Регулятор тока на транзисторе: Регулятор тока на транзисторе для зарядного устройства

Содержание

ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.

Схема номер 1

Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 – 13 вольт. И общеизвестная схема регулятора напряжения на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного  резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.

КТ829 — мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты – видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.

Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос – «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»

Схема номер 2

В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40  вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

Что получилось

Сам процесс обновлённого монтажа занял времени ни сколько не больше чем предыдущий. При этом получен не простой регулятор напряжения, который подключается к блоку питания стабилизированного напряжения, собранная схема при подключении даже к сетевому понижающему трансформатору с выпрямителем на выходе сама даёт необходимое стабилизированное напряжение. Естественно, что выходное напряжение трансформатора должно соответствовать допустимым параметрам входного напряжения микросхемы КР142ЕН12А. Вместо неё можно использовать и импортный аналог интегральный стабилизатор LM317Т. Автор

Babay iz Barnaula.

   Форум по ИП

   Форум по обсуждению материала ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Регулятор напряжения на двух транзисторах

Транзисторный регулятор сетевого напряжения

В последнее время в нашем быту все чаще применяются электронные устройства для плавной регулировки сетевого напряжения. С помощью таких приборов управляют яркостью свечения ламп, температурой электронагревательных приборов, частотой вращения электродвигателей. Подавляющее большинство регуляторов напряжения, собранных на тиристорах, обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением – электролампой или нагревательным элементом, и нельзя использовать совместно с нагрузкой индуктивного характера – электродвигателем, трансформатором. Между тем все эти проблемы легко решить, собрав электронное устройство, в котором роль регулирующего элемента выполнял бы не тиристор, а мощный транзистор.

Транзисторный регулятор напряжения содержит минимум радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора. Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения – от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки при использовании в регулирующей цепи одного транзистора – не более 100 Вт.

Регулирующий элемент прибора – транзистор VT1 (см. принципиальную схему). Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы сетевого тока направляет его на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220 В до 5-8 В, которое выпрямляется диодным блоком VD6- VD9 и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.

Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером Q1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6- VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD2 – эмиттер-коллектор VT1-VD3. Если полярность сетевого напряжения положительная, ток протекает по цепи VD1 – коллектор-эмиттер VT1-VD4. Значение тока нагрузки зависит от величины управляющего напряжения на базе VT1. Вращая движок R1 и изменяя значение управляющего напряжения, управляют величиной тока коллектора VT1. Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего напряжения, и наоборот. При крайнем правом по схеме положении движка временного резистора транзистор окажется полностью открыт и «доза» электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной величине. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым и ток через нагрузку не потечет. Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тиристорным устройствам.

Теперь перейдем к конструкции прибора. Диодные блоки, конденсатор, резистор R2 и диод VD6 устанавливаются на монтажной плате размером 55Х35 мм, выполненной из фольгированного гетинакса или текстолита толщиной 1-2 мм (см. рисунок). В устройстве можно использовать следующие детали. Транзистор – КТ812А(Б), KT824A(Б), КТ828А(Б), КТ834А(Б,В), КТ840А(Б), КТ847А или КТ856А. Диодные блоки: VD1- VD4-KЦ410B или КЦ412В. VD6- VD9 – КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом; диод VD5 – серии Д7, Д226 или Д237. Переменный резистор – типа СП, СПО, ППБ мощностью не менее 2 Вт, постоянный – ВС, МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Оксидный конденсатор – К50-6, К50-16. Сетевой трансформатор – ТВ3-1-6 от ламповых радиоприемников и усилителей, ТС-25, ТС-27 – от телевизора «Юность» или любой другой маломощный с напряжением вторичной обмотки 5-8 В. Предохранитель рассчитан на максимальный ток 1 А. Тумблер – Т3-С или любой другой сетевой. ХР1 – стандартная сетевая вилка, XS1 – розетка.

Все элементы регулятора размещаются в пластмассовом корпусе с габаритами 150х100Х80 мм. На верхней панели корпуса устанавливаются тумблер и переменный резистор, снабженный декоративной ручкой. Розетка для подключения нагрузки и гнездо предохранителя крепятся на одной из боковых стенок корпуса. С той же стороны сделано отверстие для сетевого шнура. На дне корпуса установлены транзистор, трансформатор и монтажная плата. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не менее 200 см 2 и толщиной 3-5 мм.

Тема: как спаять схему регулируемого стабилизатора низковольтного напряжения.

Достаточно часто возникает необходимость для какого-нибудь электротехнического устройства установить регулятор постоянного напряжения, которым можно было бы настраивать любую нужную величину напряжения. Помимо этого этот регулятор должен быть достаточно стабильный, то есть выдавать на выходе определенное напряжение с незначительными отклонениями. Одной из наиболее простых схем, собранная всего на двух биполярных транзисторах, является приведенных выше вариант. Схема содержит минимум компонентов, она достаточно стабильна и способна выдавать на своем выходе величину постоянного напряжения от нуля до почти подаваемого на ее вход напряжения. Давайте рассмотрим общий принцип действия данной схемы стабилизированного регулятора постоянного напряжения.

На входе схемы стабилизатора стоит входной электролитический конденсатор C1, роль которого сводится к дополнительной фильтрации входного напряжения. Он имеет емкость где-то от 1000 до 2200 микрофарад. Рассчитан он должен на напряжения не менее входного (даже процентов на 25 больше, чем то, что подается на вход схемы).

Далее на схеме стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно увидеть цепочку, состоящую из резистора R1 и стабилитрона VD. Эта цепочка представляет собой простейший параметрический стабилизатор постоянного напряжения . R1 ограничивает силу тока, что протекает через стабилитрон. Этот резистор может иметь величину от 510 Ом до 1 кОм. Стабилитрон должен быть подобран таким образом, чтобы его напряжение стабилизации было на 1,2 вольта больше, чем максимальное выходное напряжение нашей схемы регулируемого стабилизатора напряжения. Это связано с тем, что на каждом транзисторном переходе эмиттер-база будет оседать примерно по 0,6 вольта (поскольку транзисторов два, то и напряжение на них осядет уже 1,2 вольта). Токи, что будут протекать через стабилитрон, будут незначительные (около 5-15 миллиампер). Следовательно стабилитроны подойдут любого типа.

Параллельно стабилитрону VD стоит переменный резистор R2, которым и осуществляется регулировка нужного постоянного напряжения на выходе схемы. Этот резистор является делителем напряжения , что плавно делит напряжение, осевшее на стабилитроне. Величина этого переменного резистора может колебаться в пределах от 10 до 22 кОм. В одной крайнем положении ползунка резистора R2 напряжение на входе схемы регулятора напряжения будет нулевым, в противоположном крайнем положении оно будет соответствовать максимуму (что может выдать сама схема). Тип переменного резистора может быть любым. Лучше брать более компактный и удобный.

Напряжение, что снимается со среднего вывода переменного резистора (делителя напряжения) подается на два последовательно соединенных каскадов транзисторных усилителей тока. Эти транзисторные усилители тока включены по схеме с общем эмиттером (данную схему включения еще называют эмиттерным повторителем ). Суть такого подключения заключается в том, что на выходе транзисторного усилителя тока напряжение будет меньше где-то на 0,6 вольта, чем на его входе. То есть, усиления по напряжению не происходит. Зато оно происходит по току, и зависит от коэффициента усиления поставленных в схему транзисторов и количества каскадов таких усилителей.

В эту схему стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно поставить обычные биполярные транзисторы с n-p-n проводимостью. В роле VT1 может выступать транзистор серии КТ315 или КТ3102. Второй транзистор VT2 может быть типа КТ815 (выходной ток до 1,5 ампера) или КТ817 (выходной ток до 3 ампера). Либо поставить любой аналогичный транзистор, рассчитанный на нужную силу тока на выходе схемы. Резисторы R3 и R4 являются нагрузкой для транзисторов, которые позволяют работать данным усилительный каскадам в нужном режиме. Величина этих резисторов 1 кОм.

Ну, и еще один электролитический конденсатор можно заменить на самом выходе схемы регулятора постоянного напряжения. Он также увеличивает фильтрацию выходного напряжения, что делает форму тока более ровной, постоянной. Его величина также может лежать в пределах от 1000 до 2200 мкф.

Приведенная схема уже неоднократно проверена. После пайки она сразу же начинает нормально работать. Как уже сказал выше, схема достаточно проста и имеет малое количество элементов. Если выходные токи будут больше 1 ампера, то к выходному транзистору VT2 нужно будет добавить радиатор, который будет рассеивать выделяемое тепло, образуемое на транзисторе. Это предотвратить чрезмерный перегрев выходного усилительного каскада, что в противном случае может попросту вывести транзистор из строя.

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.

Описание устройства

Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке.

Самым простым устройством, с помощью которого можно изменять уровень сигнала, считается реостат. Он представляет собой резистор, имеющий два вывода, один из которых подвижный. При перемещении ползункового вывода реостата изменяется сопротивление. Для этого он подключается параллельно нагрузке. Фактически это делитель напряжения, позволяющий регулировать величину разности потенциалов на нагрузке в пределах от нуля до значения, выдаваемого источником энергии.

Использование реостата ограничено мощностью, которую можно через него пропустить. Так как при больших значениях тока или напряжения он начинает сильно нагреваться и в итоге перегорает, поэтому на практике применение реостата ограничено. Его используют в параметрических стабилизаторах, элементах электрического фильтра, усилителях звука и регуляторах освещённости небольшой мощности.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

  • резисторы;
  • тиристоры или транзисторы;
  • цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Характеристика регулятора

По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

  1. Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
  2. Рабочая мощность. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей.
  3. Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
  4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
  5. Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
  6. Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
  7. Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
  8. Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

Особенности изготовления

Изготовить регулирующее приспособление можно несколькими способами. Самый лёгкий -приобрести набор, содержащий уже готовую печатную плату и радиоэлементы, необходимые для сборки своими руками. Кроме них, набор содержит электрическую и принципиальную схему с описанием последовательности действий. Такие наборы называются KIT и предназначены для самых неопытных радиолюбителей.

Другой путь подразумевает самостоятельное приобретение радиокомпонентов и изготовление в случае необходимости печатной платы. Используя второй способ, можно будет сэкономить, но он занимает больше времени.

Существует множество схем разного уровня сложности для самостоятельного изготовления. Но чтобы сделать регулятор напряжения, кроме схемы, понадобится подготовить следующие инструменты, приборы и материалы:

  • паяльник;
  • мультиметр;
  • припой;
  • пинцет;
  • кусачки;
  • флюс;
  • технический спирт;
  • соединительные медные провода.

Если планируется собирать устройство, состоящее из 6 и более элементов, то целесообразно будет смастерить печатную плату. Для этого необходимо иметь фольгированный текстолит, хлорное железо и лазерный принтер.

Техника изготовления печатной платы в домашних условиях называется лазерно-утюжной (ЛУТ). Её суть заключается в распечатывании печатной платы на глянцевом листе бумаги, и переносом изображения на текстолит с помощью проглаживания утюгом. Затем плату погружают в раствор хлорного железа. В нём открытые участки меди растворяются, а закрытые с переведённым изображением формируют необходимые соединения.

При самостоятельном изготовлении прибора важно соблюдать осторожность и помнить про электробезопасность, особенно при работе с сетью переменного тока 220 В. Обычно правильно собранный регулятор из исправных радиодеталей не нуждается в настройке и сразу начинает работать.

Простые схемы

Для управления величиной выходного напряжения для слабо мощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2 деталях. Понадобится лишь транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индуцирование (отпирание транзистора).

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

При изменении сопротивления регулируется величина напряжения на выходе. В зависимости от типа транзистора изменяется и схема включения. Чем номинал переменного резистора будет меньше, тем регулировка будет плавней. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше будет разница между Uвх и Uвых, тем он будет сильнее нагреваться.

Такую схему удобно применять для регулировки вращения компьютерных вентиляторов или других слабых двигателей, а также светодиодов.

Симисторный вид

Для регулировки переменного напряжения используются симисторные регуляторы, с помощью которых можно управлять мощностью паяльника или лампочки. Собрав схему на недорогом и доступном симисторе BT136, можно изменять мощность нагрузки в пределах 100 ватт.

Для сборки схемы понадобится:

НаименованиеНоминалАналог
Резистор R1470 кОм
Резистор R210 кОм
Конденсатор С10,1 мкФ х. 400 В
Диод D11N40071SR35–1000A
Светодиод D2BL-B2134GBL-B4541Q
Динистор DN1DB3HT-32
Симистор DN2BT136КУ 208

Принцип работы регулятора заключается в следующем: через цепочку, состоящую из динистора DN1, конденсатора C1 и диода D1, ток поступает на симистор DN2, что приводит к его открытию. Момент открытия зависит от ёмкости C1, которая заряжается через резисторы R1 и R2. Соответственно, изменением сопротивления R1 управляется скорость заряда C1.

Несмотря на простоту, такая схема отлично справляется с регулировкой вольтажа нагревательных устройств, использующих вольфрамовую нить. Но так как такая схема не имеет обратной связи, использовать её для управления оборотами коллекторного электродвигателя нельзя.

Реле напряжения

Для автолюбителей важным элементом является устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети в установленных пределах при изменении различных факторов, например, оборотов генератора, включении или выключении фар. Использующиеся для этого приборы работают по одинаковому принципу – стабилизация напряжения путём изменения тока возбуждения. Иными словами, если уровень сигнала на входе изменяется, то устройство уменьшает или увеличивает ток возбуждения.

Собранная схема своими руками реле-регулятора напряжения должна:

  • работать в широком диапазоне температур;
  • выдерживать скачки напряжения;
  • иметь возможность отключения во время запуска мотора;
  • обладать малым падением разности потенциалов.

Упрощённо принцип работы можно описать в следующем виде: при величине напряжения, превышающей установленное значение, ротор отключается, а при её нормализации запускается вновь. Основным элементом схемы является ШИМ стабилизатор LM 2576 ADJ.

Микросхема TC4420EPA предназначена для моментального переключения транзистора. С помощью резистора R3, конденсатора C1 и стабилитронов VD1, VD2 осуществляется защита микросхемы и полевого транзистора. Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение для стабилизатора. DD1 управляет работой полевого транзистора и ротора. Диод D2 используется для ограничения управляющего напряжения. Индуктивность L1 обеспечивает плавность разрядки ротора через диоды D4 и D5 при размыкании цепи.

Управляемый блок питания

Конструируя различные схемы, радиолюбители часто собирают источники напряжений. Спаяв регулятор постоянного напряжения своими руками, его можно будет использовать как управляемый блок питания в диапазоне от 0 до 12В.

Собираемый источник напряжения состоит из 2 частей: блока питания и параметрического регулятора напряжения. Первая часть изготавливается по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямительный блок. Типом используемого трансформатора, выпрямительных диодов и транзистора определяется мощность устройства. Переменное напряжение сети понижается в трансформаторе до 11 вольт, после чего попадает на диодный мост VD1, где становится постоянным. Конденсатор C1 используется как сглаживающий фильтр. Сигнал поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD2.

Параллельно стабилитрону подключён резистор R2, которым и изменяется уровень выходного напряжения. Транзисторы включены по упрощённой схеме эмиттерного повторителя, и при появлении на их переходах напряжения начинают работать в режиме усиления тока. То есть сигнал, снятый с R2, поступает на выход прибора через транзисторы, которые снижают его значение на величину своего насыщения. Таким образом, чем больше подаётся на них напряжение, тем сильнее они открываются и больше мощности поступает на выход.

Этот регулируемый блок питания может работать с нагрузкой до трёх ампер, то есть обеспечивать мощность до 30 ватт. Если есть опыт, то схема паяется навесным монтажом с использованием проводов любого сечения.

Регулятор напряжения на полевом схема. Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе — схемотехника. Мощный стабилизатор на полевике

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

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

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

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

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

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

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

Обсудить статью СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

И. НЕЧАЕВ, г. Курск

Этот регулятор позволяет управлять количеством тепла, выделяемого электронагревательным прибором. Принцип его работы основан на изменении числа периодов сетевого напряжения, поступающих на нагреватель, причем включение и отключение происходят в моменты, близкие к переходу мгновенного значения сетевого напряжения через ноль. Поэтому регулятор практически не создает коммутационных помех. К сожалению, он не годится для регулировки яркости ламп накаливания, которые будут заметно мигать.

Схема прибора показана на рис. 1.


В качестве коммутирующих элементов в нем применены полевые транзисторы IRF840 с допустимым напряжением сток-исток 500 В, током стока 8 А при температуре корпуса 25 °С и 5 А при температуре 100 °С, импульсным током 32 А, сопротивлением открытого канала 0,85 Ом и рассеиваемой мощностью 125 Вт. Каждый транзистор содержит внутренний защитный диод, включенный параллельно каналу в обратной полярности (катодом к стоку). Это позволяет, соединив два транзистора встречно-последовательно, коммутировать переменное напряжение.

На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор импульсов регулируемой скважности, следующих с частотой приблизительно 1 Гц. На DD1.3, DD1.4 — компаратор напряжения. DD2.1 — D-триггер, a DD1.5, DD1.6 — буферные каскады. Гасящий резистор R2, диоды VD3 и VD4, стабилитрон VD6, конденсатор С2 образуют параметрический стабилизатор напряжения. Диоды VD5, VD7 гасят выбросы напряжения на затворах транзисторов VT1, VT2.

Временные диаграммы сигналов в различных точках регулятора показаны на рис. 2.

Положительная полуволна сетевого напряжения, пройдя через диоды VD3, VD4 и резистор R2, заряжает конденсатор С2 до напряжения стабилизации стабилитрона VD6. Напряжение на аноде диода VD4 представляет собой синусоиду, ограниченную снизу нулевым значением, а сверху — напряжением стабилизации стабилитрона VD6 плюс прямое падение напряжения на самом диоде. Компаратор на элементах DD1.3, DD1.4 делает перепады напряжения более крутыми. Сформированные им импульсы поступают на вход синхронизации (выв. 11) триггера DD2.1, а на его вход D (выв. 9) — импульсы частотой приблизительно 1 Гц с выхода генератора на элементах DD1.1, DD1.2.

Выходные импульсы триггера поданы через соединенные параллельно (для уменьшения выходного сопротивления) элементы DD1.5 и DD1.6 на затворы транзисторов VT1 и VT2. Они отличаются от импульсов генератора «привязкой» перепадов по времени к пересечениям сетевым напряжением уровня, близкого к нулевому, в направлении от плюса к минусу. Поэтому открывание и закрывание транзисторов происходят только в моменты таких пересечений (что и гарантирует низкий уровень помех) и всегда на целое число периодов сетевого напряжения. С изменением переменным резистором R1 скважности импульсов генератора изменяется и отношение длительности включенного и выключенного состояния нагревателя, а следовательно, и среднее количество выделяемого им тепла.

Полевые транзисторы можно заменить другими, подходящими по допустимым напряжению и току, но обязательно с защитными диодами. Микросхемы серии К561 при необходимости заменяют функциональными аналогами серии 564 или импортными. Стабилитрон Д814Д — любым средней мощности с напряжением стабилизации 10…15 В.

Большинство деталей прибора размещено на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, показанной на рис. 3.

При мощности нагревателя более 500 Вт транзисторы VT1 и VT2 необходимо снабдить теплоотводами.

Плату устанавливают в корпус из изоляционного материала, на стенке которого монтируют розетку XS1 и переменный резистор R1. На ось резистора обязательно насаживают ручку из изоляционного материала.

При налаживании регулятора проверяют напряжение на конденсаторе С2 во всем интервале регулировки мощности. Если оно заметно меняется, номинал резистора R2 придется уменьшить.
Радио №4 2005 год.

Симисторный регулятор мощности.

А.СТАСЬ

Дроссель L1 — любой помехоподавляющий, применяемый в подобного рода устройствах, соответствующий нагрузке. Можно, в принципе, обойтись и без него, особенно если нагрузка носит индуктивный характер. Конденсаторы CI, С2 — на напряжение не ниже 250 В. Диоды VD1…VD4 — любые кремниевые на обратное напряжение не менее 300 В.


Транзисторы VT1, VT2 — тоже, в принципе, любые кремниевые с соответствующим типом проводимости.

Данная схема работает с любыми типами симисторов на соответствующее напряжение. Самый мощный, что удалось испытать, был ТС142-80-10.

Радиолюбитель 8/97

Ступенчатый регулятор мощности.

К. МОВСУМ-ЗАДЕ, г. Тюмень

Предлагаемое устройство отличается доступными деталями при небольшом их числе и некритичности номиналов. Регулирование ступенчатое: 2/2, 2/3, 2/4, 3/7, 3/8, 3/9 и 3/10 полной мощности нагрузки.

Схема регулятора изображена на рис. 1.


Он состоит из узла питания (диоды VD2, VD6, стабилитрон VD1, резистор R3, конденсатор С1), узла управления (резисторы R1, R2, R4, R5, переключатель SA1, десятичный счетчик DD1, диоды VD3-VD5) и силового узла на полевом транзисторе VT1 и диодном мосте VD7-VD10, в него же входит резистор R6.

Предположим, переключатель SA1 установлен в положение 2/3. Во время первого положительного полупериода сетевого напряжения диоды VD2 и VD6 открыты. Ток, протекающий через стабилитрон VD1, формирует на нем импульс амплитудой 15 В с крутыми фронтом и спадом. Этот импульс через диод VD2 заряжает конденсатор С1, а через резистор R1 поступает на вход CN счетчика DD1. По фронту этого импульса на выходе 1 счетчика будет установлен высокий уровень, который через диод VD4 и резистор R4 поступит на затвор полевого транзистора VT1 и откроет его. В результате через нагрузку протекает положительная полуволна тока.

Во время отрицательного полупериода диоды VD2 и VD6 закрыты, но напряжение заряженного конденсатора С1 (далее его подзаряжает каждый положительный полупериод) продолжает питать счетчик DD1, состояние которого не изменяется. Транзистор VT1 остается открытым, и ток через нагрузку продолжает течь.

С началом следующего положительного полупериода уровень на выходе 1 счетчика станет низким, а на выходе 2 — высоким. Транзистор VT2, напряжение затвор-исток которого стало нулевым, будет закрыт, а нагрузка отключена от сети на весь период.

В третьем положительном полупериоде высокий уровень, установленный на выходе 3, поступит через переключатель SA1 на вход R счетчика, который немедленно перейдет в исходное состояние с высоким уровнем на выходе 0 и низким на всех остальных выходах. Напряжение, поступившее через диод VD3 и резистор R4 на затвор транзистора VT1, откроет его. По окончании этого периода цикл повторится. В других положениях переключателя SA1 прибор работает аналогично, изменяется лишь число периодов, в течение которых нагрузка подключена к сети и отключена от нее.

