или температура меняется.
Наиболее распространенным источником опорного напряжения является стабилитрон ([1]). Стабилитрон — это диод, в котором наблюдается лавинный обратный пробой. оптимизированы и количественно определены таким образом, чтобы диод мог безопасно работать в этой области.
Мы можем использовать SwitcherCAD, чтобы проиллюстрировать поведение стабилитрона.
<Зинер-1.png>
Создайте схему сейчас, вам не нужно пока вводить какое-либо значение в Source V1. Не беспокойтесь о.Заявление постоянного тока в нижней части схемы, это просто строка текста, которую я поместил туда для справки. Когда вы закончите создание схемы, нажмите Simulate-> Edit Simulation Cmd. затем выберите «Развертка по постоянному току».
Введите следующие значения:
- Название 1-го источника для проверки: V1
- Тип развертки: линейный
- Начальное значение: -4
- Стоповое значение: 16
- Приращение: 0,1
У вас должен получиться такой сюжет:
<Зинер-2.png>
При напряжениях источника выше примерно 6 В стабилитрон начинает проводить ток и напряжение на нем составляют около 6.2 В, что является номинальным Напряжение стабилитрона для этой части.
Область отрицательного напряжения интересна тем, что показывает, что Стабилитрон похож на настоящий диод, когда он смещен в прямом направлении. Однако мы не собираемся использовать стабилитрон в этой области.
Самая интересная часть — это область обратного смещения (когда напряжения от V1 равны положительный). Эффект Зенера обеспечивает напряжение около 6,2 В, что вполне достаточно. стабильно по сравнению с напряжением источника.
Чтобы выяснить, насколько стабильна, давайте повторно запустим симуляцию, но с разверткой исходного кода. между 8 и 18 В.
<Зинер-3.png>
Регулировка линии = дельта (В
на выходе ) / дельта (В на выходе )В этом случае изменение выходного напряжения при вводе изменение напряжения с 14 до 16 В (изменение на 2 В) составляет 20 мВ, поэтому Стабилизация линии между 14 и 16 В составляет 1%.
Если бы мы заменили источник V1 автомобильным аккумулятором, мы бы ожидайте, что регулируемое напряжение стабилитрона будет варьироваться от 6,24 до 6,38 В, в то время как напряжение батареи изменяется с 8 до 16 В, что является значительным улучшением.
Давайте посмотрим, как влияет температура, добавив оператор .STEP к моделирование.
Щелкните значок Текст и введите в текстовое поле следующее: «.STEP TEMP LIST 0 25 50», затем нажмите «Директива», «ОК» и запустите снова симуляция.
<Зинер-4.png>
Шунтирующие регуляторы
Этот тип схемы называется шунтирующим регулятором , потому что регулирующий элемент находится параллельно (а не последовательно) с нагрузкой. Пока наши схема не показывает нагрузку (пока), нагрузка запитана от любой цепи от регулируемого напряжения, поэтому они будут подключены параллельно с стабилитроном.
Особенность шунтирующего регулятора, которая может быть как преимуществом, так и неудобством. в зависимости от того, где и как используется схема, шунтирующий регулятор тянет постоянный ток от источника. Ток, взятый из источника, является ток, протекающий через последовательный резистор. Поскольку текущий ток через последовательный резистор зависит только от напряжения источника, Напряжение стабилитрона и номинал резистора постоянны до тех пор, пока напряжение источника постоянно и не зависит от тока нагрузки.
Преимущество заключается в том, что ток источника не зависит от тока нагрузки.
Недостатком является то, что КПД схемы очень низок при малые токи нагрузки, поэтому схема не оптимизирована для работы от батареи.
Трудно представить более простую схему, она состоит всего из двух основных компонентов.
С другой стороны, доступный ток ограничен. Посмотрим, какой ток мы можем получить от этой схемы.
Расчет максимального тока нагрузки
В этой модифицированной схеме я добавил резистор R2, чтобы представить схему, которая будет используйте опорное напряжение. Резистор пока не имеет значения, он нужен для иллюстрации. Этот резистор составляет нагрузку и потребляет определенный ток. Нам нужно убедиться, что регулятор может обеспечивать ток, необходимый для цепи. представлен резистором R2.
<Зенера-5.png >>
Я
R1 = Я D1 + Я R2 В нашей примерной схеме, когда напряжение источника равно 12 В, напряжение на стабилитроне равно 6,34 В, поэтому напряжение на резисторе R1 составляет 5,66 В, поэтому ток в резисторе будет 5,66 / 1000 или 5,66 мА.По мере уменьшения значения R2 ток через него будет увеличиваться, а ток через D1 уменьшится на такую же величину.
Если ток нагрузки (ток через R2) приближается к 5,66 мА, стабилитрон будет голодать (ток через него будет очень низким или нулевым), и он не будет делать свое работа по регулированию напряжения. Давайте узнаем, сколько тока мы можем пропустить D1, посмотрев на спецификацию.
Чтобы просмотреть весь документ, нажмите на картинку.
I
макс. = P макс. / V стабилитрон В этом случае максимальный ток равен 0.225 / 6,2 = 0,036 А или 36 мА.Если вы прочитаете примечания в листе технических данных, вы увидите, что 225 мВт — это Абсолютный максимальный рейтинг при температуре окружающей среды 25 ° C. В техническом паспорте также указаны вы можете определить тепловое сопротивление и номинальные характеристики для температур выше 25 градусов.
Не вдаваясь в детали этих расчетов прямо сейчас, хороший практика проектирования заключается в ограничении максимального тока в нашей цепи до не более более 50% от абсолютного максимума рейтинга.Это 18 мА.
Если наша схема такова, что ток нагрузки может изменяться от нуля до некоторого значения, мы должны убедиться, что ток через R1 не превышает 18 мА.
При выбранном нами (несколько произвольно) значении R1 мы достигнем 18 мА. когда напряжение от V1 составляет 6,2 + (1000 * 0,018) = 24,2 В, где 6,2 — это номинальное напряжение стабилитрона, а (1000 * 0,018) — это напряжение, которое нам нужно приложить через R1, чтобы через него протекал ток 18 мА.Итак, похоже, что у нас есть довольно большой запас прочности относительно максимальной рассеиваемой мощности в стабилитроне.
Теперь нам нужно рассмотреть, что происходит при минимальном напряжении питания. На примере автомагнитолы минимальное напряжение от аккумулятора может быть всего 8 В. При напряжении питания 8 В ток через R1 будет Только:
I
R1 = (V источник — V стабилитрон ) / R1 Это равняется 1.8 мА.Итак, если эта схема использовалась в автомобильном радиоприемнике для обеспечения регулируемого напряжения 6,2 В некоторые чувствительные схемы, мы можем потреблять до 1,8 мА без потери регулирования, и не рискуя взорвать стабилитрон при максимальном напряжении батареи.
На практике, точно так же, как мы снижали максимальный ток, мы не хотели бы полностью заморозить стабилитрон и убедиться, что напряжение остается в норме, мы должны поддерживать минимальный ток в стабилитроне.В таблице данных перечислены напряжение стабилитрона для 3 значений тока 1, 5 и 20 мА, поэтому пока оно допустимо интерполировать между данными значениями, менее рекомендуется используйте часть за пределами указанного диапазона значений, поэтому мы должны сохранить минимум 1 мА хоть стабилитрон, чтобы он работал нормально.
Это означает, что у нас есть доступный ток нагрузки до 0,8 мА.
Получение большей мощности с помощью регулятора прохода серии
Что делать, если 0.8 мА мало?
Что ж, мы могли либо:
- Уменьшите значение R1. Мы видели, что при текущем значении 1 кОм мы не сможем достичь безопасного максимального рассеивания мощности до тех пор, пока напряжение питания составляет 24,2 В. Мы можем уменьшить значение R1 так, чтобы максимальная безопасная мощность рассеяние достигается при 18 В, что является максимальным напряжением питания, которое мы нужно проектировать для.
- Переконструируйте схему, установив стабилитрон с более высокой номинальной мощностью (и уменьшите значение резистора R1, чтобы через него протекал больший ток), или
- Добавьте усилитель тока, используя один или несколько транзисторов.
Решение 1 легко реализовать и стоит недорого, но оно не дает многого. улучшения. В данном случае максимальный ток стабилитрона составляет 18 мА, т.е. также максимально возможный ток нагрузки.
В общем, решение 2 не имеет особого смысла, потому что стабилитрон большей мощности их труднее достать, и цепь быстро потратит много энергии. В связи с тенденцией к оборудованию с батарейным питанием важно знать решения, которые не тратят впустую электроэнергию и не тратят минимум, необходимый для выполнения функции.
Решение 3 немного сложнее, но предлагает большую гибкость и больше эффективный.
Итак, попробуем решение 3.
Существует хорошо известная схема, выполняющая нужную нам функцию, поэтому без лишних слов, вот оно:
<Регулятор-1.png>
Точно так же источник тока будет генерировать любое напряжение, необходимое для количество тока, которое мы запросили.
Вы можете выбрать текущий источник из меню «Компонент», просто найдите и нажмите на «текущий».
Источники тока не так интуитивно понятны, как источники напряжения, поэтому не беспокойтесь если концепция кажется странной. Просто следите за тем, что мы будем делать с этим, и снова раз он станет вам знакомым.
Еще одна вещь, которую вы могли заметить, если действительно наблюдательны, — это то, что мы есть стабилитрон с каталожным номером BZX84C5V6L, которого не было в библиотеке.
Я жульничал. Я хотел продемонстрировать известную схему — стабилизатор на 5 В.Предыдущая схема представляла собой стабилизатор на 6,2 В, которого было достаточно для этой цели. упражнения, используется редко. 5 В — гораздо более распространенное напряжение, а Стабилитрон 5,6 В часто используется в схеме, подобной той, которую я только что описал. Но в библиотеке SwitcherCAD не было стабилитрона на 5,6 В.
Если вы обратитесь к спецификации Motorola (полный документ в формате pdf, а не выдержка выше), вы увидите, что некоторые номера деталей выделены жирным шрифтом. В примечании указано что эти номера деталей предпочтительнее , что означает, что они гораздо более вероятны быть в наличии.Часть 5,6 В выделена жирным шрифтом, поэтому разумно предположить, что она должна были в библиотеке. Учитывая, сколько мы заплатили за SwitcherCAD, мы Простите Linear Technology за то, что она не включила все возможные номера деталей.
