Простой стабилизатор напряжения: Схема стабилизатора напряжения — простой расчёт

Содержание

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.

  1. U вх – необработанное напряжение входа;
  2. 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.

стабилизатор напряжения своими руками, простой стабилизатор

Стабилизатор на одном стабилитроне

Для 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.

схема простейшего стабилизатора на стабилитроне

Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.

Принцип работы стабилизатора на стабилитроне

Конденсатор 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.

Стабилизатор на одном транзисторе

Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.

схема стабилизатора на одном транзисторе

Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе

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.

Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ

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.

схема стабилизатора на два напряжения с защитой от КЗ

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 стабилизатора

Данная 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.

Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением

В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.

Схема стабилизатора на транзисторах с регулировкой напряжения

Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения

Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение. При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод. При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.

Данные 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!

Стабилизатор напряжения 220в для дома своими руками схема

Бытовые устройства чувствительны к скачкам напряжения, быстрее подлежат износу, и появляются неисправности. В электрической сети напряжение часто изменяется, снижается, либо возрастает. Это взаимосвязано с отдаленностью источника энергии и некачественной линии питания.

Чтобы подключать приборы к устойчивому питанию, в жилых помещениях применяют стабилизаторы напряжения. На его выходе напряжение обладает стабильными свойствами. Стабилизатор можно приобрести в торговой сети, однако такой прибор можно изготовить своими руками.

Имеются допуски на изменение напряжения не более 10% от номинального значения (220 В). Это отклонение должно быть соблюдено как в большую сторону, так и в меньшую. Но идеальной электрической сети не бывает, и величина напряжения в сети часто меняется, усугубляя тем самым работу подключенных к ней устройств.

Электрические приборы отрицательно реагируют на такие капризы сети и могут быстро выйти из строя, потеряв при этом свои заложенные функции. Чтобы избежать таких последствий, люди применяют самодельные приборы под названием стабилизаторы напряжения. Эффективным стабилизатором стал прибор, выполненный на симисторах. Как сделать стабилизатор напряжения своими руками мы и рассмотрим.

Характеристика стабилизатора

Это устройство стабилизации не будет иметь повышенную чувствительность к изменениям напряжения, подающегося по общей линии. Сглаживание напряжения будет производиться в том случае, если на входе напряжение будет находиться в пределах от 130 до 270 вольт.

Включенные в сеть устройства будут питаться напряжением, имеющим величину от 205 до 230 вольт. От такого прибора можно будет питать электрические устройства, суммарная мощность которых до 6 кВт. Стабилизатор будет производить переключение нагрузки потребителя за 10 мс.

Устройство стабилизатора

Схема устройства стабилизации.

Стабилизатор напряжения по указанной схеме имеет в своем составе следующие части:

  1. Питающий блок, в который входят емкости С2, С5, компаратор, трансформатор, теплоэлектрический диод.
  2. Узел, задерживающий подключение нагрузки потребителя, и состоящий из сопротивлений, транзисторов, емкости.
  3. Выпрямительного моста, измеряющего амплитуду напряжения. Выпрямитель состоит из емкости, диода, стабилитрона, нескольких делителей.
  4. Компаратора напряжения. Его составными частями являются сопротивления и компараторы.
  5. Логического контроллера на микросхемах.
  6. Усилителей, на транзисторах VТ4-12, резисторов, ограничивающих ток.
  7. Светодиодов в качестве индикаторов.
  8. Оптитронных ключей. Каждый из ник снабжается симисторами и резисторами, а также оптосимисторами.
  9. Электрического автомата, либо предохранителя.
  10. Автотрансформатора.

Принцип действия

Рассмотрим, как функционирует стабилизатор напряжения, выполненный своими руками.

После подключения питания емкость С1 находится в состоянии разряда, транзистор VТ1 открытый, а VТ2 закрытый. VТ3 транзистор также остается закрытым. Через него поступает ток на все светодиоды и оптитрон на основе симисторов.

Так как этот транзистор пребывает в закрытом состоянии, то светодиоды не горят, а каждый симистор закрыт, нагрузка выключена. В этот момент ток поступает через сопротивление R1 и приходит на С1. Дальше конденсатор начинает заряжаться.

Диапазон выдержки идет три секунды. За этот период производятся все процессы перехода. После их окончания срабатывает триггер Шмитта на основе транзисторов VТ1 и VТ2. После этого открывается 3-й транзистор и подключается нагрузка.

Напряжение, выходящее с 3-й обмотки Т1, выравнивается диодом VD2 и емкостью С2. Далее ток поступает на делитель на сопротивлениях R13-14. Из сопротивления R14, напряжение, величина которого прямо зависит от величины напряжения, включена в каждый неинвертирующий компараторный вход.

Число компараторов становится равным 8. Они все выполнены на микросхемах DА2 и DА3. В то же время на инвертируемый вход компараторов подходит постоянный ток, подающийся с помощью делителей R15-23. Дальше вступает в действие контроллер, осуществляющий прием входного сигнала каждого компаратора.

Стабилизатор напряжения и его особенности

Когда напряжение входа становится меньше 130 вольт, то на выходах компараторов появляется логический уровень малого размера. В этот момент транзистор VТ4 находится в открытом виде, первый светодиод мигает. Эта индикация сообщает о наличии низкого напряжения, что означает невозможность выполнения регулируемым стабилизатором своих функций.

Все симисторы закрытии и нагрузка отключена. Когда напряжение находится в пределах 130-150 вольт, то сигналы 1 и А имеют свойства высокого значения логического уровня. Такой уровень имеет низкое значение. В таком случае транзистор VТ5 открывается, и начинает сигнализировать второй светодиод.

Оптосимистор U1.2 открывается, так же, как и симистор VS2. Через симистор будет протекать нагрузочный ток. Затем нагрузка зайдет в верхний вывод катушки автотрансформатора Т2.

Если напряжение входа 150 – 170 В, то сигналы 2, 1 и В имеют повышенное значение логического уровня. Другие сигналы имеют низкий уровень. При таком напряжении входа транзистор VТ6 открывается, 3-й светодиод включается. В этот момент 2-й симистор открывается и ток поступает на второй вывод катушки Т2, являющийся 2-м сверху.

Собранный самостоятельно стабилизатор напряжения на 220 вольт будет соединять обмотки 2-го трансформатора, если уровень напряжения входа достигнет соответственно: 190, 210, 230, 250 вольт. Чтобы сделать такой стабилизатор, необходима печатная плата 115 х 90 мм, изготовленная из фольгированного стеклотекстолита.

Изображение платы можно отпечатать на принтере. Затем с помощью утюга переносят это изображение на плату.

Изготовление трансформаторов

Изготовить трансформаторы Т1 и Т2 можно самостоятельно. Для Т1, мощность которого 3 кВт, необходимо применить магнитопровод с поперечным сечением 1,87 см2, и 3 провода ПЭВ – 2. 1-й провод диаметром 0,064 мм. Им наматывают первую катушку, с количеством витков 8669. Другие 2 провода применяются для образования остальных обмоток. Провода на них должны быть одного диаметра 0,185 мм, с числом витков 522.

Чтобы не изготавливать самому такие трансформаторы, можно применить готовые варианты ТПК – 2 – 2 х 12 В, соединенные последовательно.

Чтобы изготовить трансформатор Т2 на 6 кВт, применяют магнитопровод тороидальной формы. Обмотку наматывают проводом ПЭВ – 2 с числом витков 455. На трансформаторе необходимо вывести 7 отводов. Первые 3 из них наматываются проводом 3 мм. Остальные 4 отвода наматываются шинами сечением 18 мм2. С таким сечением провода трансформатор не нагреется.

Отводы выполняют на таких витках: 203, 232, 266, 305, 348 и 398. Витки считают с нижнего отвода. В этом случае электрический ток сети должен поступать по отводу 266 витка.