Регулятор почти не создает радиопомех, так как переключение счетчика, а с ним открывание и закрывание транзистора VT1 происходят в моменты, когда мгновенное значение сетевого напряжения очень близко к нулевому — оно не превышает напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Резистор R6 подавляет выбросы напряжения, возникающие при коммутации индуктивной нагрузки, что уменьшает вероятность пробоя транзистора VT1.

Регулятор собран на печатной плате из односторонне фольгированного текстолита (рис. 2).

Она рассчитана на резисторы МЛТ и им подобные указанной на схеме мощности, причем номиналы резисторов могут в несколько раз отличаться от указанных. Конденсатор С1 — К50-35 или другой оксидный. Стабилитрон КС515Г можно заменить КС515Ж или КС508Б, диоды КД257Б — импортными 1N5404, а транзистор КП740 — IRF740.

Переключатель SA1 — галетный П2Г-3 11П1Н, из одиннадцати положений которого использовано только семь. Выводы переключателя соединяют гибкими проводами с не имеющими обозначений контактными площадками, расположенными на печатной плате вокруг микросхемы DD1.

Собранный прибор желательно проверить, подключив к сети через разделительный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 20…30 В и заменив реальную нагрузку резистором 1,5…3 кОм. Только убедившись в правильной работе, подключайте его к сети напрямую. После этого прикасаться к каким-либо элементам устройства (кроме изолированной ручки переключателя) опасно — они находятся под сетевым напряжением.

Регулятор проверен с нагрузкой мощностью до 600 Вт. Полевой транзистор VT1 благодаря малому сопротивлению открытого канала нагревается очень незначительно, тем не менее желательно снабдить его небольшим теплоотводом.

В данной статье приводится описание двух принципиальных схем регулятора основанных на постоянного тока, которые реализованы на базе операционного усилителя К140УД6.

ШИМ регулятор напряжения 12 вольт — описание

Особенностью данных схем является возможность применить фактически любые имеющиеся в наличии операционные усилители, с напряжение питания на уровне 12 вольт, например, или .

Изменяя величину напряжения на неинвертирующем входе операционного усилителя (вывод 3) можно изменять величину выходного напряжения. Таким образом, эти схемы можно использовать как регулятор тока и напряжения, в диммерах, а также в качестве регулятора оборотов двигателя постоянного тока.

Схемы достаточно просты, состоят из простых и доступных радиокомпонентов и при верном монтаже сразу начинают работать. В качестве управляющего ключа применен мощный полевой n- канальный транзистор. Мощность полевого транзистора, а так же площадь радиатора, необходимо подобрать согласно току потребления нагрузки.

Для предупреждения пробоя затвора полевого транзистора, в случае использовании ШИМ регулятора с напряжением питания 24 вольта, необходимо между затвором VT2 и коллектором транзистора VT1 подключить сопротивление величиной в 1 кОм, а параллельно сопротивлению R7 подключить стабилитрон на 15 вольт.

В случае если необходимо изменять напряжение на нагрузке, один из контактов которой подсоединен к «массе» (такое встречается в автомобиле), то применяется схема, в которой к плюсу источника питания подсоединяется сток n -канального полевого транзистора, а нагрузка подключается к его истоку.

Желательно для создания условий, при котором открытие полевого транзистора будет происходить в полной мере, цепь управления затвором должна содержать узел с повышенным напряжением порядка 27…30 вольт. В этом случае напряжение между истоком и затвором будет более 15 В.

Если ток потребления нагрузкой менее 10 ампер, то возможно применить в ШИМ регуляторе мощные полевые p- канальные транзисторы.

Во второй схеме ШИМ регулятор напряжения 12 вольт меняется и вид транзистора VT1, а также меняется направление вращения переменного резистора R1. Так у первого варианта схемы, уменьшение напряжения управления (ручка перемещается к «-» источника питания) вызывает увеличение напряжения на выходе. У второго варианта все на оборот.

Регуляторы мощности переменного тока с фазоимпульсным управлением получили широкое распространение как в устройствах промышленной автоматики, так и в радиолюбительских конструкциях. Регулирующим элементом таких устройств является триодный тиристор, момент (угол) открывания которого регулируется подачей импульса или уровня напряжения на управляющий электрод,

а закрывание происходит в момент уменьшения тока, протекающего через тиристор, до нуля (при активной нагрузке — в момент перехода сетевого напряжения через ноль). Такое управление называется неполным, поскольку можно регулировать только угол открывания тиристора, а момент закрывания не регулируется. Разработанные в последние годы мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET ) позволяют построить несложный ключ для коммутации переменного тока с полным управлением, т.е. открыванием и закрыванием ключа.

Схема регулятора мощности представлена на рис.1. Силовой ключ выполнен на транзисторах VT1, VT2, включенных встречно-последовательно. Наличие в каждом транзисторе внутреннего защитного диода, включенного параллельно каналу в обратной полярности (анодом к истоку, катодом к стоку), позволяет обеспечивать протекание тока в нагрузке при положительных и отрицательных полупериодах сетевого напряжения.

На трех логических элементах микросхемы DD1 выполнен генератор импульсов с регулируемой скважностью. Частота импульсов — около 2 кГц (значительно выше частоты сетевого напряжения). При наличии высокого уровня на выходе инвертора DD1.3 транзисторный ключ открыт, и ток протекает через нагрузку. При этом в положительный полупериод ток протекает через открытый канал транзистора VT1 и защитный диод транзистора VT2, а в отрицательный полупериод — наоборот, через защитный диод транзистора VT1 и открытый канал транзистора VT2. Если же на выходе DD1.3 — низкий уровень, то оба транзистора закрыты, и нагрузка обесточена. Временные диаграммы работы регулятора показаны на рис.2. Очевидно, что изменение скважности импульсов позволяет изменять мощность нагрузки от нуля до максимального значения, соответствующего полному напряжению сети.

Питание микросхемы DD1 производится от однополупериодного выпрямителя с параметрическим стабилизатором, собранным на элементах R2 VD3, VD4, С2 Следует обратить внимание, что стабилизатора напряжения соединен с истоками полевых транзисторов и с общим проводом микросхемы, поэтому напряжение на затворы транзисторов подается относительно их истоков

Преимущество данного способа регулирования мощности перед фазоимпульсным состоит в том, что коммутация нагрузки происходит со значительно большей частотой, чем в регуляторах на тиристорах, это позволяет регулировать мощность для малоинерционных нагрузок.

Указанные на схеме полевые транзисторы IRF840 имеют следующие параметры: ток стока — 8 А, максимальное напряжение между стоком и истоком — 500 В, сопротивление канала в открытом состоянии — 0,85 Ом, рассеиваемая мощность — 125 Вт. Эти транзисторы можно заменить на IRF740, IRFP450, IRFP460, IRFPC50, IRFPC60, IRFP350, IRFP360 BUZ80. Перед установкой в устройство следует убедиться, что транзистор имеет защитный диод (это легко сделать с помощью омметра). Максимальная мощность нагрузки определяется предельным током открытого транзистора, при этом мощность, выделяющаяся на открытом канале, не должна превышать предельно допустимую Частота генератора в случае необходимости может быть изменена подбором емкости С1.

Литература

1. Колдунов А Транзисторы MOSFET. — Радиомир, 2004, N4 С 26

2 Семенов Б.Ю Силовая электроника для любителеи и профессионалов — М. СОЛОН-Р 2001

А.ЕВСЕЕВ,

ФАЗОВЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ НА КЛЮЧЕВОМ ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ ничительного резистора, что снижает быстродействие ключа, так как образуется RC-цепь состоящая из этого сопротивления и емкости затвора, либо выход схемы управления делают более мощным.

Обычно фазовые регуляторы мощности переменного тока строятся на основе тиристора или симистора. Эти схемы уже давно стали типовыми и повторены многократно как радиолюбителями, так и в масштабе производства. Но тиристорным и симисторным регуляторам, равно как и ключам, всегда был свойственен один важный недостаток, ограничение минимальной мощности нагрузки. То есть, типовой тиристорный регулятор на максимальную мощность нагрузки более 100W не может хорошо регулировать мощность маломощной нагрузки, потребляющей единицы и доли ватт. Ключевые полевые транзисторы отличаются тем, что физически работа их канала очень напоминает работу обычного механического выключателя, в полностью открытом состоянии их сопротивление очень мало и составляет доли Ом, а в закрытом состоянии ток утечки составляет микроамперы. И это практически не зависит от величины напряжения на канале. То есть, именно как механический выключатель. Именно поэтому ключевой каскад на ключевом полевом транзисторе может коммутировать нагрузку мощностью от единиц и долей ватт, до максимально допустимого по току значения. Например, популярный полевой транзистор IRF840 без радиатора работая в ключевом режиме может коммутировать мощность практически от нуля до 400W. Кроме того ключевой полевой транзистор обладает очень низким током затвора, поэтому для управления требуется очень низкая статическая мощность.

Правда это омрачается относительно большой емкостью затвора, поэтому в первый момент включения ток затвора может оказаться и довольно большим (ток на заряд емкости затвора). С этим борются включением последовательно затвору токоограСхема регулятора мощности показана на рисунке. Нагрузка питается пульсирующим напряжением, так как подключена через диодный мост VD5-VD8. Для питания электронагревательного прибора (паяльника, лампы накаливания) это подходит. Так как у пульсирующего тока отрицательная полуволна «вывернута» вверх, получаются пульсации с частотой 100 Гц Но они положительные, то есть, график изменения от нуля до полодительного амплитудного значения напряжения. Поэтому регулировка возможна от 0% до 100% Величина максимальной мощности нагрузки в этой схеме ограничена не столько максимальным током открытого канала VT1 (это ЗОА), сколько максимальным прямым током диодов выпрямительного моста VD5-VD8.

При использовании диодов КД209 схема может работать с нагрузкой мощностью до 100W. Если нужно работать с более мощной нагрузкой (до 400W) нужно использовать более мощные диоды, например, КД226Г, Д.

На инверторах микросхемы D1 выполнен формирователь управляющих импульсов, которые открывают транзистор VT1 в определенной фазе полуволны. Элементы D1.1 и D1.2 образуют триггер Шмитта, а остальные элементы D1.3-D1.6 образуют умощненный выходной инвертор. Умощнить выход пришлось чтобы компенсировать неприятности вызванные скачком тока на заряд емкости затвора VT1 в момент его включения.

Система низковольтного питания микросхемы посредством диода VD2 разделена на две части, собственно питающую часть,

Транзисторный регулятор сетевого напряжения


Транзисторный регулятор сетевого напряжения

  В последнее время в нашем быту все чаще применяются электронные устройства для плавной регулировки сетевого напряжения. С помощью таких приборов управляют яркостью свечения ламп, температурой электронагревательных приборов, частотой вращения электродвигателей. Подавляющее большинство регуляторов напряжения, собранных на тиристорах, обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением — электролампой или нагревательным элементом, и нельзя использовать совместно с нагрузкой индуктивного характера — электродвигателем, трансформатором. Между тем все эти проблемы легко решить, собрав электронное устройство, в котором роль регулирующего элемента выполнял бы не тиристор, а мощный транзистор.

  Транзисторный регулятор напряжения содержит минимум радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора. Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения — от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки при использовании в регулирующей цепи одного транзистора — не более 100 Вт.

  Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1 (см. принципиальную схему). Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы сетевого тока направляет его на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220 В до 5-8 В, которое выпрямляется диодным блоком VD6- VD9 и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.

  Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером Q1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6- VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD2 — эмиттер-коллектор VT1-VD3. Если полярность сетевого напряжения положительная, ток протекает по цепи VD1 — коллектор-эмиттер VT1-VD4. Значение тока нагрузки зависит от величины управляющего напряжения на базе VT1. Вращая движок R1 и изменяя значение управляющего напряжения, управляют величиной тока коллектора VT1. Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего напряжения, и наоборот. При крайнем правом по схеме положении движка временного резистора транзистор окажется полностью открыт и «доза» электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной величине. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым и ток через нагрузку не потечет. Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тиристорным устройствам.

  Теперь перейдем к конструкции прибора. Диодные блоки, конденсатор, резистор R2 и диод VD6 устанавливаются на монтажной плате размером 55Х35 мм, выполненной из фольгированного гетинакса или текстолита толщиной 1-2 мм (см. рисунок). В устройстве можно использовать следующие детали. Транзистор — КТ812А(Б), KT824A(Б), КТ828А(Б), КТ834А(Б,В), КТ840А(Б), КТ847А или КТ856А. Диодные блоки: VD1- VD4-KЦ410B или КЦ412В. VD6- VD9 — КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом; диод VD5 — серии Д7, Д226 или Д237. Переменный резистор — типа СП, СПО, ППБ мощностью не менее 2 Вт, постоянный — ВС, МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Оксидный конденсатор — К50-6, К50-16. Сетевой трансформатор — ТВ3-1-6 от ламповых радиоприемников и усилителей, ТС-25, ТС-27 — от телевизора «Юность» или любой другой маломощный с напряжением вторичной обмотки 5-8 В. Предохранитель рассчитан на максимальный ток 1 А. Тумблер — Т3-С или любой другой сетевой. ХР1 — стандартная сетевая вилка, XS1 — розетка.

  Все элементы регулятора размещаются в пластмассовом корпусе с габаритами 150х100Х80 мм. На верхней панели корпуса устанавливаются тумблер и переменный резистор, снабженный декоративной ручкой. Розетка для подключения нагрузки и гнездо предохранителя крепятся на одной из боковых стенок корпуса. С той же стороны сделано отверстие для сетевого шнура. На дне корпуса установлены транзистор, трансформатор и монтажная плата. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не менее 200 см2 и толщиной 3-5 мм.

  Регулятор не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных деталях он начинает работать сразу после включения в сеть. Теперь несколько рекомендаций тем, кто захочет усовершенствовать устройство. Изменения в основном касаются увеличения выходной мощности регулятора. Так, например, при использовании транзистора КТ856 мощность, потребляемая нагрузкой от сети, может составлять 150 Вт, для КТ834 — 200 Вт, а для КТ847-250 Вт. Если необходимо еще больше увеличить выходную мощность прибора, в качестве регулирующего элемента можно применить несколько параллельно включенных транзисторов, соединив их соответствующие выводы. Вероятно, в этом случае регулятор придется снабдить небольшим вентилятором для более интенсивного воздушного охлаждения полупроводниковых приборов. Кроме того, диодный блок VD1-VD4 потребуется заменить на четыре более мощных диода, рассчитанных на рабочее напряжение не менее 250 В и величину тока в соответствии с потребляемой нагрузкой. Для этой цели подойдут приборы серий Д231-Д234, Д242, Д243, Д245-Д248. Необходимо будет также заменить VD5 на более мощный диод, рассчитанный на ток до 1 А. Также больший ток должен выдерживать предохранитель. В процессе эксплуатации регулятора не забывайте о мерах электробезопасности. Вскрывая корпус, предварительно отключите прибор от сети!
Источник: shems.h2.ru

Регулятор тока на транзисторе для зарядного устройства

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Рекламный блок

Рекламный блок

Рекламный блок

Статистика

Ни для кого не ново, если скажу, что у любого автомобилиста в гараже должно быть зарядное устройство для аккумуляторной батареи. Конечно, его можно купить в магазине, но, столкнувшись с этим вопросом, пришел к выводу, заведомо не очень хорошее устройство по приемлемой цене брать не хочется. Встречаются такие, у которых ток заряда регулируется мощным переключателем, который добавляет или уменьшает количество витков во вторичной обмотке трансформатора, тем самым увеличивая или уменьшая зарядный ток, при этом прибор контроля тока в принципе отсутствует. Это наверно самый дешевый вариант зарядника заводского исполнения, ну а толковый девайс стоит не так уж и дешево, цена прямо-таки кусается, поэтому решил найти схему в интернете, и собрать ее самому. Критерии выбора были такие:

– простая схема, без лишних наворотов;
– доступность радиодеталей;
– плавная регулировка зарядного тока от 1 до 10 ампер;
– желательно чтобы это была схема зарядно-тренировочного устройства;
– не сложная наладка;
– стабильность работы (по отзывам тех, кто уже делал данную схему).

Поискав в интернете, наткнулся на промышленную схему зарядного устройства с регулирующими тиристорами.

Все типично: трансформатор, мост (VD8, VD9, VD13, VD14), генератор импульсов с регулируемой скважностью (VT1, VT2), тиристоры в качестве ключей (VD11, VD12), узел контроля заряда. Несколько упростив эту конструкцию, получим более простую схему:

На этой схеме нет узла контроля заряда, а остальное – почти то же самое: транс, мост, генератор, один тиристор, измерительные головки и предохранитель. Обратите внимание, что в схеме стоит тиристор КУ202, он немного слабоват, поэтому чтобы не допустить пробоя импульсами большого тока его необходимо установить на радиатор. Трансформатор – ватт на 150, а можно использовать ТС-180 от старого лампового телевизора.

И еще одно устройство, не содержащее дефицитных деталей, с током заряда до 10 ампер. Оно представляет собой простой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением.

Узел управления тиристором собран на двух транзисторах. Время, за которое конденсатор С1 будет заряжаться до переключения транзистора, выставляется переменным резистором R7, которым, собственно, и выставляется величина зарядного тока аккумулятора. Диод VD1 служит для защиты управляющей цепи тиристора от обратного напряжения. Тиристор, также как и в предыдущих схемах, ставится на хороший радиатор, или на небольшой с охлаждающим вентилятором. Печатная плата узла управления выглядит следующим образом:

Схема не плохая, но в ней есть некоторые недостатки:
– колебания напряжения питания приводят к колебанию зарядного тока;
– нет защиты от короткого замыкания кроме предохранителя;
– устройство дает помехи в сеть (лечится с помощью LC-фильтра).

Это импульсное устройство может заряжать и восстанавливать практически любые типы аккумуляторов. Время заряда зависит от состояния батареи и колеблется в пределах 4 – 6 часов. За счет импульсного зарядного тока происходит десульфатация пластин аккумулятора. Смотрим схему ниже.

В этой схеме генератор собран на микросхеме, что обеспечивает более стабильную его работу. Вместо NE555 можно использовать российский аналог – таймер 1006ВИ1. Если кому не нравится КРЕН142 по питанию таймера, так ее можно заменить обычным параметрическим стабилизатором, т.е. резистором и стабилитроном с нужным напряжением стабилизации, а резистор R5 уменьшить до 200 Ом. Транзистор VT1 – на радиатор в обязательном порядке, греется сильно. В схеме применен трансформатор со вторичной обмоткой на 24 вольта. Диодный мост можно собрать из диодов типа Д242. Для лучшего охлаждения радиатора транзистора VT1 можно применить вентилятор от компьютерного блока питания или охлаждения системного блока.

В результате неправильной эксплуатации автомобильных аккумуляторов пластины их могут сульфатироваться, и он выходит из строя.
Известен способ восстановления таких батарей при заряде их «ассимметричным» током. При этом соотношение зарядного и разрядного тока выбрано 10:1 (оптимальный режим). Этот режим позволяет не только восстанавливать засульфатированные батареи аккумуляторов, но и проводить профилактическую обработку исправных.

На рис. 1 приведено простое зарядное устройство, рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.
Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.

Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.

В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.

Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22. 25 В.
Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0. 5 А (0. 3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.

В схеме применяется транзистор с большим коэффициентом усиления (1000. 18000), который можно заменить на КТ825 при изменении полярности включения диодов и стабилитрона, так как он другой проводимости (см. рис. 2). Последняя буква в обозначении транзистора может быть любой.

Для защиты схемы от случайного короткого замыкания на выходе установлен предохранитель FU2.
Резисторы применены такие R1 типа С2-23, R2 — ППБЕ-15, R3 — С5-16MB, R4 — ПЭВ-15, номинал R2 может быть от 3,3 до 15 кОм. Стабилитрон VD3 подойдет любой, с напряжением стабилизации от 7,5 до 12 В.
обратного напряжения.

Конечно, лучше брать гибкий медный многожильный, ну а сечение нужно выбрать из расчета какой максимальный ток будет проходить по этим проводам, для этого смотрим табличку:

Если вас интересует схемотехника импульсных зарядно-восстановительных устройств с применением таймера 1006ВИ1 в задающем генераторе – прочтите эту статью:

Иногда собирая самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, мы не задумываемся о такой важной функции, как ограничитель тока. Зачем нужен токовый ограничитель ? Это своего рода регулятор, который позволяет уменьшить или увеличить ток заряда аккумулятора, при этом напряжение зарядки остается прежним.

Такой функцией снабжены все дорогие зарядные устройства, но на рынке немало зарядников, которые задают ток заряда автоматическим образом, но это не есть хорошо, поскольку человеческие мозги лучше любого контроллера и выставить нужны ток заряда аккумулятора вручную более желательно.

Схема довольно проста, силовой частью является транзистор KT837, им управляет транзистор средней мощности КТ814. Максимальный отдаваемый ток такого ограничителя составляет до 2-х Ампер, но разумеется это не предел для схемы. Только заменой резистора 1Ом и силового транзистора КТ837 можно снять до 7-10 Ампер.

Для этого резистор нужно будет заменить на 0,1-0,33Ом с мощностью не менее 20 Ватт, можно и на 10, но перегрев идет очень сильный. Транзистор можно заменить на КТ818ГМ или импортный аналог. Транзистор обязательно устанавливают на теплоотвод, возможно будет нужда в принудительном охлаждении.
Резистор R2 для регулировки выходного тока желательно использовать на 1 ватт.

Стабилитрон можно заменить на импортный, желательно с мощностью в 1 ватт. Устройством можно дополнить любой самодельный блок питания, который не имеет ограничителя по току.

JLCPCB — это крупнейшая фабрика PCB прототипов в Китае. Для более чем 600000 заказчиков по всему миру мы делаем свыше 15000 онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день!

Anything in here will be replaced on browsers that support the canvas element

Три схемы простых регуляторов тока

В сети очень много схем регуляторов напряжения для самых разных целей, а вот с регуляторами тока дела обстоят иначе. И я хочу немного восполнить этот пробел, и представить вам три простые схемы регуляторов постоянного тока, которые стоит взять на вооружение, так, как они универсальны и могут быть использованы во многих самодельных конструкциях.

Регуляторы тока по идее не многим отличается от регуляторов напряжения. Прошу не путать регуляторы тока со стабилизаторами тока, в отличии от первых они поддерживают стабильный выходной ток не зависимо от напряжения на входе и выходной нагрузки.

Стабилизатор тока – неотемлимая часть любого нормального лабораторного блока питания или зарядного устройства, предназначен он для ограничения тока подаваемого на нагрузку. В этой статье мы рассмотрим пару стабилизаторов и один регулятор общего применения.

Во всех трех вариантах в качестве датчика тока использованы шунты, по сути низкоомные резисторы. Для увеличения выходного тока любой из перечисленных схем нужно будет снизить сопротивление шунта. Нужное значение тока выставляют вручную, как правило вращением переменного резистора. Все три схемы работают в линейном режиме, а значит силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.