Так как же мне получить стабилитрон 5,6 В в SwitcherCAD?
Я открыл файл библиотеки диодов, C: \ Program Files \ LTC \ SwCADIII \ lib \ cmp \ standard.dio в текстовом редакторе и добавил BZX84C5V6L следующим образом:
.модель BZX84C5V6L D (Is = 1,66n Rs = 0,5 Cjo = 205p nbv = 3 bv = 5,6 Ibv = 1 м Vpk = 5,6 mfg = Тип двигателя = стабилитрон)Вы можете вырезать и вставить всю строку. Я поместил его прямо над частью BZX84C6V2L в файле. Обратите внимание, что эта модель, вероятно, не так хороша, как другие. Это подходит для приведенный ниже пример, но он может не подходить для более сложного моделирования. Поэтому, когда вы закончите курс, вы можете удалить модель из библиотеки.
Мне пришлось закрыть и снова открыть SwitcherCAD, потому что программа явно читает библиотеки. при запуске программы и после того, как я изменил файл, она не перезагружала его автоматически.
Хорошо, хватит библиотеки SwitcherCAD, транзистор, который мы добавили к шунтирующему стабилизатору, в конфигурации, известной как Emitter-Follower . Это означает, что напряжение на эмиттер следует за напряжением на базе (с небольшим смещением обычно от 0,6 до 0,7 В). Коэффициент усиления по напряжению такой схемы чуть меньше 1.
Таким образом, если напряжение базы поддерживается на уровне 5,6 В, напряжение на эмиттере будет быть примерно от 4,9 до 5.0 Вольт.
Прежде чем идти дальше, убедитесь, что вы запрограммировали V1 как источник напряжения 12 В.
Чтобы сделать симуляцию более интересной, мы проведем развертку постоянного тока по току.
Нажмите Simulate-> Edit Simulation Cmd и выберите DC sweep . Введите значения следующим образом:
- Название 1-го источника для проверки: I1
- Тип развертки: линейный
- Начальное значение: 0
- Стоп-значение 0.1
- Приращение: 0,001
<Регулятор-2.png >>
Регулировка нагрузки выражается в процентах от выходного напряжения или в абсолютном значении.
Если мы выразим это как изменение напряжения по сравнению с изменением тока, которое вызвало он будет называться Выходное сопротивление , поскольку значение сопротивления равно равным отношению напряжения на нем к проходящему через него току.
Регулировка нагрузки = дельта (В
на выходе ) / Среднее В на выходеВыходное сопротивление = Дельта (В
на выходе ) / Дельта (I на выходе ) В этом случае изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 50 до 100 мА составляет 40 мВ, поэтому выходное сопротивление равно.04 / 0,05 = 0,8 Ом для изменения тока нагрузки на 50%.Регулировка нагрузки составляет 0,04 / 4,92 = 0,81%.
Обратите внимание, как напряжение быстро растет при малых токах (ниже нескольких мА). Это связано с тем, что при очень малом токе нагрузки базовый ток, который равен = ток нагрузки / Hfe, настолько мал, что базовое напряжение необходимое для его создания становится очень маленьким, намного ниже типичного От 0,6 до 0,7 В.
Я добавил резистор R2 (100 кОм), чтобы обеспечить минимальный ток нагрузки. а без этого резистора напряжение на свету увеличивалось бы еще больше. текущие значения I1.Например, вы можете попробовать поменять R2 на 1000k (1 мегом).
На практике, если бы схема действительно должна была работать до такой низкой токи, было бы неплохо немного уменьшить значение R2 для уменьшения роста напряжения при малых нагрузках.
С другой стороны, обратите внимание, что эта схема теперь выдает 100 мА, пока поддержание регулирования между 4,85 и 5,05 В для токов примерно между 5 мА и 100 мА.
Это было бы идеально для работы с большинством микропроцессоров с питанием 5 В.
Подавление пульсации
Подавление пульсаций — еще одна мера способности регулятора отклонять Колебания сетевого напряжения. Тем не менее, линейное регулирование, определенное выше, измеряется при статических (медленно меняющихся) изменениях входного напряжения, где подавление пульсаций измеряется при быстро меняющемся входном напряжении, обычно при сетевой частоте (60 Гц) или это вторая гармоника (120 Гц).
Если бы мы использовали реальные инструменты, мы бы измерили отклонение пульсаций наложение небольшого переменного напряжения на входное постоянное напряжение, затем измерение амплитуда того же сигнала на выходе регулятора и вычислителя Соотношение. Например, мы можем подать пиковое напряжение 1 В переменного тока (2 В размах), потому что это хорошо в пределах диапазона регулирования регулятора и производит расчеты Полегче.
Мы можем использовать ту же технику со Spice, хотя Spice предлагает другой метод, который мы изучим на следующем уроке.Для удобства замерим подавление пульсаций на частоте 1 кГц.
Установите источник тока I1 на фиксированное значение 50 мА, установите источник напряжения V1 на быть источником SINE со смещением 12 В постоянного тока, амплитудой 1 В и частотой 1 кГц, тогда отредактируйте команду моделирования следующим образом:
- Анализ переходных процессов
- Время остановки: 5 мс
- Время начала сохранения данных: 0
Вот график пульсаций на выходе (обратите внимание на шкалу напряжения):
<Регулятор-3.png
<Регулятор-4.png
Упражнения
- Сколько тока мы можем потребить от регулятора, прежде чем регулирование станет действительно плохим?
(вы можете использовать SwitcherCAD для экспериментов).
Какие факторы ограничивают увеличение тока? - Постройте напряжение на базе транзистора на том же графике, что и выходное напряжение, чтобы увидеть разницу. Объясните разницу.
- Вычислите коэффициент подавления пульсаций в дБ. Поскольку пульсация измеряется в Вольты, а не ватты, уравнение составляет 20 * log (V2 / V1).
- Постройте график изменения выходного напряжения при температуре 25, 50 и 75 градусов C.
Выводы этого урока
- Установлено, что регуляторы напряжения являются необходимой частью большинства современные электронные схемы.
- Для регуляторов напряжения требуется источник опорного напряжения, обычно стабилитрон.
- Регуляторы напряжения характеризуются линейным регулированием и регулированием нагрузки, характеристики подавления пульсаций и температурной стабильности.
- Мы узнали, как использовать SPICE для получения этих значений.
В следующих уроках мы усовершенствуем стабилизатор напряжения с каскадом усиления. отдельно от силового каскада.
Ссылки
- Стабилитрон
- .
Стабилитрон как регулятор напряжения Учебное пособие
Тем не менее, стабилитрон или «пробойный диод», как их иногда также называют, в основном такие же, как и стандартный диод с PN переходом, но они специально разработаны, чтобы иметь низкое и заданное напряжение обратного пробоя , которое использует преимущества любого обратного напряжения, приложенного к нему.
Стабилитрон ведет себя так же, как обычный диод общего назначения, состоящий из кремниевого PN перехода, и при смещении в прямом направлении, то есть положительном аноде по отношению к его катоду, он ведет себя так же, как нормальный сигнальный диод, проходящий номинальные характеристики. Текущий.
Однако, в отличие от обычного диода, который блокирует прохождение тока через себя при обратном смещении, то есть катод становится более положительным, чем анод, как только обратное напряжение достигает заранее определенного значения, стабилитрон начинает проводить в обратное направление.
Это связано с тем, что, когда обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, превышает номинальное напряжение устройства, в слое обеднения полупроводников происходит процесс, называемый Avalanche Breakdown , и через диод начинает течь ток, ограничивающий это увеличение напряжения.
Ток, протекающий теперь через стабилитрон, резко возрастает до максимального значения схемы (которое обычно ограничивается последовательным резистором), и после достижения этот обратный ток насыщения остается довольно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений.Точка напряжения, при которой напряжение на стабилитроне становится стабильным, называется «напряжением стабилитрона» (Vz), а для стабилитронов это напряжение может находиться в диапазоне от менее одного вольта до нескольких сотен вольт.
Точка, в которой напряжение стабилитрона запускает ток, протекающий через диод, может очень точно контролироваться (с допуском менее 1%) на стадии легирования полупроводниковой конструкции диода, придавая диоду определенное напряжение пробоя стабилитрона , ( Vz) например, 4.3 В или 7,5 В. Это напряжение пробоя стабилитрона на ВАХ представляет собой почти вертикальную прямую линию.
ВАХСтабилитрон
Стабилитрон используется в режиме «обратного смещения» или в режиме обратного пробоя, то есть анод диодов подключается к отрицательному источнику питания. Из приведенной выше кривой ВАХ видно, что стабилитрон имеет область на характеристиках обратного смещения почти постоянного отрицательного напряжения независимо от значения тока, протекающего через диод.
Это напряжение остается почти постоянным даже при больших изменениях тока при условии, что ток стабилитронов остается между током пробоя I Z (мин.) и его максимальным номинальным током I Z (макс.) .
Эта способность стабилитрона к саморегулированию может быть использована с большим эффектом для регулирования или стабилизации источника напряжения от колебаний напряжения питания или нагрузки. Тот факт, что напряжение на диоде в области пробоя почти постоянно, оказывается важной характеристикой стабилитрона, поскольку его можно использовать в простейших типах стабилизаторов напряжения.
Функция регулятора напряжения заключается в обеспечении постоянного выходного напряжения на нагрузку, подключенную параллельно ему, несмотря на колебания напряжения питания или изменения тока нагрузки. Стабилитрон будет продолжать регулировать свое напряжение до тех пор, пока ток удержания диодов не упадет ниже минимального значения I Z (min) в области обратного пробоя.
Стабилитрон
Стабилитроны могут использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения с низкой пульсацией при различных условиях тока нагрузки.Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий токоограничивающий резистор (R S ), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения на уровне Vout.
Мы помним из предыдущих руководств, что выходное напряжение постоянного тока от полуволнового или двухполупериодного выпрямителей содержит пульсации, наложенные на постоянное напряжение, и что при изменении значения нагрузки изменяется и среднее выходное напряжение. Подключив к выходу выпрямителя простую схему стабилитрона, как показано ниже, можно получить более стабильное выходное напряжение.
Стабилитрон
Резистор, R S подключен последовательно со стабилитроном для ограничения тока, протекающего через диод с источником напряжения, V S подключается через комбинацию. Стабилизированное выходное напряжение V out снимается через стабилитрон.