Детали и материалы

Остальные элементы и детали стабилизатора для самостоятельной сборки приобретаются в торговой сети. Перечислим их перечень:

  1. Симисторы (отптроны) МОС 3041 – 7 шт.
  2. Симисторы ВТА 41 – 800 В – 7 шт.
  3. КР 1158 ЕН 6А (DА1) стабилизатор.
  4. Компаратор LМ 339 N (для DА2 и DА3) – 2 шт.
  5. Диоды DF 005 М (для VD2 и VD1) – 2 шт.
  6. Резисторы проволочные СП 5 или СП 3 (для R13, R14 и R25) – 3 шт.
  7. Резисторы С2 – 23, с допуском 1% — 7 шт.
  8. Резисторы любого номинала с допуском 5% — 30 шт.
  9. Резисторы токоограничивающие – 7 шт, для пропускания ими тока 16 миллиампер (для R 41 – 47) – 7 шт.
  10. Конденсаторы электролитические – 4 шт (для С5 – 1).
  11. Конденсаторы пленочные (С4 – 8).
  12. Выключатель, оснащенный предохранителем.

Оптроны МОС 3041 заменяются на МОС 3061. КР 1158 ЕН 6А стабилизатор можно менять на КП 1158 ЕН 6Б. Компаратор К 1401 СА 1 можно установить в качестве аналога LM 339 N. Вместо диодов можно использовать КЦ 407 А.

Микросхему КР 1158 ЕН 6А надо устанавливать на теплоотвод. Для его изготовления применяют алюминиевую пластинку 15 см2. Также на него необходимо установить симисторы. Для симисторов допускается применять общий теплоотвод. Площадь поверхности должна превышать 1600 см2. Стабилизатор необходимо снабдить микросхемой КР 1554 ЛП 5, выступающей в качестве микроконтроллера. Девять светодиодов располагаются так, что попадают в отверстия на панели прибора спереди.

Если устройство корпуса не дает установить их таким образом, как на схеме, то их размещают на другой стороне, где расположены печатные дорожки. Светодиоды необходимо устанавливать мигающего типа, но можно монтировать и немигающие диоды, при условии, что они будут светиться ярким красным светом. Для таких целей применяют АЛ 307 КМ или L 1543 SRC — Е.

Можно выполнить сборку более простых исполнений приборов, но они будут иметь определенными особенностями.

Достоинства и недостатки, отличия от заводских моделей

Если перечислять достоинства стабилизаторов, изготовленных самостоятельно, то основным достоинством является низкая стоимость. Производители приборов часто завышают цены, а своя сборка в любом случае обойдется меньшей стоимостью.

Другим преимуществом можно определить такой фактор, как возможность простого ремонта своими руками устройства, Ведь кто, если не вы знаете лучше устройство, собранное своими руками.

В случае поломки хозяин прибора сразу найдет неисправный элемент и заменит его на новый. Простая замена деталей создается таким фактором, что все детали приобретались в магазине, поэтому их можно будет легко снова купить в любом магазине.

Недостатком самостоятельно собранного стабилизатора напряжения необходимо выделить его сложную настройку.

Простейший стабилизатор напряжения своими руками

Рассмотрим, каким образом можно изготовить самостоятельно стабилизатор на 220 вольт собственными руками, имея под рукой несколько простых деталей. Если в вашей электрической сети напряжение значительно снижено, то такой прибор подойдет вам как нельзя кстати. Чтобы его изготовить, понадобится готовый трансформатор, и несколько простых деталей. Лучше взять такой пример прибора себе на заметку, так как получается неплохое устройство, обладающее достаточной мощностью, например, для микроволновки.

Для холодильников и различных других бытовых устройств понижение напряжения сети очень вредно, больше чем повышение. Если поднять величину напряжения сети, применяя автотрансформатор, то во время уменьшения напряжения сети на выходе прибора напряжение будет нормальной величины. А если в сети напряжение станет в норме, то на выходе мы получим повышенное значение напряжения. Например, возьмем трансформатор на 24 В. При напряжении на линии 190 В на выходе устройства получится 210 В, при значении сети 220 В на выходе получится 244 В. Это вполне допустимо и нормально для работы бытовых устройств.

Для изготовления нам понадобится основная деталь – это простой трансформатор, но не электронный. Его можно найти готовый, либо изменить данные на уже имеющемся трансформаторе, например, от сломанного телевизора. Трансформатор будем соединять по схеме автотрансформатора. Напряжение на выходе будет получаться примерно на 11% выше напряжения сети.

При этом нужно соблюдать осторожность, так как во время значительного перепада напряжения в сети в большую сторону, на выходе устройства получится напряжение, которое значительно превышает допустимую величину.

Автотрансформатор будет добавлять к напряжению линии сети всего 11%. Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя. Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом.

Регулятор SA1 дает возможность, если нужно, подсоединять нагрузку потребителя без автотрансформатора. Конечно, это не полноценный стабилизатор, но зато для его изготовления не требуется больших вложений и много времени.

Пять схем простых стабилизаторов напряжения. Схема стабилизатора напряжения. Простой расчет
Содержание:

В электрических цепях постоянно возникает необходимость в стабилизации тех или иных параметров. С этой целью применяются специальные схемы управления и слежения за ними. Точность стабилизирующих действий зависит от так называемого эталона, с которым и сравнивается конкретный параметр, например, напряжение. То есть, когда значение параметра будет ниже эталона, схема стабилизатора напряжения включит управление и отдаст команду на его увеличение. В случае необходимости выполняется обратное действие - на уменьшение.

Данный принцип работы лежит в основе автоматического управления всеми известными устройствами и системами. Точно так же действуют и стабилизаторы напряжения, несмотря на разнообразие схем и элементов, используемых для их создания.

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

При идеальной работе электрических сетей, значение напряжения должно изменяться не более чем на 10% от номинала в сторону увеличения или уменьшения. Однако на практике перепады напряжения достигают гораздо больших значений, что крайне отрицательно сказывается на электрооборудовании, вплоть до его выхода из строя.

Защититься от подобных неприятностей поможет специальное стабилизирующее оборудование. Однако из-за высокой стоимости, его применение в бытовых условиях во многих случаях экономически невыгодно. Наилучшим выходом из положения становится самодельный стабилизатор напряжения 220в, схема которого достаточно простая и недорогая.

За основу можно взять промышленную конструкцию, чтобы выяснить, из каких деталей она состоит. В состав каждого стабилизатора входят трансформатор, резисторы, конденсаторы, соединительные и подключающие кабели. Самым простым считается стабилизатор переменного напряжения, схема которого действует по принципу реостата, повышая или понижая сопротивление в соответствии с силой тока. В современных моделях дополнительно присутствует множество других функций, обеспечивающих защиту бытовой техники от скачков напряжения.

Среди самодельных конструкций наиболее эффективными считаются симисторные устройства, поэтому в качестве примера будет рассматриваться именно эта модель. Выравнивание тока этим прибором будет возможно при входном напряжении в диапазоне 130-270 вольт. Перед началом сборки необходимо приобрести определенный набор элементов и комплектующих. Он состоит из блока питания, выпрямителя, контроллера, компаратора, усилителей, светодиодов, автотрансформатора, узла задержки включения нагрузки, оптронных ключей, выключателя-предохранителя. Основными рабочими инструментами служат пинцет и паяльник.

Для сборки стабилизатора на 220 вольт в первую очередь потребуется печатная плата размером 11,5х9,0 см, которую нужно заранее подготовить. В качестве материала рекомендуется использовать фольгированный стеклотекстолит. Схема размещения деталей распечатывается на принтере и переносится на плату с помощью утюга.