Первая схема отличается максимальной простотой и доступностью компонентов. Всего два транзистора, один из них управляющий, второй является силовым, по которому и протекает основной ток.

Датчик тока представляет из себя низкоомный проволочный резистор. При подключении выходной нагрузки на этом резисторе образуется некоторое падение напряжения, чем мощнее нагрузка, тем больше падение. Такого падения напряжения достаточно для срабатывания управляющего транзистора, чем больше падение, тем больше приоткрыт транзистор. Резистор R1, задает напряжение смещения для силового транзистора, именно благодаря ему основной транзистор находится в открытом состоянии. Ограничение тока происходит за счет того, что напряжение на базе силового транзистора, которое было образовано резистором R1 грубо говоря затухаеться или замыкается на массу питания через открытый переход маломощного транзистора, этим силовой транзистор будет закрываться, следовательно, ток протекающий по нему уменьшается вплоть до полного нуля.

Резистор R1 по сути обычный делитель напряжения, которым мы можем задать как бы степень приоткрытия управляющего транзистора, а следовательно, управлять и силовым транзистором ограничивая ток протекающий по нему.

Вторая схема построена на базе операционного усилителя. Ее неоднократно использовал в зарядных устройствах для автомобильного аккумулятора. В отличии от первого варианта – эта схема является стабилизатором тока.

Как и в первой схеме тут также имеется датчик тока (шунт), операционный усилитель фиксирует падение напряжения на этом шунте, все по уже знакомой нам схеме. Операционный усилитель сравнивает напряжение на шунте с опорным, которое задается стабилитроном. Переменным резистором мы искусственно меняем опорное напряжение. Операционный усилитель в свою очередь постарается сбалансировать напряжение на входах путем изменения выходного напряжения.

Выход операционного усилителя управляет мощным полевым транзистором. То есть принцип работы мало чем отличается от первой схемы, за исключением того, что тут имеется источник опорного напряжения выполненный на стабилитроне.

Эта схема также работает в линейном режиме и силовой транзистор при больших нагрузках будет сильно нагреваться.

Последняя схема построена на базе популярной интегральной микросхеме стабилизатора LM317. Это линейный стабилизатор напряжения, но имеется возможность использовать микросхему в качестве стабилизатора тока.

Нужный ток задается переменным резистором. Недостатком схемы является то, что основной ток протекает именно по ранее указанному резистору и естественно тот нужен мощный, очень желательно использование проволочных резисторов.

Максимально допустимый ток для микросхемы LM317 1,5 ампера, увеличить его можно дополнительным силовым транзистором. В этом случае микросхема уже будет в качестве управляющей, поэтому нагреваться не будет, взамен будет нагреваться транзистор и от этого никуда не денешься.

Регулятор мощности на полевом транзисторе схема

Регулятор мощности на MOSFETах

Регуляторы мощности переменного тока с фазоимпульсным управлением получили широкое распространение как в устройствах промышленной автоматики, так и в радиолюбительских конструкциях. Регулирующим элементом таких устройств является триодный тиристор, момент (угол) открывания которого регулируется подачей импульса или уровня напряжения на управляющий электрод,

а закрывание происходит в момент уменьшения тока, протекающего через тиристор, до нуля (при активной нагрузке — в момент перехода сетевого напряжения через ноль). Такое управление называется неполным, поскольку можно регулировать только угол открывания тиристора, а момент закрывания не регулируется. Разработанные в последние годы мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) позволяют построить несложный ключ для коммутации переменного тока с полным управлением, т.е. открыванием и закрыванием ключа.

Схема регулятора мощности представлена на рис.1. Силовой ключ выполнен на транзисторах VT1, VT2, включенных встречно-последовательно. Наличие в каждом транзисторе внутреннего защитного диода, включенного параллельно каналу в обратной полярности (анодом к истоку, катодом к стоку), позволяет обеспечивать протекание тока в нагрузке при положительных и отрицательных полупериодах сетевого напряжения.

На трех логических элементах микросхемы DD1 выполнен генератор импульсов с регулируемой скважностью. Частота импульсов — около 2 кГц (значительно выше частоты сетевого напряжения). При наличии высокого уровня на выходе инвертора DD1.3 транзисторный ключ открыт, и ток протекает через нагрузку. При этом в положительный полупериод ток протекает через открытый канал транзистора VT1 и защитный диод транзистора VT2, а в отрицательный полупериод — наоборот, через защитный диод транзистора VT1 и открытый канал транзистора VT2. Если же на выходе DD1.3 — низкий уровень, то оба транзистора закрыты, и нагрузка обесточена. Временные диаграммы работы регулятора показаны на рис.2. Очевидно, что изменение скважности импульсов позволяет изменять мощность нагрузки от нуля до максимального значения, соответствующего полному напряжению сети.

Питание микросхемы DD1 производится от однополупериодного выпрямителя с параметрическим стабилизатором, собранным на элементах R2 VD3, VD4, С2 Следует обратить внимание, что стабилизатора напряжения соединен с истоками полевых транзисторов и с общим проводом микросхемы, поэтому напряжение на затворы транзисторов подается относительно их истоков

Преимущество данного способа регулирования мощности перед фазоимпульсным состоит в том, что коммутация нагрузки происходит со значительно большей частотой, чем в регуляторах на тиристорах, это позволяет регулировать мощность для малоинерционных нагрузок.

Указанные на схеме полевые транзисторы IRF840 имеют следующие параметры: ток стока — 8 А, максимальное напряжение между стоком и истоком — 500 В, сопротивление канала в открытом состоянии — 0,85 Ом, рассеиваемая мощность — 125 Вт. Эти транзисторы можно заменить на IRF740, IRFP450, IRFP460, IRFPC50, IRFPC60, IRFP350, IRFP360 BUZ80. Перед установкой в устройство следует убедиться, что транзистор имеет защитный диод (это легко сделать с помощью омметра). Максимальная мощность нагрузки определяется предельным током открытого транзистора, при этом мощность, выделяющаяся на открытом канале, не должна превышать предельно допустимую Частота генератора в случае необходимости может быть изменена подбором емкости С1.

1. Колдунов А Транзисторы MOSFET. — Радиомир, 2004, N4 С 26

2 Семенов Б.Ю Силовая электроника для любителеи и профессионалов — М. СОЛОН-Р 2001

Регулятор мощности на MOSFETах

Регуляторы мощности переменного тока с фазоимпульсным управлением получили широкое распространение как в устройствах промышленной автоматики, так и в радиолюбительских конструкциях. Регулирующим элементом таких устройств является триодный тиристор, момент (угол) открывания которого регулируется подачей импульса или уровня напряжения на управляющий электрод,

а закрывание происходит в момент уменьшения тока, протекающего через тиристор, до нуля (при активной нагрузке — в момент перехода сетевого напряжения через ноль). Такое управление называется неполным, поскольку можно регулировать только угол открывания тиристора, а момент закрывания не регулируется. Разработанные в последние годы мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) позволяют построить несложный ключ для коммутации переменного тока с полным управлением, т.е. открыванием и закрыванием ключа.

Схема регулятора мощности представлена на рис.1. Силовой ключ выполнен на транзисторах VT1, VT2, включенных встречно-последовательно. Наличие в каждом транзисторе внутреннего защитного диода, включенного параллельно каналу в обратной полярности (анодом к истоку, катодом к стоку), позволяет обеспечивать протекание тока в нагрузке при положительных и отрицательных полупериодах сетевого напряжения.

На трех логических элементах микросхемы DD1 выполнен генератор импульсов с регулируемой скважностью. Частота импульсов — около 2 кГц (значительно выше частоты сетевого напряжения). При наличии высокого уровня на выходе инвертора DD1.3 транзисторный ключ открыт, и ток протекает через нагрузку. При этом в положительный полупериод ток протекает через открытый канал транзистора VT1 и защитный диод транзистора VT2, а в отрицательный полупериод — наоборот, через защитный диод транзистора VT1 и открытый канал транзистора VT2. Если же на выходе DD1.3 — низкий уровень, то оба транзистора закрыты, и нагрузка обесточена. Временные диаграммы работы регулятора показаны на рис.2. Очевидно, что изменение скважности импульсов позволяет изменять мощность нагрузки от нуля до максимального значения, соответствующего полному напряжению сети.

Питание микросхемы DD1 производится от однополупериодного выпрямителя с параметрическим стабилизатором, собранным на элементах R2 VD3, VD4, С2 Следует обратить внимание, что стабилизатора напряжения соединен с истоками полевых транзисторов и с общим проводом микросхемы, поэтому напряжение на затворы транзисторов подается относительно их истоков

Преимущество данного способа регулирования мощности перед фазоимпульсным состоит в том, что коммутация нагрузки происходит со значительно большей частотой, чем в регуляторах на тиристорах, это позволяет регулировать мощность для малоинерционных нагрузок.

Указанные на схеме полевые транзисторы IRF840 имеют следующие параметры: ток стока — 8 А, максимальное напряжение между стоком и истоком — 500 В, сопротивление канала в открытом состоянии — 0,85 Ом, рассеиваемая мощность — 125 Вт. Эти транзисторы можно заменить на IRF740, IRFP450, IRFP460, IRFPC50, IRFPC60, IRFP350, IRFP360 BUZ80. Перед установкой в устройство следует убедиться, что транзистор имеет защитный диод (это легко сделать с помощью омметра). Максимальная мощность нагрузки определяется предельным током открытого транзистора, при этом мощность, выделяющаяся на открытом канале, не должна превышать предельно допустимую Частота генератора в случае необходимости может быть изменена подбором емкости С1.

1. Колдунов А Транзисторы MOSFET. — Радиомир, 2004, N4 С 26

2 Семенов Б.Ю Силовая электроника для любителеи и профессионалов — М. СОЛОН-Р 2001

В сетевых регуляторах мощности в основном применяют фазоимпульсное управление, когда момент открывания полупроводникового ключа (тиристора, симистора) задерживается относительно момента перехода сетевого напряжения через ноль, а закрывание происходит, когда ток через прибор становится меньше тока удержания. Особенность регулятора мощности, рассмотренного в этой статье, в том, что силовые ключи на MOSFET-транзисторах открываются при переходе сетевого напряжения через ноль, а закрываются после формирования временной задержки 555-м таймером.

С появлением мощных полевых высоковольтных транзисторов с изолированным затвором (MOSFET) появилась возможность разрабатывать схемы регуляторов с применением их в качестве полупроводниковых ключей. Одна из таких конструкций описана в [1]. Но в этой схеме не применяется фазоимпульсное управление.

В конструкции, предложенной в [2], рассмотрен сетевой регулятор на мощном триаке типа ВТ136-600Е с фазоимпульсным управлением. При сопоставлении этих двух схем возникла мысль взять самое лучшее из рассматриваемых конструкций и создать новую на мощных полевых транзисторах с фазоимпульсным управлением на 555-м таймере. В результате была разработана схема, показанная на рис.1.

Схема управления ключами /Т2 и /ТЗ типа IRF840 взята из [2], только 555-й таймер в этой схеме обеспечивает не задержку включения, как в [2], а формирование времени включенного со­стояния полупроводниковых ключей VТ2 и VТЗ. Длительность включённого состояния транзисто­ров можно определить по формуле:

Диоды VD7 и VD8 — это двухсторонний диодный ограничитель напряжения на затворах полевых транзисторов VT2, VТЗ. Питание таймера DА2 ор­ганизованно так, как предложено в статье [3], с по­мощью ограничителя на стабилитроне VD10 и ре­зисторах R12, R1З и выпрямителя VD9, С5.

Конструкция и детали

В предлагаемой схеме необходимо использо­вать заведомо исправные радиоэлементы. По­стоянные резисторы типа МЛТ, не менее указанной на схеме мощностью. Переменный резистор типа СПЗ-4аМ. Элементы, обведенные на схеме пунк­тирной линией, относятся к схеме формирования импульса при переходе сетевого напряжения че­рез ноль. Схема выполнена на SMD-элементах ти­поразмера 1206, исключая оптрон DA1 и диоды мо­ста VD1-VD4, но вместо КД102Б в этих позициях можно использовать SMD-диоды типа GS1K.

Детали формирования импульса при переходе сетевого напряжения через ноль установлены на плате из одностороннего фольгированного стекло­текстолита размерами 36×36 мм (фото 1). Оптрон запаян в отверстия с обратной стороны этой платы.

Чертеж печатной платы формирователя и рас­положение деталей на ней показано на рис.2.

Остальные элементы, исключая мощные транзи­сторы VТ2, VТЗ и элементы R14, НL1,VD11, разме­щены на второй плате из одностороннего фольги­рованного стеклотекстолита размерами 66×36 мм (фото 2).

Чертеж этой платы показан на рис.3, а расположение деталей на ней — на рис.4.

Конденсаторы С2 и СЗ типа К73-17 или К73-9. Электролитический конденсатор С5 импортный, например, фирмы НIТАNО. Диоды VD7, VD8 мож­но заменить отечественными типа КД522Б. Светодиод может быть любого цвета свечения, как им­портный, так и отечественный. Он устанавливается в отверстие на лицевой панели конструкции.

Полевые транзисторы можно применить типа КП707В или иные, импортные, с характеристика­ми, соответствующими применяемой нагрузке. Элементы R14 и VD11 монтируются непосред­ственно на выводах розетки устройства.

Внутри корпуса установлена общая плата из стеклотекстолита размерами 80×110 мм. На пла­те имеются отверстия для крепления радиатора. Радиатор использован от устройства регулировки температуры РТ-3. Размеры радиатора 70×40 мм. Радиатор имеет 8 ребер высотой 20 мм. На ради­аторе через изоляционные прокладки из слюды закреплены транзисторы VТ2, VТЗ. Выводы тран­зисторов соединены с платой (фото 3) проводом МГТФ. Силовые цепи выполнены двойным прово­дом этого типа. Плата формирования импульса при переходе сети через ноль смонтирована с обрат­ной стороны общей платы, напротив радиатора. Плата управления транзисторами установлена на втулки над переменным резистором R8. Монтаж внутри корпуса также выполнен проводом МГТФ. Вся конструкция расположена в корпусе устрой­ства регулировки температуры РТ-3.

Налаживание

При наличии осциллографа, контролируя на­пряжение на выводе 3 таймера, необходимо про­верить длительность импульса, при вращении руч­ки резистора R8. Длительность должна меняться в пределах от 2 мс до 9,8 мс, но ни в коем случае она не должна превышать 10 мс, что может нарушить правильность запуска схемы. Времязадающие ре­зисторы R8, R9 и конденсаторы С2, СЗ имеют раз­брос параметров. Поэтому при налаживании воз­никнет необходимость подбора R9, С2 и СЗ.

Все пайки и замены элементов необходимо производить только при извлеченной вилки сете­вого шнура из розетки бытовой сети. В противном случае, можно получить поражение электрическим током, так как элементы конструкции находятся под потенциалом сети.

При отсутствии осциллографа настрой­ку схемы можно провести, включив вместо нагрузки лампу накаливания мощностью 40… 100 Вт, контролируя накал нити нака­ла. При минимальном напряжении нить на­кала светит еле заметным темно-красным цветом. При полностью выведенной ручке регуляторе вправо лампа накаливания должна светить в полный накал. Впрочем, при желании, можно сузить диапазон ре­гулировки. Работа этого регулятора прове­рялась совместно с электроплиткой мощ­ностью 1 кВт.

Литература

  1. Белоусов О. Регулятор напряжения на МОSFЕТ-транзисторах // Электрик. — 2012. -№12-С.64-66.
  2. Белоусов О. Сетевой регулятор напряжения на 555-м таймере // Радиоаматор. — 2013. — №5 — С.26-28.
  3. Калашник В. Мощный коммутатор с опторазвязкой // Электрик. — 2013. — №5 — С.51, 52.

Автор: Олег Белоусов, г. Черкассы

Регулятор тока 12 вольт своими руками

На простых механизмах удобно устанавливать аналоговые регуляторы тока. К примеру, они могут изменить скорость вращения вала мотора. С технической стороны выполнить такой регулятор просто (потребуется установка одного транзистора). Применим для регулировки независимой скорости моторов в робототехнике и источниках питания. Наиболее распространены два варианта регуляторов: одноканальные и двухканальные.

Видео №1 . Одноканальный регулятор в работе. Меняет скорость кручения вала мотора посредством вращения ручки переменного резистора.

Видео №2. Увеличение скорости кручения вала мотора при работе одноканального регулятора. Рост числа оборотов от минимального до максимального значения при вращении ручки переменного резистора.

Видео №3 . Двухканальный регулятор в работе. Независимая установка скорости кручения валов моторов на базе подстроечных резисторов.

Видео №4. Напряжение на выходе регулятора измерено цифровым мультиметром. Полученное значение равно напряжению батарейки, от которого отняли 0,6 вольт (разница возникает из-за падения напряжения на переходе транзистора). При использовании батарейки в 9,55 вольт, фиксируется изменение от 0 до 8,9 вольт.

Функции и основные характеристики

Ток нагрузки одноканального (фото. 1) и двухканального (фото. 2) регуляторов не превышает 1,5 А. Поэтому для повышения нагрузочной способности производят замену транзистора КТ815А на КТ972А. Нумерация выводов для этих транзисторов совпадает (э-к-б). Но модель КТ972А работоспособна с токами до 4А.

Одноканальный регулятор для мотора

Устройство управляет одним мотором, питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт.

Конструкция устройства

Основные элементы конструкции регулятора представлены на фото. 3. Устройство состоит из пяти компонентов: два резистор переменного сопротивления с сопротивлением 10 кОм (№1) и 1 кОм (№2), транзистор модели КТ815А (№3), пара двухсекционных винтовых клеммника на выход для подключения мотора (№4) и вход для подключения батарейки (№5).

Примечание 1. Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

Принцип работы

Порядок работы регулятора мотора описывает электросхема (рис. 1). С учетом полярности на разъем ХТ1 подают постоянное напряжение. Лампочку или мотор подключают к разъему ХТ2. На входе включают переменный резистор R1, вращение его ручки изменяет потенциал на среднем выходе в противовес минусу батарейки. Через токоограничитель R2 произведено подключение среднего выхода к базовому выводу транзистора VT1. При этом транзистор включен по схеме регулярного тока. Положительный потенциал на базовом выходе увеличивается при перемещении вверх среднего вывода от плавного вращения ручки переменного резистора. Происходит увеличение тока, которое обусловлено снижением сопротивления перехода коллектор-эмитттер в транзисторе VT1. Потенциал будет уменьшаться, если ситуация будет обратной.

Принципиальная электрическая схема

    Материалы и детали

    Необходима печатная плата размером 20х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита (допустимая толщина 1-1,5 мм). В таблице 1 приведен список радиокомпонентов.

    Примечание 2. Необходимый для устройства переменный резистор может быть любого производства, важно соблюсти для него значения сопротивления тока указанные в таблице 1.

    Примечание 3. Для регулировки токов выше 1,5А транзистор КТ815Г заменяют на более мощный КТ972А (с максимальным током 4А). При этом рисунок печатной платы менять не требуется, так как распределение выводов у обоих транзисторов идентично.

    Процесс сборки

    Для дальнейшей работы нужно скачать архивный файл, размещенный в конце статьи, разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора (файл termo1), а монтажный чертеж (файл montag1) – на белом листе офисной (формат А4).

    Далее чертеж монтажной платы (№1 на фото. 4) наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы (№2 на фото. 4). Необходимо сделать отверстия (№3 на фото. 14) на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпадать. На фото.5 показана цоколёвка транзистора КТ815.

    Вход и выход клеммников-разъемов маркируют белым цветом . Через клипсу к клеммнику подключается источник напряжения. Полностью собранный одноканальный регулятор отображен на фото. Источник питания (батарея 9 вольт) подключается на финальном этапе сборки. Теперь можно регулировать скорость вращения вала с помощью мотора, для этого нужно плавно вращать ручку регулировки переменного резистора.

    Для тестирования устройства необходимо из архива распечатать чертеж диска. Далее нужно наклеить этот чертеж (№1) на плотную и тонкую картонную бумагу (№2 ). Затем с помощью ножниц вырезается диск (№3).

    Полученную заготовку переворачивают (№1 ) и к центру крепят квадрат черной изоленты (№2) для лучшего сцепления поверхности вала мотора с диском. Нужно сделать отверстие (№3) как указано на изображении. Затем диск устанавливают на вал мотора и можно приступать к испытаниям. Одноканальный регулятор мотора готов!

    Двухканальный регулятор для мотора

    Используется для независимого управления парой моторов одновременно. Питание осуществляется от напряжения в диапазоне от 2 до 12 вольт. Ток нагрузки рассчитан до 1,5А на каждый канал.

    Конструкция устройства

    Основные компоненты конструкции представлены на фото.10 и включают: два подстроечных резистора для регулировки 2-го канала (№1) и 1-го канала (№2), три двухсекционных винтовых клеммника для выхода на 2-ой мотор (№3), для выхода на 1-ый мотор (№4) и для входа (№5).

    Примечание.1 Установка винтовых клеммников не обязательна. С помощью тонкого монтажного многожильного провода можно подключить мотор и источник питания напрямую.

    Принцип работы

    Схема двухканального регулятора идентична электрической схеме одноканального регулятора. Состоит из двух частей (рис.2). Основное отличие: резистор переменного сопротивления замен на подстроечный резистор. Скорость вращения валов устанавливается заранее.

    Примечание.2. Для оперативной регулировки скорости кручения моторов подстроечные резисторы заменяют с помощью монтажного провода с резисторами переменного сопротивления с показателями сопротивлений, указанными на схеме.

    Материалы и детали

    Понадобится печатная плата размером 30х30 мм, изготовленная из фольгированного с одной стороны листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. В таблице 2 приведен список радиокомпонентов.

    Процесс сборки

    После скачивания архивного файла, размещенного в конце статьи, нужно разархивировать его и распечатать. На глянцевой бумаге печатают чертеж регулятора для термоперевода (файл termo2), а монтажный чертеж (файл montag2) – на белом листе офисной (формат А4).

    Чертеж монтажной платы наклеивают к токоведущим дорожкам на противоположной стороне печатной платы . Формируют отверстия на монтажом чертеже в посадочных местах. Монтажный чертеж крепится к печатной плате сухим клеем, при этом отверстия должны совпасть. Производится цоколёвка транзистора КТ815. Для проверки нужно временно соединить монтажным проводом входы 1 и 2 .

    Любой из входов подключают к полюсу источника питания (в примере показана батарейка 9 вольт). Минус источника питания при этом крепят к центру клеммника. Важно помнить: черный провод «-», а красный «+».

    Моторы должны быть подключены к двум клеммникам, также необходимо установить нужную скорость. После успешных испытаний нужно удалить временное соединение входов и установить устройство на модель робота. Двухканальный регулятор мотора готов!

    В АРХИВЕ представленные необходимые схемы и чертежи для работы. Эмиттеры транзисторов помечены красными стрелками.