Стабилитрон соединен с его катодным выводом, подключенным к положительной шине источника постоянного тока, поэтому он имеет обратное смещение и будет работать в состоянии пробоя.Резистор R S выбран так, чтобы ограничивать максимальный ток, протекающий в цепи.
При отсутствии нагрузки, подключенной к цепи, ток нагрузки будет равен нулю (I L = 0), и весь ток схемы проходит через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает свою максимальную мощность. Также небольшое значение последовательного резистора R S приведет к большему току диода, когда подключено сопротивление нагрузки R L , и большое, поскольку это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода, поэтому следует соблюдать осторожность при выборе соответствующее значение последовательного сопротивления, чтобы максимальная номинальная мощность стабилитрона не превышалась в условиях холостого хода или высокого импеданса.
Нагрузка подключена параллельно стабилитрону, поэтому напряжение на R L всегда совпадает с напряжением стабилитрона (V R = V Z ). Существует минимальный ток стабилитрона, при котором стабилизация напряжения эффективна, и ток стабилитрона должен всегда оставаться выше этого значения при работе под нагрузкой в пределах своей области пробоя. Верхний предел тока, конечно, зависит от номинальной мощности устройства. Напряжение питания V S должно быть больше V Z .
Одна небольшая проблема со схемами стабилитрона на стабилитронах заключается в том, что диод иногда может генерировать электрические помехи поверх источника постоянного тока, пытаясь стабилизировать напряжение. Обычно это не проблема для большинства приложений, но для дополнительного сглаживания может потребоваться добавление разделительного конденсатора большой емкости на выходе стабилитрона.
Тогда немного резюмирую. Стабилитрон всегда работает в состоянии обратного смещения. В качестве такой простой схемы регулятора напряжения можно спроектировать с использованием стабилитрона для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока на нагрузке, несмотря на изменения входного напряжения или изменения тока нагрузки.
Стабилитрон состоит из токоограничивающего резистора R S , включенного последовательно с входным напряжением V S , и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке R L в этом состоянии обратного смещения. Стабилизированное выходное напряжение всегда выбирается таким же, как напряжение пробоя V Z диода.
СтабилитронПример No1
Требуется стабилизированный источник питания 5,0 В от входного источника питания постоянного тока 12 В.Максимальная мощность стабилитрона P Z составляет 2 Вт. Используя схему стабилитрона выше, рассчитайте:
а). Максимальный ток, протекающий через стабилитрон.
б). Минимальное значение последовательного резистора, R S
в). Ток нагрузки I L , если резистор нагрузки 1 кОм подключен к стабилитрону.
г). Ток стабилитрона I Z при полной нагрузке.
Напряжение стабилитрона
Помимо получения одного стабилизированного выходного напряжения, стабилитроны также могут быть соединены последовательно вместе с обычными кремниевыми сигнальными диодами для получения множества различных значений выходного опорного напряжения, как показано ниже.
Стабилитроны, подключенные последовательно
Значения отдельных стабилитронов могут быть выбраны в соответствии с приложением, в то время как кремниевый диод всегда будет падать примерно на 0.6 — 0,7В при прямом смещении. Напряжение питания Vin, конечно, должно быть выше, чем максимальное выходное опорное напряжение, и в нашем примере выше оно составляет 19 В.
Типичный стабилитрон для обычных электронных схем — это серия 500 мВт, серия BZX55 или больше 1,3 Вт, серия BZX85 , где напряжение стабилитрона задается как, например, C7V5 для диода 7,5 В, дающего Номер ссылки диода BZX55C7V5 .
Стабилитроны серии 500 мВт доступны примерно от 2.4 до примерно 100 вольт и обычно имеют ту же последовательность значений, что и для серии резисторов 5% (E24), а индивидуальные номинальные напряжения для этих небольших, но очень полезных диодов приведены в таблице ниже.
Стандартное напряжение стабилитрона
| Номинальная мощность стабилитрона BZX55 500 мВт | |||||||
| 2,4 В | 2,7 В | 3,0 В | 3,3 В | 3,6 В | 3,9 В | 4,3 В | 4.7В |
| 5,1 В | 5,6 В | 6,2 В | 6,8 В | 7,5 В | 8,2 В | 9,1 В | 10 В |
| 11В | 12В | 13V | 15 В | 16V | 18V | 20 В | 22V |
| 24 В | 27V | 30 В | 33V | 36V | 39V | 43В | 47V |
| Номинальная мощность стабилитрона BZX85 1.3W | |||||||
| 3,3 В | 3,6 В | 3,9 В | 4,3 В | 4,7 В | 5,1 В | 5,6 | 6,2 В |
| 6,8 В | 7,5 В | 8,2 В | 9,1 В | 10 В | 11В | 12В | 13V |
| 15 В | 16V | 18V | 20 В | 22V | 24 В | 27V | 30 В |
| 33В | 36V | 39V | 43В | 47V | 51V | 56V | 62V |
Цепи ограничения стабилитрона
До сих пор мы рассмотрели, как стабилитрон можно использовать для регулирования постоянного источника постоянного тока, но что, если бы входным сигналом был не установившийся постоянный ток, а переменная форма волны переменного тока, как бы стабилитрон реагировал на постоянно меняющийся сигнал.
Диодные ограничивающие и ограничивающие схемы — это схемы, которые используются для формирования или изменения формы входного сигнала переменного тока (или любой синусоиды), создавая форму выходного сигнала различной формы в зависимости от расположения схемы. Цепи диодных ограничителей также называют ограничителями, поскольку они ограничивают или отсекают положительную (или отрицательную) часть входного сигнала переменного тока. Поскольку схемы стабилитрона ограничивают или отсекают часть формы сигнала на них, они в основном используются для защиты схем или в схемах формирования сигналов.
Например, если мы хотим ограничить выходной сигнал на уровне + 7,5 В, мы должны использовать стабилитрон на 7,5 В. Если выходная форма волны пытается превысить предел 7,5 В, стабилитрон будет «отсекать» избыточное напряжение со входа, создавая форму волны с плоской вершиной, сохраняя выходную постоянную на уровне + 7,5 В. Обратите внимание, что в состоянии прямого смещения стабилитрон по-прежнему является диодом, и когда выходной сигнал переменного тока становится отрицательным ниже -0,7 В, стабилитрон включается, как любой нормальный кремниевый диод, и ограничивает выходной сигнал на -0.7V, как показано ниже.
Сигнал прямоугольной формы
Стабилитроны, подключенные спина к спине, можно использовать в качестве стабилизатора переменного тока, создавая то, что в шутку называют «генератором прямоугольных импульсов для бедняков». Используя эту схему, мы можем обрезать форму волны между положительным значением + 8,2 В и отрицательным значением -8,2 В для стабилитрона 7,5 В.
Так, например, если мы хотим ограничить выходной сигнал между двумя разными минимальным и максимальным значениями, скажем, +8 В и -6 В, мы просто использовали бы два стабилитрона с разными номиналами.Обратите внимание, что выходной сигнал фактически ограничивает форму волны переменного тока между + 8,7 В и -6,7 В из-за добавления напряжения прямого смещения на диоде.
Другими словами, размах напряжения 15,4 вольт вместо ожидаемых 14 вольт, поскольку падение напряжения прямого смещения на диоде добавляет еще 0,7 вольт в каждом направлении.
Этот тип конфигурации клипсатора довольно распространен для защиты электронных схем от перенапряжения. Два стабилитрона обычно устанавливаются поперек входных клемм источника питания, и во время нормальной работы один из стабилитронов выключен, и диоды практически не влияют на него.Однако, если форма волны входного напряжения превышает его предел, стабилитрон включается и ограничивает вход для защиты схемы.
В следующем уроке о диодах мы рассмотрим использование смещенного в прямом направлении PN перехода диода для получения света. Из предыдущих руководств мы знаем, что когда носители заряда движутся через соединение, электроны объединяются с дырками, и энергия теряется в виде тепла, но также часть этой энергии рассеивается в виде фотонов, но мы их не видим.
Если мы поместим полупрозрачную линзу вокруг соединения, будет производиться видимый свет, и диод станет источником света.Этот эффект дает другой тип диода, широко известный как светоизлучающий диод, который использует эту характеристику создания света для излучения света (фотонов) различных цветов и длин волн.
Простой регулятор напряжения с использованием 2N3055
Вы хотите использовать регулятор постоянного тока или узнать о регуляторах напряжения с использованием 2N3055. Зачем нужен этот транзистор? Обычно его можно использовать с нагрузками, которым требуется ток не более 2 А и напряжение не более 30 В.
Этого достаточно для обычных работ. Это транзистор, которым люди пользуются долгое время. Поэтому найти легко и очень дешево. Схем, использующих 2N3055, очень много.
Теперь мы рекомендуем вам 2 принципиальные схемы. Обе схемы используют стабилитрон и транзистор.
Схема регулятора постоянного тока 12 В с использованием 2N3055
Вот линейный стабилизатор 12 В 1 А с транзистором и стабилитроном. Это последовательный стабилизатор напряжения, поскольку ток нагрузки проходит через транзистор серии .
Как показано на схеме ниже, входной клемме требуется нерегулируемый источник постоянного тока, от 15 В до 20 В . Затем на нагрузку выйдет регулируемое напряжение.
Линейный стабилизатор напряжения 12 В 1 А с использованием транзистора 2n3055 и стабилитрона
Для начала, электрический ток, протекающий через резистор-R1 до , ограничивает ток на стабилитроне. Таким образом, он обеспечивает опорное напряжение.
Там же, напряжение базы транзистора-Q1 также является постоянным.
Когда ZD1 составляет 12 В, базовое напряжение также равно 12 В.
Рекомендуется: Что такое стабилитрон и принцип работы
Если установить транзистор в таком виде. Выходное напряжение такое же, как у стабилитрона . И мы всегда называем это эмиттер-повторителем. На практике выходное напряжение ниже ZD1. Потому что при транзисторе работает. Он должен иметь напряжение база-эмиттер.
- VBE = напряжение база-эмиттер
- VZD = напряжение стабилитрона
- Vout = выходное напряжение
Vout = VZD — VBE
VBe = 0.6V
Vout = 12V — 0.6V = 11.4V
Посмотрите на рисунок, и вы поймете больше.
Это напряжение по-прежнему подходит для многих нагрузок, использующих источник питания 12 В , таких как радиоприемники.