Трансформаторы для схемы можно взять уже готовые или собрать самостоятельно. Готовые трансформаторы должны иметь марку ТПК-2-2 12В и соединяться последовательно между собой. Для создания первого трансформатора своими руками потребуется магнитопровод сечением 1,87 см2 и 3 кабеля ПЭВ-2. Первый кабель применяется в одной обмотке. Его диаметр составит 0,064 мм, а количество витков - 8669. Оставшиеся провода используются в д

Стабилизаторы напряжения на транзисторах: схема на стабилитроне

Радиоэлектронные устройства для нормальной работы требуют питания стабилизированным напряжением. Подходы к стабилизации различаются в зависимости от предъявляемых требований, потребляемой мощности нагрузки.

Стабилизатор переменного напряжения

Стабилизатор переменного напряжения

Принцип работы стабилизатора

Принцип работы заключается в поддержании выходного напряжения в заданных узких пределах, независимо от тока нагрузки и величины входа.

По принципам построения стабилизирующие устройства делятся на следующие группы:

  • Параметрические;
  • Компенсационные;
  • Импульсные.

Параметрические стабилизаторы основаны на использовании вольт-амперной характеристики стабилизирующего элемента, где выбирается участок с малым дифференциальным сопротивлением (при изменении тока на значительную величину напряжение на элементе остается постоянным).

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Более сложные компенсационные конструкции используют обратную связь, величина которой пропорциональна разнице выходного напряжения и эталонного.

К сведению. Импульсные устройства основаны на принципе накопления энергии в реактивном элементе – емкости или индуктивности.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Простейшая конструкция содержит всего два элемента:

  • Стабилизирующий диод – стабилитрон;
  • Токоограничительный резистор.

Такая схема стабилизатора имеет ограниченное применение, поскольку работает в ограниченном диапазоне сопротивления нагрузки – ток через стабилитрон должен быть больше нагрузки как минимум в 3-10 раз.

Параметрическая схема

Параметрическая схема

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если дополнить конструкцию со стабилитроном эмиттерным повторителем, получится параметрический стабилизатор на транзисторе и стабилитроне с лучшими параметрами в отношении тока нагрузки.

В данной схеме напряжение на нагрузке определяется разностью между падением на стабилитроне и переходе база-эмиттер. Стабилизация происходит потому, что разность потенциалов перехода база-эмиттер слабо зависит от тока эмиттера.

Включение усилительного элемента позволяет увеличить ток нагрузки в Вst раз, где Вst – статический коэффициент передачи. Используя составной элемент (схема Дарлингтона), можно еще больше увеличить допустимый ток нагрузки до нескольких ампер.

Схема Дарлингтона

Схема Дарлингтона

Схема параметрического стабилизатора напряжения на транзисторе обладает недостатками. Некоторая нестабильность напряжения на переходе база-эмиттер ухудшает коэффициент стабилизации конструкции в целом. Снижение мощности нагрузки ниже определенного минимума вызывает повышение выходного напряжения (для кремниевых компонентов на 0.6 Вольт, поскольку ток базы становится равным нулю).

Принципы расчета характеристик

Для простейшего расчета характеристик требуются следующие данные:

  • Напряжение питания;
  • Ток нагрузки;
  • Выходное напряжение.

Порядок расчета:

  1. Исходя из выходных параметров, определяется тип стабилизирующего элемента;
  2. Выбирается ключевой элемент по критериям:
  • Коэффициент стабилизации Вst≥Iн/Iст;
  • Допустимое напряжение коллектор-эмиттер больше максимального входного;
  • Максимальный ток коллектора должен быть больше нагрузки.

Компенсационные стабилизаторы

В компенсационных стабилизаторах производится сравнение эталонного (опорного) потенциала с выходным. Разница через контур отрицательной обратной связи поступает на базу ключевого транзистора, управляя величиной его открытия.

Точность стабилизации зависит от точности формирования опорного напряжения. Так как устройство сравнения потребляет малый ток, то опорный потенциал можно сформировать при помощи параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Компенсационная схема

Компенсационная схема

Еще больше повысить эксплуатационные характеристики можно, используя источник тока вместо токоограничительного резистора. В качестве такого источника наиболее удобно применять полевой транзистор. Компенсационные устройства обладают хорошими характеристиками, поэтому большинство производителей элементной базы выпускает готовые модули, позволяющие создавать конструкции с минимумом элементов.

Импульсные стабилизаторы

Использование простых конструкций на транзисторах имеет недостаток – на ключевом элементе выделяется большая мощность рассеивания, которая тем больше, чем больше разница между входным и выходным параметром.

Главное отличие импульсных устройств – в том, что транзисторы работают в ключевом режиме, управляя накоплением и отдачей энергии реактивными элементами. Энергия, запасенная дросселем или конденсатором, позволяет не только стабилизировать напряжение, но и повышать его или инвертировать полярность.

Собранные на дискретных элементах импульсные преобразователи сложны в конструировании и регулировке. Сейчас выпускаются схемы, выполненные в виде интегральных микросхем, которым требуется импульсный ключ только для увеличения мощности. Устройства практически не требуют регулировки и обладают высокой надежностью.

Микросхема импульсных устройств

Микросхема импульсных устройств

Схема на составном транзисторе

Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе ограничивает ток нагрузки не только за счет допустимого тока ключевого элемента. Задолго до наступления момента предельного режима стабилизация ухудшается, поскольку ограничивается статическим коэффициентом передачи ключевого транзистора.

Увеличить ток нагрузки можно, применяя составные элементы, включенные по схеме Дарлингтона. В таком включении общий коэффициент передачи равняется произведениям коэффициентов обоих транзисторов. Мощные усилительные транзисторы Дарлингтона часто выпускаются в едином корпусе, не требуя дополнительных соединений.

Схема на двух транзисторах

Используя два транзистора, можно собрать схему компенсационного стабилизатора, в котором один из триодов является ключевым, а второй служит для управления обратной связью. Такая конструкция легко позволяет регулировать величину выхода. Правильный стабилизатор также должен предусматривать защиту от перегрузки.

Схема на транзисторе и стабилитроне

Подключение ключевого элемента к простейшему устройству на стабилитроне позволяет с минимальными затруднениями увеличить ток нагрузки. Применение полевого транзистора вместо биполярного позволяет уменьшить рассеиваемую мощность, снизить падение на полупроводниковых переходах, увеличивая таким образом КПД конструкции.

Важно! При использовании полевых транзисторов рука и инструмент должны быть заземлены.

Какой выбрать стабилизатор напряжения, зависит от предъявляемых требований по значению тока нагрузки, коэффициенту стабилизации, габаритам конструкции.

Во многом это зависит от личных предпочтений. Компенсационные и параметрические устройства просты для понимания, легко собираются и настраиваются. Импульсные устройства более сложные технически. Хотя существует множество готовых интегральных микросхем импульсных стабилизаторов, отсутствие четкого понимания их работы может затруднить поиск неисправностей. Выбранная с некоторым запасом по току конструкция может простоять под нагрузкой неограниченное время.

Видео

Как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра.

Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора. Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В. Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт.

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

  • Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
  • Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
  • Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
  • Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
  • Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
  • Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Действие стабилитрона

Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном. Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении. Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться.

Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему.

В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта.

Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него.

На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В.

Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1. Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора. В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания.

В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы.

Заключение

Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников.

Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах. Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными. Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов.

Схемы и онлайн расчёт элементов регулируемых стабилизаторов напряжения

Онлайн расчёт элементов схем линейных стабилизаторов с фиксированным и
регулируемым выходным напряжением.