    Источник: volt-index.ru

    Как сделать простой регулятор напряжения своими руками

    В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.

    Описание устройства

    Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке.

    Самым простым устройством, с помощью которого можно изменять уровень сигнала, считается реостат. Он представляет собой резистор, имеющий два вывода, один из которых подвижный. При перемещении ползункового вывода реостата изменяется сопротивление. Для этого он подключается параллельно нагрузке. Фактически это делитель напряжения, позволяющий регулировать величину разности потенциалов на нагрузке в пределах от нуля до значения, выдаваемого источником энергии.

    Использование реостата ограничено мощностью, которую можно через него пропустить. Так как при больших значениях тока или напряжения он начинает сильно нагреваться и в итоге перегорает, поэтому на практике применение реостата ограничено. Его используют в параметрических стабилизаторах, элементах электрического фильтра, усилителях звука и регуляторах освещённости небольшой мощности.

    Разновидности приборов

    По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

    При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

    • резисторы;
    • тиристоры или транзисторы;
    • цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

    Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

    Характеристика регулятора

    По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

    Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

    К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

    1. Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
    2. Рабочая мощность. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей.
    3. Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
    4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
    5. Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
    6. Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
    7. Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
    8. Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

    Особенности изготовления

    Изготовить регулирующее приспособление можно несколькими способами. Самый лёгкий -приобрести набор, содержащий уже готовую печатную плату и радиоэлементы, необходимые для сборки своими руками. Кроме них, набор содержит электрическую и принципиальную схему с описанием последовательности действий. Такие наборы называются KIT и предназначены для самых неопытных радиолюбителей.

    Другой путь подразумевает самостоятельное приобретение радиокомпонентов и изготовление в случае необходимости печатной платы. Используя второй способ, можно будет сэкономить, но он занимает больше времени.

    Существует множество схем разного уровня сложности для самостоятельного изготовления. Но чтобы сделать регулятор напряжения, кроме схемы, понадобится подготовить следующие инструменты, приборы и материалы:

    • паяльник;
    • мультиметр;
    • припой;
    • пинцет;
    • кусачки;
    • флюс;
    • технический спирт;
    • соединительные медные провода.

    Если планируется собирать устройство, состоящее из 6 и более элементов, то целесообразно будет смастерить печатную плату. Для этого необходимо иметь фольгированный текстолит, хлорное железо и лазерный принтер.

    Техника изготовления печатной платы в домашних условиях называется лазерно-утюжной (ЛУТ). Её суть заключается в распечатывании печатной платы на глянцевом листе бумаги, и переносом изображения на текстолит с помощью проглаживания утюгом. Затем плату погружают в раствор хлорного железа. В нём открытые участки меди растворяются, а закрытые с переведённым изображением формируют необходимые соединения.

    При самостоятельном изготовлении прибора важно соблюдать осторожность и помнить про электробезопасность, особенно при работе с сетью переменного тока 220 В. Обычно правильно собранный регулятор из исправных радиодеталей не нуждается в настройке и сразу начинает работать.

    Простые схемы

    Для управления величиной выходного напряжения для слабо мощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2 деталях. Понадобится лишь транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индуцирование (отпирание транзистора).

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

    При изменении сопротивления регулируется величина напряжения на выходе. В зависимости от типа транзистора изменяется и схема включения. Чем номинал переменного резистора будет меньше, тем регулировка будет плавней. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше будет разница между Uвх и Uвых, тем он будет сильнее нагреваться.

    Такую схему удобно применять для регулировки вращения компьютерных вентиляторов или других слабых двигателей, а также светодиодов.

    Симисторный вид

    Для регулировки переменного напряжения используются симисторные регуляторы, с помощью которых можно управлять мощностью паяльника или лампочки. Собрав схему на недорогом и доступном симисторе BT136, можно изменять мощность нагрузки в пределах 100 ватт.

    Для сборки схемы понадобится:

    Наименование Номинал Аналог
    Резистор R1 470 кОм
    Резистор R2 10 кОм
    Конденсатор С1 0,1 мкФ х. 400 В
    Диод D1 1N4007 1SR35–1000A
    Светодиод D2 BL-B2134G BL-B4541Q
    Динистор DN1 DB3 HT-32
    Симистор DN2 BT136 КУ 208

    Принцип работы регулятора заключается в следующем: через цепочку, состоящую из динистора DN1, конденсатора C1 и диода D1, ток поступает на симистор DN2, что приводит к его открытию. Момент открытия зависит от ёмкости C1, которая заряжается через резисторы R1 и R2. Соответственно, изменением сопротивления R1 управляется скорость заряда C1.

    Несмотря на простоту, такая схема отлично справляется с регулировкой вольтажа нагревательных устройств, использующих вольфрамовую нить. Но так как такая схема не имеет обратной связи, использовать её для управления оборотами коллекторного электродвигателя нельзя.

    Реле напряжения

    Для автолюбителей важным элементом является устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети в установленных пределах при изменении различных факторов, например, оборотов генератора, включении или выключении фар. Использующиеся для этого приборы работают по одинаковому принципу – стабилизация напряжения путём изменения тока возбуждения. Иными словами, если уровень сигнала на входе изменяется, то устройство уменьшает или увеличивает ток возбуждения.

    Собранная схема своими руками реле-регулятора напряжения должна:

    • работать в широком диапазоне температур;
    • выдерживать скачки напряжения;
    • иметь возможность отключения во время запуска мотора;
    • обладать малым падением разности потенциалов.

    Упрощённо принцип работы можно описать в следующем виде: при величине напряжения, превышающей установленное значение, ротор отключается, а при её нормализации запускается вновь. Основным элементом схемы является ШИМ стабилизатор LM 2576 ADJ.

    Микросхема TC4420EPA предназначена для моментального переключения транзистора. С помощью резистора R3, конденсатора C1 и стабилитронов VD1, VD2 осуществляется защита микросхемы и полевого транзистора. Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение для стабилизатора. DD1 управляет работой полевого транзистора и ротора. Диод D2 используется для ограничения управляющего напряжения. Индуктивность L1 обеспечивает плавность разрядки ротора через диоды D4 и D5 при размыкании цепи.

    Управляемый блок питания

    Конструируя различные схемы, радиолюбители часто собирают источники напряжений. Спаяв регулятор постоянного напряжения своими руками, его можно будет использовать как управляемый блок питания в диапазоне от 0 до 12В.

    Собираемый источник напряжения состоит из 2 частей: блока питания и параметрического регулятора напряжения. Первая часть изготавливается по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямительный блок. Типом используемого трансформатора, выпрямительных диодов и транзистора определяется мощность устройства. Переменное напряжение сети понижается в трансформаторе до 11 вольт, после чего попадает на диодный мост VD1, где становится постоянным. Конденсатор C1 используется как сглаживающий фильтр. Сигнал поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD2.

    Параллельно стабилитрону подключён резистор R2, которым и изменяется уровень выходного напряжения. Транзисторы включены по упрощённой схеме эмиттерного повторителя, и при появлении на их переходах напряжения начинают работать в режиме усиления тока. То есть сигнал, снятый с R2, поступает на выход прибора через транзисторы, которые снижают его значение на величину своего насыщения. Таким образом, чем больше подаётся на них напряжение, тем сильнее они открываются и больше мощности поступает на выход.

    Этот регулируемый блок питания может работать с нагрузкой до трёх ампер, то есть обеспечивать мощность до 30 ватт. Если есть опыт, то схема паяется навесным монтажом с использованием проводов любого сечения.

    Источник: rusenergetics.ru

    Простой регулятор напряжения на 12 вольт своими руками

    Генератор является самым важным устройством в системе регулирования. В систему регулирования напряжения входят следующие элементы: выпрямитель, генератор и аккумулятор.

    Для создания регулятора напряжения на 12 вольт своими руками достаточно иметь схему регулятора напряжения и простые радиодетали. В этой схеме нет стабилизаторов.

    Для этого устройства потребуются следующие радиодетали:

    1. два резистора;
    2. два конденсатора на 1 тыс. мкФ;
    3. один транзистор;
    4. четыре диода.

    На транзистор лучше поставить систему охлаждения, чтобы он не перегревался от нагрузок. Транзистор можно поставить более мощный, тогда можно будет заряжать этим устройством небольшие аккумуляторы.

    Регулятор напряжения генератора

    Генератор преобразует электричество. Без генератора не работала бы вся бортовая система машины. К обмотке магнита подключён специальный датчик. Простые пружины являются задающим устройством. Для устройства сравнения используется маленький рычаг. Группа контактов играет роль исполнительного устройства. Постоянное сопротивление представляет собой орган регулировки, который часто используется в машинах.

    Во время работы генератора на его выходе возникает ток. Возникший ток переходит в обмотку магнитного реле. В результате появляется магнитное поле и под его воздействием плечо рычага раздвигается. На него начинает действовать пружина, и играет роль сравнивающего устройства. Когда ток превышает положенные значения, на магнитном реле контакты раздвигаются. В это время отключается постоянное сопротивление в цепи. Меньший ток поступает на обмотку.

    Как сделать регулятор для трансформатора своими руками?

    Регулятор напряжения для трансформатора коммутирует переменный ток при помощи тиристора. Тиристор является полупроводниковым прибором и используется для преобразования энергии большой мощности. Его управление весьма специфическое, так как он открывается импульсом тока, но закроется, когда ток будет ниже точки удержания.

    Принцип работы регулятора напряжения для трансформатора

    Для представленной схемы потребуются следующие элементы:

    • C1 на 0,34мкФ на 17В;
    • два резистора на 10 000 Ом 2 вт;
    • третий резистор на 100 Ом;
    • четвёртый резистор на 32 000 Ом;
    • пятый резистор 3 4 00 Ом;
    • шестой резистор — 4 2 00 Ом;
    • седьмой резистор — 4 6 00 Ом;
    • Четыре диода — Д246А;
    • стабилитрон — Д814Д;
    • тиристор — КУ202Н;
    • транзистор — КТ361B;
    • транзистор — КТ315B.

    Для схемы можно использовать отечественные радиодетали. Если четыре диода и тиристор поставить на охладители, тогда регулятор сможет давать нагрузку 9 ампер, когда в сети 220 вольт. В результате можно будет управлять током при нагрузке в 2,1 киловатт.

    Силовых компонентов в схеме только два тиристора и диодный мост. Рассчитаны эти компоненты на ток в 9 ампер при 400 вольтах. Переменное электричество преобразуется в пульсирующее полярное электричество за счёт диодного моста. Тиристор отвечает за фазовое регулирование полупериодов. Пятнадцать вольт поступает на систему управления и ограничивается при помощи двух резисторов R 1, R 2 и одного стабилитрона VD 5.

    Чтобы увеличить рассеиваемую мощность, используются последовательные резисторы. Сначала в месте соединения резистора R 6 и R 7 отсутствует ток, но затем оно увеличивается и на эмиттере VT 1 оно тоже увеличивается и после этого откроется транзистор. Два транзистора образуют слабый по мощности тиристор. Если ток поступает на базу перехода VT 1 больше допустимого значения, транзистор начинает открываться и отпирает VT 2. При этом VT 2 открывает тиристор.

    Как сделать регулятор напряжения для ламп

    Для того, чтобы лампа накаливания плавно начинала гореть ярче, и создаётся регулятор напряжения. В представленной схеме применяется недорогой микроконтроллер. В этой схеме можно использовать дискретные элементы. В представленной схеме применяются 2 кнопки для регулировки яркости лампы. В схеме используется одна лампа.

    Рассмотрим, по какому принципу работает представленная схема. Как только ток начинает поступать на контакт Х1, напряжение за счёт элементов R 1, C 1, VD 2 и VD 3 выравнивается и уменьшается до 5,2 В. Конденсаторы C 2, C 3 представленные на схеме фильтруют его. Микропрограмма на микроконтроллере начинает опрашивать копки S. B. На выходных цепях микросхемы D 1 и резистора R 3 образуется прерывания, если напряжение от сети начинает проходить через ноль из-за этого срабатывает таймер TMRO на микроконтроллере, и начинается загрузка записанных данных.

    Как только таймер перестаёт считать, возникает прерывание, из-за этого в порт GP 5 выдаётся импульс продолжительностью в 14 мкс. В результате на транзисторе при помощи импульса открывается ключ, а он открывает симистор. Его угол открывания начнёт постепенно меняться. Возможно, увидеть в результате постепенное увеличение напряжения. Кнопки S. B. влияют на открытие симистора в разные стороны.

    Полученные данные записываются на память контролера в результате яркость будет увеличивать до записанного значения. Для подавления скачков напряжения выше заданной нормы используется R 2. В представленной схеме используется симистор VS 1 небольшой мощности. У него максимальный ток составляет 2 А.

    Трёхуровневый регулятор напряжения

    Ток проходит через диод, а напряжение снижается на 0,4 вольта, но во многом всё зависит от самого технических параметров диода. Когда оно падает, регулятор заставляет генератор выдавать ток большего значения. Диодная схема применяется для создания трёхуровневого регулятора напряжения. Единственная разница заключается в том, что для трёхуровневого регулятора напряжения понадобиться добавить переключатель и дополнительный диод.

    Диод подойдёт любой рассчитанный на ток не меньше 6А. В результате получается вот такая схема. Если повернуть переключатель в одном положении появляется 14,1 вольт, второе положение переключателя даёт 15,3 вольта, третье положение даёт 14,7 вольт.

    Источник: instrument.guru

    ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

    Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.

    Схема номер 1

    Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 – 13 вольт. И общеизвестная схема регулятора напряжения на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.

    КТ829 — мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты – видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.

    Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос – «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»

    Схема номер 2

    В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

    У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

    Что получилось

    Сам процесс обновлённого монтажа занял времени ни сколько не больше чем предыдущий. При этом получен не простой регулятор напряжения, который подключается к блоку питания стабилизированного напряжения, собранная схема при подключении даже к сетевому понижающему трансформатору с выпрямителем на выходе сама даёт необходимое стабилизированное напряжение. Естественно, что выходное напряжение трансформатора должно соответствовать допустимым параметрам входного напряжения микросхемы КР142ЕН12А. Вместо неё можно использовать и импортный аналог интегральный стабилизатор LM317Т. Автор Babay iz Barnaula.

    Обсудить статью ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

    Источник: radioskot.ru

    Сообщества › Электронные Поделки › Блог › Простой регулятор мощности для паяльника на 12 Вольт

    Недавно приобрел (на сдачу) паяльник на 12 Вольт — маленький, легкий, мощностью 6 или 8 Ватт. Но при заявленном питании в 12 Вольт очень сильно греется, вплоть до перегрева. А перегрев, как известно, ведет к некачественным результатам пайки.

    Данные, полученные опытным путем, показали, что для нормальной работы с припоем ПОС-61 на паяльник достаточно подавать напряжение 10,2-10,6 Вольт, при этом потребляемый ток будет не более 500-600 мА.

    По результатам опытов было решено сделать для паяльника регулятор нагрева. Вначале была мысль сделать на обычном аналоговом регуляторе напряжения, хотя бы даже на LM317. Но в таком случае ее придется как-то охлаждать, потому что при токах нагрузки более 200-300 мА LM317 становится очень неплохим генератором тепла. Я обратил внимание на старую и проверенную годами и опытом миллионов радиолюбителей микросхему-таймер NE555 (у меня был ее аналог — SA555).

    На таймере собран ШИМ-регулятор. Регулировка ШИМ (скважности) осуществляется ручкой резистора R2. С выхода таймера (ножка 3) сигнал идет на простейший драйвер, собранный на сдвоенном транзисторе (BC847BPN – сборка, состоящая из 2-х биполярных транзисторов разной проводимости). Драйвер раскачивает MOSFET, нагрузкой которого является паяльник. Оба MOSFET-а (IRLML6401TR) в корпусе SOT-23, но, тем не менее, согласно даташиту на них, могут выдерживать ток около 4 Ампер, а этого более чем достаточно для питания такого паяльника.

    Питание на схему подается через MOSFET, режим работы которого определяется кнопкой U2.1. Казалось бы, почему не подать питание на схему через кнопку? Дело в том, что применяемая кнопка (PSW-1) может коммутировать всего 100 мА. А паяльник потребляет, минимум, в 5 раз больше…

    Все это уместилось на печатной платы довольно скромных размеров.

    Что получилось в итоге (на момент написания, к сожалению, не удалось найти насадку на кнопку включения/выключения, так что пока без нее), даже немного похоже на то, что задумывалось:

    На печатной плате, к сожалению, не обошлось без нескольких перемычек, ну это и не страшно:

    Для удобства и индикации режима работы был добавлен светодиод, яркость которого зависит от мощности, отдаваемой в паяльник – чем горячее паяльник, тем ярче горит светодиод.

    В качестве источника питания используется попавшийся под руку стабилизированный адаптер 12 Вольт:

    Файлы для самостоятельного (чем черт не шутит, вдруг кому понадобится) изготовления (схема и плата в формате DipTrace) можно скачать здесь.

    Источник: www.drive2.ru

    регуляторы напряжения и тока

    регуляторы напряжения и тока
    Продукты Elliott Sound Регуляторы напряжения и тока
    © 20013, Род Эллиотт верхний
    Указатель статей
    Основной указатель

    Содержание
    Введение

    Потребность в регулировании источника питания является обычным требованием, но не все знают, почему необходимо регулировать источник питания или когда цепь может безопасно работать от нерегулируемого источника питания.Есть много неправильных представлений о регуляторах в целом и много дезинформации о том, что необходимо, а что просто чрезмерно. К сверхстабильным регулируемым источникам питания предъявляются некоторые требования, но в подавляющем большинстве приложений это бывает редко.

    Необходимость регулирования часто понимают неправильно, утверждая, что основные схемы операционных усилителей в аудио (например) должны работать от жестко регулируемых источников питания, иначе звуковая сцена пострадает, или будет потеряна « авторитетность » низких частот (что бы это ни было может означать), или, возможно, высокие частоты будут «завуалированы», а средние частоты будут «загромождены».По большей части это ерунда, но эти мифы широко распространяются до тех пор, пока они каким-то образом не становятся «самоочевидными» из-за количества ссылок, перекрестных ссылок и людей, ссылающихся на сайты, на которых есть информация, которая, по их мнению, «подтверждает» их точку зрения.

    Регуляторы напряжения можно найти почти в каждом элементе электронного оборудования и варьируются от типов с очень низким напряжением (например, 3,3 В для многих микропроцессоров) до сотен вольт, используемых в некоторых ламповых усилителях и другом оборудовании, которое работает с высоким напряжением.

    Не каждое напряжение нужно регулировать. Обычно операционные усилители, используемые в аудио, поставляются с регулируемыми источниками (обычно ± 15 В), но это в первую очередь делается для обеспечения низких пульсаций (100 или 120 Гц) и шума. Операционные усилители не особо заботятся о том, есть ли шум в питании, и они совершенно счастливы, даже если напряжения питания немного изменяются во время работы. При условии, что их максимальное рабочее напряжение не превышено, а источники питания остаются достаточно высокими, чтобы пропускать сигнал без искажений, колебания напряжения питания не приведут к значительным изменениям выходного сигнала.

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

    Регуляторы напряжения

    IC очень недорогие и дают отличные результаты.Конечно, есть ограничения. Дифференциальное напряжение входа-выхода никогда не должно превышаться, некоторые из них сравнительно шумны, и необходим радиатор, если они используются для передачи выходного тока от умеренного до высокого. До регуляторов IC люди обычно использовали дискретные версии, и их можно было заставить работать очень хорошо. Естественно, высокая производительность требует большей сложности схемы, и в наши дни мало случаев, когда дискретный стабилизатор является лучшим предложением, чем версия IC.

    Эту статью следует читать вместе с блоками питания малой мощности.Обе статьи охватывают схожие области, но эта версия больше нацелена на полное понимание концепции , а не на предоставление идей для конструкторов.

    Стабилитроны тоже есть своя страничка. Примечание по применению AN008 — Как использовать стабилитроны описывает многие из основных характеристик стабилитронов, а также некоторые основные характеристики и другую полезную информацию. Особый интерес представляет динамическое сопротивление, которое представляет собой спецификацию, которая указывает, насколько хорошо стабилитрон может уменьшить пульсации и шум.Чем ниже динамическое сопротивление, тем лучше стабилитрон будет регулировать и подавлять шум.

    Существует ряд терминов, которые используются для описания характеристик любого регулятора. Приведенная ниже таблица взята из статьи «Источники питания малой мощности» и включает краткие пояснения.

    Параметр Пояснение
    Регулировка нагрузки Процент, представляющий собой изменение напряжения при заданном изменении выходного тока
    Линейное регулирование Процент.изменение выходного напряжения для данного изменения входного напряжения
    Падение напряжения Минимальный перепад напряжения между входом и выходом, прежде чем регулятор перестанет поддерживать приемлемую производительность
    Максимальное входное напряжение Абсолютное максимальное напряжение, которое может быть приложено к входной клемме регулятора относительно земли
    Подавление пульсаций Выражается в дБ, отношение пульсаций на входе (от нерегулируемого источника постоянного тока) к пульсации на выходе
    Шум Где указано, количество случайных (тепловых) шумов, присутствующих в регулируемом выходном напряжении постоянного тока.
    Переходная характеристика Обычно отображается графически, показывает мгновенную производительность с изменениями линейного напряжения или тока нагрузки

    Не все из вышеперечисленных спецификаций будут даны, и не все они важны для многих приложений.Переходный отклик важен для любого регулятора, который подает быстро меняющуюся нагрузку, например логику TTL. Пульсации и шум важны для низкоуровневых аудиоприложений, особенно тех, которые используют дискретные транзисторы, где схема может иметь относительно низкое подавление шума источника питания.

    Иногда думают, что простого резистивного делителя напряжения достаточно, чтобы обеспечить «регулируемое» напряжение. Если выход не буферизован с помощью повторителя (встроенного или дискретного), это , а не .Делитель напряжения чувствителен к нагрузке, поэтому он может выдавать номинальное напряжение только в разомкнутой цепи (без нагрузки). Как только вы потребляете ток, напряжение упадет. Кроме того, любой шум (гул, гудение и т. Д.) На питании, питающем делитель, также попадет на выход. Простые делители были обычным явлением в ламповых усилителях, где основной источник питания может проходить через несколько резисторов с конденсаторами для заземления на каждом переходе, и клапанные каскады, образующие нагрузку.Это не «регулирование» ни в каком виде, это просто фильтрация, и здесь не рассматривается, кроме как часть надлежащего регулятора (где такие схемы фильтрации также довольно распространены).


    Зачем регулировать?

    Итак, зачем нам стабилизированное напряжение?