Поскольку это источник питания , регулирует определенную выходную мощность.
В схеме транзистор имеет правильное усиление, этому помогает изменение VBE.
- Когда нагрузка потребляет больше тока. Обычно выходное напряжение низкое. Но напряжение база-эмиттер повышается, транзистор Q1 работает больше.Таким образом, он поддерживает постоянное выходное напряжение.
- Затем, если нагрузка использует меньший ток. Повышение выходного напряжения. Но на выходе по-прежнему фиксированное напряжение. Поскольку напряжение база-эмиттер меньше, транзистор Q1 тоже работает меньше.
Преимущество этой схемы, мы можем использовать крошечный ток на стабилитрон и базу транзистора. Таким образом, он имеет гораздо более стабильный выход.
Функции других компонентов
- C1 — сглаживающий конденсатор на входе.
- C2 поддерживает более стабильное опорное напряжение.
- C3 — это развязывающий конденсатор емкостью 0,047 мкФ для фильтрации переходных шумов.
- R1 увеличивает стабильность цепи нагрузки
- Вы знаете, что такое переходные шумы?
Блок питания имеет паразитное магнитное поле. Схема будет вводить их в переходной шум. Транзистор 2N3055 может питать ток нагрузки до 2А . Но так жарко. Так что нужен правильный радиатор.
Потери мощности в цепи последовательного регулятора
Хорошая конструкция цепи питания.Это должно свести к минимуму потери энергии в цепи. Конечно, энергия будет выражаться теплом.
В эту серию проходят транзисторные стабилизаторы. Транзистор-Q1 работает как резистор. Когда мы учитываем потерю мощности. Он должен рассеять или уменьшить его.
Вы видите изображение? Это просто. Позвольте мне вам объяснить.
Рассмотрим три случая ниже:
В этих трех примерах A, B и C. Выходы — 15 В, 12 В и 5 В. На 1А ток.
Знаете ли вы, какой транзистор имеет наибольшие тепловые потери? Или…
Какой транзистор нагревается больше всего?
Да, пример C.Почему?
Потому что причина проста.
На транзисторе C падает максимальное напряжение. Это фактически капельный резистор, который должен рассеивать тепло в соответствии с законом Ома.
Вот пример каждого случая:
- В случае A:
Напряжение на транзисторе (VCE) составляет 20 В -15 В = 5 В.
Требуется рассеиваемая мощность 5 В x 1 А = 5 Вт.
- В случае B:
напряжение на транзисторе (VCE) составляет 20 В -12 В = 7 В.
Требуется рассеиваемая мощность 7 В x 1 А = 7 Вт.
Но…
- В случае C :
VEC составляет 20 В-5 В = 15 В; Итак, мощность 15 Вт.
Короткозамкнутый корпус
При коротком замыкании источника питания. Все входное напряжение будет падать на силовой транзистор. И это приведет к огромным проблемам с отоплением.
Итак, по этой причине мы должны держать его холодным с помощью эффективного радиатора.
Источник питания 38 В с использованием 2N3055
Мой друг изучает ЧПУ, ему нужен регулируемый источник питания 38 В для серводвигателя.У нас есть много способов использовать это, но то, что лучше для него. Эта схема — один из правильных вариантов. Потому что у него есть все оборудование. Не нужно покупать новый.
Как работает эта схема
В качестве основной идеи мы используем простой стабилизатор напряжения на стабилитроне и два транзистора для увеличения тока нагрузки на 1–2 А.
Этот регулируемый источник питания включает в себя трансформатор-T1, мост-D1… D4 и цепи стабилизатора напряжения с фильтром 38 В постоянного тока, которые состоят из C1, C2, R1, R2, R3, Q1 и Q2.
При наличии 230 ВА или 120 В переменного тока (США) понижающий трансформатор T1 изменяет напряжение переменного тока в линии питания примерно на 30 В переменного тока. Двухполупериодный выпрямительный мост с D1 по D4 для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток, который затем фильтруется C1.
Конденсатор C1, C3 действует как накопительный конденсатор или фильтрует шум и выбросы переменного тока. Стабилитрон 40 В ZD1 поддерживает постоянное напряжение на базе транзистора Q1 NPN BD139 и транзистора Q2-2N3055 в форме Дарлингтона.
Электролитический конденсатор C2 используется для сглаживания напряжения стабилитрона.Это обеспечивает постоянное напряжение 38 В и высокую мощность на резисторе R3 и на выходных клеммах (+) и (-).
Когда выход подключен к нагрузке с низким сопротивлением, силовой транзистор Q2 сильно нагревается, поэтому мы всегда используем на нем радиатор.
CR: 2N3055, фото STS
Детали, которые вам понадобятсяПолупроводники:
- D1-D1: 1N4002, 100V 1A Диоды
- ZD1: 40V 1wDener D
- ZD1: 40V 1w Zener D 80 В 1.5A NPN транзистор
- Q2: 2N3055 или TIP3055 100V, 15A, NPN транзистор
Резисторы (все 0,25 Вт, 5% металл / углеродная пленка, если не указано иное)
Электролитические конденсаторы
- : 470 мкФ 50 В
- C2: 47 мкФ 50 В
- C3: 100 мкФ 50 В
T1: 230 В или 120 В переменного тока первичная обмотка на 30 В, вторичный трансформатор 1A-2A
SW1: Переключатель питания
F1: предохранитель 0,5 A
Примечание:
Вы можете использовать мостиковый диод 2A-4A 200 В для замены D1-D4.Трансформатор используется минимум 2А для нагрузки 1-2А. Эта схема имеет
Вернуться к просмотру:
Транзисторный регулятор напряженияПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ
Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .
Схемы стабилизатора напряжения с использованием транзистора и стабилитрона
В этой статье мы подробно обсудим, как создать индивидуальные схемы транзисторного регулятора напряжения в фиксированных режимах, а также в переменных режимах.
Все схемы линейного источника питания, которые предназначены для получения стабилизированного постоянного напряжения и тока на выходе, в основном включают в себя транзисторные и стабилитронные каскады для получения требуемых регулируемых выходов.
Эти схемы, использующие дискретные части, могут быть в форме постоянно фиксированного или постоянного напряжения или стабилизированного регулируемого выходного напряжения.
Простейший регулятор напряжения
Вероятно, самым простым типом стабилизатора напряжения является стабилитрон шунтирующего стабилизатора, который работает с использованием базового стабилитрона для регулирования, как показано на рисунке ниже.
Стабилитроны имеют номинальное напряжение, эквивалентное предполагаемому выходному напряжению, которое может точно соответствовать желаемому выходному значению.
Пока напряжение питания ниже номинального значения напряжения стабилитрона, он демонстрирует максимальное сопротивление в диапазоне многих МОм, позволяя питанию проходить без ограничений.
Однако в момент, когда напряжение питания увеличивается сверх номинального значения «напряжения стабилитрона», происходит значительное падение его сопротивления, в результате чего перенапряжение шунтируется на землю через него, пока напряжение питания не упадет или не достигнет уровня напряжения стабилитрона. .
Из-за этого внезапного шунтирования напряжение питания падает и достигает значения стабилитрона, что вызывает повторное увеличение сопротивления стабилитрона. Затем цикл быстро продолжается, обеспечивая стабилизацию подачи на номинальном значении стабилитрона и никогда не позволяя ему превышать это значение.
Чтобы получить указанную выше стабилизацию, входное напряжение должно быть немного выше, чем требуемое стабилизированное выходное напряжение.
Избыточное напряжение выше значения стабилитрона вызывает срабатывание внутренних «лавинных» характеристик стабилитрона, вызывая мгновенный эффект шунтирования и падение напряжения питания до тех пор, пока оно не достигнет номинального значения стабилитрона.
Это действие продолжается бесконечно, обеспечивая фиксированное стабилизированное выходное напряжение, эквивалентное номинальному значению стабилитрона.
Преимущества стабилизатора напряжения на стабилитроне
Стабилитроны очень удобны там, где требуется стабилизация постоянного напряжения при малом токе.
Стабилитроны просты в настройке и могут использоваться для получения достаточно точного стабилизированного выходного сигнала при любых обстоятельствах.
Для настройки каскада стабилизатора напряжения на основе стабилитрона требуется только один резистор, и его можно быстро добавить в любую схему для достижения желаемых результатов.
Недостатки стабилизаторов со стабилизацией напряжения
Хотя источник питания со стабилизацией по стабилитрону — это быстрый, простой и эффективный метод достижения стабилизированного выхода, он имеет несколько серьезных недостатков.
- Выходной ток низкий, что может поддерживать высокие токовые нагрузки на выходе.
- Стабилизация возможна только при малых перепадах входа / выхода. Это означает, что входное напряжение не может быть слишком высоким, чем требуемое выходное напряжение. В противном случае сопротивление нагрузки может рассеять огромное количество энергии, что сделает систему очень неэффективной.
- Стабилитрон обычно связан с генерацией шума, который может критически повлиять на работу чувствительных схем, таких как конструкции усилителей Hi-Fi, и других подобных уязвимых приложений.
Использование «усиленного стабилитрона»
Это версия с усиленным стабилитроном, в которой используется BJT для создания переменного стабилитрона с улучшенными возможностями управления мощностью.
Давайте представим, что R1 и R2 имеют одинаковое значение., Что создаст достаточный уровень смещения для базы BJT и позволит BJT работать оптимально.Поскольку минимальное требование к прямому напряжению базового эмиттера составляет 0,7 В, BJT будет проводить и шунтировать любое значение, превышающее 0,7 В или самое большее 1 В, в зависимости от конкретных характеристик используемого BJT.
Таким образом, выход будет стабилизирован примерно на уровне 1 В. Выходная мощность этого «усиленного переменного стабилитрона» будет зависеть от номинальной мощности BJT и номинала нагрузочного резистора.
Однако это значение можно легко изменить или отрегулировать до другого желаемого уровня, просто изменив значение R2.Или проще заменив R2 на горшок. Диапазон потенциалов потенциометра R1 и R2 может составлять от 1 кОм до 47 кОм, чтобы получить плавно регулируемый выходной сигнал от 1 В до уровня питания (максимум 24 В). Для большей точности вы можете применить следующую формулу делителя напряжения:
Выходное напряжение = 0,65 (R1 + R2) / R2
Недостаток стабилитрона
Еще раз, недостатком этой конструкции является высокая рассеиваемая мощность, которая увеличивает пропорционально увеличивается разница между входом и выходом.
