Транзисторные стабилизаторы напряжения: Russian HamRadio — Транзисторные стабилизаторы напряжения с защитой от перегрузки.

Содержание

Russian HamRadio - Транзисторные стабилизаторы напряжения с защитой от перегрузки.

О стабилизаторах напряжения непрерывного действия написано, кажется, все. Тем не менее

, разработка надежного и не слишком сложного (не более трех-четырех транзисторов) стабилизатора, особенно с повышенным током нагрузки, — достаточно серьезная задача, потому что на одно из первых мест выдвигается требование надежной защиты регулирующих транзисторов от перегрузки. При этом желательно, чтобы после устранения причины перегрузки нормальная работа стабилизатора восстановилась автоматически. Стремление выполнить эти требования зачастую приводит к значительному усложнению схемы стабилизатора и заметному уменьшению его КПД. В предлагаемой статье пытаемся найти оптимальное решение.

Прежде чем искать оптимальное решение, проанализируем нагрузочные характеристики Uых

= f( Iвых ) стабилизаторов напряжения, выполненных по наиболее распространенным схемам. У стабилизатора, описанного в [1], при перегрузке выходное напряжение Uвых быстро снижается до нуля. Однако ток при этом не уменьшается и может быть достаточным, чтобы повредить нагрузку, да и мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором, иногда превышает допустимую. В [2] подобный стабилизатор дополнен триггерной защитой. При перегрузке уменьшается не только выходное напряжение, но и ток. Однако защита недостаточно эффективна, так как срабатывает лишь после падения выходного напряжении ниже 1В и при некоторых условиях не устраняет тепловой перегрузки регулирующего транзистора. Чтобы возвратить подобный стабилизатор в рабочий режим, необходимо практически полностью отключить нагрузку, а это не всегда приемлемо, особенно для стабилизатора, служащего составной частью более сложного устройства.

Защита стабилизатора, схема которого изображена на рис. 1, срабатывает уже при небольшом уменьшении выходного напряжения, вызванном перегрузкой.

Рис.1.

Номиналы элементов схемы даны для выходного напряжения 12В в двух вариантах: без скобок, если VD1 — Д814Б, и в скобках, если он — КС139Е.

Краткое описание работы подобного стабилизатора имеется в [3]. Его хорошие параметры объясняются тем, что все необходимые сигналы сформированы из стабилизированного выходного напряжения, а оба транзистора (регулирующий VT1 и управляющий VT2) работают в режиме усиления напряжения.

Рис.2.

Экспериментально снятые нагрузочные характеристики этого стабилизатора приведены на рис. 2 (кривые 3 и 4).

При отклонении выходного напряжения от номинала его приращение через стабилитрон VD1 передается на эмиттер транзистора VT2 почти полностью.

Если не учитывать дифференциальное сопротивление стабилитрона,

∆ Uэ » ∆Uвых. Это — сигнал отрицательной ОС. Но в устройстве имеется и положительная.

Ее создает часть приращения выходного напряжения, поступающая на базу транзистора через делитель напряжения R2R3:Суммарная обратная связь в режиме стабилизации — отрицательная, сигналом ошибки служит величина, которая по абсолютной величине тем больше, чем меньше R3 по сравнению с R2. Уменьшение этого отношения благоприятно сказывается на коэффициенте стабилизации и выходном сопротивлении стабилизатора. Учитывая, что стабилитрон VD1 следует выбирать на максимально возможное, но меньшее выходного напряжение стабилизации.

Если заменить резистор R3 двумя включенными в прямом направлении и соединенными последовательно диодами (как предложено, например, в [4]), параметры стабилизатора улучшатся, так как место R3 в выражениях для

∆Uб и ∆Uбэ займет малое дифференциальное сопротивление открытых диодов. Однако подобная замена приводит к некоторым проблемам при переходе стабилизатора в защитный режим. На них остановимся ниже, а пока резистор R3 оставим на прежнем месте.