Для поддержания стабильной работы и сохранения заявленных параметров электрооборудования его питание в большинстве случаев должно осуществляться постоянным и неподконтрольным никаким внешним воздействиям напряжением. Как правило, эта функция возлагается на устройства, называемые стабилизатором напряжения.
Стабилизатор напряжения - это преобразователь электрической энергии, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах при изменениях следующих величин: входного напряжения, сопротивления нагрузки, а также в идеале - температуры и иных внешних воздействий.

Ещё не так давно подобные узлы строились на стабилитронах и транзисторах, однако с появлением специализированных микросхем, необходимость в самостоятельном конструировании подобных схем скоротечно отпочковалась, ввиду очевидной простоты реализации стабилизаторов, выполненных на интегральных микросхемах. А зря!

Там, где значения коэффициента стабилизации Кст допустимо исчислять десятками, а не сотнями-тысячами, простейший параметрический стабилизатор не только имеет право на существование, но и выигрывает у своих интегральных собратьев по такому важному параметру, как чистота выходного напряжения и отсутствие импульсных помех в момент резкого изменения тока нагрузки.
Давайте рассмотрим такие простейшие устройства стабилизаторов напряжения.
Простейшие схемы линейных стабилизаторов напряжения
Рис.1 а) Простейшая схема     б) С эмиттерным повторителем     в) С регулируемым вых. напряжением

Схема стабилизатора напряжения, приведённая на Рис.1 а), используется в основном с устройствами, через которые не протекает существенных токов. От номинала резистора Rст зависит величина тока Iвх, протекающего как через стабилитрон, так и через нагрузку. Величина этого тока рассчитывается по формуле: Rст = (Uвх - Uст)/ Iвх,
а Iвх должен удовлетворять условию Iвх ≥ Iн. макс + Iст. мин, где Iн. макс - максимальный ток в нагрузке при заданном выходном напряжении, а Iст. мин - минимальный ток стабилизации стабилитрона, указанный в характеристиках полупроводника. В стабилитронах отечественных производителей параметр Iст. мин, как правило, задан в явном виде, у зарубежных может быть не указан вообще. Куда податься бедному еврею? Я бы рекомендовал в этом случае ориентироваться на значение тока из datasheet-ов "Izk" (значение при котором стабилитрон обладает максимальным импедансом) и увеличить эту величину в 2...3 раза. Хотя, по большому счёту, оптимальным (с точки зрения достижения максимальных параметров) током для стабилитрона является тестовый ток, при котором измеряются основные характеристики полупроводника.

Для наиболее эффективного выполнения своих задач стабилитрону довольно важно, чтобы мощность нагрузки не превышала мощности, рассеиваемой на полупроводнике. Поэтому если возникает потребность стабилизации напряжения в нагрузках, потребляющих значительную мощность, используется дополнительный усилитель тока - эмиттерный повторитель (Рис.1 б)). В этом случае нагрузкой для стабилитрона является входное сопротивление повторителя Rвх ≈ Rн x (1 + β), т.е. ток нагрузки можно увеличить в β раз. Тут важно учитывать падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора, в связи с чем напряжение на выходе стабилизатора будет на 0,6...0,7 В (на 1,2...1,4 В для составного транзистора) меньше напряжения стабилизации стабилитрона .

Установив параллельно стабилитрону переменный резистор (Рис.1 в)), возникает возможность изменять напряжение стабилизации в нагрузке от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона (за вычетом падения напряжения Uбэ на переходе транзистора). Естественно, что ток, протекающий через переменник, также необходимо учитывать, задаваясь его значением - не меньшим, чем входной ток эмиттерного повторителя.
Сдобрим пройденный материал калькулятором.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы компенсационных линейных стабилизаторов являются основой большинства интегральных микросхем, выполняющих функцию стабилизации напряжений и токов, и в простейшем виде могут быть выполнены на стабилитроне и паре транзисторов (Рис.2).
Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения
Рис.2 Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения

Здесь стабилитрон является источником опорного напряжения, а транзистор Т2 - устройством сравнения выходного напряжения, поступающего через резистивный делитель на его базу, с опорным значением напряжения на его эмиттере. Повысилось выходное напряжение, а вместе с ним напряжение на базе Т2, транзистор приоткрывается и притягивает напряжение на базе регулирующего транзистора Т1 к минусовой (земляной) шине, тем самым, уменьшая напряжение на его эмиттере, а соответственно и на выходе схемы. Снизилось выходное напряжение - всё то же самое, только наоборот. Компенсационные стабилизаторы на транзисторах имеют более высокий коэффициент стабилизации по сравнению с устройствами, представленными на Рис.1, но в связи наличием обратной связи имеют и свои недостатки.
В связи с этим подробно останавливаться на них мы не будем, а перейдём сразу к интегральным стабилизаторам, имеющим похожий принцип действия, но значительно более сложным по структуре, обладающих более высокими характеристиками и при этом - очень простых и удобных в реализации.

Существует два типа подобных интегральных микросхем: регулируемые стабилизаторы напряжения и стабилизаторы с фиксированным значением выходного напряжения. Во втором случае схема стабилизатора приобретает неприлично примитивный вид, незаслуживающий какого-то серьёзного обсуждения.
В случае же стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением, схема всё ещё остаётся достаточно простой, но требует некоторых умственных манипуляций, связанных с расчётом резистивного делителя для получения требуемого выходного напряжения.

Типовая схема включения большинства регулируемых микросхем приведена на Рис.3.

Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения
Рис.3

Формула для расчёта выходного напряжения имеет вид Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2,
причём номинал сопротивления R1, как правило, задаётся производителем микросхемы для достижения наилучших параметров выходных характеристик.

Отдельные бойцы для снижения пульсаций ставят дополнительные электролиты значительных величин параллельно резистору R2. Оно, конечно, бойцы эти герои, но зачем же стулья ломать?
Любое резкое увеличение тока нагрузки, приводящее к снижению выходного напряжения, не сможет моментально отработаться схемой автоматической регулировки из-за задержки в цепи обратной связи, обусловленной данным конденсатором, а это в значительной степени снизит быстродействие устройства.
И если для статических нагрузок параметр быстродействия стабилизатора по барабану, то для динамических (к примеру, таких как УНЧ) - очень даже немаловажен. Поэтому - либо эти электролиты вообще не нужны, либо (если их настоятельно рекомендует Datasheet) ставить конденсаторы небольших номиналов в строгом соответствии с рекомендациями производителя.

Для начала - справочная таблица с основными техническими характеристиками наиболее часто используемых интегральных стабилизаторов с регулировкой выходного напряжения.

Приведённая ниже таблица позволяет рассчитать номиналы резисторов делителя некоторых популярных типов микросхем регулируемых стабилизаторов, представленных разными производителями.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОСХЕМ - СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ


Если не хотите, чтобы вдруг "раздался мощный пук" - послеживайте за полярностью включения конденсатора С2. Она должна совпадать с полярностью входного (выходного) напряжения.

Отдельно хочу остановиться на МИКРОМОЩНЫХ СТАБИЛИЗАТОРАХ С МАЛЫМ СОБСТВЕННЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ.

Такого рода стабилизаторы окажутся совсем не лишними в хозяйстве, так как смогут обеспечить такой важнейший показатель радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием, как экономичность входящих в её состав узлов.

Здесь выбор интегральных микросхем заметно беднее, а цены, как правило, заметно ощутимей, чем на аналоги со стандартным потреблением, поэтому начну я с простой, но проверенной временем схемы на дискретных элементах.

Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения
Рис.2

Чем хорош КТ315 в данном включении?
На обратно смещённом переходе КТ315 при напряжении 6 - 7,5В, в зависимости от экземпляра транзистора, возникает электрический (не побоюсь этого слова) пробой, что позволяет использовать его в качестве стабилитрона на эту-же самую величину напряжения пробоя. При этом транзистор в таком включении, в отличие от многих промышленных стабилитронов, хорошо работает и при малых токах стабилизации, порядка 100 мкА.