Чтобы правильно установить значение резистора нагрузки в зависимости от выходного тока и входного питания, можно соответствующим образом применить следующие данные.
Предположим, что требуемое выходное напряжение составляет 5 В, требуемый ток — 20 мА, а вход питания — 12 В. Тогда, используя закон Ома, мы имеем:
Нагрузочный резистор = (12-5) / 0,02 = 350 Ом
мощность = (12-5) x 0,02 = 0,14 Вт или просто 1/4 Вт.
Схема регулятора последовательного транзистораПо сути, последовательный стабилизатор, также называемый последовательным транзистором, представляет собой переменное сопротивление, создаваемое с помощью транзистора, подключенного последовательно с одной из линий питания и нагрузкой.
Сопротивление транзистора току автоматически регулируется в зависимости от выходной нагрузки, так что выходное напряжение остается постоянным на желаемом уровне.
В цепи последовательного регулятора входной ток должен быть немного больше, чем выходной ток. Эта небольшая разница — единственная величина тока, которая используется схемой регулятора самостоятельно.
Преимущества последовательного регулятора
Основным преимуществом схемы последовательного регулятора по сравнению с регулятором шунтового типа является его лучшая эффективность.
Это приводит к минимальному рассеянию мощности и потерям из-за тепла. Из-за этого большого преимущества последовательные транзисторные стабилизаторы очень популярны в приложениях для регуляторов напряжения большой мощности.
Однако этого можно избежать там, где требования к мощности очень низкие или где эффективность и тепловыделение не входят в число критических проблем.
Обычно последовательный регулятор может просто включать стабилитрон, нагружая буферную схему эмиттерного повторителя, как указано выше.
Вы можете найти единичное усиление напряжения всякий раз, когда используется каскад эмиттерного повторителя. Это означает, что когда на его базу подается стабилизированный вход, мы обычно также получаем стабилизированный выход и от эмиттера.
Поскольку мы можем получить более высокий коэффициент усиления по току от эмиттерного повторителя, можно ожидать, что выходной ток будет намного выше по сравнению с применяемым базовым током.
Следовательно, даже если базовый ток составляет около 1 или 2 мА в каскаде стабилитрона, который также становится потребляемым током покоя конструкции, выходной ток 100 мА может быть доступен на выходе.
Входной ток складывается с выходным током вместе с 1 или 2 мА, используемыми стабилитроном, и по этой причине достигается выдающийся КПД.
Учитывая, что входной источник питания схемы достаточно рассчитан для достижения ожидаемого выходного напряжения, выход может практически не зависеть от уровня входного питания, поскольку он напрямую регулируется базовым потенциалом Tr1.
Стабилитрон и развязывающий конденсатор создают идеально чистое напряжение на базе транзистора, которое воспроизводится на выходе, создавая напряжение практически без шума.
Это позволяет схемам этого типа выдавать выходные сигналы с удивительно низкой пульсацией и шумом без использования огромных сглаживающих конденсаторов, а также с диапазоном тока, который может достигать 1 А или даже больше.
Что касается уровня выходного напряжения, то он может не точно совпадать с подключенным напряжением стабилитрона. Это связано с тем, что между выводами базы и эмиттера транзистора существует падение напряжения примерно 0,65 В.
Это падение, следовательно, необходимо вычесть из значения напряжения стабилитрона, чтобы можно было достичь минимального выходного напряжения схемы.
Это означает, что если значение стабилитрона составляет 12,7 В, то выход на эмиттере транзистора может быть около 12 В, или, наоборот, если желаемое выходное напряжение составляет 12 В, то напряжение стабилитрона должно быть выбрано равным 12,7 В.
Регулирование этой схемы последовательного регулятора никогда не будет идентично регулированию схемы стабилитрона, потому что эмиттерный повторитель просто не может иметь нулевое выходное сопротивление.
И падение напряжения через каскад должно незначительно увеличиваться в ответ на увеличение выходного тока.
С другой стороны, хорошего регулирования можно ожидать, когда ток стабилитрона, умноженный на коэффициент усиления по току транзистора, достигает как минимум 100-кратного ожидаемого максимального выходного тока.
Сильноточный регулятор серии с транзисторами Дарлингтона
Для точного достижения этого часто подразумевается, что необходимо использовать несколько транзисторов, может быть 2 или 3, чтобы мы могли достичь удовлетворительного усиления на выходе.
Принципиальная схема с двумя транзисторами, использующая пару Дарлингтона с эмиттерным повторителем, указанная на следующих рисунках, демонстрирует технику применения 3 BJT в конфигурации с эмиттерным повторителем Дарлингтона.
Обратите внимание, что включение пары транзисторов приводит к более высокому падению напряжения на выходе, примерно 1,3 В, через базу 1-го транзистора к выходу.
Это связано с тем, что на каждом из транзисторов сбривается примерно 0,65 Вольт. Если рассматривать схему с тремя транзисторами, это может означать падение напряжения чуть ниже 2 В на базе 1-го транзистора и выходе и так далее.
Стабилизатор напряжения с общим эмиттером и отрицательной обратной связью
Хорошая конфигурация иногда наблюдается в конкретных конструкциях, имеющих пару усилителей с общим эмиттером, со 100-процентной чистой отрицательной обратной связью.
Эта установка показана на следующем рисунке.
Несмотря на то, что каскады с общим эмиттером обычно имеют значительную степень усиления по напряжению, в данном случае это может быть не так.
Это происходит из-за 100% отрицательной обратной связи, которая возникает между коллектором выходного транзистора и эмиттером транзистора драйвера. Это позволяет усилителю достичь коэффициента усиления, равного единице.
Преимущества регулятора с общим эмиттером и обратной связью
Эта конфигурация работает лучше по сравнению с регуляторами на основе эмиттерного повторителя с парой Дарлингтона из-за меньшего падения напряжения на входных / выходных клеммах.
Падение напряжения, достигнутое в этих конструкциях, составляет всего около 0,65 В, что способствует большей эффективности и позволяет схеме работать эффективно независимо от того, превышает ли нестабилизированное входное напряжение всего на несколько сотен милливольт ожидаемое выходное напряжение.
Разрядник батарей с использованием цепи последовательного регулятора
Указанная схема отсоединения батарей является функциональной иллюстрацией конструкции, построенной с использованием стандартного последовательного регулятора.
Модель разработана для всех приложений, работающих от 9 В постоянного тока с максимальным током не более 100 мА.Это не подходит для устройств, требующих относительно большей силы тока.
T1 — это трансформатор 12–0–12 вольт 100 мА, который обеспечивает изолированную защитную изоляцию и понижение напряжения, в то время как его вторичная обмотка с центральным ответвлением управляет основным двухтактным выпрямителем с фильтрующим конденсатором.
Без нагрузки на выходе будет около 18 вольт постоянного тока, которое может упасть примерно до 12 вольт при полной нагрузке.
Схема, которая работает как стабилизатор напряжения, на самом деле представляет собой базовую конструкцию последовательного типа, включающую R1, D3 и C2 для получения регулируемого номинального выходного напряжения 10 В.Ток стабилитрона колеблется от 8 мА без нагрузки до 3 мА при полной нагрузке. Рассеивание, создаваемое в результате R1 и D3, минимально.
Эмиттерный повторитель на паре Дарлингтона, образованный TR1 и TR2, можно увидеть сконфигурированным как выходной буферный усилитель, обеспечивающий усиление по току около 30 000 при полном выходе, при минимальном усилении 10 000.
На этом уровне усиления, когда устройство работает с использованием 3 мА при токе полной нагрузки, и минимальное усиление i почти не демонстрирует отклонения в падении напряжения на усилителе даже при колебаниях тока нагрузки.
Реальное падение напряжения на выходном усилителе составляет приблизительно 1,3 В, а при умеренном входном напряжении 10 В это дает на выходе примерно 8,7 Вольт.
Это выглядит почти равным указанным 9 В, учитывая тот факт, что даже настоящая 9-вольтовая батарея может показывать колебания от 9,5 В до 7,5 В в течение периода эксплуатации.
Добавление ограничения тока к последовательному регулятору
Для регуляторов, описанных выше, обычно становится важным добавить защиту от короткого замыкания на выходе.
Это может быть необходимо для обеспечения хорошего регулирования при низком выходном сопротивлении. Поскольку источник питания имеет очень низкий импеданс, в случае случайного короткого замыкания на выходе может пройти очень высокий выходной ток.
Это может привести к немедленному сгоранию выходного транзистора и некоторых других деталей. Типичный предохранитель может просто не обеспечить достаточной защиты, потому что повреждение, вероятно, произойдет быстро, даже до того, как предохранитель может среагировать и сработать.
Самый простой способ реализовать это, возможно, добавив в схему ограничитель тока. Это включает в себя дополнительные схемы без какого-либо прямого влияния на производительность конструкции в нормальных рабочих условиях.
Однако ограничитель тока может привести к быстрому падению выходного напряжения, если подключенная нагрузка пытается потреблять значительный ток.
На самом деле выходное напряжение падает так быстро, что, несмотря на наличие короткого замыкания на выходе, ток, доступный из цепи, немного превышает указанный максимальный номинал.
Результат схемы ограничения тока подтвержден приведенными ниже данными, которые отображают выходное напряжение и ток с учетом постепенно снижающегося импеданса нагрузки, полученного с помощью предлагаемого блока Battery Eliminator.
Схема ограничения тока работает с использованием только пары элементов; R2 и Tr3. Его реакция на самом деле настолько быстрая, что она просто исключает все возможные риски короткого замыкания на выходе, тем самым обеспечивая отказоустойчивую защиту выходных устройств.Работу ограничения тока можно понять, как описано ниже.
R2 подключен последовательно с выходом, что приводит к тому, что напряжение, развиваемое на R2, пропорционально выходному току. При выходном потреблении, достигающем 100 мА, напряжения, создаваемого на R2, будет недостаточно для срабатывания на Tr3, поскольку это кремниевый транзистор, для включения которого требуется минимальный потенциал 0,65 В.
Однако, когда выходная нагрузка превышает предел 100 мА, он генерирует достаточный потенциал на T2, чтобы адекватно включить Tr3 в режим проводимости.TR3, в свою очередь, вызывает протекание некоторого тока f к Trl через отрицательную шину питания через нагрузку.