В режиме стабилизации падение напряжения на резисторе R1 остается практически неизменным. Ток, протекающий через этот резистор, — сумма тока стабилитрона VD1 и тока эмиттера транзистора VT2, практически равного току базы транзистора VT1.

С уменьшением сопротивления нагрузки последняя составляющая тока, текущего через R1, растет, а первая (ток стабилитрона) - уменьшается вплоть до нулевого значения, после чего приращение выходного напряжения больше не передается на эмиттер транзистора VT2 через стабилитрон.

В результате цепь отрицательной ОС оказывается разорванной, а продолжающая действовать положительная ОС приводит к лавинообразному закрыванию обоих транзисторов и отсечке тока нагрузки. Ток нагрузки, при превышении которого срабатывает защита, можно оценить по формуле

:

где h31э — коэффициент передачи тока транзистором VT1. К сожалению, h3i3 имеет большой разброс от экземпляра к экземпляру транзистора, зависит от тока и температуры.

Поэтому резистор R1 зачастую приходится подбирать при налаживании. В стабилизаторе, рассчитанном на большой ток нагрузки, сопротивление резистора R1 невелико. В результате ток через стабилитрон VD1 при снижении тока нагрузки возрастает настолько, что приходится применять стабилитрон повышенной мощности.

Наличие в нагрузочных характеристиках (см. кривые 3 и 4 на рис. 2) сравнительно протяженных переходных участков между рабочим и защитным режимами (заметим, эти участки - самые тяжелые с точки зрения теплового режима транзистора VT1) объясняется в основном тем, что развитию процесса переключения препятствует местная отрицательная ОС через резистор R1. Чем меньше напряжение стабилизации стабилитрона VD1, тем больше при прочих равных условиях номинал резистора R1 и тем более "затянут" переход из рабочего в защитный режим стабилизатора.

Этот, как и ранее сделанный, вывод о целесообразности применения стабилитрона VD1 с возможно большим напряжением стабилизации подтверждается экспериментально. Выходное напряжение стабилизатора по схеме, показанной на рис. 1, со стабилитроном Д814Б (UCT= 9 В), по сравнению с аналогичным стабилитроном КС139Е (UCT = 3,9 В), значительно меньше зависит от нагрузки и он более "круто" переходит в защитный режим при перегрузке.

Рис.3.

Уменьшить и даже полностью устранить переходный участок нагрузочной характеристики стабилизатора удается, добавив в него дополнительный транзистор VT3, как показано на рис. 3.

В рабочем режиме этот транзистор находится в насыщении и практически не оказывает влияния на работу стабилизатора, лишь незначительно ухудшая температурную стабильность выходного напряжения.

Когда в результате перегрузки ток стабилитрона VD1 стремится к нулю, транзистор VT3 переходит в активное состояние, а затем закрывается, создавая условия для быстрого включения защиты. Плавный переходный участок нагрузочной характеристики в этом случае отсутствует (см. кривую 1 на рис. 2).

Диоды VD2 и VD3 в рабочем режиме стабилизируют напряжение на базе транзистора VT2, что способствует улучшению основных параметров стабилизатора. Однако без дополнительного транзистора VT3 это негативно сказывается на защите, так как ослабляет положительную составляющую ОС. Переключение в защитный режим в этом случае очень затянуто и происходит только после снижения напряжения на нагрузке до величины, близкой к поддерживаемой диодами VD2 и VD3 на базе транзистора VT2 (см. кривую 2 на рис. 2).

Рассмотренные стабилизаторы обладают существенным для многих применений недостатком: остаются в защитном состоянии после устранения причины перегрузки, а нередко и при подаче напряжения питания с подключенной нагрузкой не переходят в рабочий режим. Известны различные способы их запуска, например, с помощью дополнительного резистора, установленного параллельно участку коллектор—эмиттер транзистора VT1, или (как предложено в [4]) "подпиткой" базы транзистора VT2. Проблема решается за счет компромисса между надежностью запуска под нагрузкой и величиной тока короткого замыкания, что не всегда приемлемо. Варианты узлов запуска, рассмотренные в [5] и [6], более эффективны, однако усложняют стабилизатор в целом.