    При большом количестве источников напряжения и во множестве топологий схем мы этого не делаем. Однако теперь это так просто сделать и дает столько преимуществ, что было бы почти глупо не сделать этого. Основным преимуществом является то, что пульсации источника питания (при 100 или 120 Гц) почти полностью устраняются, и мы можем работать с операционными усилителями при напряжении, близком к их максимальному напряжению, не беспокоясь о низком сетевом напряжении, вызывающем преждевременное ограничение, или о высоком сетевом напряжении, вызывающем сбои.Нерегулируемый источник питания будет изменять свое напряжение при изменении напряжения сети (что обычно изменяется на величину от + 10% до -15%). Многие люди живут в районах, где напряжение изменяется сильнее, и если подача не регулируется, оно будет колебаться примерно на тот же процент, что и входящая сеть.

    Нерегулируемый источник питания также изменяет свое выходное напряжение с нагрузкой, поэтому по мере того, как схема потребляет энергию, напряжение падает. Точно так же, когда нагрузка уменьшается, напряжение возрастает. Это называется регулированием нагрузки, и при нерегулируемом питании включает отклонение от сети.Небольшая нагрузка при максимальном напряжении сети означает, что питаемые цепи будут получать максимально возможное напряжение, которое может превышать абсолютное максимальное значение, указанное производителем ИС. Логические ИС TTL имеют очень ограниченную устойчивость к перенапряжению, и они откажутся от , если будет превышено максимальное значение. Рекомендуемое напряжение — 5 В, допустимый диапазон — от 4,5 до 5,5 вольт. Каждый использует регулируемое питание для ИС TTL просто потому, что было бы глупо (и рискованно) поступать иначе.КМОП-логика обычно будет вполне довольна очень простым стабилитронным шунтирующим стабилизатором, потому что потребление тока очень низкое. Электропитание должно быть должным образом шунтировано с соответствующей емкостью.

    Во многих ранних транзисторных усилителях мощности использовались стабилизированные источники питания, поскольку они использовали один источник питания, а колебания напряжения могли создавать дозвуковой выходной сигнал. Кроме того, во многих из этих ранних усилителей использовались транзисторы, которые работали при напряжении, близком к предельному, и если бы напряжение увеличивалось слишком сильно, они выходили из строя.В наши дни почти никто не использует регулируемые источники питания для усилителей мощности, потому что это увеличивает стоимость и значительную тепловую нагрузку и, как правило, не служит полезной цели. В некоторых ламповых усилителях используются регулируемые напряжения экранной сетки для получения максимальной мощности без нагрузки на клапаны. Другие просто подчеркнули клапаны (и даже во многих последних разработках это делается до сих пор).

    Очень редко можно увидеть какой-либо предусилитель, использующий операционные усилители или дискретные транзисторы, который не использует , а не стабилизированные источники питания. Большинство людей используют регуляторы IC, но есть и те, кто считает, что дискретный регулятор даст лучшую производительность.Я не буду вступать в дебаты о предполагаемой «слышимости» регулятора и «звуке постоянного тока», потому что, насколько я понимаю, это в основном принятие желаемого за действительное, без научных оснований или подтверждения правильным проведением слепого AB-тестирования. По определению, постоянный ток — это постоянный ток, поэтому его не слышно. В некоторых случаях может быть слышен шум , наложенный на на DC.

    Большинство импульсных источников питания (SMPS) регулируются и могут использоваться напрямую, без дополнительных действий.Тем не менее, они почти всегда относительно шумные, имея существенное свидетельство частоты коммутации (и ее гармоник) в источнике постоянного тока. Хотя эти артефакты переключения почти всегда неслышны, они сбивают с толку и могут сильно затруднить разумные измерения в цепи.

    Далее, зачем нам стабилизированный ток?

    Помимо источников тока, раковин и зеркал (см. Статью), регуляторы тока раньше были более диковинкой, чем что-либо еще.Они использовались во многих областях в течение многих лет, но только недавно стали повсеместными — светодиодное освещение. Подавляющее большинство из них работают в импульсном режиме, потому что в противном случае потери энергии будут чрезмерными, что снижает общую эффективность светодиодного источника света. Тем не менее, все еще есть примеры, когда линейный регулятор имеет больше смысла.

    В частности, простой линейный стабилизатор тока легко подключить к плате Veroboard, что нелегко сделать с любой схемой переключения.Требования к линейным регуляторам тока незначительны по сравнению с регуляторами напряжения, но вы никогда не узнаете, когда он вам понадобится. В некоторых случаях вам понадобится регулировка как напряжения , так и тока , и зарядка аккумулятора — один из наиболее очевидных случаев, когда они будут совмещены.

    В целом потребность в прецизионном регуляторе тока (в отличие от источника тока в составе, например, схемы усилителя) очень ограничена, но поскольку принципы и результаты во многом одинаковы для регулирования как напряжения, так и тока, они того стоят. покрытие.


    1 — Базовый дискретный регулятор напряжения

    Первыми использованными регуляторами были газоразрядные трубки [1] . Питание трубки осуществлялось через резистор, и напряжение разряда было достаточно стабильным при условии, что ток не слишком сильно менялся. Если требовался большой ток, то для его подачи в качестве катодного повторителя использовался традиционный мощный вентиль (вакуумная трубка). Добавление дополнительных клапанов позволило получить хорошо регулируемое питание, на которое не повлияли изменения тока нагрузки или колебания входного напряжения.

    Современный эквивалент газоразрядной трубки — стабилитрон. Они по-прежнему очень часто используются для регулирования либо в качестве простого шунтирующего регулятора (например, газоразрядная трубка), либо с дополнительными частями для формирования дискретного регулятора. Поскольку основной шунтирующий регулятор является самым простым, на него стоит обратить внимание в первую очередь. Более подробная информация об использовании стабилитронов представлена ​​на странице Application Note 008 на веб-сайте ESP.


    Рисунок 1 — Базовый стабилизатор шунта на стабилитроне

    Одним из основных недостатков простого шунтирующего стабилитрона является то, что он постоянно потребляет максимально допустимый ток от источника питания.Как показано выше, напряжение питания составляет 15 В, и это только один источник питания. Я буду использовать эту же общую компоновку для большинства диаграмм, потому что это делает их менее загроможденными и более легкими для понимания. Если требуется отрицательный источник питания, обычно это просто обратное значение, указанное для положительного напряжения. Сам источник питания (трансформатор и конденсатор фильтра) используется в большинстве примеров, но не будет показан, если только понимание схемы не является важным.

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

    I = P / V
    I = 1/15 = 66,7 мА

    Ток стабилитрона не должен превышать 50% от максимального, чтобы поддерживать повышение температуры стабилитрона до разумного значения. Кроме того, при таком токе он будет довольно горячим, и на напряжение не будет сильно влиять температура окружающей среды.Таким образом, мы должны стремиться к 33 мА и не менее 7 мА, чтобы гарантировать, что динамическое сопротивление стабилитрона достаточно низкое, чтобы быть полезным. Поскольку номинальное входное напряжение составляет около 21 В, это означает, что сопротивление резистора должно быть около 180 Ом (R = V / I). 180 Ом дает ток стабилитрона 33 мА, но только когда ток нагрузки равен нулю, а напряжение в сети составляет точно 230 В (или 120 В), и при условии, что выходное напряжение трансформатора равно 15 В RMS.

    На самом деле ничего из вышеперечисленного обычно не соответствует действительности. Нет смысла иметь стабилизированное напряжение, но без нагрузки, поэтому нам нужно знать, какой ток потребляет цепь с питанием.Это может быть доступно из таблиц данных (для операционных усилителей), или вам, возможно, придется либо рассчитать, либо измерить фактический потребляемый ток. Для этих упражнений мы предполагаем, что ток нагрузки составляет 20 мА.

    Теперь, если нагрузка потребляет 20 мА, это означает, что ток стабилитрона теперь снижен до 13 мА (33–20 мА), что находится в желаемом диапазоне. Чтобы сохранить 33 мА, которые мы рассмотрели вначале, общий ток , потребляемый от источника питания, будет составлять требуемый ток стабилитрона (33 мА) плюс ток нагрузки (20 мА), всего 53 мА.R1 теперь нужно пересчитать, и он станет 113 Ом. 120 Ом в этом случае вполне нормально. Поскольку общий потребляемый ток выше ожидаемого, на конденсаторе фильтра будет больше пульсаций, чем мы ожидали. Из-за избыточного тока напряжение будет меньше запланированного нами 21 В (нерегулируемого), но, к счастью, эти ошибки обычно не настолько велики, чтобы вызвать катастрофу. Если нагрузка отключена, теоретический ток стабилитрона будет 33 мА (нормальный ток стабилитрона) плюс 20 мА, которые потребляла бы нагрузка — всего 53 мА.Стабилитрон сильно нагревается до , и этот тип простого шунтирующего регулятора обычно не следует использовать без нагрузки.

    Показанные характеристики питания должны быть разумными. Симулятор сообщает мне, что при входном среднеквадратичном напряжении 15 В мы получаем 19,4 В постоянного тока после выпрямителя и фильтра с пульсацией 94 мВ RMS (300 мВ P-P) на частоте 100 Гц. Регулируемое напряжение составляет 15,1 В с пульсацией 4,9 мВ RMS (16 мВ P-P). Ток нагрузки составляет 20 мА, но ток стабилитрона намного ниже запланированного, всего 15.7 мА. Хотя R1 можно уменьшить, чтобы обеспечить больший ток в стабилитрон, это также вызовет повышение напряжения пульсаций и немного снизит исходное напряжение постоянного тока. Суммарный ток от выпрямителя и фильтра составляет 35,7 мА … 20 мА на нагрузку и 15,7 мА на стабилитрон. R1 рассеивает 152,7 мВт, а рассеивание стабилитрона составляет 235,5 мВт (15 В x 15,7 мА). Как выяснилось, это безопасная общая конфигурация, и стабилитрон выживет, даже если входное напряжение сети повысится до максимально возможного.

    Ток трансформатора составляет немногим более 113 мА (среднеквадратичное значение), состоящий из резких пиков ± 480 мА. Обратите внимание, что ток трансформатора с мостовым выпрямителем более чем в 3 раза превышает постоянный ток в этом примере, но он может быть выше или ниже в зависимости от выходного импеданса трансформатора (я использовал значение 0,2 Ом для моделирования). Если импеданс увеличивается, среднеквадратичный и пиковый ток снижаются, но вместе с тем уменьшается и напряжение постоянного тока.

    Как видно из вышеизложенного, необходимо учитывать несколько взаимосвязанных факторов.Когда также принимаются во внимание обычные колебания напряжения в сети, количество возможностей резко возрастает. К счастью, ошибки и отклонения от теоретических значений всегда будут, но пока проектировщик делает поправки, конечный результат все равно будет удовлетворительным. Важно знать, что почти никогда все не будет так просто, как кажется на первый взгляд.

    Если R1 разделен на два резистора равного номинала (2 x 56 Ом будет работать), то второй конденсатор от центрального отвода до земли уменьшит пульсации напряжения.При всего лишь 220 мкФ пульсации сокращаются до менее четверти (около 1,2 мВ RMS). Два резистора необходимы для отделения дополнительной емкости от основной крышки фильтра и стабилитрона, оба из которых имеют очень низкий импеданс (вы также увидите, как этот трюк используется ниже). Возможно, неожиданно, пульсации напряжения немного больше при подключенной нагрузке. Это связано с тем, что стабилитрон пропускает меньший ток, и его динамическое сопротивление немного увеличивается.

    Обратите внимание, что на Рисунке 1 показан конденсатор оконечного фильтра, и это очень важно в большинстве случаев.Он не так эффективен, как можно было бы надеяться, потому что он подключен параллельно стабилитрону с низким сопротивлением, но он немного снижает шум и (что более важно) обеспечивает мгновенный пиковый ток, который может потребоваться некоторым схемам. Фактически, очень и очень мало регуляторов любого типа следует использовать без разумной емкости на выходе. 10 мкФ часто бывает достаточно, но более высокие значения в большинстве случаев не вызовут никаких проблем.


    2 — Следующий шаг к регулированию напряжения

    Шунтирующее регулирование, описанное выше, по-прежнему является очень полезным инструментом, и во многих случаях это, безусловно, самый простой и дешевый способ получить, например, слаботочный стабилизированный источник питания для вспомогательных цифровых схем.Однако регулирование линии и нагрузки не очень хорошее, поэтому этот метод не подходит для нагрузок, которые имеют быстрые (или большие) изменения тока. Следующая разработка — это простой последовательный транзистор, добавляемый к стабилитрону, и это описано в статье о малых источниках питания. Здесь это повторяться не будет. Когда ток нагрузки регулятора проходит через транзистор, схема называется «последовательным» регулятором, потому что активное выходное устройство включено последовательно с током нагрузки.

    Базовый дискретный регулятор показан ниже.Раньше это была очень распространенная схема до появления 3-контактных IC-регуляторов. Производительность может быть неплохой, но это ни в коем случае не точный регулятор. В основную форму схемы внесено несколько хитрых дополнений, которые описаны ниже. Трансформатор и мостовой выпрямитель точно такие же, как на рис. 1. C4 часто требуется для предотвращения высокочастотных колебаний, и его значение обычно находится где-то между 47 пФ и 1 нФ. Более высокие значения замедлят схему, и она не сможет достаточно быстро отреагировать на быстрые изменения нагрузки (плохая переходная характеристика).


    Рисунок 2 — Простой дискретный серийный регулятор

    Хотя показанная схема имеет (почти) такое же выходное напряжение, что и шунтирующий стабилизатор, показанный выше, она потребляет меньше тока от выпрямителя. При той же подключенной нагрузке 20 мА (750 Ом) он потребляет 29,8 мА (а не постоянные 35,7 мА, независимо от того, подключена нагрузка или нет). Уменьшение тока означает, что входная пульсация уменьшается, а обратная связь, используемая в цепи, помогает еще больше.

    В частности, обратите внимание, что есть два резистора (R1 и R2) для обеспечения тока базы для последовательного каскада Дарлингтона.Центральный отвод подключается к C2, и это снижает пульсации напряжения с ~ 78 мВ RMS на C1 до примерно 500 мкВ на C2 и менее 100 мкВ на базе Q1. Пульсации на выходе составляют всего 28 мкВ — на 70 дБ меньше пульсаций на C1. Сравните это с рисунком 1, который позволяет подавить пульсацию только около 25 дБ.

    Следующая хитрая уловка использует R6. Если бы этого не было, ток стабилитрона был бы максимум ~ 630 мкА, что слишком мало для обеспечения стабильной работы. R1 и R2 можно было бы уменьшить, но тогда C2 нужно было бы больше.Таким образом, регулируемое и сглаженное выходное напряжение используется для подачи тока, достаточного для правильной работы стабилитрона. Он добавляет немного более 8,7 мА стабилитрона (в моделировании общее значение составляет 9,4 мА). Это превышает минимум 5%, необходимый для стабильности (стабилитрон 6,2 В 1 Вт может потреблять до 161 мА при 25 ° C).

    Чтобы учесть допуск стабилитрона (до ± 10%), было принято делать R5 переменным. В показанном примере вы можете использовать банк в 20k (что было бы довольно грубо) или R5 можно было бы уменьшить до 8.2к с банком 5к последовательно. Эта схема имеет обратную связь, а коэффициент усиления регулятора устанавливается R4 и R5. Стабилитрон — это опорное напряжение. Этот регулятор представляет собой ту же базовую схему, которую я использовал для Project 96, источника фантомного питания 48 В для микрофонов.

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

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

    Выходное напряжение можно определить следующим образом …

    Усиление = (R4 / R5) + 1
    Усиление = (12/10) + 1 = 2.2
    В ВЫХ = В REF × усиление
    В ВЫХ = 6,85 × 2,2 = 15,07 В постоянного тока

    Для разработки дискретного регулятора, такого как показанный на рисунке 2, есть несколько общих рекомендаций. R1 + R2 должны обеспечивать достаточный базовый ток для последовательной комбинации Q1 и Q2. Необходимый базовый ток определяется усилением пары (предположим, 1000 для типичной комбинации), и должен быть абсолютным минимумом удвоенных , который необходим при максимальном выходном токе.Если оно меньше этого, Q3 (усилитель ошибки) не будет иметь достаточного тока для работы, и вы потеряете регулирование. Согласно общепринятому практическому правилу, базовый ток последовательного транзистора (транзисторов) должен быть в 5-10 раз больше наихудшего. Однако это можно смягчить, если вам не нужна идеальная регулировка.

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

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

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

    Обратите внимание, что устройство последовательного прохода показано как пара транзисторов, соединенных в конфигурации Дарлингтона, но транзистор Дарлингтона и N-канальный MOSFET также будут работать. Стабилитрон должен быть подключен между затвором и истоком полевого МОП-транзистора — 4.Стабилитрон на 7 В обеспечит более чем достаточный ток при использовании МОП-транзистора IRF540 (или аналогичного), а также обеспечит базовое ограничение тока очень . Поскольку коэффициент усиления у полевого МОП-транзистора не такой высокий, как у пары Дарлингтона, стабилизация и характеристики пульсации не так хороши. Однако затвор не потребляет ток, поэтому значения R1 и R2 могут быть выше, чем это необходимо для биполярных транзисторов.

    Добавив некоторую сложность, схему можно заставить работать еще лучше, но для 99% приложений в этом нет никакого смысла.Единственное, чего нет у , так это защиты от короткого замыкания. Если выход закорочен, последовательные транзисторы (Q1 и Q2) выйдут из строя. Если мы просто ограничим ток до заранее установленного максимума, мы можем обнаружить, что рассеивание Q2 находится за пределами допустимой безопасной области. При 20 В на входе (достаточно близко) и (скажем) на выходе 100 мА и закороченном выходе рассеивание в Q2 будет 20 * 0,1 = 2 Вт. Очевидно, это не проблема при низком входном напряжении и малом токе регулятора, но становится серьезной проблемой при увеличении напряжения или тока.


    Рисунок 3 — Простой дискретный серийный регулятор с ограничением тока

    Добавляя Q4 и R7, мы можем применить базовую защиту от короткого замыкания с помощью простого ограничения тока. Когда напряжение на R7 достигнет 0,6–0,7 В, Q4 будет проводить и «красть» ток из последовательно проходящих транзисторов. Это только самая простая форма защиты, и хотя она работает, это определенно не высокотехнологичное решение проблемы. Как показано, ток ограничен примерно 130 мА, а рассеивание в Q2 составляет примерно 2.4 Вт (радиатор будет обязательно). Показанная компоновка ни в коем случае не единственный метод, но он работает достаточно хорошо. Дополнительное сопротивление снижает характеристики регулирования, и при приближении к пределу тока наблюдается заметный провал напряжения.

    Более продвинутое ограничение тока включает в себя так называемое «обратное» ограничение, когда доступный ток постепенно уменьшается по мере падения выходного напряжения. Например, пока выходное напряжение близко к 15 В, предел может быть установлен на (скажем) 1 А, но если выход закорочен, максимальный доступный ток может быть уменьшен до 100 мА.Ограничение обратного тока является более сложным и в некоторых случаях может привести к отказу источника питания от запуска — например, если схема с питанием потребляет ток, превышающий нормальный, при низких входных напряжениях. Поскольку эта статья посвящена общим принципам, ограничение тока обратной связи не будет включено.


    2.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

    Дискретная схема по-прежнему имеет преимущества, когда вам нужен источник питания с более высокими требованиями к напряжению, чем могут удовлетворить стандартные 3-контактные ИС.Хотя доступны высоковольтные версии, их бывает трудно получить, и они все еще имеют ограниченный перепад входного-выходного напряжения. Вы можете представить, что LM317HV (например) подойдет, так как он имеет максимальное дифференциальное напряжение на входе и выходе 60 В.

    Легко упустить из виду тот факт, что максимальное входное напряжение действительно составляет всего 60 В с LM317HV, потому что при первом включении выходной конденсатор разряжен и близок к короткому замыканию. Точно так же регуляторы серии 317/337 имеют защиту от короткого замыкания, но если входное напряжение превышает максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе, то есть большая вероятность того, что ИС выйдет из строя.

    Можно создать дискретную схему с любым входным напряжением, которое вам нравится, ограниченное только выбором последовательно проходных транзисторов и других необходимых компонентов. Если вам нужен стабилизированный источник питания на 250 В, то вам просто не повезло, если вы попытаетесь использовать любой доступный стабилизатор IC. Если вы знаете, как построить дискретный регулятор, то (почти) нет ограничений на входное или выходное напряжение.

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


    Рисунок 4 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

    Схема слева на Рисунке 4 (A) выглядит безопасной, но в момент включения выходная крышка разряжена и представляет собой кратковременное короткое замыкание. Колпачок большего размера может некоторое время казаться очень низким импедансом, как показано справа (B). Таким образом, дифференциальное напряжение представляет собой полное входное напряжение (45 В), которое может значительно превышать номинальные значения для регулятора и вызвать отказ. Если выход закорочен (возможно, в оборудовании есть танталовые конденсаторы для развязки источника питания ¹), на регулятор будет подаваться полное входное напряжение до тех пор, пока не будет отключено питание или он не выйдет из строя!

    Примечание 1: Танталовые конденсаторы (и всегда были) самые ненадежные конденсаторы из когда-либо созданных.Они совершенно не переносят сильные импульсные токи, и уникальны тем, что их режим отказа — короткое замыкание (которое может быть прерывистым). Как известно постоянным читателям, я никогда не рекомендую танталовые крышки для чего-либо.

    Очень важно, чтобы входное и выходное дифференциальное напряжение не превышалось, и для IC-регуляторов оно указано в спецификации (обычно как абсолютное максимальное значение). Для дискретного регулятора это максимальное напряжение на последовательном и других транзисторах, которое ограничивается напряжением пробоя коллектор-эмиттер или напряжением сток-исток для полевого МОП-транзистора.

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


    2.2 — Требования к входному и выходному дифференциальному напряжению

    Хотя важно гарантировать, что максимальный дифференциал ввода-вывода никогда не будет превышен, также важно убедиться, что имеется достаточно дифференциала для предотвращения проблем.Минимум обычно указывается в даташите, и это не относится к среднему значению! Мгновенное входное напряжение никогда не должно падать настолько (из-за пульсаций напряжения), чтобы регулятор больше не мог поддерживать выходное напряжение. Например, если регулятору требуется минимум 2 В дифференциала для поддержания регулирования, мгновенное входное напряжение всегда должно быть более чем на 2 В выше выходного напряжения.

    Сюда входят пульсации напряжения и любое снижение сетевого напряжения, которое находится в пределах обычно ожидаемого диапазона для входящего источника переменного тока.Некоторые люди спрашивали, почему я рекомендую трансформатор 15–0–15 В для источников постоянного тока ± 15 В, когда я знаю, что напряжение трансформатора обычно будет выше, чем указано при небольшой нагрузке. В общем, вы можете ожидать около 25 В постоянного тока на входе регулятора, что может показаться чрезмерным. Тем не менее, это включает в себя значительную поправку на низкое напряжение в сети, пульсации и дополнительное сглаживание.