Это приводит к некоторому снижению выходного напряжения. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к пропорциональному увеличению потенциала на R2, заставляя Tr3 включаться еще сильнее.
Это, следовательно, позволяет смещать больший ток в сторону Tr1 и отрицательную линию через Tr3 и нагрузку. Это действие дополнительно приводит к пропорциональному увеличению падения выходного напряжения.
Даже в случае короткого замыкания на выходе Tr3, вероятно, будет сильно смещен в проводимость, заставляя выходное напряжение упасть до нуля, гарантируя, что выходной ток никогда не превысит отметку 100 мА.
Настольный источник питания с регулируемым напряжением
Источники питания с регулируемым напряжением работают по тому же принципу, что и стабилизаторы постоянного напряжения, но они оснащены потенциометром, который обеспечивает стабилизированный выход с переменным диапазоном напряжения.
Эти схемы лучше всего подходят в качестве настольных и мастерских источников питания, хотя их также можно использовать в приложениях, требующих различных регулируемых входов для анализа. Для таких работ потенциометр источника питания действует как предустановленный элемент управления, который можно использовать для настройки выходного напряжения источника питания в соответствии с желаемыми регулируемыми уровнями напряжения.
На рисунке выше показан классический пример схемы регулируемого стабилизатора напряжения, которая обеспечивает плавно регулируемый стабилизированный выход от 0 до 12 В.
Основные характеристики
- Максимальный диапазон тока ограничен 500 мА, хотя его можно увеличить до более высоких уровней путем соответствующей модернизации транзисторов и трансформатора.
- Конструкция обеспечивает очень хорошее регулирование шума и пульсаций, которые могут быть менее 1 мВ.
- Максимальная разница между входным питанием и регулируемым выходом не превышает 0,3 В даже при полной выходной нагрузке.
- Регулируемый источник переменного тока идеально подходит для тестирования почти всех типов электронных проектов, требующих высококачественных регулируемых источников питания.
Как это работает
В этой конструкции мы видим схему делителя потенциала, включенную между выходным каскадом стабилитрона и входным буферным усилителем. Этот потенциальный делитель создается VR1 и R5. Это позволяет отрегулировать рычаг ползунка VR1 от минимального 1,4 В, когда он находится рядом с основанием своей дорожки, до уровня стабилитрона 15 В, когда он находится в наивысшей точке своего диапазона регулировки.
На каскаде выходного буфера падает примерно 2 вольта, что позволяет диапазон выходного напряжения от 0 до примерно 13 В.При этом верхний диапазон напряжения подвержен частичным допускам, таким как допуск 5% для напряжения стабилитрона. Поэтому оптимальное выходное напряжение может быть чуть выше 12 вольт.
Несколько типов эффективных схем защиты от перегрузки могут быть очень важны для любого настольного источника питания. Это может быть важно, поскольку выход может быть уязвим для случайных перегрузок и коротких замыканий.
В данной конструкции мы используем довольно простое ограничение тока, определяемое Trl и связанными с ним элементами.Когда устройство работает в нормальных условиях, напряжение, создаваемое на R1, который подключен последовательно с выходом питания, слишком мало для того, чтобы вызвать Tr1 проводимость.
В этом сценарии схема работает нормально, за исключением небольшого падения напряжения, создаваемого резистором R1. Это практически не влияет на эффективность регулирования агрегата.
Это потому, что каскад R1 предшествует схеме регулятора. В случае перегрузки потенциал, наведенный на R1, возрастает примерно до 0.65 вольт, что заставляет Tr1 включаться за счет базового тока, полученного из разности потенциалов, генерируемой на резисторе R2.
Это приводит к тому, что R3 и Tr 1 втягивают значительное количество тока, что приводит к значительному увеличению падения напряжения на R4 и снижению выходного напряжения.
Это действие мгновенно ограничивает выходной ток до максимального значения от 550 до 600 мА, несмотря на короткое замыкание на выходе.
Так как функция ограничения тока ограничивает выходное напряжение практически до 0 В.
R6 устроен как нагрузочный резистор, который в основном предотвращает слишком низкий выходной ток и невозможность нормальной работы буферного усилителя. C3 позволяет устройству достичь отличной переходной характеристики.
Недостатки
Как и в любом типичном линейном регуляторе, рассеиваемая мощность в Tr4 определяется выходным напряжением и током и максимальна при регулировке потенциометра для более низких выходных напряжений и более высоких выходных нагрузок.
В наиболее серьезных обстоятельствах на Tr4 может быть наведено 20 В, что приведет к протеканию через него тока около 600 мА.Это приводит к рассеиваемой мощности на транзисторе около 12 Вт.
Чтобы выдерживать это в течение длительного времени, устройство должно быть установлено на довольно большом радиаторе. VR1 может быть установлен с большой ручкой управления с калиброванной шкалой, отображающей маркировку выходного напряжения.
Список деталей
- Резисторы. (Все 1/3 ватта 5%).
- R1 1,2 Ом
- R2 100 Ом
- R3 15 Ом
- R4 1k
- R5 470 Ом
- R6 10k
- VR1 4.7k линейный углерод
- Конденсаторы
- C1 2200 мкФ 40 В
- C2 100 мкФ 25 В
- C3 330 нФ
- Полупроводники
- Tr1 BC108
- Tr2 BC107
- Tr3 BFY451
- Tr3 BFY451
- Tr3 BFY451
- Tr3 BFY451 D4 1N4002 (4 шт.)
- D5 BZY88C15V (15 В, стабилитрон 400 мВт)
- Трансформатор
- T1 Стандартная первичная сеть, 17 или 18 В, 1 ампер
- вторичная
- Переключатель
- S1 D.ТИХООКЕАНСКОЕ СТАНДАРТНОЕ ВРЕМЯ. ротационная сеть или тумблер
- Разное
- Корпус, выходные разъемы, печатная плата, сетевой шнур, провод, припой
- и т. д.
Как остановить перегрев транзистора при более высоких дифференциалах входа / выхода
Тип проходного транзистора Регуляторы, как описано выше, обычно сталкиваются с ситуацией чрезвычайно высокого рассеяния, возникающего из последовательного транзистора стабилизатора, когда выходное напряжение намного ниже, чем входное напряжение..
Каждый раз, когда при низком напряжении (TTL) возникает высокий выходной ток, может оказаться важным использование охлаждающего вентилятора на радиаторе. Возможно, серьезной иллюстрацией может быть сценарий блока источника, рассчитанного на обеспечение 5 ампер через 5 и 50 вольт.
Блоки этого типа обычно имеют нерегулируемое питание 60 вольт. Представьте, что это конкретное устройство должно питать цепи TTL во всем номинальном токе. Последовательный элемент в схеме должен в этой ситуации рассеивать 275 Вт!
Затраты на обеспечение достаточного охлаждения, по-видимому, объясняются только ценой последовательного транзистора.В случае, если падение напряжения на транзисторе регулятора может быть ограничено до 5,5 В, независимо от предпочтительного выходного напряжения, рассеивание может быть существенно уменьшено на приведенной выше иллюстрации, это может быть 10% от его начального значения.
Этого можно добиться, применив три полупроводниковые детали и пару резисторов (рис. 1). Вот как это работает: тиристор Thy может нормально проводить через R1.
Тем не менее, как только падение напряжения на T2 — серийный регулятор выходит за пределы 5.5 вольт, T1 начинает проводить, в результате чего тиристор «открывается» при последующем переходе через ноль на выходе мостового выпрямителя.
Эта конкретная рабочая последовательность постоянно контролирует заряд, подаваемый через конденсатор фильтра C1, чтобы нерегулируемое питание было зафиксировано на 5,5 В выше регулируемого выходного напряжения. Значение сопротивления, необходимое для R1, определяется следующим образом:
R1 = 1,4 x В сек — (В мин + 5) / 50 (результат будет в кОм)
, где Vsec указывает вторичное среднеквадратичное значение. напряжение трансформатора, а Vmin означает минимальное значение регулируемого выхода.
Тиристор должен выдерживать пиковые пульсации тока, а его рабочее напряжение должно составлять минимум 1,5 В сек . Транзистор последовательного стабилизатора должен быть рассчитан на поддержку максимального выходного тока, I max , и должен быть установлен на радиаторе, где он может рассеивать 5,5 x I сек Вт.
Получение фиксированного напряжения от транзисторного регулятора
Используя всего один транзистор и несколько стабилитронов, вы можете получить различные напряжения в диапазоне от 5 В до 10 В от источника питания 12 В.На приведенной ниже диаграмме и диаграмме показано, как можно сконфигурировать транзистор, стабилитрон и резистор смещения для реализации простой схемы транзисторного стабилизатора.
Заключение
В этом посте мы узнали, как построить простые схемы линейного регулятора напряжения, используя последовательный транзистор и стабилитрон. Источники питания с линейной стабилизацией предоставляют нам довольно простые варианты создания фиксированных стабилизированных выходов с использованием минимального количества компонентов.
В таких конструкциях в основном транзистор NPN конфигурируется последовательно с положительной входной линией питания в режиме общего эмиттера.Стабилизированный выход получается через эмиттер транзистора и отрицательную линию питания.
База транзистора сконфигурирована со схемой стабилитронного зажима или регулируемым делителем напряжения, который гарантирует, что напряжение на стороне эмиттера транзистора точно повторяет потенциал базы на выходе эмиттера транзистора.
Если нагрузка представляет собой сильноточную нагрузку, транзистор регулирует напряжение нагрузки, вызывая увеличение ее сопротивления, и, таким образом, гарантирует, что напряжение на нагрузке не превышает заданное фиксированное значение, установленное его базовой конфигурацией.
Схема транзисторного регулятора 5 В
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 напряжениянаходят 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 IC регуляторах напряжения .
Электронный регулятор напряженияВсе 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 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 с стабилитроном.
Стабилизатор напряжения на управляемых стабилитронах серии
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, в этом регуляторе есть именная серия.Используемый транзистор представляет собой транзистор с последовательным проходом.
Стабилизатор напряжения на управляемых стабилитронах серии транзисторовВыходной 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 при изменении входного сигнала.
- 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 стабилитрономOperation
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, выпуск остается почти постоянным. 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 объясняются 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.
Регулятор напряжения 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 напряженияна 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 транзисторахЕсли 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 напряжений (30-40) вольт. Это связано с малым значением максимального напряжения коллектор-эмиттер транзистора (50 Вольт).Это ограничивает использование транзисторных источников питания.