Малораспространенный, но интересный способ вывода стабилизатора из защитного режима предложен в [7]. Он заключается в том, что специально предусмотренный генератор импульсов периодически принудительно открывает регулирующий транзистор, переводя стабилизатор на некоторое время в рабочий режим. Если причина перегрузки устранена, по окончании очередного импульса защита не сработает вновь и стабилизатор продолжит нормальную работу. Средняя мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе при перегрузке, возрастает незначительно.

Рис.4.

На рис. 4 приведена схема одного из возможных вариантов стабилизатора, работающего по такому принципу. Он отличается от описанного в [7] отсутствием отдельного узла — генератора импульсов.

При перегрузке стабилизатор переходит в колебательный режим за счет положительной ОС, замыкающейся через конденсатор С1. Резистор R3 ограничивает ток зарядки конденсатора, a R4 служит нагрузкой генератора при замыкании внешней нагрузки.

В отсутствие перегрузки после подачи напряжения питания стабилизатор запускается благодаря резистору R2. Так как конденсатор С1 зашунтирован соединенными последовательно открытым диодом VD2 и резисторами R3—R5, условия самовозбуждения не выполняются и устройство работает аналогично рассмотренному ранее (см. рис. 1). Во время перехода стабилизатора в защитный режим конденсатор С1 действует как форсирующий, ускоряя развитие процесса.

Рис.5.

Эквивалентная схема стабилизатора в защитном режиме показана на рис. 5. При сопротивлении нагрузки RH, равном нулю, плюсовой вывод конденсатора С1 соединен через резистор R4 с общим проводом (минусом источника входного напряжения).

Напряжение, до которого конденсатор зарядился еще в режиме стабилизации, приложено к базе транзистора VT2 в отрицательной полярности и поддерживает транзистор закрытым.

Конденсатор разряжается током i1, текущим через резисторы R3—R5 и открытый диод VD2. Когда напряжение на базе VT1 превысит - 0,7В, диод VD2 закроется, но перезарядка конденсатора продолжится током i2, протекающим через резистор R2.

По достижении небольшого положительного напряжения на базе транзистора VT2 последний, а вместе с ним и VT1 начнут открываться. За счет положительной ОС через конденсатор С1 оба транзистора откроются полностью и некоторое время останутся в таком состоянии, пока конденсатор не зарядится током i3 почти до напряжения Uвх, после чего транзисторы закроются и цикл повторится.

При указанных на схеме рис. 5 номиналах элементов длительность генерируемых импульсов — единицы миллисекунд, период повторения — 100...200 мс. Амплитуда импульсов выходного тока в защитном режиме приблизительно равна току срабатывания защиты. Среднее значение тока короткого замыкания, измеренное стрелочным миллиамперметром, — примерно 30 мА.

С увеличением сопротивления нагрузки RH наступает момент, когда при открытых транзисторах VT1 и VT2 отрицательная ОС "перевешивает" положительную и генератор вновь превращается в стабилизатор напряжения. Величина RH, при которой происходит смена режимов, зависит в основном от сопротивления резистора R3. При слишком малых его значениях (менее 5 Ом) в нагрузочной характеристике появляется гистерезис, причем при нулевом сопротивлении R3 стабилизация напряжения восстанавливается лишь при сопротивлении нагрузки более 200 Ом. Излишнее увеличение сопротивления резистора R3 приводит к тому, что в нагрузочной характеристике проявляется переходный участок.

Амплитуда импульсов отрицательной полярности на базе транзистора VT2 достигает 10В, что может привести к электрическому пробою участка база—эмиттер этого транзистора. Однако пробой обратим, а ток его ограничен резисторами R1 и R3. Работы генератора он не нарушает. При выборе транзистора VT2 необходимо также учитывать, что напряжение, приложенное к его участку коллектор—база, достигает суммы входного и выходного напряжений стабилизатора.