Из относительно гуманных по цене интегральных стабилизаторов с малым собственным потреблением, могу порекомендовать LP2950, LP2951, LM2931, LM2936 и им подобные.

 

  Тип  U вх макс 
   В
І вых макс 
   А
І вых мин 
  мА
U вых мин 
   В
U вых макс 
   В
  КР142ЕН11  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН12   40    1,5    10    1,2    37 
  КР142ЕН18  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН22   35    5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22А   35    7,5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22Б   35    10    10    1,25    34 
  LT1083   35    7,5    10    1,2    34 
  LT1084   35    5    10    1,2    34 
  LT1085   35    3    10    1,2    34 
  LM117   40    1,5    5    1,2    37 
  LM137  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM138   35    5    10    1,2    32 
  LM150   35    5    10    1,2    33 
  LM217   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317LZ   40    0,1    5    1,2    37 
  LM337  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM337LZ  -40    0,1    10   -1,2   -37 
  LM338   35    5    10    1,2    32 
  LM350   35    3    10    1,2    33 
  TL783   126    0,7    0,1    1,25    125 

Электроника 102 - Урок 4

На предыдущем уроке мы улучшили усилитель, смоделировали его и продемонстрировали его производительность с помощью SPICE.

В этом уроке мы собираемся разработать регулятор напряжения, сердце любого источника питания.

Потребность в регуляторах напряжения

Целью регуляторов напряжения является обеспечение постоянного напряжения питания в цепях. вы проектируете

Это наиболее распространенные схемы (каждая электронная система, независимо от ее функций, по крайней мере один), и все же они часто пренебрегают из-за их утилитарных природа.

Нам нужны регуляторы напряжения, потому что источники первичной энергии (как обычные батареи, или напряжение переменного тока, которое мы получаем от сетевой розетки), как правило, не очень стабильны или не стабильны достаточно, чтобы наши схемы работали в соответствии со своими спецификациями.

Например, напряжение, которое мы получаем от автомобильного аккумулятора, может варьироваться от 14,4 В когда двигатель работает, и генератор заряжает аккумулятор, и так низко, как 8 или 9 В, когда вы запускаете двигатель холодным утром.Потому что может быть положительным или отрицательные пики, наложенные на напряжение батареи из-за другого оборудования, большинство Автомобильное оборудование рассчитано на работу с напряжением до 16 В. Внутри некоторых цепей требуется стабильное напряжение для правильной работы, таких как Микропроцессор используется для управления радио. Большинство микропроцессоров работают от источника 3 В или 5 В, который должен регулироваться с точностью до доля вольт. Например, многие микросхемы рассчитаны на работу от номинала 5 В требуется, чтобы напряжение оставалось между 4.5 и 5,5 вольт.

опорного напряжения

Регуляторы напряжения должны иметь ссылку для работы. А Напряжение ссылка является частью или схема, которая обеспечивает стабильное напряжение, когда внешние параметры, такие как напряжение питания или температура варьируется.

Наиболее распространенным эталоном напряжения является стабилитрон ([1]). Стабилитрон - это диод, в котором лавинообразное поведение при обратном пробое оптимизированы и определены количественно, так что диод может безопасно работать в этом регионе.

Мы можем использовать SwitcherCAD, чтобы проиллюстрировать поведение стабилитрона.


Эта простая схема будет использоваться для демонстрации еще одной функции программного обеспечения SPICE. Мы попросим программу смести напряжение с источника V1 и построить график напряжения на стабилитрон в результате.

Создайте схему сейчас, вам не нужно вводить какое-либо значение в Source V1. Не беспокойся о.Заявление DC 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 «DC Sweep».

Введите следующие значения:

  • Имя 1-го источника для поиска: V1
  • Тип развертки: Линейный
  • Начальная стоимость: -4
  • Стоп-значение: 16
  • Инкремент: 0.1
Нажмите «ОК», затем «Выполнить» и выберите «V (выход)» в окне графика.

Вы должны получить сюжет так:


Мы можем наблюдать, что в диапазоне от -0,5 до примерно 6 В, выход напряжение следует за входным напряжением. Ниже этого стабилитрон становится прямым смещение и напряжение на нем уровня около -0,5 до -0,6 В, просто как обычный диод.

При напряжении источника выше примерно 6 В стабилитрон начинает проводить ток и напряжение на нем уровня около 6.2 В, что является номинальным Напряжение Зенера для этой части.

Область отрицательного напряжения интересна тем, что показывает, что Стабилитрон похож на настоящий диод при смещении в прямом направлении. Тем не менее, мы не намерены использовать стабилитрон в этом регионе

Наиболее интересной частью является область обратного смещения (когда напряжения от V1 положительны). Эффект Зенера дает напряжение около 6,2 В, что вполне стабильный по сравнению с источником напряжения.

Чтобы выяснить, насколько стабильным, давайте снова запустим симуляцию, но сметая источник между 8 и 18 В.


Изменение выходного напряжения по сравнению с изменением входного напряжения, которое вызвало это называется Line Регулирование .

Линия регулирования = Дельта (V из ) / Дельта (V из )

В этом случае изменение выходного напряжения при входе изменение напряжения от 14 до 16 В (изменение 2 В) составляет 20 мВ, поэтому Регулировка линии между 14 и 16 В составляет 1%.

Если бы мы заменили источник V1 на автомобильный аккумулятор, мы бы ожидается, что регулируемое напряжение стабилитрона будет колебаться между 6,24 и 6,38 В, в то время как напряжение батареи изменяется от 8 до 16 В, что значительно улучшается.

Давайте посмотрим влияние температуры, добавив оператор .STEP к моделирование.

Нажмите на значок «Текст» и введите в текстовое поле следующее: «.STEP TEMP LIST 0 25 50», затем нажмите «Директива» и «ОК» и запустите симуляция снова.


Теперь общее отклонение составляет от 6,24 до 6,39 Вольт, все еще отлично.

Шунт-регуляторы

Этот тип схемы называется Shunt Regulator , потому что регулирующий Элемент параллельно (в отличие от последовательно) с нагрузкой. В то время как наш На схеме не показана нагрузка (на данный момент), нагрузка является любой цепью с питанием от регулируемого напряжения, которое поэтому будет размещено параллельно с стабилитроном.

Особенность регулятора шунта, которая может быть преимуществом или неудобством в зависимости от того, где и как используется схема, шунтирующий регулятор рисует постоянный ток от источника. Ток, взятый из источника, является ток, который течет через последовательный резистор. Так как ток, который течет через последовательный резистор зависит только от напряжения источника, Напряжение стабилитрона и значение резистора, оно постоянно, пока Напряжение источника является постоянным и не зависит от тока нагрузки.

Преимущество заключается в том, что ток источника не зависит от тока нагрузки.

Недостатком является то, что эффективность схемы очень низкая при малые токи нагрузки, поэтому схема не оптимизирована для работы от батареи.

Трудно представить более простую схему, в ней всего два основных компонента.

С другой стороны, доступный ток ограничен. Давайте посмотрим, какой ток мы можем получить от этой цепи.

Расчет максимального тока нагрузки

В этой модифицированной схеме я добавил резистор R2 для представления схемы, которая будет использовать опорное напряжение. Резистор еще не имеет значения, он есть, чтобы проиллюстрировать это. Этот резистор составляет нагрузку, и он будет потреблять определенное количество тока. Нам нужно убедиться, что регулятор может выдавать ток, необходимый для цепи представлен резистором R2.


<стабилитрон-5.PNG >>

Ток, проходящий через D1 и R2, должен поступать от резистора R1, поэтому ток через R1 будет делиться между R2 и стабилитроном.