    Рисунок 5 — Пульсация входного напряжения относительно напряжения. Регулируемая мощность

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

    В случае, показанном выше, очевидным ответом является увеличение емкости фильтрующего конденсатора, чтобы пульсации были уменьшены до разумного значения, и проблема была решена. Однако вам все же нужно рассмотреть случай, когда напряжение в сети падает — это может иметь точно такой же эффект.Если напряжение сети упадет на 20% (с 230 В до 184 В или от 120 В до 96 В), то же самое произойдет и с выходом трансформатора. Это означает, что вместо номинальных 15 В переменного тока выходная мощность будет снижена до 12 В переменного тока, а этого недостаточно, чтобы позволить ИС поддерживать регулирование — даже при условии, что пульсация напряжения ноль !

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


    3 — Регуляторы IC Регуляторы

    IC (3-полюсные) в настоящее время являются наиболее распространенными из всех аналоговых / линейных типов. В течение многих лет у нас были регуляторы 78xx (положительный) и 79xx (отрицательный), а также множество аналогичных устройств с разными номерами деталей, и было доступно несколько стандартных напряжений.Были доступны версии на 5, 8, 12, 15, 18 и 24 В, но они (в основном) рационализированы до 3–5 В, 12 В и 15 В. Некоторые из странных напряжений все еще могут быть доступны, если вы внимательно присмотритесь. Регулируемые регуляторы (LM317 / 337) позволяют людям создавать источники питания практически для любого напряжения, которое им нравится, от 1,25 В до 50 В, если вы используете версии с высоким напряжением.

    Они удобны, фиксированные регуляторы также доступны в маломощных версиях в корпусе TO-92. 78L05 особенно распространен, поскольку он может обеспечивать регулируемое питание для небольших микроконтроллеров, проектов на основе PIC и других логических схем с низким энергопотреблением.Внутренняя схема этих микросхем сейчас довольно продвинута, и они обладают очень хорошими характеристиками. Все они имеют защиту от короткого замыкания и включают внутренние предохранители от перегрева, поэтому они практически неразрушимы … почти !

    Обычные регуляторы серий 78xx / 79xx многие энтузиасты аудио часто считают «низшими», но это неоправданно. Да, они несколько шумные, но типичный выходной шум низкий и очень редко вызывает проблемы со схемами операционных усилителей, но это может быть проблема с простыми схемами с плохим отклонением источника питания.Стоит отметить, что выходной конденсатор нужен в первую очередь для стабильности, и без него регулятор наверняка будет колебаться. Неважно, 10 мкФ или 1000 мкФ, пульсация на выходе не изменится.

    Такое явно странное поведение связано с выходным сопротивлением регулятора. Согласно таблице данных на 7815, он имеет выходное сопротивление 0,008 Ом (8 миллиом) на частотах до 1 кГц, после чего оно возрастает до 6 дБ / октаву. На частоте 100 Гц конденсатор 1 мФ (1000 мкФ) имеет реактивное сопротивление равное 1.59 Ом, и это абсолютно не влияет на 8 миллиомов регулятора. Выходное сопротивление остается ниже 1 Ом на любой частоте до 1 МГц, и на крайних частотах конденсатор будет иметь некоторое влияние.

    Подавление пульсаций составляет минимум 54 дБ (7815) при типичном значении 70 дБ. Типичный выходной шум заявлен как 90 мкВ. Простой способ уменьшить шум и пульсации напряжения — это добавить простой резистивно-конденсаторный фильтр на выходе регулятора. Для выходных токов 100 мА или менее резистор на 10 Ом и конденсатор на 1000 мкФ уменьшат выходное напряжение на 1 В при 100 мА, но уменьшат пульсации 100 Гц еще на 16 дБ (минимум).Это также уменьшит широкополосный шум. На частоте 1 кГц любой шум регулятора уменьшается на 36 дБ, а на частоте 10 кГц — на 56 дБ. В сочетании с уже и без того низким уровнем шума и пульсации остаточная величина незначительна. Как и следовало ожидать, эту технику можно успешно использовать только при сравнительно небольших токах.

    Также можно использовать фильтр, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, но необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы частота -3 дБ была значительно ниже частоты пульсаций, иначе вы можете легко получить больше пульсаций вместо меньших! Например, LC-фильтр, состоящий из катушки индуктивности 1 мГн и конденсатора 1 мФ (1000 мкФ), имеет частоту 159 Гц и увеличивает пульсации на 4 дБ.Увеличение индуктивности до 10 мГн приводит к уменьшению пульсации на 10 дБ, а также к быстрому ослаблению всех частот выше 50 Гц. В идеале катушка индуктивности (или конденсатор) должна быть больше, а любой LC-фильтр чувствителен к импедансу нагрузки и может вызывать переходные колебания при изменении нагрузки — рекомендуется соблюдать особую осторожность!

    Многие люди также думают, что добавление большого конденсатора к выходу уменьшит шум и пульсации. Как отмечалось выше, это не работает. Очевидно, что параллельное включение емкостного реактивного сопротивления более 1 Ом и менее 20 мОм не даст многого.На более высоких частотах выходное сопротивление регулятора будет расти, поэтому емкость от 10 мкФ до 100 мкФ имеет смысл для ограничения ВЧ-шума и обеспечения стабильности регулятора.

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


    3.1 — Регулируемые регуляторы IC

    LM317 / 337 рекомендуются для замены фиксированных регуляторов и обеспечивают гораздо большую гибкость.Они стабильны и хорошо работают. Самое главное, у них нет вредных привычек, и это важный фактор для любого дизайна. Project 05 — это пример двойного регулятора, использующего эти универсальные ИС. При использовании, как показано в проекте, производительность примерно такая же, как у фиксированного регулятора. Это можно улучшить, но для этого потребуется несколько дополнительных деталей. Дополнительные конденсаторы включены в плату Project 05.

    Выходное напряжение устанавливается с помощью пары резисторов. Нормальный ток от вывода «Adj» (регулировочный) может варьироваться от ~ 50 до 100 мкА, и необходимо обеспечить больший постоянный ток, который, по крайней мере, на порядок больше, чем нормальный ток от этого вывода.Обычно это делается путем добавления резистора между выходом и регулировочным контактом, обычно 100 или 120 Ом. Опорное напряжение номинально составляет 1,25 В, но оно может варьироваться от 1,2 В до 1,3 В от одной микросхемы к другой. Предполагая, что 1,25 В, ток через внешний резистор на 100 Ом составляет 12,5 мА, что значительно превышает ток регулировочного штыря. Полная схема подключения показана ниже.


    Рисунок 6 — Регулируемый регулятор, показан LM317

    Как отмечалось выше, внутреннее опорное напряжение равно 1.25 В, поэтому через R1 проходит 12,5 мА. Мы можем игнорировать ток регулировочного штыря, потому что он будет не более 0,1 мА, и хотя это вызывает небольшую ошибку, это меньше, чем изменение опорного напряжения. Значение R1 довольно важно. Если он слишком велик, внутренний рабочий ток ИС приведет к увеличению выходного напряжения без нагрузки. Максимальное значение зависит от устройства — отрицательная версия требует меньшего сопротивления. Большинство дизайнеров используют значения от 100 до 220 Ом.Минимальный выходной ток для LM317 составляет около 5 мА или 10 мА для LM337. Использование резисторов 100 Ом гарантирует стабильный выходной сигнал как для положительных, так и для отрицательных регуляторов.

    Значение R2 легко вычислить, потому что мы знаем, что он передает 12,5 мА и всегда будет на 1,25 В меньше выходного напряжения. Следовательно, на выходе 15В получаем …

    I R2 = 12,5 мА
    В R2 = V ВЫХ — 1,25 = 13,75
    R2 = V / I = 13,75 / 12.5 = 1,1 тыс.

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

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

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

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

    Если вы построите один регулятор, D3 можно не устанавливать. Однако, если вы собираете источник питания с двойной полярностью (например, ± 15 В), D3 должен быть включен (на оба источника).Это защитный диод, который не дает регулятору получить отрицательный выход на выходе, что может привести к отключению микросхемы … , и она не восстановится! Но как это может случиться? Когда используются два источника питания, неизбежно, что один будет немного быстрее другого. Нагрузка (операционные усилители или другие схемы) обычно использует только заземление в качестве опорного, поэтому мощность потребляется между источниками, а , а не , от каждого источника к земле. Тот, который появляется первым, может принудить выход более медленного регулятора к противоположной полярности, и это может вызвать фиксацию ИС в состоянии неисправности, из которого она не может восстановиться.

    Это реальная проблема, и диоды (D3 и его противоположный номер на отрицательном питании) должны быть включены. Это можно увидеть на принципиальной схеме Project 05. Еще хуже то, что проблема может быть периодической, и ее трудно отследить, если вы не знаете, что искать.


    4 — Повышение тока от регуляторов IC

    Совсем не редко вам может потребоваться намного больший выходной ток, чем вы можете получить от микросхемы трехконтактного стабилизатора.Существуют версии TO-3, которые имеют более высокий ток, но этого может быть недостаточно, например, если вы запитываете большой микшерный пульт. Существует очень распространенный прием, который используется для увеличения выходной мощности, а для положительного регулятора требуется просто добавить один резистор и силовой транзистор PNP. Если вы используете TIP36C (самый доступный и дешевый силовой транзистор, который вы можете получить), его легко получить до 10 А, хотя вам нужно установить очень хороший радиатор и тщательно управлять входным напряжением, чтобы обеспечить безопасную рабочую зону. не превышено.


    Рисунок 7 — Регулируемый регулятор с усилением, использующий LM317 и TIP36C

    ИС регулятора будет обеспечивать ток до предела, определенного R3. Как только напряжение на R3 превысит 0,7 В, Q1 и Q2 включатся и подадут столько тока, сколько потребует нагрузка. Входное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить правильное регулирование при более высоком токе, и крышка основного фильтра также должна иметь соответствующий размер, чтобы минимизировать входные пульсации. Вышеупомянутая схема обычно требует обмотки на трансформаторе 20 В RMS, а диоды также должны выдерживать максимальный непрерывный ток.

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

    В некоторых примечаниях к применению предлагается использовать транзистор-драйвер и транзисторы с параллельным проходом, но это необходимо только в том случае, если регулятор не может обеспечить ток, достаточный для обеспечения необходимого тока базы.Если учесть в техническом описании TIP35C / 36C h FE 25, стабилизатор на 1 А может запитать достаточно транзисторов, чтобы получить выходной ток 25 А. У кого-нибудь есть схема, на которую нужно 10 000 операционных усилителей?


    5 — Базовый регулятор тока

    «Самый простой» регулятор тока — это просто высоковольтный источник питания и резистор. Например, если у вас есть источник питания постоянного тока 1 кВ и резистор 1 кОм, это даст вам 1 А при нагрузке от нуля до примерно 20 Ом (при регулировке 2%). Хотя концепция проста, реализация совсем не похожа — источник питания 1 кВ при 1 А — действительно серьезная проблема, и для резистора потребуется номинальная мощность 1000 Вт (1 А при 1 кВ — это 1 кВт).Итак, хотя концепция проста, реализация трудна, дорога и опасна.

    В отличие от регулирования напряжения не существует простого диода, который мог бы регулировать ток. «Диоды» регулятора тока существуют, но на самом деле это не диоды — это микросхемы (обычно содержащие полевой транзистор и резистор). Номинальная мощность обычно очень ограничена, и они подходят только для работы с довольно низким током. Любой полевой транзистор с режимом истощения (JFET) можно использовать в качестве простого регулятора тока, но доступный ток будет довольно низким, как и максимальное напряжение.В отличие от стабилитронов, стабильность невелика, и они действительно полезны только там, где точность не требуется. Большинство из них ограничены величиной ~ 20 мА или около того и при относительно низких напряжениях (<100 В). Рассеиваемая мощность обычно не превышает 500 мВт.

    Однако пару транзисторов можно использовать для получения очень точного регулирования тока, а приложенное напряжение ограничивается только напряжением пробоя транзисторов. Максимальный доступный ток в основном определяется безопасной рабочей зоной проходного транзистора.Как и в случае с регулятором напряжения, вам необходимо знать требования перед тем, как начать. Как и во всем электронном, необходимо идти на компромиссы, и вам нужно знать основные параметры, прежде чем переходить к кремнию.


    6 — Более продвинутый регулятор тока

    Не существует по-настоящему простого регулятора тока, который можно было бы использовать при токе, который может потребоваться для светодиодов — наиболее распространенной нагрузки, которую вы можете найти на данный момент. Ток, необходимый для типичных мощных светодиодов, составляет от 350 мА до 700 мА с прямым напряжением ~ 3.5В для каждого серийного белого светодиода. Если у нас есть 5 светодиодов по 1 Вт последовательно, нам потребуется минимальное напряжение 17,5 В (мы будем использовать источник постоянного тока 22 В) при токе 300 мА.

    Схема на дискретном транзисторе, использующая дешевый полевой МОП-транзистор, будет работать на удивление хорошо, и ее довольно просто реализовать. У него есть небольшая проблема с термической стабильностью, но мы можем использовать это в наших интересах. Схема показана ниже, и это просто мощная версия очень распространенного источника тока. MOSFET рассеивает чуть больше 1.2 Вт, и эта мощность полностью тратится (радиатор для полевого МОП-транзистора необходим). Однако это не намного больше, чем мы ожидаем в потерях от импульсного регулятора тока, работающего при том же напряжении и токе, а в некоторых случаях могут быть даже меньше.

    D5 (стабилитрон 12 В) не является обязательным и защищает затвор от перенапряжения. Схема регулирования достаточно быстрая, чтобы гарантировать, что напряжение на затворе никогда не будет превышать примерно 6 В, даже если повышение напряжения питания происходит мгновенно.Однако включение стабилитрона обеспечивает защиту затвора, если нагрузка отключена (или становится разомкнутой), или если цепь подключена неправильно (если вы ее построите).


    Рисунок 8 — Дискретный источник тока на основе полевого МОП-транзистора

    Почему я решил использовать MOSFET, а не биполярный транзистор для Q2? В этом случае все сводится к минимизации потерь тока в базе проходного транзистора, а MOSFET не требует тока затвора. Резистор 10 кОм подает ток коллектора ~ 2 мА на Q1, и это необходимо, чтобы транзистор мог функционировать и обеспечивать напряжение затвора.Ток контролируется Q1, который включается, когда напряжение на R2 достигает ~ 0,7 В. Когда Q1 включается, Q2 выключается (частично), потому что напряжение затвора уменьшается. Состояние равновесия наступает за микросекунды, и система устойчива. При изменении импеданса нагрузки или входящего напряжения схема будет компенсировать. Если бы компенсация была идеальной, не было бы пульсаций тока через нагрузку — это был бы чистый постоянный ток. Показанная схема создает пульсацию на нагрузке около 380 мкА (117 мкА, среднеквадратичное значение) со средним током 308 мА.

    Q1 имеет нормальный отрицательный температурный коэффициент 2 мВ / ° C любого кремниевого транзистора, поэтому, если он нагревается, ток будет падать. Мы можем использовать это, чтобы определить, нагреваются ли светодиоды, и уменьшить ток для компенсации. Если Q1 имеет температуру 50 ° C, ток снижается до 290 мА. Хотя это нельзя считать полным уровнем компенсации, это все же лучше, чем вообще ничего. Эта общая форма линейного регулятора тока может использоваться везде, где требуется, чтобы ток оставался постоянным независимо от изменений нагрузки.Вы должны знать о температурной зависимости Q1, потому что она есть, полезна она или нет.

    Схема регулятора тока не будет иметь значительных отклонений между нагрузкой от нуля Ом и максимумом (16,7 В, что при 300 мА эквивалентно 55,5 Ом). Его можно использовать с любыми светодиодами мощностью от 1 до 5 1 Вт без изменения тока, хотя рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора, естественно, увеличится при использовании менее 5 светодиодов. На самом деле, это настолько хорошо, что даже измерить текущее изменение в симуляторе сложно.Однако, если объединенное напряжение на полевом МОП-транзисторе и R2 меньше ~ 1,5 В, он больше не сможет обеспечивать номинальный ток.

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

    В показанной схеме «опорное напряжение» составляет 0,7 В и представляет собой просто напряжение база-эмиттер Q1. Чтобы сделать источник тока, который не меняется в зависимости от температуры, необходимо использовать прецизионный эталон с температурной компенсацией. Само собой разумеется, что это добавляет сложности с небольшой выгодой в реальном выражении.


    6.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

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

    Количество необходимого дополнительного напряжения зависит от схемы, но неразумно ожидать, что схема будет регулировать ток в узких пределах, если запас по напряжению недостаточен.Если напряжение слишком велико, рассеивание в устройстве последовательного прохода увеличивается, и энергия расходуется в виде тепла. Если предполагается, что нагрузка представляет собой резистор, потребляющий тот же ток, что и нормальная нагрузка, закон Ома гласит, что доступное напряжение должно быть на выше, чем необходимое для проталкивания желаемого тока через резистор.

    Например, как указано выше, для 5 светодиодов мощностью 1 Вт при 300 мА потребуется напряжение ~ 16,7 В, что эквивалентно резистору на 55,5 Ом. Мгновенное напряжение питания всегда должно быть не менее 17.7 В, чтобы полевой МОП-транзистор мог снова регулировать ток до 300 мА. Стоит отметить, что со стандартным импульсным источником питания с регулируемым током ситуация не отличается — входное напряжение всегда должно быть больше, чем максимальное напряжение на нагрузке в худшем случае. Пониженно-повышающие импульсные регуляторы могут изменять свой режим работы в зависимости от входного напряжения.

    Импульсный стабилизатор выигрывает, когда входное напряжение намного больше, чем требуется для нагрузки, так как эффективность будет намного выше.При том же токе нагрузки ток от источника с импульсным стабилизатором фактически уменьшается с увеличением напряжения питания. С линейным регулятором ток остается прежним, а потери мощности (в виде тепла) увеличиваются. Однако регуляторы переключения выходят за рамки этой статьи.


    7 — IC Регулятор тока

    ИС общего регулируемого регулятора также могут использоваться в качестве регуляторов тока. В таблицах данных (и ниже) показаны примеры, и они работают достаточно хорошо.Эти схемы полагаются на опорное напряжение 1,25 В, поэтому резистор, чувствительный к току, должен понижать это напряжение во время нормальной работы ограничителя тока. В отличие от версии, показанной выше, в которой используется чувствительный резистор 2,2 Ом на 300 мА (резистор рассеивает ~ 200 мВт), если вы используете, например, LM317, чувствительный резистор должен быть около 4,2 Ом и рассеивать ближе к 400 мВт. Конечно, в этом нет ничего страшного, но это также означает, что на регуляторе требуется немного более высокий перепад напряжения.

    Стандартный LM317, используемый в качестве регулятора тока, имеет отличные характеристики.Обратной стороной является то, что опорное напряжение составляет 1,25 В, в то время как «опорное» напряжение для дискретной версии, показанной выше, составляет всего 0,7 В. Это означает, что LM317 требует большего запаса по напряжению. Моделирование показывает, что показанная ниже схема не будет регулировать ток должным образом, пока входное напряжение не превысит 19,8 В, включая минимальный уровень пульсаций напряжения. C2 используется, чтобы гарантировать, что цепь не колеблется.


    Рисунок 9 — LM317 как источник тока

    Разницу в опорном напряжении легко увидеть, посмотрев на резистор считывания тока — R1 на рисунке 9 и R2 на рисунке 8.В то время как 2,2 Ом достаточно для схемы на Рисунке 8, для LM317 требуется резистор 4,15 Ом, который должен быть рассчитан на 1 Вт. LM317 интересует только одно — напряжение на R1. При условии, что это напряжение может поддерживаться на уровне внутреннего опорного напряжения (1,25 В), выходной ток фиксируется на уровне 300 мА. Ток равен …

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

    Если у вас есть запасное напряжение, R1 может быть 4,7 Ом, с резистором и подстроечным резистором, подключенными параллельно, как показано на рисунке 10.Стеклоочиститель подключается к регулировочной клемме LM317, позволяя изменять ток. Показанная схема позволяет изменять ток от 267 мА до 340 мА с помощью VR1.


    Рисунок 10 — LM317 как регулируемый источник тока

    Вы можете использовать LM317 в качестве регулируемого регулятора тока до максимально допустимого тока и рассеиваемой мощности. Он далеко не так эффективен, как импульсный стабилизатор тока, но легко собирается на макетной плате или даже на бирках.Его можно использовать для создания прототипов и проверки концепции или даже в качестве автономного тестового источника для управления мощными светодиодами при тестировании радиаторов и схем освещения (например). Как и в схеме на Рисунке 8, ток будет практически одинаковым независимо от количества используемых светодиодов мощностью 1 Вт. Это предполагает, что прямое напряжение светодиодов примерно на 4-5 В меньше, чем напряжение питания.


    8 — Отрицательные регуляторы

    В этой статье рассмотрены только положительные регуляторы, но отрицательные регуляторы легко изготовить с использованием тех же основных схем, но с частями противоположной полярности (обращенные стабилитроны, PNP вместо транзисторов NPN и наоборот и т. Д.)). Таким образом, негативные регуляторы не рассматриваются сами по себе. Отрицательным эквивалентом регуляторов 78xx является серия 79xx, а LM317 соответствует LM337.

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


    Рисунок 11 — Положительное и отрицательное напряжение с использованием только положительных регуляторов

    Фактически, источники питания могут быть полностью раздельными и просто подключаться к минусу верхнего регулятора / источника питания, соединенному с плюсом нижнего. Таким образом могут быть подключены два отдельных импульсных источника питания, и он работает с любым типом источника питания, при условии, что между их вторичными источниками нет другого соединения, кроме того, которое вы делаете сами.Вы даже можете иметь разные напряжения для источников питания + ve и -ve, если хотите (но это не всегда полезно).


    9 — Методы опорного напряжения

    Для всех регуляторов напряжения и тока требуется источник опорного напряжения, поскольку он используется в качестве фиксированной точки, с которой можно сравнивать выходное напряжение или ток. Идеальное опорное напряжение будет совершенно нечувствительным к дрейфу, связанному с возрастом, изменениям температуры и входного напряжения, поэтому оно будет всегда оставаться на одном и том же напряжении.Излишне говорить, что идеального эталона не существует, но некоторые хитрости схемы действительно подходят.

    Как отмечалось во введении, в схеме клапана используются газоразрядные трубки, и они не являются ни особенно точными, ни стабильными. С появлением кремниевых полупроводников ситуация значительно улучшилась, и стабилитроны стали предпочтительнее. Стабилитрон 6,2 В имеет дополнительный положительный и отрицательный температурный коэффициент (tempco) и довольно стабилен в разумном диапазоне температур.Однако напряжение не изменяется с изменением с током, поэтому простой резистор не обеспечит опорное напряжение с желаемой стабильностью. Это препятствие обычно преодолевается путем питания стабилитрона от источника постоянного тока — обычно два, причем один обеспечивает эталонный ток для второго.