В действующей аппаратуре выход стабилизатора напряжения обычно зашунтирован конденсатором (С2, показан на рис. 4 штриховой линией). Его емкость не должна превышать 200 мкФ. Ограничение связано с тем, что при перегрузке, не сопровождающейся полным замыканием выхода, этот конденсатор входит в цепь положительной ОС генератора. Практически это выражается в том, что генератор "заводится" только при значительной перегрузке, а в нагрузочной характеристике появляется гистерезис.

Сопротивление резистора R4 должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем во время импульса было достаточным для открывания транзистора VT2 (» 1 В) и обеспечивало выполнение условий автогенерации при нулевом сопротивлении нагрузки. К сожалению, в режиме стабилизации этот резистор лишь уменьшает КПД устройства.

Для четкой работы защиты необходимо, чтобы при любом допустимом токе нагрузки минимальное (с учетом пульсаций) входное напряжение стабилизатора оставалось достаточным для его нормального функционирования. При проверке всех рассмотренных выше стабилизаторов с номинальным выходным напряжением 12В источником питания служил мостовой диодный выпрямитель на 14В с конденсатором емкостью 10000 мкФ на выходе. Напряжение пульсаций на выходе выпрямителя, измеренное милливольтметром ВЗ-38, не превышало 0,6 В.

При необходимости импульсный характер защиты можно использовать для индикации состояния стабилизатора, в том числе звуковой. В последнем случае при перегрузке будут слышны щелчки с частотой повторения импульсов.

Рис.6.

На рис. 6 показана схема более сложного стабилизатора с импульсной защитой, в значительной мере лишенного недостатков рассмотренного в первой части статьи (см. рис. 4).

Его выходное напряжение — 12В, выходное сопротивление — 0,08 Ом, коэффициент стабилизации — 250, максимальный рабочий ток — ЗА, порог срабатывания защиты — 3,2А, средний ток нагрузки в защитном режиме — 60 мА.

Наличие усилителя на транзисторе VT2 позволяет при необходимости значительно увеличить рабочий ток, заменив транзистор VT1 более мощным составным. Алгоритм работы защиты этого стабилизатора мало отличается от ранее описанного.

В защитном режиме транзисторы VT2 и VT3 образуют генератор импульсов с частотозадающим конденсатором С1. Конденсатор С2 подавляет высокочастотную паразитную генерацию.

Ухудшающий КПД последовательный резистор в выходной цепи стабилизатора (аналогичный R4, см. рис. 4) отсутствует, нагрузкой генератора служит резистор R1. Назначение диодов VD1, VD2 и транзистора VT4 аналогично элементам VD2, VD3 и VT3 в стабилизаторе по схеме, изображенной на рис. 3.

Номинал ограничительного резистора R4 может находиться в пределах от десятков ом до 51 кОм. Выход стабилизатора допускается зашунтировать конденсатором емкостью до 1000 мкФ, что приводит, однако, к возникновению гистерезиса в нагрузочной характеристике: при пороге срабатывания защиты 3,2А измеренное значение тока возврата в режим стабилизации — 1,9 А.

Для четкого переключения режимов необходимо, чтобы с уменьшением сопротивления нагрузки ток через стабилитрон VD3 прекратился раньше, чем войдет в насыщение транзистор VT2.

Поэтому номинал резистора R1 выбирают таким образом, чтобы перед срабатыванием защиты между коллектором и эмиттером этого транзистора оставалось напряжение не менее 2...3 В. В защитном режиме транзистор VT2 входит в насыщение, в результате амплитуда импульсов тока нагрузки может в 1,2... 1,5 раза превышать ток срабатывания защиты. Следует учитывать, что при значительном уменьшении сопротивления R1 ощутимо возрастает рассеиваемая на транзисторе VT2 мощность.