I R1 = I D1 + I R2

В нашем примере схемы, когда напряжение источника составляет 12 В, напряжение на стабилитроне 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 столько же.

Если ток нагрузки (ток через R2) достигает 5,66 мА, то стабилитрон будет голодать (ток через него будет очень низким или нулевым) и не будет работа по регулированию напряжения. Давайте выясним, какой ток мы можем пропустить через D1, глядя на спецификации.

Для полного документа, нажмите на картинку.


Из раздела «Максимальные рейтинги» спецификации видно, что максимальная мощность рассеивание при использовании обычного материала PWB, такого как FR-4 и при температуре окружающей среды 25 ° C составляет 225 мВт. Мы знаем напряжение Зенера, поэтому легко подсчитать, какой ток мы можем подать на деталь.

I макс = P макс / В стабилитрон

В этом случае максимальный ток равен 0.225 / 6,2 = 0,036 А или 36 мА.

Если вы прочитаете примечания на листе данных, вы увидите, что 225 мВт абсолютный максимальный рейтинг при 25 градусах Цельсия. Паспорт также дает Вы тепловое сопротивление и рейтинг для температуры выше 25 градусов.

Не вдаваясь в детали этих расчетов прямо сейчас, хороший Практика проектирования заключается в ограничении максимального тока в нашей цепи не более чем 50% абсолютного максимального рейтинга.Это 18 мА.

Если наша схема такова, что ток нагрузки может изменяться от нуля до некоторого значения, мы должны убедиться, что через R1 протекает не более 18 мА.

При выбранном нами значении R1 (несколько условно) мы достигнем 18 мА. когда напряжение от V1 составляет 6,2 + (1000 * 0,018) = 24,2 В, где 6,2 номинальное напряжение Зенера, и (1000 * 0,018) это напряжение, которое мы должны применить через R1, чтобы через него протекал ток 18 мА.Похоже, у нас довольно мало конструктивного запаса в отношении максимального рассеивания мощности в стабилитроне.

Теперь нам нужно рассмотреть, что происходит, когда напряжение питания минимально. На примере автомобильного радиоприемника минимальное напряжение от аккумулятора может всего 8 В. При напряжении питания 8 В ток через R1 будет только:

I R1 = (V источник - V Zener ) / R1

Это вычисляется до 1.8 мА.

Таким образом, если эта схема использовалась в автомобильной рации, чтобы обеспечить регулируемое 6,2 В для некоторые чувствительные цепи, мы могли бы потреблять до 1,8 мА без потери регулирования, и не рискуя взорвать стабилитрон при максимальном напряжении батареи.

На практике, так как мы оценили максимальный ток, мы бы не хотели полностью голодать стабилитрон и убедиться, что напряжение остается в норме, мы должны держать минимальное количество тока в стабилитроне.Списки данных напряжение Зенера для 3-х токовых значений 1, 5 и 20 мА, поэтому пока оно законно интерполировать между приведенными значениями, менее рекомендуется использовать часть вне диапазона значений, поэтому мы должны сохранить минимум 1 мА хоть и стабилитрон для него хорошо работает.

Это означает, что у нас имеется до 0,8 мА доступного тока для нагрузки.

Получение большего тока с использованием регулятора Pass Pass

Что нам делать, если 0.8 мА мало?

Ну, мы могли бы либо:

  1. Уменьшите значение R1. Мы видели, что с текущим значением 1 кОм, мы бы не достигли безопасного максимального рассеивания мощности, пока напряжение питания составляет 24,2 В. Мы могли бы уменьшить значение R1, чтобы максимальная безопасная мощность рассеивание достигается при 18 В, что является максимальным напряжением питания, которое мы нужно дизайн для.
  2. Перепроектируйте схему с более высоким номинальным стабилитроном (и уменьшите значение резистора R1, чтобы ток протекал через него), или
  3. Добавить усилитель тока, используя один или несколько транзисторов.

Решение 1 легко внедряется и стоит недорого, но не дает много улучшения. В этом случае максимальный ток стабилитрона составляет 18 мА, то есть также максимально возможный ток нагрузки.

В общем, решение 2 не имеет особого смысла, потому что стабилитрон большей мощности труднее получить, и схема быстро будет тратить много энергии. С тенденцией к оборудованию с батарейным питанием важно быть знакомым с решения, которые не расходуют энергию или тратят минимум, необходимый для выполнения функции.

Решение 3 немного сложнее, но предлагает большую гибкость и более эффективный.

Итак, мы попробуем решение 3.

Существует хорошо известная схема, которая выполняет нужную нам функцию, поэтому без дальнейших церемоний, вот оно:


Вы должны сразу заметить пару вещей. У нас есть новый символ SPICE I1, который является источником тока.Теперь вы знакомы с источником напряжения, такие как V1 в этой схеме. Источник напряжения запрограммирован с напряжением и доставляет это напряжение независимо от того, какой ток нам нужен. Это красота SPICE, которая не имеет ограничений реального оборудования 🙂

Точно так же источник тока будет генерировать любое напряжение, необходимое для подачи количество тока мы просили.

Вы можете выбрать текущий источник из меню Компонент, просто найдите и нажмите на «текущий».

Источники тока не так интуитивны, как источники напряжения, так что не стоит слишком беспокоиться если концепция кажется странной. Просто следуйте тому, что мы будем делать с этим и снова время это станет знакомым для вас.

Другая вещь, которую вы могли заметить, если вы действительно наблюдательны, это то, что мы есть стабилитрон с номером детали BZX84C5V6L, которого не было в библиотеке.

Я обманул. Я хотел продемонстрировать хорошо известную схему, которая представляет собой регулятор напряжения 5 В.Предыдущая схема была 6,2 В регулятор, который, хотя и достаточно для этой цели упражнения, редко используется. 5 В гораздо более распространенное напряжение, и 5,6 В стабилитрон часто используется в цепи, как я только что описал. Но библиотека SwitcherCAD не включала стабилитрон на 5,6 В.

Если вы ссылаетесь на спецификацию Motorola (полный документ в формате PDF, а не Выдержка выше), вы увидите, что некоторые номера деталей выделены жирным шрифтом. Примечание указывает что эти номера деталей предпочтительнее , то есть они гораздо более вероятны быть в наличии.Часть 5.6V выделена жирным шрифтом, поэтому разумно предположить, что она должна был в библиотеке. Учитывая, сколько мы заплатили за SwitcherCAD, мы будем простите линейную технологию за то, что не включили все возможные номера деталей.

Так как же я получил 5,6 В стабилитрон 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 = .5 Cjo = 205p nbv = 3 bv = 5.6 Ibv = 1 м Vpk = 5.6 mfg = тип Mot = стабилитрон)
 
Вы можете вырезать и вставить всю строку. Я поместил его чуть выше части BZX84C6V2L в файле. Обратите внимание, что эта модель, вероятно, не так хороша, как другие. Это достаточно для приведенный ниже пример, но он не может быть хорошей моделью 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, по-видимому, читает библиотеки когда программа запускается и после того, как я изменил файл, он не перезагрузил его автоматически.

Хорошо, достаточно с библиотекой SwitcherCAD, транзистор, который мы добавили к шунтирующему регулятору, в конфигурации, известной как Emitter-Follower . Это означает, что напряжение на Излучатель следит за напряжением на базе (с небольшим смещением, как правило, от 0,6 до 0,7 Вольт). Усиление напряжения такой цепи немного меньше 1.

Таким образом, если базовое напряжение поддерживается на уровне 5,6 В, напряжение на эмиттере будет быть около 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 выполним проверку тока.