3. Регулятор электромеханическийКак 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 силой тяжести.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 выполняется одним, двумя или тремя реле и различными резисторами, чтобы установить выходную мощность генератора чуть выше 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 регулируется 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 гаджетов для регулирования напряжения и спасения устройства от повреждений
- Используется с генератором двигателей внутреннего сгорания для регулирования выходной мощности генератора.
- Используется для электронных схем для подачи точного количества напряжения
Примечание: Регуляторы 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.
Простые регуляторы напряжения, часть 1: шум
Простые регуляторы напряжения
Часть 1.4: Тесты и графики
[Итальянская версия]Двухтранзисторный шунтирующий регулятор
Это разновидность простой конструкции шунтирующего регулятора, которая витала в сети.Это усилитель с единичным усилением (благодаря обратной связи через C1), который состоит из элемента усиления Q1 и повторителя Q2. В этом конкретном случае коэффициент усиления разомкнутого контура Q1 увеличивается сверх обычного за счет резистора R3 с большим номиналом, подключенного к промежуточному напряжению питания 15 В, находящемуся между капельницами R2 и R10. Это избыточное усиление служит для уменьшения выходного сопротивления замкнутого контура этого регулятора до 50 мОм, вплоть до 1 МГц. Возможны альтернативные схемы, дающие еще больший коэффициент усиления без обратной связи, а именно использование активной нагрузки для Q1.Работа с этим усилением может потребовать некоторой формы компенсации для поддержания стабильности схемы: действительно, одна из моих четырех реализаций время от времени прерывается до умеренных (*) колебаний, если между коллектором Q1 и землей не присутствует 22 пФ.
(* «Слабые» в отличие от «диких» колебаний TL431: дискретный шунт излучает чистый синусоидальный сигнал 8 мВ на частоте около 1 кГц, в то время как 431 генерирует 100 мВ или более широкополосного хэша.)
Как и следовало ожидать, шум такой же низкий, как и у фильтрованного стабилитрона, и он остается таким же полностью независимо от наличия или размера выходного конденсатора.Гармоники 100 Гц, связанные с сетью, также исчезли.
Щелочные батареи
Батареи имеют репутацию идеальных источников питания для аудио. Что ж, давайте проверим это! Путем быстрого взлома несколько батарей были подключены к плюсу тестового усилителя (розовые следы на графиках). Для справки был использован обойденный LM337 для отрицательного питания (синие кривые).
Верхний график представляет собой щелочную батарею 9 В, используемую без выходного конденсатора, а нижний график такой же, теперь с конденсатором ZL 220 мкФ.Результаты довольно хороши и почти на одном уровне с двумя активными источниками с фильтром Зенера. Есть недостаток: это неперезаряжаемый аккумулятор, поэтому эксплуатационные расходы могут быть высокими, хотя это никогда не мешало японскому производителю высокого класса Final выпускать ряд фонокорректоров, предусилителей и усилителей мощности, работающих от неперезаряжаемых устройств.
Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи
Но для этого у нас есть NiCd, не так ли?
Нет, действительно: шум никель-кадмиевого выхода значительно выше, чем у щелочного, особенно в нижних частях.(Это без выходного конденсатора).
По какой-то причине я затем снова измерил то же самое и обнаружил, что спектр выше: отличный от первого. Ах, значит, никель-кадмиевые даже не остаются стабильными во времени.
Затем я измерил еще раз, увеличив ток нагрузки с 10 мА до 35 мА.
Наконец добавил конденсатор на 220 мкФ. Все это очень подозрительно, поэтому давайте посмотрим на записанную форму выходного напряжения батареи:
Приведенный выше образец является полностью репрезентативным: имеется постоянный минимальный уровень шума, чередующийся с внезапными переходными процессами и последующим медленным восстановлением.
Свинцовые аккумуляторные батареи
У меня нет свинцово-кислотного обвинения, но вышеупомянутый сюжет был любезно подарен другим мастером-мастером ALW (оригиналы можно найти здесь). Имейте в виду, что испытательная установка отличалась от моей, поэтому результаты нельзя сравнивать с вышеуказанными измерениями шума. Шум разгруженной батареи — розовый график. Это действительно на 10 дБ ниже, чем синяя кривая, полученная от дискретного малошумящего регулятора. Однако увеличение тока нагрузки до 35 мА дает голубой след для батареи: как минимум на 20 дБ хуже, чем у регулятора!
[ Страница 1 ] [ страница 2 ] [страница 3] [страница 4]© Copyright 2004 Вернер Ожирс, www.tnt-audio.com
Типы регуляторов напряжения: работа и их ограничения
В источнике питания регуляторы напряжения играют ключевую роль. Итак, прежде чем переходить к обсуждению регулятора напряжения, мы должны знать, какова роль источника питания при проектировании системы? Например, в любой рабочей системе, такой как смартфон, наручные часы, компьютер или ноутбук, источник питания является важной частью для работы системы Owl, поскольку он обеспечивает последовательное, надежное и непрерывное питание внутренних компонентов системы.В электронных устройствах источник питания обеспечивает стабильную, а также регулируемую мощность для правильной работы цепей. Источники питания бывают двух типов, такие как источник питания переменного тока, который поступает от сетевых розеток, и источник питания постоянного тока, который поступает от батарей. Итак, в этой статье рассматривается обзор различных типов регуляторов напряжения и их работы.
Что такое регулятор напряжения?
Регулятор напряжения используется для регулирования уровней напряжения. Когда требуется стабильное и надежное напряжение, предпочтительным устройством является регулятор напряжения.Он генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным при любых изменениях входного напряжения или условий нагрузки. Он действует как буфер для защиты компонентов от повреждений. Стабилизатор напряжения — это устройство с простой конструкцией с прямой связью, в котором используются контуры управления с отрицательной обратной связью.
Регулятор напряженияСуществует два основных типа регуляторов напряжения: линейные регуляторы напряжения и импульсные регуляторы напряжения; они используются в более широких приложениях. Линейный регулятор напряжения — самый простой тип регулятора напряжения.Он доступен в двух типах, которые являются компактными и используются в системах с низким энергопотреблением и низким напряжением. Обсудим различные типы регуляторов напряжения.
Основными компонентами , используемыми в регуляторе напряжения , являются
- Цепь обратной связи
- Стабильное опорное напряжение
- Цепь управления проходным элементом
Процесс регулирования напряжения очень прост благодаря использованию трех вышеуказанных компонентов. Первый компонент регулятора напряжения, такой как цепь обратной связи, используется для обнаружения изменений в выходном напряжении постоянного тока.На основе опорного напряжения, а также обратной связи может быть сгенерирован управляющий сигнал, который приводит в действие элемент Pass для компенсации изменений.
Здесь проходной элемент — это один из видов твердотельного полупроводникового устройства, похожий на BJT-транзистор, PN-Junction Diode в противном случае MOSFET. Теперь выходное напряжение постоянного тока можно поддерживать приблизительно стабильным.
Работа регулятора напряжения
Схема регулятора напряжения используется для создания и поддержания постоянного выходного напряжения даже при изменении входного напряжения в противном случае условия нагрузки.Регулятор напряжения получает напряжение от источника питания, и его можно поддерживать в диапазоне, который хорошо подходит для остальных электрических компонентов. Чаще всего эти регуляторы используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, переменного / переменного тока или переменного / постоянного тока.
Типы регуляторов напряжения и их работа
Эти регуляторы могут быть реализованы посредством интегральных схем или дискретных компонентных схем. Стабилизаторы напряжения подразделяются на два типа: линейный регулятор напряжения и импульсный регулятор напряжения.Эти регуляторы в основном используются для регулирования напряжения в системе, однако линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД. В импульсных регуляторах с высоким КПД большая часть i / p-мощности может передаваться на o / p без рассеивания.
Типы регуляторов напряженияВ основном существует два типа регуляторов напряжения: линейный регулятор напряжения и импульсный регулятор напряжения.
- Существует два типа линейных регуляторов напряжения: последовательные и шунтовые.
- Существует три типа импульсных регуляторов напряжения: повышающие, понижающие и инверторные регуляторы напряжения.
Линейные регуляторы напряжения
Линейный регулятор действует как делитель напряжения. В омической области используется полевой транзистор. Сопротивление регулятора напряжения меняется в зависимости от нагрузки, что приводит к постоянному выходному напряжению. Линейные регуляторы напряжения — это оригинальный тип регуляторов, используемых для регулирования источников питания. В этом типе регулятора переменная проводимость активного проходного элемента, такого как MOSFET или BJT, отвечает за изменение выходного напряжения.
Как только нагрузка объединена, изменения на любом входе, в противном случае нагрузка приведет к разнице в токе по всему транзистору, чтобы поддерживать постоянный выход. Чтобы изменить ток транзистора, он должен работать в активной, иначе омической области.
Во время этой процедуры этот тип регулятора рассеивает много энергии, потому что сетевое напряжение падает внутри транзистора и рассеивается подобно теплу. Как правило, эти регулирующие органы делятся на разные категории.
- Положительный Регулируемый
- Отрицательный Регулируемый
- Фиксированный выход
- Отслеживание
- Плавающий
Преимущества
К преимуществам линейного регулятора напряжения относятся следующие.
- Обеспечивает низкую пульсацию выходного напряжения
- Быстрое время отклика на нагрузку или изменение линии
- Низкие электромагнитные помехи и меньший шум
Недостатки
К недостаткам линейного регулятора напряжения относятся следующие.
- Очень низкий КПД
- Требуется большое пространство — необходим радиатор
- Напряжение выше входа не может быть увеличено
В последовательном регуляторе напряжения используется регулируемый элемент, последовательно включенный с нагрузкой. Изменяя сопротивление этого последовательного элемента, можно изменить падение напряжения на нем. И напряжение на нагрузке остается постоянным.
Количество потребляемого тока эффективно используется нагрузкой; это главное преимущество последовательного регулятора напряжения.Даже когда нагрузка не требует тока, последовательный регулятор не потребляет полный ток. Следовательно, последовательный стабилизатор значительно эффективнее шунтирующего регулятора напряжения.