Наличие конденсатора С1 теоретически способно привести к росту пульсации выходного напряжения стабилизатора. Однако на практике этого наблюдать не приходилось.

Выходное стабилизированное напряжение равно сумме падений напряжения на диодах VD1 и VD2, участке база—эмиттер транзистора VT4 и напряжения стабилизации стабилитрона VD3 за вычетом падения напряжения на участке база—эмиттер транзистора VT3 — приблизительно на 1,4В больше напряжения стабилизации стабилитрона. Ток срабатывания защиты вычисляют по формуле

Благодаря дополнительному усилителю на транзисторе VT2 ток, протекающий через резистор R3, сравнительно невелик, даже при значительных расчетных токах нагрузки.

Это, с одной стороны, улучшает КПД стабилизатора, но с другой — заставляет применять в качестве VD3 стабилитрон, способный работать при малых токах. Минимальный ток стабилизации показанного на схеме (см. рис. 6) стабилитрона КС211Ж — 0,5 мА.

Подобный стабилизатор, кроме своего прямого назначения, может служить ограничителем разрядки аккумуляторной батареи. Для этого выходное напряжение устанавливают таким, чтобы при напряжении батареи меньше допустимого сработала защита, предотвращая дальнейшую разрядку. Номинал резистора R6 в этом случае целесообразно увеличить до 10 кОм. В результате ток, потребляемый устройством в рабочем режиме, уменьшится с 12 до 2,5 мА. Следует иметь в виду, что на грани срабатывания защиты этот ток возрастает приблизительно до 60 мА, но с запуском генератора импульсов среднее значение тока разрядки батареи падает до 4...6 мА.

По рассмотренному принципу импульсной защиты можно строить не только стабилизаторы напряжения, но и самовосстанавливающиеся электронные "предохранители", устанавливаемые между источником питания и нагрузкой. В отличие от плавких вставок, такие предохранители можно использовать многократно, не заботясь о восстановлении после устранения причины срабатывания.

Электронный предохранитель должен выдерживать как кратковременное, так и продолжительное, полное или частичное замыкание нагрузки. Последнее нередко возникает при длинных соединительных проводах, сопротивление которых — заметная часть полезной нагрузки. Этот случай наиболее тяжел для коммутационного элемента предохранителя.

Рис.7.

На рис. 7 приведена схема простого самовосстанавливающегося электронного предохранителя с импульсной защитой. Принцип его работы близок к описанному выше стабилизатору напряжения (см. рис. 4), но до срабатывания защиты транзисторы VT1 и VT2 находятся в состоянии насыщения и выходное напряжение практически равно входному. Если ток нагрузки превысил допустимое значение, транзистор VT1 выходит из насыщения и выходное напряжение начинает уменьшаться.

Его приращение через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT2, закрывая последний, а вместе с ним и VT1. Выходное напряжение уменьшается еще больше, и в результате лавинообразного процесса транзисторы VT1 и VT2 оказываются закрытыми полностью. Через некоторое время, зависящее от постоянной времени цепи R1C1, они откроются вновь, однако, если перегрузка сохранилась, опять закроются. Этот цикл повторяется до устранения перегрузки.

Частота генерируемых импульсов — приблизительно 20 Гц при нагрузке, незначительно превышающей допустимую, и 200 Гц при ее полном замыкании. Скважность импульсов в последнем случае — более 100. При увеличении сопротивления нагрузки до допустимого значения транзистор VT1 войдет в насыщение и генерация импульсов прекратится. Ток срабатывания "предохранителя" можно ориентировочно определить по формуле

Коэффициент 0,25, подобранный экспериментально, учитывает, что в момент перехода транзистора VT1 из насыщения в активный режим его коэффициент передачи тока значительно меньше номинального.

Измеренный ток срабатывания защиты при входном напряжении 12В — 0,35А, амплитуда импульсов тока нагрузки при ее замыкании — 1,3 А.