Нажмите Simulate-> Edit Simulation Cmd и выберите DC sweep . Введите значения следующим образом:

  • Имя 1-го источника для поиска: I1
  • Тип развертки: Линейный
  • Начальная стоимость: 0
  • Стоп-значение0.1
  • Инкремент: 0,001
Нажмите OK, затем нажмите кнопку «Run», чтобы начать симуляцию. Выберите V (выход). Вы должны получить что-то вроде этого:


>

Изменение выходного напряжения по сравнению с изменением выходного тока, которое вызвало это называется Регулирование нагрузки . Обычно измеряется, когда выходной ток изменяется в определенном заданном диапазоне, например от 50% до 100%.

Регулировка нагрузки выражается в процентах от выходного напряжения или в абсолютном значении.

Если мы выражаем это как изменение напряжения на текущее изменение, которое вызвало это, он будет называться Выходное сопротивление , так как значение сопротивления Фактически, отношение напряжения на нем к току через него.

Регулировка нагрузки = Дельта (V из ) / Среднее V из

Выходное сопротивление = дельта (V из ) / дельта (I из )

В этом случае изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 50 до 100 мА - это 40 мВ, поэтому выходное сопротивление равно.04 / .05 = 0,8 Ом для изменения тока нагрузки на 50%.

Регулировка нагрузки составляет 0,04 / 4,92 = 0,81%

Обратите внимание, как напряжение быстро нарастает при малых токах (ниже нескольких мА). Это связано с тем, что при очень малом токе нагрузки, базовый ток, который = ток нагрузки / Hfe, настолько мал, что базовое напряжение необходимо генерировать его становится очень маленьким, намного ниже, чем типичный От 0,6 до 0,7 В.

Я добавил резистор R2 (100 кОм), чтобы обеспечить минимальный ток нагрузки и без этого резистора напряжение нарастало бы еще больше на свету текущие значения I1.Например, вы можете попробовать изменить R2 на 1000k (1 мегом)

На практике, если цепь фактически должна была работать до такой низкой токи, было бы неплохо немного уменьшить значение R2 чтобы уменьшить рост напряжения при легких нагрузках.

С другой стороны, обратите внимание, что эта схема теперь обеспечивает 100 мА, в то время как поддерживая регулировку между 4,85 и 5,05 В для токов приблизительно 5 мА и 100 мА.

Это было бы идеально, чтобы управлять большинством 5-вольтовых микропроцессоров.

Отклонение пульсации

Пульсация отклонения является еще одной мерой способности регулятора отклонить Варианты линейного напряжения. Тем не менее, линейное регулирование, определенное выше, измеряется со статическими (медленно меняющимися) изменениями входного напряжения, где Ripple Rejection измеряется при быстро меняющемся входном напряжении, обычно на частоте линии (60 Гц) или это вторая гармоника (120 Гц).

Если бы мы использовали реальные инструменты, мы бы измерили Ripple Rejection как наложение небольшого переменного напряжения поверх входного напряжения постоянного тока, затем измерение амплитуда одного и того же сигнала на выходе регулятора и вычисления Соотношение. Например, мы могли бы применить пиковое напряжение 1 В переменного тока (2 В р-р), потому что это хорошо в пределах диапазона регулирования регулятора, и он производит расчеты Полегче.

Мы можем использовать ту же технику со Spice, хотя Spice предлагает другой метод, который мы будем изучать в следующем уроке.Для удобства измерим отклонение пульсации при 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 симуляции следующим образом:

  • Анализ переходных процессов
  • Время останова: 5 мс
  • Время начала сохранения данных: 0
Затем вернитесь к схеме, нажмите на директиву "; DC" и сделайте комментарий ( должен загореться синим цветом), запустите симуляцию и отобразите выходное напряжение.

Вот график выходной пульсации (обратите внимание на шкалу напряжения):


Это график, показывающий входное напряжение и выходное напряжение в одной шкале, легче оценить снижение пульсаций таким образом:


График показывает, что когда цепь запитана от источника, имеющего 2 В р-р пульсаций (мы устанавливаем источник 12 В пост. тока с наложенным на него пиковым сигналом 1 В, вы можете используйте курсор для проверки), он обеспечивает регулируемый выход с частотой пульсации около 30 мВ.

Упражнения

  1. Сколько тока мы можем получить от регулятора, прежде чем регулирование станет действительно плохим? (вы можете использовать SwitcherCAD для экспериментов).
    Каковы ограничивающие факторы для получения большего тока?
  2. График напряжения на базе транзистора на том же графике, что и выходное напряжение, чтобы увидеть разницу. Объясните разницу.
  3. Рассчитайте коэффициент подавления пульсаций в дБ.Поскольку пульсация измеряется в В вольтах, а не в ваттах, уравнение составляет 20 * log (V2 / V1).
  4. График изменения температуры выходного напряжения на 25, 50 и 75 градусов C.
Нажмите здесь, чтобы увидеть ответы.

Выводы этого урока

  • Мы установили, что регуляторы напряжения являются необходимой частью большинства современные электронные схемы.
  • Регуляторы напряжения требуют эталонного напряжения, обычно это стабилитрон.
  • Регуляторы напряжения характеризуются линейным и нагрузочным регулированием, характеристики отклонения пульсации и температурной стабильности.
  • Мы узнали, как использовать SPICE для получения этих значений.

В следующих уроках мы будем совершенствовать регулятор напряжения со ступенью усиления отдельно от силовой сцены.

Ссылки

  1. стабилитрон
  2. .
,

Series Pass »Электроника Примечания

Серийный или последовательный регулятор является наиболее широко используемой формой стабилизатора напряжения, используемого в линейных источниках питания.


Схемы линейного электропитания Учебник для начинающих и учебник Включает в себя: Линейный блок питания
Шунт-регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серии 7805, 7812, & 78 **

Смотри также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Спецификации блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Регулятор последовательного напряжения или, как его иногда называют, регулятор последовательного прохода является наиболее часто используемым подходом для обеспечения окончательного регулирования напряжения в линейном регулируемом источнике питания.

Серийный линейный регулятор обеспечивает высокий уровень производительности, особенно когда требуется низкий уровень шума, пульсации и переходные процессы в регулируемом выходе.

Существует большое разнообразие схем, использующих дискретные электронные компоненты, которые обеспечивают линейное регулирование с помощью элемента последовательного прохода, и в дополнение к этому практически все интегральные микросхемы линейного регулирования используют этот подход.

Это означает, что существует множество вариантов для последовательных регуляторов напряжения, которые открываются при разработке схемы электронного источника питания.

Основы стабилизатора напряжения серии

В последовательном регуляторе напряжения или последовательном регуляторе напряжения используется переменный элемент, размещенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление последовательного элемента, падение напряжения на нем можно варьировать, чтобы гарантировать, что напряжение на нагрузке остается постоянным.

Block diagram of a series voltage regulator - this basic concept is used in most linear power supplies Блок-схема последовательного стабилизатора напряжения

Преимущество последовательного регулятора напряжения состоит в том, что количество потребляемого тока эффективно соответствует нагрузке, хотя часть будет потребляться любой схемой, связанной с регулятором.В отличие от шунтирующего стабилизатора напряжения, последовательный стабилизатор не потребляет полный ток, даже когда нагрузка не требует тока. В результате регулятор напряжения серии значительно эффективнее.

Вместо того, чтобы потреблять ток, который не требуется нагрузке для поддержания напряжения, он понижает разницу напряжения между входным напряжением и требуемым стабилизированным напряжением.

Для поддержания достаточного уровня регулирования и подавления шума и переходных процессов, которые могут быть на входящем напряжении, линейные линейные стабилизаторы напряжения должны сбрасывать значительное напряжение.Многим высококачественным, малошумящим и пульсирующим стабилизаторам напряжения требуется несколько вольт на последовательном элементе регулятора. Это означает, что в этом компоненте могут рассеиваться значительные уровни мощности, и для устройства последовательного регулирования, а также для источника питания в целом требуются хорошие теплоотвод и возможность отвода тепла.