    Если бы можно было создать источник тока, нечувствительный как к приложенному напряжению, так и к температуре, то самым простым известным источником опорного напряжения был бы резистор. Если определенный (и идеально регулируемый) ток проходит через резистор с очень низкой температурой, то напряжение на этом резисторе должно быть постоянным.Конечно, вы не можете потреблять ток нагрузки, и для создания прецизионного источника тока вам понадобится прецизионный источник опорного напряжения. Совершив полный круг, очевидно, что нужно что-то более практичное.

    Стабилитроны с напряжением пробоя около 6,2 В могут работать при определенном токе и будут показывать очень близкую к нулю температуру, если ток правильный. К сожалению, это не указано в технических данных, и оптимальный ток варьируется от одного диода к другому.Точный необходимый ток можно найти экспериментально, но этот метод требует много времени, и мало кто будет так склонен (в том числе и я). Это особенно верно, когда прецизионные эталонные диоды можно получить легко и дешево.

    В µA723 (и LM723) используется стабилитрон 5,7 В с низкой температурой. Еще лучше — стабилитрон 5,6 В с температурой + 2 мВ / ° C (типовая), включенный последовательно с диодом, смещенным в прямом направлении, с температурой -2 мВ / ° C — результат равен нулю. Никогда не получится добиться идеального результата, и прямой ток по-прежнему должен строго контролироваться, чтобы получить стабильное напряжение.

    В современных ИС наиболее распространенным эталоном является запрещенная схема. Обратите внимание, что хотя схема и называется запрещенной зоной, на самом деле она не зависит от ширины запрещенной зоны кремния (около 1,205 эВ — электрон-вольт), а просто имеет примерно такое же эффективное напряжение. Да, я знаю, что в этом нет особого смысла и сбивает с толку, но так оно и есть. Существует много различных версий, которые широко используются, и большинство из них в значительной степени зависят от методов обработки IC. Если бы вы построили его из отдельных частей, его почти наверняка нельзя было бы использовать.Находясь на едином куске кремния и все части находятся в непосредственной близости, означает, что все переходы имеют одинаковую температуру друг с другом. В эталонных значениях ширины запрещенной зоны используются схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами — точно так же, как стабилитрон и диод, описанные выше, но при более низком и более полезном напряжении. «Стандартное» (если такое есть) опорное напряжение запрещенной зоны имеет напряжение от 1,2 до 1,5 В — например, номинальное опорное напряжение для LM317 составляет 1,25 В.

    Если вы хотите точно знать, как делается ссылка на запрещенную зону, в сети есть много информации.Однако большая часть из них не особенно полезна, потому что она очень техническая, и большинство статей посвящено методам изготовления ИС. Конечно, в этом есть смысл, потому что для создания работоспособного эталона запрещенной зоны необходимо изготовить ИС. Однако для полноты картины ниже показана типовая схема. Идея состоит в том, что есть две взаимодополняющие части схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами. Ток часто жестко регулируется, и это не редкость для схем с запрещенной зоной внутри ИС, чтобы использовать опорное напряжение запрещенной зоны для стабилизации тока питания, который питает опорную цепь!


    Рисунок 12 — Концептуальная схема эталонной ширины запрещенной зоны

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

    Интересно отметить, что если вам понадобится прецизионный источник тока, вам понадобится прецизионный источник опорного напряжения. В идеале, особенно если входное напряжение может изменяться более чем на небольшую величину, лучший способ питания прецизионного опорного напряжения — через источник тока.Однако это не должно создавать головоломки, потому что эталонный источник тока должен быть только хорошим, а не идеальным. Мир прецизионных источников (будь то напряжение или ток) требует большого внимания к деталям, и необходимо минимизировать колебания входного напряжения, тока нагрузки и температуры. Операционные усилители часто необходимы, потому что они имеют близко согласованные входные транзисторы, которые будут оставаться при практически одинаковых температурах.

    Там, где требуется максимальная точность , всегда было обычной практикой использовать печь с электронным управлением для повышения температуры окружающей среды схемы, чтобы гарантировать, что изменения температуры окружающей среды будут иметь минимальное влияние на температуру схемы или вообще не повлияют на нее.Излишне говорить, что это необходимо только тогда, когда выполняются измерения с гораздо более высокой точностью, чем обычно — такие методы были обычными для счетчиков с очень высокой точностью, но не являются необходимыми для большинства повседневных приложений. Современный эталон ширины запрещенной зоны часто обеспечивает точность, необходимую для большинства измерений.


    10 — Змеиное масло

    Прискорбно, но неизбежно, что некоторые люди будут ассоциировать регуляторы напряжения с «магическими» свойствами, способными как-то влиять на «темп, ритм, время и пространство» (и нет, я тоже не знаю, что это должно означать). как звуковая сцена, басовый «авторитет», высокие «воздух» и, в более широком смысле, вкус и ощущение во рту хлопьев для завтрака.Это последнее утверждение (к сожалению) не глупее всех остальных. Почти все без исключения, это вопиющая чушь, и никогда не будет подкреплен результатами двойного слепого тестирования.

    Есть несколько «особых» дизайнов, которые, кажется, привлекли внимание, но я не собираюсь придавать им какое-либо значение, называя имена. Есть несколько (очень немного!) Конструкций, которые требуют лучшего, чем обычно, регулирования, обычно требующего более низкого уровня шума, чем можно достичь с помощью стандартных ИС регуляторов.Часто это происходит из-за того, что конструкция схемы также сильно пропитана змеиным маслом и может иметь особенно плохое отклонение от источника питания или быть чрезмерно чувствительной к сопротивлению источника питания.

    Нет сомнений в том, что некоторые из «специальных» регуляторов могут иметь превосходные характеристики с гораздо более низким уровнем шума, чем обычные типы ИС. Если вы хотите поэкспериментировать, они могут быть очень полезными и могут доставить массу удовольствия, пока вы экспериментируете с ними. Однако они , а не сделают любой грамотный звуковой дизайн «лучше» или даже «иначе» — особенно те, которые используют операционные усилители.

    Ничто из того, что я скажу или другие разумные дизайнеры, конечно, никого не изменит. Если люди склонны верить в «волшебный» аспект звука, они почти наверняка услышат разницу, и это мнение не будет оспорено двойным слепым тестированием, что укрепляет веру в то, что мы можем слышать вещи, которые нельзя измерить или количественно оценить с помощью наука или физика.


    Выводы

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

    В первые дни, когда вентили (вакуумные лампы) были единственными доступными усилителями, регулирование было трудным и дорогостоящим. Клапанные регуляторы использовались только в случае крайней необходимости из-за их стоимости и дополнительной надежности.По сегодняшним меркам стабильность регулирования была довольно обычной, но ее было достаточно для приложений того времени. В большинстве случаев разработчики пошли на все, чтобы использовать фильтрацию для удаления гула (100 Гц или 120 Гц) от источников питания. В фильтрах использовались катушки индуктивности, резисторы и конденсаторы для удаления шума из наиболее чувствительных частей схемы, а регулируемые источники питания были практически неслыханными для потребительского оборудования.

    Сегодня у нас есть широкий спектр микросхем стабилизаторов, микросхем точного опорного напряжения и доступ к схемам, которые было бы невероятно дорого реализовать всего 50 лет назад.Одной из первых микросхем регуляторов была почтенная микросхема µA723, которая была произведена рядом компаний после ее появления. Впервые он был выпущен Fairchild в 1967 году и сохранился до сих пор. Сомнительно, что многие люди потрудились бы использовать его больше, чем для ремонта существующего продукта, и поэтому я не включил схему, использующую его. Несмотря на свой возраст, это все еще очень хорошая ИС, и ее часто используют, например, в настольных источниках питания.

    Для повышения точности в некоторых случаях вы найдете один регулятор, обеспечивающий напряжение для второго регулятора — это схема с двойным регулированием, иногда известная как «суперрегулятор».Это только изолирует второй регулятор от колебаний входного напряжения, но если шум, регулировка нагрузки или температурная стабильность второго регулятора не идеальны, конечный результат, вероятно, не стоит затраченных усилий. Вы, вероятно, получите очень хорошее неприятие гула, но этого в любом случае легко добиться. Имейте в виду, что один слегка смещенный провод или заземление корпуса в источнике питания может легко нейтрализовать влияние регуляторов с точки зрения снижения шума / гудения.

    Существует множество различных микросхем стабилизаторов напряжения от разных производителей, и было бы сложно попытаться включить их все.Прецизионные эталоны также используются в АЦП и ЦАП , особенно в тех, которые предназначены для точных измерительных функций. Вы также должны включить микросхемы импульсных регуляторов как напряжения, так и тока — некоторые из них оптимизированы для одного или другого. Количество устройств огромно, особенно с коммутационными типами. Каждый год в каталоги поставщиков добавляется больше, и большая часть спроса на новые устройства обусловлена ​​требованиями к «твердотельному» (светодиодному) освещению.

    Линейные регуляторы намного проще спроектировать и построить, чем любые регуляторы импульсного режима, потому что здесь не используются высокие частоты и нет магнитных компонентов, о которых следует беспокоиться.Это делает линейный вариант разумным выбором для тестирования конструкции, даже если заранее известно, что конечный источник питания будет переключателем. Необходимо завершить проектирование и в первую очередь установить требуемые требования к напряжению, току и температуре. Когда все они известны, пора работать над окончательной конструкцией режима переключения.


    Список литературы
    1. Трубки газоразрядного регулятора — Википедия
    2. Таблицы данных 78xx и 79xx (включая версии с низким энергопотреблением)
    3. LM317 / 337 Листы данных
    4. Постоянный диод — Википедия
    5. Current Regulator (Regulative [sic]) диоды — Semitec
    6. Искусство электроники, Пол Горовиц, Cambridge University Press (© 1989)
    7. Эталонные значения ширины запрещенной зоны — Аналоговые инновации
    8. Дизайн ссылок на запрещенную зону: испытания и невзгоды — Боб Пиз


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

    Страница опубликована и защищена авторскими правами © Род Эллиотт, июнь 2013 г.


    Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер

    % PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (NSI50150AD — Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > транслировать application / pdf

  1. ON Semiconductor
  2. NSI50150AD — Регулируемый стабилизатор постоянного тока и светодиодный драйвер
  3. Регулируемый регулятор постоянного тока (CCR) — это простой, экономичное и прочное устройство, предназначенное для обеспечения рентабельности решение для регулирования тока в светодиодах.CCR основан на Технология самосмещенного транзистора (SBT) и регулирует ток в течение широкий диапазон напряжений. Он рассчитан на отрицательную температуру коэффициент защиты светодиодов от теплового разгона при экстремальных напряжениях и токи. CCR включается немедленно и находится на 14% от нормы с всего 0,5 В Вак. Контакт Radj позволяет настроить Ireg (SS) на более высокое токи, подключив резистор между Radj (вывод 3) и катодом (Вывод 4). Контакт Radj также можно оставить открытым (без подключения), если нет требуется регулировка.Не требует внешних компонентов, что позволяет быть спроектированным как регулятор на стороне высокого или низкого давления. Высокий анодекатод номинальное напряжение выдерживает скачки напряжения, распространенные в автомобильной промышленности, Промышленные и коммерческие вывески. Это устройство доступен в термостойком корпусе и соответствует строгим требованиям Стандарт AEC-Q101, который не содержит свинца, соответствует требованиям RoHS и использует безгалогенная формовочная масса.
  4. 2015-03-23T15: 06: 29-07: 00BroadVision, Inc.2020-08-24T09: 33: 38 + 02: 002020-08-24T09: 33: 38 + 02: 00Acrobat Distiller 10.0.0 (Windows) uuid: d4a49759-a1fe-4c4c-9cf3-f15b594787a0uuid: b9205193-6711-4bfd-8101-9722e1187b67 Распечатать конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > транслировать HtUr6 & #

    Регулятор серии

    на управляемых транзисторах с защитой от перегрузки и короткого замыкания

    Если сопротивление нагрузки R L уменьшено или клеммы нагрузки случайно закорочены, будет протекать очень большой ток нагрузки.Это может вывести из строя проходной транзистор Q 1 , диод или, возможно, какой-либо другой компонент. Защита плавким предохранителем не будет адекватной, потому что транзистор может быть поврежден за очень малую долю секунды

    Чтобы избежать этой ситуации, к последовательному регулятору добавлена ​​цепь ограничения тока, как показано на рисунке.

    Контролируемый регулятор серии транзисторов с защитой от короткого замыкания

    Схема ограничения тока состоит из транзистора Q 3 и резистора R 5 (приблизительно 1 Ом), подключенных между выводами базы и эмиттера транзистора Q 3 .При нормальном токе нагрузки транзистор Q 3 остается выключенным, поскольку падение напряжения на резисторе R 5 мало (менее 0,7 В, необходимого для включения транзистора Q 3 ). В этом состоянии схема работает нормально, как описано выше. При чрезмерном токе нагрузки (превышающем 0,6 / 1, то есть 0,6 А или 600 мА) падение напряжения на R 5 становится достаточно большим, чтобы включить транзистор Q 3 . Коллекторный ток транзистора Q 3 протекает через R 3 , тем самым уменьшая базовое напряжение транзистора Q 1. Это приводит к снижению уровня проводимости транзистора Q 1. Таким образом предотвращается дальнейшее увеличение тока нагрузки.

    На рисунке показано ограничение тока. Когда сопротивление нагрузки R L бесконечно, выходное напряжение регулируется и имеет значение V REQ . Ток нагрузки I L равен нулю для этого рабочего состояния. Когда R L уменьшается, ток нагрузки I L увеличивается до точки, где R L становится равным R L (мин) При этом минимальном сопротивлении нагрузки I L равно 600 мА, а V BE равно 0.6В. За пределами этой точки включается транзистор Q 3 и срабатывает ограничение тока. Дальнейшее уменьшение R L приводит к уменьшению входного напряжения, и регулирование теряется. Когда R L равен нулю, ток нагрузки I L ограничен значением от 600 мA до 700 м A. Ток нагрузки с закороченными клеммами нагрузки обозначается как I SL . Когда клеммы нагрузки закорочены на рис. 30.9, напряжение на резисторе R 5 равно

    VBE = I SL R 5 или I SL = V BE / R 5

    , где V BE обычно находится между 0.6 и 0,7 В.

    Минимальное сопротивление нагрузки при потере регулирования можно оценить с помощью следующего уравнения

    R L (MIN) = V REG / I SL

    Точное значение R L (мин.) будет немного меньше или больше этого.

    Простая схема ограничения тока также имеет недостаток, заключающийся в большом рассеянии мощности через транзистор последовательного прохода. При коротком замыкании нагрузки почти все входное напряжение появляется на проходном транзисторе.Таким образом, проходной транзистор должен рассеивать примерно

    P v = (v in -v BE ) I SL .

    , где V BE — напряжение база-эмиттер Q 3 , токоограничивающего транзистора.

    Ограничение тока обратной связи

    Проблема с простой схемой ограничения тока, о которой только что говорилось, заключается в том, что в последовательном транзисторе Q 1 происходит большое рассеивание мощности, в то время как регулятор остается замкнутым накоротко.Схема ограничения тока фолдбэка является решением вышеупомянутой проблемы.

    Цепь ограничения тока обратной связи

    Схема транзисторного последовательного регулятора напряжения с функцией ограничения тока обратной связи показана на рисунке. В этой схеме база транзистора Q 3 смещена сетевым делителем напряжения, состоящим из резисторов R 6 и R 7 . Ток нагрузки I L протекает через резистор R 5 , вызывая на нем падение напряжения I l R 5 (приблизительно).Таким образом, напряжение (IlR 5 + V на выходе ) действует на сеть делителя напряжения (R 6 — R 7 ). Напряжение, приложенное к базе транзистора Q 3 , равно падению напряжения на резисторе R 7 и определяется как

    V B3 = (R 7 / R 6 + R 7 ) (I L R 5 + V выход )

    Эмиттер транзистора Q 3 подключен к положительной клемме V на выходе .Применяя закон напряжения Кирхгофа к замкнутой сетке Q 3 , показанной на рисунке, мы получаем

    В из + V BE3 = В B3

    или V BE3 = V Ba — V выход = K (I L R 5 + V выход ) — V выход = KI L R 5 + (K — 1) V из , где K = R 7 / R 6 + R 7

    Таким образом, величина базового возбуждения транзистора Q 1 равна V be3 .Теперь, если сопротивление нагрузки уменьшается, может быть вызвано любой причиной, ток нагрузки I L будет увеличиваться, вызывая увеличение падения напряжения Il, R 5 . Это приводит к увеличению V B3 и, следовательно, к увеличению V be3 . Это делает транзистор Q 3 более сильным. Увеличенный ток коллектора I c3 транзистора Q 3 протекает через резистор R 3 , тем самым уменьшая базовое напряжение транзистора Q 1 . Это приводит к снижению уровня проводимости транзистора Q 1. Таким образом предотвращается дальнейшее увеличение тока нагрузки.

    Из приведенных выше уравнений очевидно, что V BE в этой цепи намного больше, чем было в цепи, показанной на приведенном выше рисунке (только I L R 5 ). Это означает, что увеличение тока нагрузки ограничено большей величиной в схеме, показанной на рисунке.

    Из-за уменьшения сопротивления нагрузки R L , V BE3 увеличивается до уровня, при котором транзистор Q 3 становится насыщенным.Теперь ток коллектора I c3 становится постоянным. Дальнейшее уменьшение R L не повлияет на I c3 . Соответствующий ток нагрузки равен I Lmax ) и задается как

    I Lmax = V BE3 / KR 5 + (1-K) * V из


    За пределами этой точки V BE3 также падает из-за насыщения. Следовательно, согласно приведенным выше уравнениям ток нагрузки I L начинает уменьшаться с уменьшением R L с R L (мин. ), как показано на приведенном выше рисунке.Когда сопротивление нагрузки R L равно нулю, то есть, когда выходные клеммы закорочены, выходное напряжение V out становится равным нулю. Подставляя V из = 0 в приведенное выше уравнение, мы получаем

    I SL = V BE3 / KR 5

    То есть, ток закороченной нагрузки I SL намного меньше максимального тока нагрузки I Lmax ), что свидетельствует об ограничении тока обратной связи. Меньший I SL ограничивает рассеиваемую мощность

    проходит транзистор Q 1 , предотвращающий его повреждение.Это главное преимущество данной схемы.

    Транзисторный регулятор тока

    Транзисторный стабилизатор тока, использующий стабилитрон и транзистор PNP, показан на рисунке ниже. Основная функция этого регулятора — поддерживать постоянный ток через нагрузку, несмотря на изменения напряжения на клеммах.

    транзисторный регулятор тока

    Допустим, из-за увеличения выходного напряжения V out ток нагрузки I L увеличивается. Это вызывает увеличение тока коллектора I c , потому что I c = I L .

    Увеличение I c вызывает увеличение I E (потому что I E = I c ), что приводит к уменьшению V EB из-за увеличения падения напряжения на R E . С уменьшением V EB уровень проводимости снижается и ток коллектора уменьшается. Таким образом, ток нагрузки поддерживается постоянным.

    график регулятора тока транзистора

    Аналогичная логика применяется в случае уменьшения тока нагрузки I L .

    LM317 со схемой повышения внешнего тока

    Популярная микросхема стабилизатора напряжения LM317 рассчитана на подачу не более 1.5 ампер, однако, добавив в схему повышающий транзистор внешнего тока, становится возможным модернизировать схему регулятора для работы с гораздо более высокими токами и до любых желаемых уровней.

    Возможно, вы уже сталкивались со схемой фиксированного стабилизатора напряжения 78XX, которая была модернизирована для обработки более высоких токов, добавив к ней внешний силовой транзистор, IC LM317 не является исключением, и то же самое можно применить к этой универсальной схеме переменного регулятора напряжения в чтобы обновить его характеристики для обработки большого количества тока.

    Стандартная схема LM317

    На следующем изображении показана стандартная схема стабилизатора переменного напряжения IC LM317, использующая минимум компонентов в виде одного постоянного резистора и потенциометра 10 кОм.

    Эта установка должна обеспечивать регулируемый диапазон от нуля до 24 В при входном напряжении 30 В. Однако, если мы рассмотрим диапазон тока, он не превышает 1,5 ампер независимо от входного тока питания, поскольку микросхема внутренне оборудована, чтобы допускать только до 1.5 ампер и подавите все, что может потребоваться выше этого предела.

    Показанная выше конструкция, которая ограничена максимальным током 1,5 А, может быть обновлена ​​с помощью внешнего PNP-транзистора, чтобы повысить ток наравне с входным током питания, что означает, что после того, как это обновление будет реализовано, вышеуказанная схема сохранит свою переменную Функция регулирования напряжения, тем не менее, сможет обеспечить нагрузку полным входным током питания, минуя внутреннюю функцию ограничения тока ИС.

    Расчет выходного напряжения

    Для расчета выходного напряжения цепи источника питания LM317 можно использовать следующую формулу:

    VO = VREF (1 + R2 / R1) + (IADJ × R2)

    где = VREF = 1.25

    Current ADJ можно фактически игнорировать, поскольку он обычно составляет около 50 мкА и, следовательно, слишком мал.

    Добавление внешнего усилителя Mosfet

    Это обновление повышения тока может быть реализовано путем добавления внешнего PNP-транзистора, который может быть в форме силового BJT или P-канального MOSFET, как показано ниже, здесь мы используем mosfet, сохраняющий вещи компактный и допускающий огромное обновление технических характеристик.

    В приведенной выше схеме Rx становится ответственным за обеспечение триггера затвора для МОП-транзистора, так что он может проводить в тандеме с LM317 IC и усиливать устройство дополнительным током, определяемым входным источником питания.

    Первоначально, когда входная мощность подается в схему, подключенная нагрузка, которая может быть рассчитана на гораздо более высокий, чем 1,5 А, пытается получить этот ток через LM317 IC, и в процессе на RX создается пропорциональная величина отрицательного напряжения, заставляя MOSFET реагировать и включаться.

    Как только срабатывает МОП-транзистор, весь входной источник питания имеет тенденцию течь через нагрузку с избыточным током, но, поскольку напряжение также начинает увеличиваться за пределы уставки потенциометра LM317, LM317 становится смещенным в обратном направлении.

    Это действие на время отключает LM317, который, в свою очередь, отключает напряжение на Rx и питание затвора для МОП-транзистора.

    Следовательно, МОП-транзистор также имеет тенденцию отключаться на мгновение, пока цикл снова не продлится, позволяя процессу продолжаться бесконечно с заданным регулированием напряжения и высокими требованиями к току.

    Расчет резистора затвора МОП-транзистора

    Rx можно рассчитать, как указано в:

    Rx = 10 / 1A,

    , где 10 — оптимальное напряжение срабатывания МОП-транзистора, а 1 ампер — оптимальный ток через микросхему до появления Rx. это напряжение.