Гистерезис (разность токов срабатывания защиты и восстановления рабочего режима) не обнаружен. К выходу "предохранителя" при необходимости можно подключить блокировочные конденсаторы суммарной емкостью не более 200 мкФ, что увеличит ток срабатывания приблизительно до 0,5 А.

При необходимости ограничить амплитуду импульсов тока нагрузки в эмиттерную цепь транзистора VT2 следует включить резистор в несколько десятков ом и немного увеличить номинал резистора R3.

При неполном замыкании нагрузки возможен электрический пробой участка база—эмиттер транзистора VT2. На работу генератора это влияет незначительно, да и для транзистора опасности не представляет, так как заряд, накопленный в конденсаторе С1 перед пробоем, сравнительно невелик.

Рис.8.

Недостатки "предохранителя", собранного по рассмотренной схеме (рис. 7), — низкий КПД из-за включенного последовательно в цепь нагрузки резистора R3 и не зависящего от нагрузки тока базы транзистора VT1.

Последнее характерно и для других подобных устройств [8]. Обе причины, снижающие КПД, устранены в более мощном "предохранителе" с максимальным током нагрузки 5А, схема которого показана на рис. 8.

Его КПД превышает 90 % в более чем десятикратном интервале изменения тока нагрузки. Ток, потребляемый в отсутствие нагрузки, — менее 0,5 мА.

Для уменьшения падения напряжения на "предохранителе" в качестве VT4 применен германиевый транзистор. При токе нагрузки меньше допустимого этот транзистор находится на грани насыщения. Это состояние поддерживает петля отрицательной ОС, которую при открытом и насыщенном транзисторе VT2 образуют транзисторы VT1 и VT3. Падение напряжения на участке коллектор—эмиттер транзистора VT4 не превышает 0,5В при токе нагрузки 1 А и 0,6 В — при 5 А.

При токе нагрузки, меньшем тока срабатывания защиты, транзистор VT3 находится в активном режиме и напряжение между его коллектором и эмиттером достаточно для открывания транзистора VT6, что обеспечивает насыщенное состояние транзистора VT2 и в конечном итоге — проводящее состояние ключа VT4. С увеличением тока нагрузки ток базы VT3 под действием отрицательной ОС увеличивается, а напряжение на его коллекторе уменьшается до закрывания транзистора VT6. В этот момент и срабатывает защита. Ток срабатывания можно оценить по формуле

где Рэкв — общее сопротивление соединенных параллельно резисторов R4, R6 и R8.

Коэффициент 0,5, как и в предыдущем случае, — экспериментальный. При замыкании нагрузки амплитуда импульсов выходного тока приблизительно в два раза больше тока срабатывания защиты.

Благодаря действию положительной ОС, замыкающейся через конденсатор С2, транзистор VT6, а с ним и VT2—VT4 полностью закрываются, VT5 — открывается. Транзисторы остаются в указанных состояниях до окончания зарядки конденсатора С2 током, текущим через участок база—эмиттер транзистора VT5 и резисторы R7, R9, R11, R12. Так как из перечисленных резисторов самый большой номинал у R12, он и определяет период повторения генерируемых импульсов — приблизительно 2,5с.

После окончания зарядки конденсатора С2 транзистор VT5 закроется, VT6 и VT2—VT4 откроются. Конденсатор С2 приблизительно за 0,06 с разрядится через транзистор VT6, диод VD1 и резистор R11. При замкнутой нагрузке коллекторный ток транзистора VT4 в это время достигает 8... 10А. Затем цикл повторится. Однако во время первого же после устранения перегрузки импульса транзистор VT3 не войдет в насыщение и "предохранитель" вернется в рабочий режим.

Интересно, что во время импульса транзистор VT6 не открывается полностью. Этому препятствует образованная транзисторами VT2, VT3, VT6 петля отрицательной ОС. При указанном на схеме (рис. 8) номинале резистора R9 (51 кОм) напряжение на коллекторе транзистора VT6 не опускается ниже 0,3Uвх..