Шунтирующие регуляторы напряжения
Шунтирующий регулятор напряжения работает, обеспечивая путь от напряжения питания к земле через переменное сопротивление. Ток через шунтирующий регулятор отклоняется от нагрузки и бесполезно течет на землю, что делает эту форму, как правило, менее эффективной, чем последовательный регулятор.Однако он проще, иногда состоит только из диода опорного напряжения и используется в схемах с очень низким энергопотреблением, в которых потери тока слишком малы, чтобы вызывать беспокойство. Эта форма очень распространена для схем опорного напряжения. Шунтирующий регулятор обычно может только поглощать (поглощать) ток.
Применение шунтирующих регуляторов
Шунтирующие регуляторы используются в:
- Импульсные источники питания с низким выходным напряжением
- Цепи источника и приемника тока
- Усилители ошибки
- Регулируемые линейные и импульсные источники питания напряжения или тока
- Напряжение Мониторинг
- Аналоговые и цифровые схемы, требующие точных эталонов
- Прецизионные ограничители тока
Импульсные регуляторы напряжения
Импульсный регулятор быстро включает и выключает последовательные устройства.Рабочий цикл переключателя устанавливает количество заряда, передаваемого нагрузке. Это контролируется механизмом обратной связи, аналогичным линейному регулятору. Импульсные регуляторы эффективны, потому что последовательный элемент либо полностью проводит ток, либо выключен, потому что он почти не рассеивает мощность. Импульсные регуляторы способны генерировать выходное напряжение, превышающее входное напряжение, или противоположную полярность, в отличие от линейных регуляторов.
Импульсный регулятор напряжения быстро включается и выключается для изменения выхода.Он требует управляющего генератора, а также заряжает компоненты накопителя.
В импульсном регуляторе с частотно-импульсной модуляцией, изменяющейся частотой, постоянным рабочим циклом и спектром шума, налагаемым PRM, изменяются; отфильтровать этот шум труднее.
Импульсный стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией, постоянной частотой, изменяющимся рабочим циклом, эффективен и легко отфильтровывает шум.
В импульсном стабилизаторе ток в непрерывном режиме через катушку индуктивности никогда не падает до нуля.Это обеспечивает максимальную выходную мощность. Это дает лучшую производительность.
В импульсном стабилизаторе ток в прерывистом режиме через катушку индуктивности падает до нуля. Это дает лучшую производительность при низком выходном токе.
Топологии коммутации
Имеется два типа топологий: диэлектрическая изоляция и неизолированная.
Изолированный
Он основан на радиации и интенсивных средах. Опять же, изолированные преобразователи подразделяются на два типа, в том числе следующие.
- Обратные преобразователи
- Прямые преобразователи
В перечисленных выше изолированных преобразователях рассматривается тема импульсных источников питания.
Без изоляции
Он основан на небольших изменениях Vout / Vin. Примеры: повышающий регулятор напряжения (Boost) — увеличивает входное напряжение; Step Down (Бак) — снижает входное напряжение; Повышение / Понижение (повышение / понижение) Регулятор напряжения — понижает, повышает или инвертирует входное напряжение в зависимости от контроллера; Зарядный насос — обеспечивает многократный ввод без использования индуктора.
Опять же, неизолированные преобразователи подразделяются на разные типы, однако наиболее важными из них являются
- Понижающий преобразователь или понижающий регулятор напряжения
- Повышающий преобразователь или повышающий регулятор напряжения
- Понижающий или повышающий преобразователь
Преимущества топологий коммутации
Основными преимуществами импульсного источника питания являются эффективность, размер и вес. Это также более сложная конструкция, способная обеспечить более высокую энергоэффективность.Импульсный регулятор напряжения может обеспечивать выходной сигнал, который больше или меньше, или инвертирует входное напряжение.
Недостатки топологий коммутации
- Повышенное пульсирующее напряжение на выходе
- Более медленное переходное время восстановления
- EMI производит очень шумный выходной сигнал
- Очень дорогой
Повышающие переключающие преобразователи, также называемые повышающими импульсными регуляторами, обеспечивают более высокое выходное напряжение за счет увеличения входного напряжения.Выходное напряжение регулируется до тех пор, пока потребляемая мощность находится в пределах выходной мощности схемы. Для управления гирляндой светодиодов используется повышающий импульсный регулятор напряжения.
Повышающие регуляторы напряженияПредположим, что вывод цепи без потерь = Pout (входная и выходная мощности одинаковы)
Тогда V в I в = V out I out ,
I out / I in = (1-D)
Из этого следует, что в этой схеме
- мощности остаются прежними
- Напряжение увеличивается
- Ток уменьшается
- Эквивалентно трансформатору постоянного тока
Понижающее (понижающее) напряжение Регулятор
Понижает входное напряжение.
Понижающие регуляторы напряженияЕсли входная мощность равна выходной мощности, то
P на входе = P на выходе ; V вход I вход = V выход I выход ,
I выход / I дюйм = V вход / V выход = 1 / D
Понижающий преобразователь эквивалентен к трансформатору постоянного тока, в котором коэффициент передачи находится в диапазоне 0-1.
Повышение / Понижение (повышение / понижение)
Его также называют инвертором напряжения.Используя эту конфигурацию, можно повышать, понижать или инвертировать напряжение в соответствии с требованиями.
- Выходное напряжение имеет полярность, противоположную входной.
- Это достигается за счет прямого смещения диода с обратным смещением VL во время выключения, выработки тока и зарядки конденсатора для выработки напряжения во время выключения.
- Используя этот тип импульсного стабилизатора, можно достичь эффективности 90%.
Регуляторы напряжения генератора
Генераторы переменного тока вырабатывают ток, необходимый для удовлетворения электрических требований транспортного средства при работе двигателя.Он также восполняет энергию, которая используется для запуска автомобиля. Генератор переменного тока может производить больше тока на более низких скоростях, чем генераторы постоянного тока, которые когда-то использовались в большинстве транспортных средств. Генератор состоит из двух частей.
Регулятор напряжения генератора Статор — это неподвижный компонент, который не движется. Он содержит набор электрических проводников, намотанных катушками на железный сердечник.
Ротор / Якорь — Это движущийся компонент, который создает вращающееся магнитное поле любым из следующих трех способов: (i) индукцией (ii) постоянными магнитами (iii) с помощью возбудителя.
Электронный регулятор напряжения
Простой регулятор напряжения может быть изготовлен из резистора, соединенного последовательно с диодом (или серией диодов). Из-за логарифмической формы кривых V-I на диоде напряжение на диоде изменяется незначительно из-за изменений потребляемого тока или изменений на входе. Когда точный контроль напряжения и эффективность не важны, эта конструкция может работать нормально.
Электронный регулятор напряженияТранзисторный регулятор напряжения
Электронные регуляторы напряжения имеют источник нестабильного опорного напряжения, который обеспечивается стабилитроном, который также известен как рабочий диод обратного напряжения пробоя.Он поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока. Пульсации переменного напряжения заблокированы, но фильтр не может быть заблокирован. Регулятор напряжения также имеет дополнительную схему защиты от короткого замыкания, схему ограничения тока, защиту от перенапряжения и тепловое отключение.
Основные параметры регуляторов напряжения
- Основные параметры, которые необходимо учитывать при работе регулятора напряжения, в основном включают в себя напряжение i / p, напряжение o / p, а также ток включения / выключения. Как правило, все эти параметры в основном используются для определения топологии типа VR, хорошо согласованной или нет с ИС пользователя.
- Другие параметры этого регулятора: частота коммутации, ток покоя; напряжение обратной связи тепловое сопротивление может применяться на основе требования
- Ток покоя является значительным, если эффективность во всех режимах ожидания или небольшая нагрузка является основной проблемой.
- Если рассматривать частоту коммутации как параметр, использование частоты коммутации может привести к решениям небольшой системы. Кроме того, тепловое сопротивление может быть опасным для отвода тепла от устройства, а также для отвода тепла от системы.
- Если контроллер имеет полевой МОП-транзистор, после этого все кондуктивные, а также динамические потери будут рассеиваться внутри корпуса и должны учитываться при измерении предельной температуры регулятора.
- Наиболее важным параметром является напряжение обратной связи, поскольку оно определяет меньшее напряжение включения / выключения, которое может выдержать ИС. Это ограничивает меньшее напряжение o / p, а точность влияет на регулирование выходного напряжения.
Как правильно выбрать регулятор напряжения?
- Ключевые параметры играют ключевую роль при выборе регулятора напряжения разработчиком, например Vin, Vout, Iout, системные приоритеты и т. Д.Некоторые дополнительные ключевые функции, такие как включение управления или индикация состояния питания.
- Когда разработчик описал эти потребности, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство, отвечающее предпочтительным потребностям.
- Для дизайнеров эта таблица очень ценна, потому что она предоставляет несколько функций, а также пакеты, доступные для удовлетворения необходимых параметров для требований дизайнера.
- Устройства MPS доступны со своими техническими описаниями, в которых подробно описаны необходимые внешние части, как измерить их значения, чтобы получить стабильную, эффективную конструкцию с высокой производительностью.
- Это техническое описание в основном помогает в измерении значений таких компонентов, как выходная емкость, сопротивление обратной связи, индуктивность выхода и т. Д.
- Кроме того, вы можете использовать некоторые инструменты моделирования, такие как программное обеспечение MPSmart / DC / DC Designer и т. Д. MPS предоставляет различные регуляторы напряжения с компактными линейными, разнообразными эффективными и переключаемыми типами, такими как семейство MP171x, семейство HF500-x, MPQ4572-AEC1, MP28310, MP20056 и MPQ2013-AEC1.
Ограничения / недостатки
Ограничения регуляторов напряжения включают следующее.
- Одним из основных ограничений регуляторов напряжения является их неэффективность из-за рассеивания большого тока в некоторых приложениях.
- Падение напряжения на этой ИС аналогично падению напряжения на резисторе. Например, когда на входе регулятора напряжения 5 В, а на выходе получается 3 В, тогда падение напряжения между двумя клеммами составляет 2 В.
- Эффективность регулятора может быть ограничена до 3 В или 5 В, что означает, что эти регуляторы применимы с меньшим количеством дифференциалов Vin / Vout.
- В любом приложении очень важно учитывать ожидаемое рассеивание мощности для регулятора, потому что при высоких входных напряжениях рассеиваемая мощность будет высокой, что может привести к повреждению различных компонентов из-за перегрева.
- Еще одним ограничением является то, что они просто способны к понижающему преобразованию по сравнению с типами переключения, поскольку эти регуляторы обеспечивают понижающее преобразование и преобразование.