    Следовательно, Rx может быть резистором 10 Ом с номинальной мощностью 10 x 1 = 10 Вт

    Если используется силовой BJT, цифра 10 может быть заменена на 0,7 В

    Хотя вышеупомянутое приложение повышения тока с использованием МОП-транзистор выглядит интересно, у него есть серьезный недостаток, так как эта функция полностью лишает ИС функции ограничения тока, что может привести к перегоранию или возгоранию МОП-транзистора в случае короткого замыкания на выходе.

    Чтобы противостоять этой уязвимости к перегрузке по току или короткому замыканию, другой резистор в форме Ry может быть установлен с выводом истока МОП-транзистора, как показано на следующей схеме.

    Резистор Ry должен создавать противодействующее напряжение на самом себе всякий раз, когда выходной ток превышает заданный максимальный предел, так что противодействующее напряжение на источнике МОП-транзистора подавляет напряжение срабатывания затвора МОП-транзистора, вызывая полное отключение в течение МОП-транзистор, предотвращая тем самым возгорание МОП-транзистора.

    Эта модификация выглядит довольно простой, однако расчет Ry может немного сбить с толку, и я не хочу исследовать ее глубже, так как у меня есть более приличная и надежная идея, которая, как можно ожидать, выполнит полный контроль тока для обсуждаемого подвесного двигателя LM317. схема применения повышающего транзистора.

    Использование BJT для управления током

    Конструкцию для создания вышеуказанной конструкции, оснащенной повышающим током, а также защитой от короткого замыкания и перегрузки, можно увидеть ниже:

    Пара резисторов и BC547 BJT — это все, что может потребуются для включения желаемой защиты от короткого замыкания в модифицированную схему повышения тока для LM317 IC.

    Теперь вычисление Ry становится чрезвычайно простым и может быть вычислено по следующей формуле:

    Ry = 0.7 / ограничение тока.

    Здесь 0,7 — это напряжение срабатывания BC547, а «предел тока» — это максимальный допустимый ток, который может быть указан для безопасной работы МОП-транзистора, допустим, этот предел установлен равным 10 ампер, тогда Ry можно рассчитать как :

    Ry = 0,7 / 10 = 0,07 Ом.

    Вт = 0,7 x 10 = 7 Вт.

    Итак, теперь, когда ток имеет тенденцию пересекать вышеуказанный предел, BC547 проводит, заземляя контакт ADJ IC и отключая Vout для LM317

    Использование BJT для повышения тока

    Если вы не слишком увлечены используя mosfet, в этом случае вы, вероятно, могли бы применить BJT для требуемого повышения тока, как показано на следующей диаграмме:

    Предоставлено: Texas Instruments

    Регулируемое напряжение / ток LM317 Сильноточный регулятор

    Следующая схема показывает сильно регулируемый LM317 на основе сильноточный источник питания, который обеспечит выходной ток более 5 ампер и переменное напряжение от 1.От 2 В до 30 В.

    На рисунке выше мы можем видеть, что регулирование напряжения реализовано в стандартной конфигурации LM317 через потенциометр R6, который соединен с выводом ADJ на LM317.

    Тем не менее, конфигурация операционного усилителя специально включена, чтобы иметь полезную полномасштабную регулировку высокого тока в диапазоне от минимального до максимального 5 ампер.

    Сильноточный усилитель на 5 ампер, доступный в этой конструкции, может быть дополнительно увеличен до 10 ампер путем соответствующей модернизации внешнего транзистора MJ4502 PNP.

    Инвертирующий входной контакт № 2 операционного усилителя используется в качестве опорного входа, который устанавливается потенциометром R2. Другой неинвертирующий вход используется как датчик тока. Напряжение, возникающее на R6 через резистор ограничителя тока R3, сравнивается с опорным сигналом R2, который позволяет выходу операционного усилителя стать низким, как только будет превышен максимальный установленный ток.

    Низкий уровень на выходе операционного усилителя заземляет вывод ADJ LM317, отключая его, а также выходной источник питания, который, в свою очередь, быстро снижает выходной ток и восстанавливает работу LM317.Непрерывный режим ВКЛ / ВЫКЛ гарантирует, что ток никогда не может превысить установленный порог, регулируемый R2.

    Максимальный уровень тока также можно изменить, настроив значение резистора ограничения тока R3.

    Другая сильноточная схема LM317 со схемой регулируемого тока

    Следующая конструкция также изображает устройство LM317, сконфигурированное с внешним внешним транзистором для достижения улучшенного сильноточного выхода.

    Однако эта схема включает улучшенную функцию контроля тока, которая полностью настраивается с помощью предустановки.

    Идея на самом деле проста. Резистор R2 установлен как резистор датчика тока.

    Когда выходной ток превышает желаемый максимальный предел, на резисторе R2 создается пропорционально увеличенный потенциал.

    Этот ток подается на базу T2, в зависимости от настройки предустановки P1.

    Когда это происходит, T2 проводит и подает необходимое базовое смещение на подключенный транзистор BC547.

    BC547 теперь начинает проводить ток, тем самым заземляя контакт ADJ LM317.

    Это вызывает отключение LM317 и предотвращает дальнейшее превышение выходного тока.

    Линейный и импульсный стабилизатор напряжения, основная часть 1

    % PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdf Основная часть 1 линейного и импульсного регулятора напряжения

  5. Замечания по применению
  6. Texas Instruments, Incorporated [SNVA558,0]
  7. iText 2.1.7 by 1T3XTSNVA5582011-12-07T21: 56: 09.000Z2011-12-07T21: 56: 09.000Z конечный поток эндобдж 2 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Font >>> / MediaBox [0 0 540 720] / Contents [7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R] / Type / Страница / Родитель 11 0 R >> эндобдж 3 0 obj> поток

    LM317T Регулятор переменного напряжения


    LM317T — регулируемый трехконтактный стабилизатор положительного напряжения. способен поставить более 1.5 ампер в диапазоне выходной мощности От 1,25 до 37 вольт. Устройство также имеет встроенное ограничение тока и тепловое отключение, что делает его устойчивым к взрыву.

    Выходное напряжение устанавливается двумя резисторами R1 и R2, подключенными, как показано ниже. Напряжение на R1 составляет постоянное 1,25 В, а клемма регулировки ток меньше 100uA. Выходное напряжение может быть близко приблизительно от Vout = 1,25 * (1+ (R2 / R1)), который игнорирует клемму настройки ток, но будет близок, если ток через R1 и R2 во много раз больше.Требуется минимальная нагрузка около 10 мА, поэтому значение R1 может должно быть выбрано падение 1,25 В при 10 мА или 120 Ом. Что-то меньшее, чем 120 Ом можно использовать для обеспечения минимального тока более 10 мА. В приведенном ниже примере показан LM317, используемый в качестве регулятора на 13,6 В. 988 Резистор для R2 можно получить стандартным 910 и 75 Ом последовательно.

    При отключении питания регулятора выходное напряжение должно упасть. быстрее, чем ввод.В случае, если это не так, диод может быть подключен через клеммы входа / выхода для защиты регулятора от возможного обратного напряжения. Танталовый конденсатор емкостью 1 мкФ или электролитический конденсатор емкостью 25 мкФ на выходе. улучшает переходную характеристику, а небольшой танталовый конденсатор емкостью 0,1 мкФ рекомендуется на входе, если регулятор расположен на значительном расстояние от фильтра блока питания. Силовой трансформатор должен быть достаточно большой, чтобы входное напряжение регулятора оставалось 3 вольта выше выхода при полной нагрузке, или 16.6 вольт для выхода 13,6 вольт.

    LM317 Лист данных

    Меню

    LM317T Регулятор напряжения с проходным транзистором


    Выходной ток LM317T можно увеличить, используя дополнительную мощность. транзистор, чтобы разделить часть общего тока. Количество тока разделение устанавливается резистором, включенным последовательно с входом 317. и резистор, включенный последовательно с эмиттером проходного транзистора.На рисунке ниже проходной транзистор начнет проводить ток, когда Ток LM317 достигает примерно 1 А из-за падения напряжения на 0,7 резистор ом. Ограничение тока происходит примерно на 2 ампера для LM317, который упадет примерно на 1,4 В на резисторе 0,7 Ом и создаст 700 падение милливольт на эмиттерном резисторе 0,3 Ом. Таким образом, полный ток ограничено примерно 2+ (0,7 / 0,3) = 4,3 ампер. Входное напряжение должно быть быть примерно на 5,5 вольт больше, чем выходное напряжение при полной нагрузке и тепловыделении при полной нагрузке будет около 23 Вт, поэтому достаточно большой радиатор может быть нужен как для регулятора, так и для проходного транзистора.Размер конденсатора фильтра можно аппроксимировать из C = IT / E, где I — ток, T — полупериод. время (8,33 мс при 60 Гц), а E — падение напряжения, которое произойдет в течение одного полупериода. Чтобы напряжение пульсации не превышало 1 В при 4,3 ампер, необходим фильтрующий конденсатор емкостью 36 000 мкФ или больше. Сила трансформатор должен быть достаточно большим, чтобы максимальное входное напряжение регулятор остается на 5,5 вольт выше выходного при полной нагрузке или на 17,5 вольт для выхода 12 В.Это допускает падение напряжения на регуляторе на 3 В, плюс падение 1,5 В на последовательном резисторе (0,7 Ом) и 1 В пульсации, создаваемой конденсатором фильтра. Конденсатор фильтра большего размера будет снизить требования к вводу, но ненамного.
    Меню

    Сильноточные регулируемые источники питания

    В регуляторе высокого тока ниже используется дополнительная обмотка или отдельный трансформатор для питания регулятора LM317, чтобы проходные транзисторы могут работать ближе к насыщению и повышать эффективность.Для хорошего КПД напряжение на коллекторах два параллельных 2N3055 проход транзисторов должен быть близок к выходному напряжению. LM317 требует пара дополнительных вольт на входе, плюс падение эмиттера / базы 3055, плюс все потери на уравнительных резисторах (0,1 Ом) (1 вольт при 10 ампер), поэтому отдельная цепь трансформатора и выпрямителя / фильтра напряжение на несколько вольт выше, чем выходное напряжение. LM317 будет обеспечить ток более 1 А для управления базами проходных транзисторов и предполагая усиление 10, комбинация должна выдавать 15 ампер или более.В LM317 всегда работает при разнице напряжений 1,2 между выходными клеммы и клеммы настройки и требует минимальной нагрузки 10 мА, поэтому был выбран резистор 75 Ом, который потребляет ток (1,2 / 75 = 16 мА). Это то же самое ток протекает через резистор эмиттера 2N3904, который производит падение примерно на 1 вольт на резисторе 62 Ом и 1,7 вольта на базе. Выходное напряжение устанавливается делителем напряжения (1K / 560) так, чтобы 1,7 вольт подается на базу 3904, когда выход составляет 5 вольт.На 13 вольт При работе резистор 1 кОм можно отрегулировать примерно до 3,6 кОм. Регулятор не имеет защиты выхода от короткого замыкания, поэтому выход, вероятно, следует использовать предохранителем.
    Меню

    Простой регулируемый источник напряжения


    Простой, но менее эффективный метод управления напряжением постоянного тока. заключается в использовании конфигурации делителя напряжения и транзисторного эмиттерного повторителя. На рисунке ниже показано использование потенциометра 1K для установки базового напряжения NPN-транзистор средней мощности.Коллектор NPN питает базу силовой транзистор PNP большего размера, который подает большую часть тока на нагрузку. Выходное напряжение будет примерно на 0,7 В ниже напряжения стеклоочистителя. потенциометра 1K, поэтому выход можно регулировать от 0 до полного напряжение минус 0,7 вольта. Использование двух транзисторов обеспечивает коэффициент усиления по току около 1000 или более, так что потребляется только пара миллиампер тока от делителя напряжения для подачи на выход пары ампер тока.Обратите внимание, что эта схема намного менее эффективна, чем диммер с таймером 555. схема, использующая подход переключения с переменным рабочим циклом. На рисунке ниже лампа на 25 Вт / 12 В потребляет около 2 А при 12 В и 1 А при 3 вольт, чтобы мощность, потерянная при тусклом свете лампы, была примерно (12-3 вольт * 1 ампер) = 9 ватт. Для предотвратить перегрев силового транзистора PNP. Мощность, потребляемая лампа будет только (3 вольта * 1 ампер) = 3 ватта что дает нам коэффициент полезного действия только 25%, когда лампа затемнена.Преимущество схемы — это простота, а также то, что она не генерирует RF помехи, как это делает импульсный регулятор. Схема может быть использована как регулятор напряжения, если входное напряжение остается постоянным, но не будет компенсировать изменения на входе, как это делает LM317.
    Меню

    Индикатор использования телефона

    Меню

    Используемый релейный контроллер телефона

    Меню

    Мультивибратор нестабильный

    Меню

    Увеличение выходного тока сверхнизкого шума, сверхвысокого PSRR LT3042 Линейный стабилизатор на 200 мА

    LT0342 — 200 мА, 1.Вход от 8 В до 20 В, линейный стабилизатор, предназначенный для малошумящих радиочастотных и беспроводных цепей. Он имеет лучший в отрасли выходной шум 0,8 мкВ RMS (от 10 Гц до 100 кГц) и впечатляющий PSRR 79 дБ на частоте 1 МГц. Несколько клиентов попросили способы увеличить ток выше 200 мА при сохранении низкого уровня шума и высокого PSRR. В этой статье рассматриваются три способа увеличения выходного тока и приводятся практические данные, которые помогут вам решить, какой метод лучше всего подходит для условий вашей схемы. Три способа:

    1. Использование внешнего транзистора PNP
    2. Использование внешнего NPN-транзистора
    3. Использование нескольких LT3042 параллельно

    В качестве силовых транзисторов PNP и NPN выбраны ON Semiconductor D45Vh20 и D44Vh20 соответственно.

    Несколько факторов определяют PSRR линейного регулятора. К ним относятся коэффициент усиления разомкнутого контура внутреннего контура управления, ширина полосы усилителя ошибки, частота единичного усиления, выходной ток, эффективное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора и температурные эффекты. Поскольку LT3042 уже включает в себя транзистор с внутренним проходом и заранее заданный контур регулирования, некоторые из этих параметров уже зафиксированы. Что мы можем сделать, так это настроить схемы PNP и NPN для оптимизации производительности схемы.

    Сначала изучите зависимость спектральной плотности шума от частоты LT3042. Обратите внимание, как увеличение конденсатора C SET (конденсатор на опорном напряжении) улучшает плотность шума на более низких частотах, а увеличение выходного конденсатора (C OUT ) улучшает плотность шума в диапазоне частот от 300 кГц до 2 МГц.

    LT3042 поддерживает отличный PSRR по мере приближения к своему падению напряжения. График ниже показывает PSRR как функцию дифференциального напряжения на входе / выходе.Типичное падение напряжения составляет 350 мВ при полной нагрузке 200 мА. Выше дифференциала входа / выхода 1 В PSRR превышает 70 дБ для частот от 100 кГц до 2 МГц.

    Для схемы PNP мы можем настроить импеданс цепи между эмиттером и базой, а также отрегулировать выходной конденсатор. Резистор 10 Ом между базой транзистора Д45Вх20Г и эмиттером ограничивает ток от базы к выводу IN LT3042. Чем выше значение этого резистора, тем быстрее переходный процесс и выше получается PSRR.Однако чем выше этот резистор, тем более нестабильной становится система. Поэтому мы добавляем последовательно конденсатор 22 мкФ с сопротивлением 0,2 Ом для стабильности. Эти значения были получены опытным путем. Чем выше емкость конденсатора, тем выше полученный PSRR. Наилучшие характеристики также достигаются при использовании выходного конденсатора с низким эффективным последовательным сопротивлением (ESR) и низкой эффективной последовательной индуктивностью (ESL). Был выбран конденсатор емкостью 10 мкФ.

    LT3042 с внешним PNP для увеличения I OUT

    Результаты тестирования показаны ниже.Первый график представляет собой график зависимости спектральной плотности шума схемы от частоты при 1 А в сравнении с графиком спектральной плотности шума LT3042 при 0,2 А. Обратите внимание, что внешняя схема PNP дает аналогичные характеристики примерно на частоте 1 МГц. На частоте 1 МГц два графика расходятся, причем схема PNP показывает резкое падение плотности шума, за которым следует заметное увеличение на более высоких частотах.

    График ниже слева показывает изменение PSRR в зависимости от частоты при реализации решения с внешним PNP с дифференциалом входа / выхода 2 В.Обратите внимание, что PSRR по-прежнему очень хорош (PSRR 70 дБ означает, что любой коммутационный шум ослабляется примерно на 3000), но снижение производительности PSRR на 10 дБ (по сравнению с LT3042 без PNP) означает, что LT3042 без PNP в 3 раза лучше. Обратите внимание на то, как PSRR улучшается при уменьшении тока нагрузки. График справа показывает, как PSRR изменяется при увеличении разности входного / выходного напряжения. Перечисление результатов в порядке наивысшего PSRR дает 100 кГц, 2 МГц, 500 кГц, а затем 1 МГц.

    PSRR, V IN -V OUT = 2V

    PSRR, I OUT = 1.5A

    Теперь давайте перейдем к анализу с использованием транзистора NPN для увеличения выходного тока, как показано на схеме ниже. При нормальной работе (без внешнего транзистора) вывод OUT подключается непосредственно к OUTS (вывод измерения выходного напряжения). Тем не менее, для повышения стабильности схемы, цепь импеданса между выводами OUT и OUTS настраивается. Резистор 10 кОм ограничивает ток, протекающий от базы, непосредственно к OUTS. Конденсатор 10 мкФ стабилизирует систему.

    LT3042 с внешним NPN для увеличения I OUT

    На приведенном ниже графике показана разница в плотности шума между схемой LT3042 200 мА и решением LT3042 плюс 1 А с NPN.Решение NPN имеет немного более высокую плотность шума примерно до 100 кГц, но затем его плотность шума значительно падает. В районе 3 МГц график показывает крест.

    График ниже и слева показывает изменение PSRR в зависимости от частоты для цепи NPN при тех же условиях, что и для цепи PNP. Сравнение этих результатов показывает аналогичную тенденцию тока нагрузки, а именно: PSRR увеличивается с увеличением тока нагрузки. При одинаковом выходном токе для обеих схем (например, 1 А) схема NPN начинается с гораздо более низкого значения PSRR (60 дБ) и довольно стабильно возрастает почти до 80 дБ с увеличением частоты; данные схемы PNP имеют искривленную форму — они начинаются с высокого PSRR (80 дБ), падают примерно до 60 дБ и затем снова повышаются на более высоких частотах примерно до 70 дБ.

    PSRR, V IN -V OUT = 2V

    PSRR, I ВЫХ = 1.0A

    Теперь посмотрите на дифференциальный график PSRR и V IN -to-V OUT справа. Несмотря на то, что выходной ток немного ниже, чем у аналогичной схемы PNP, описанной выше (1 А против 1,5 А), можно сделать некоторые общие наблюдения. Во-первых, PSRR ухудшается по мере того, как MOSFET приближается к отключению. Кроме того, PSRR улучшается как минимум на 20 дБ с дифференциалом V IN относительно V OUT более 3.5В. Для схемы NPN ранжирование частот от самой высокой до самой низкой с лучшим показателем PSRR, указанным первым, составляет: 2 МГц, 1 МГц, 100 кГц и 500 кГц. Обратите внимание, как это отличается от схемы PNP, которая имеет порядок ранжирования частот 100 кГц, 2 МГц, 500 кГц, а затем 1 МГц.

    Затем наблюдайте переходную характеристику для цепей PNP и NPN. При шаге нагрузки 1 А схема NPN демонстрирует гораздо большее время установления, но имеет более низкое пиковое напряжение примерно на 25%. Целью выделения вышеупомянутых различий является не подробное объяснение причин, а демонстрация того, как различные компоненты и состояния схемы могут повлиять на работу схемы.Без надлежащего понимания и оценки эти различия могут привести к проблемам с производительностью, стабильностью и надежностью.

    Переходный процесс NPN

    Переходный процесс PNP

    Другой способ увеличения выходного тока — параллельное соединение выходов нескольких LT3042. LT3042 имеет прецизионный источник эталонного тока на кристалле, что упрощает параллельное включение выходов и распределение тока. На каждом выходе требуется небольшой балластный резистор, чтобы выходы не боролись друг с другом.На рисунке ниже показаны четыре LT3042 с параллельными выходами для получения решения 0,8 А.

    Ключевым преимуществом параллельных устройств является снижение спектральной плотности выходного шума. Чтобы лучше понять, почему это происходит, обратитесь к блогу «Распараллеливание усилителей улучшает характеристики SNR». Хотя в этом блоге обсуждается шум усилителя, ту же концепцию можно применить к выходному шуму линейного регулятора. На приведенном ниже графике показаны результаты для LT3042, LT3042 плюс внешний PNP-транзистор, LT3042 плюс внешний NPN-транзистор и параллельная схема LT3042.Как и ожидалось, наилучшая производительность у параллельного решения.

    Еще одно преимущество параллельных устройств в том, что PSRR не уменьшается; он остается относительно постоянным, как показывает следующий график, в отличие от схем NPN и PNP. Данные цепи NPN имеют светло-коричневый цвет, данные PNP — синий, данные LT3042 — красный цвет, а данные параллельной цепи LT3042 — зеленый. Красная и зеленая линии очень похожи; параллельная цепь поддерживает высокий PSRR по частоте.

    Наконец, параллельная схема LT3042 имеет лучший переходный отклик, как и следовало ожидать.Дополнительная схема схем NPN и PNP усложняет контур управления и замедляет переходную характеристику. При параллельном подключении четырех модулей LT3042 (800 мА) переходная характеристика имеет меньшие выбросы и недопустимые значения и устанавливается примерно в 20 раз быстрее, чем схема 1A PNP, и в 100 раз быстрее, чем решение 1A NPN.

    Итак, есть несколько способов увеличить выходной ток сверхнизкого шума, сверхвысокого PSRR LT3042. Судя по приведенным выше данным, параллельное решение дает лучший PSRR, лучшую спектральную плотность шума и лучшую переходную характеристику.Если какая-либо из этих спецификаций является критически важной, рекомендуется это решение. Это решение также обеспечивает ограничение тока и защиту от теплового отключения. Однако компромисс — это стоимость решения.

    Решение PNP более экономично и имеет лучший PSRR, когда требуется выходной ток более 1А. Он имеет падение напряжения 1,5 В (приблизительное) и не обеспечивает защиты от теплового отключения.

    Решение NPN также является экономичным и имеет лучший PSRR, когда выходной ток меньше 1А.Он также имеет падение напряжения 1,5 В (приблизительное) и не обеспечивает защиты от теплового отключения.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.