Несмотря на то, что последовательный регулятор значительно более эффективен, чем шунтирующий, он значительно менее эффективен, чем импульсный источник питания. Эффективность последовательного стабилизатора напряжения и любых линейных источников питания, использующих их, будет зависеть от нагрузки и т. Д., Но часто достигаются уровни эффективности менее 50%, тогда как импульсные источники питания могут достигать уровней, превышающих 90%.

Регуляторы напряжения серии

имеют относительно низкий уровень эффективности по сравнению с источником питания в режиме переключения, но они обладают преимуществами простоты, а также на их выходе отсутствуют пики переключения, наблюдаемые на некоторых источниках питания с переключением, хотя SMPS улучшаются и производительность из многих в наше время исключительно хорош.

Простой регулятор напряжения эмиттерного повторителя

Конструкция электронной схемы для простого транзисторного эмиттерного стабилизатора напряжения очень проста.Эта схема не широко используется сама по себе в линейном источнике питания, но может использоваться в другом оборудовании для обеспечения понижающего напряжения и т. Д. От шины высокого напряжения.

Basic series regulator using a zener diode and emitter follower Основной регулятор серии с использованием стабилитрона и эмиттера

В схеме используется однопроходный транзистор в виде конфигурации следящего элемента эмиттера и одиночный стабилитрон или другой диод с регулятором напряжения, управляемый резистором от нерегулируемого источника питания.

Это обеспечивает простую форму системы обратной связи, обеспечивающую поддержание напряжения Зенера на выходе, хотя снижение напряжения равно напряжению на контакте базового эмиттера - 0.6 вольт для кремниевого транзистора.

Разработать схему регулятора напряжения с последовательным проходом очень просто. Зная максимальный ток, требуемый нагрузкой, можно рассчитать максимальный ток эмиттера. Это достигается путем деления тока нагрузки, то есть тока эмиттерного транзистора, на - или Гц транзистора.

Стабилитрону обычно требуется минимум около 10 мА для того, чтобы маленький стабилитрон сохранял регулируемое напряжение.Затем следует рассчитать резистор, чтобы обеспечить базовый ток возбуждения и минимальный ток стабилитрона, исходя из знания нерегулируемого напряжения, напряжения стабилитрона и требуемого тока. [(Нерегулируемое напряжение - напряжение Зенера) / ток]. Небольшой запас должен быть добавлен к току, чтобы обеспечить достаточное пространство для запаса при нагрузке, и, следовательно, транзисторная база принимает полный ток.

Мощность рассеивания мощности для стабилитрона следует рассчитывать для случая, когда ток нагрузки, а следовательно, и базовый ток равен нулю.В этом случае стабилитрон должен принимать полный ток, передаваемый последовательным резистором.

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

Выходная выборка

Простая схема регулятора напряжения с последовательным эмиттером напрямую сравнивает выход с опорным напряжением. Таким образом, выходное напряжение было равно эталонному, игнорируя падение напряжения на базовом эмиттере.

Однако можно улучшить работу регулятора напряжения путем выборки доли выходного напряжения и сравнения ее с эталонной. Для этой функции можно использовать дифференциальный усилитель, такой как операционный усилитель. Если это сделано, то выходное напряжение становится больше, чем опорное напряжение в качестве обратного отрицательного в цепи схватках, чтобы держать два сравниваемых напряжений одинаковы.

Если, например, опорное напряжение 5 вольт, и отбор проб или потенциальный делитель обеспечивает 50% от выходного напряжения, то выходное напряжение будет поддерживаться на 10 вольт.

 Series pass voltage regulator sampled output - a differential amplifier compares the reference and sampled output Серийный проходной регулятор напряжения с дискретным выходом

Деление потенциала или выборка могут быть сделаны переменными, и, таким образом, выходное напряжение можно отрегулировать до требуемого значения. Обычно этот метод используется только для небольших корректировок, как уровень минимальной мощности, полученного этим способом, является выходным сигналом, равного опорного напряжения.

Следует помнить, что использование потенциального делителя приводит к снижению усиления контура обратной связи.Это приводит к снижению коэффициента усиления контура и, тем самым, к снижению эффективности регулирования. Обычно имеется достаточное усиление контура, чтобы это не было основной проблемой, за исключением случаев, когда дискретизируется только очень небольшая часть выходного сигнала.

Также следует позаботиться о том, чтобы напряжение на выходе не увеличивалось до уровня, при котором регулятор не имеет достаточного падения напряжения для достаточного регулирования выходного напряжения.

Регулятор прохода серии

с обратной связью

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

Возможно использовать простую двухтранзисторную схему для последовательного регулятора с измерением напряжения и обратной связью. Хотя довольно просто использовать операционный усилитель, который обеспечит более высокий уровень обратной связи и, следовательно, лучшее регулирование, эти две транзисторные схемы хорошо иллюстрируют принципы.

Simple two transistor series pass regulator circuit Простая двухтранзисторная последовательная схема проходного стабилизатора

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

Источник опорного напряжения

Любой линейный регулятор напряжения может быть таким же хорошим, как эталон напряжения, который используется в качестве основы для сравнения в системе.Хотя теоретически можно использовать батарею, это не подходит для большинства применений. Вместо этого ссылки на основе стабилитронов почти повсеместно используются.

В интегральных схемных регуляторах и эталонах используются сложные встроенные комбинации транзисторов и резисторов для получения температурных и точных эталонных источников напряжения.

Опорное напряжение должно быть приводится в движение от нестабилизированного источника. Это не может быть взято из регулируемого выхода, поскольку есть проблемы запуска.При запуске нет выхода, и, следовательно, выход задания будет нулевым, и он будет поддерживаться до запуска задания.

Reference source for series pass voltage regulator Упрощенный эталонный источник для регулятора последовательного напряжения

Часто выходной сигнал от эталонного источника подается через делитель потенциала. Это не только снижает выходное напряжение, которое обычно очень полезно, но также позволяет добавлять конденсатор к выходу, чтобы помочь устранить любые пульсации или шумы, которые могут присутствовать. Пониженное напряжение также полезно, потому что минимальное выходное напряжение определяется опорным напряжением.

Регуляторы напряжения серии low drop

Одним из соображений любого регулятора является напряжение, которое должно быть размещено на элементе последовательного прохода. Часто для линейных регуляторов для достижения наилучшего регулирования и подавления шума требуется значительный перепад поперечного проходного элемента. Например, линейный регулятор с выходным напряжением 12 вольт может быть рассчитан на входное напряжение 18 вольт или более.

Для любого линейного регулятора существует минимальное напряжение, которое требуется на последовательном элементе, прежде чем регулятор "выпадет".«Это падение напряжения наблюдается во многих интегральных схемах линейного регулятора.

В некоторых цепях важно иметь регулятор низкого выпадения. Если доступное входное напряжение не особенно высокое, важно иметь линейный стабилизатор с малым падением напряжения. Он должен хорошо регулировать, несмотря на ограниченное напряжение на нем.

Хотя схемы, показанные здесь, являются простыми транзисторными схемами, те же принципы используются в больших схемах, а также в интегральных схемах.Те же концепции последовательных регуляторов, а также схемы эталонных диодов, выборки и другие области используют одни и те же элементы.

Концепции, используемые здесь, используются в практически линейно регулируемых источниках питания, которые могут предложить очень хорошие уровни производительности. Линейные регулируемые источники питания больше и тяжелее, чем источники питания с переключаемым режимом, однако они имеют название «низкий уровень шума» и хорошее регулирование на выходе, без скачков, которые имеют некоторые переключающие источники питания.

Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя Операционные усилители Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтон Транзисторные схемы Полевые схемы Схема символов
Вернуться в меню «Схема». , ,

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о