Самая неблагоприятная для "предохранителя" нагрузка — мощная лампа накаливания, у которой сопротивление холодной нити в несколько раз меньше, чем разогретой. Проверка, проведенная с автомобильной лампой 12В 32 + 6 Вт, показала, что 0,06 с для разогрева вполне достаточно и "предохранитель" после ее включения надежно входит в рабочий режим. Но для более инерционных ламп длительность и период повторения импульсов возможно придется увеличить, установив конденсатор С2 большего номинала (но не оксидный).

Скважность генерируемых импульсов в результате такой замены останется прежней. Равной 40 она выбрана не случайно. В этом случае, как при максимальном токе нагрузки (5 А), так и при замыкании выхода "предохранителя", на транзисторе VT4 рассеивается приблизительно одинаковая и безопасная для него мощность.

Транзистор ГТ806А можно заменить другим из этой же серии или мощным германиевым, например, П210слюбым буквенным индексом. Если германиевые транзисторы отсутствуют или необходимо работать при повышенной температуре, можно использовать и кремниевые с

h31э>40, например, КТ818 или КТ8101 с любыми буквенными индексами, увеличив номинал резистора R5 до 10 кОм. После такой замены напряжение, измеренное между коллектором и эмиттером транзистора VT4, не превышало 0,8В при токе нагрузки 5А.

При изготовлении "предохранителя" транзистор VT4 необходимо установить на теплоотвод, например, алюминиевую пластину размерами 80

x 50 x 5 мм. Теплоотвод площадью 1,5...2 см² нужен и транзистору VT3,

Первое включение устройства производите без нагрузки, и прежде всего проверьте напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT4, которое должно быть приблизительно 0,5 В. Затем к выходу через амперметр подключите проволочный переменный резистор сопротивлением 10...20 Ом и мощностью 100 Вт.

Плавно уменьшая его сопротивление, переведите устройство в защитный режим. С помощью осциллографа убедитесь, что переключение режимов происходит без затянутых переходных процессов, а параметры генерируемых импульсов соответствуют указанным выше. Точное значение тока срабатывания защиты можно установить подборкой резисторов R4, R6, R8 (желательно, чтобы их номиналы оставались одинаковыми). При продолжительном замыкании нагрузки температура корпуса транзистора VT4 не должна превышать допустимое для него значение

.

А. Москвин

Литература

:

1. Клюев Ю. Абашев С. Стабилизатор напряжения. — Радио, 1975, № 2, с. 23.

2. Попович В. Усовершенствование стабилизатора напряжения. — Радио, 1977, № 9, с. 56.

3. Поляков В. Теория: понемногу — обо всем. Стабилизаторы напряжения. — Радио, 2000, № 12, с. 45, 46.

4. Каныгин С. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок. — Радио, 1980, № 8, с. 45,46.

5. За рубежом. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки. — Радио, 1984, № 9, с. 56.

6. Козлов В. Стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания и перегрузки потоку. — Радио, 1998, № 5, с. 52—54.

7. Андреев В. Дополнительная защита стабилизатора от перегрева. — Радио, 2000, № 4, с. 44.

8. Бобров О. Электронный предохранитель. — Радио, 2001, № 3, с. 54.

 

Стабилизаторы напряжения на транзисторах: схема на стабилитроне

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

Параметрический стабилизатор

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

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

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

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

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

Компенсационный стабилизатор

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

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

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

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

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

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

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

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

Стабилизаторы на микросхемах

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

Последовательный стабилизатор

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

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

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

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

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

Параллельный стабилизатор

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

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

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

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

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

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

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

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

Микросхема имеет вид:

Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.

Стабилизаторы на транзисторах

На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.

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

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

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

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

Схема включения стабилизаторов напряжения

(3

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

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

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

Конструкция и принцип работы

Стабилизатор обеспечивает постоянство тока при его отклонении

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

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

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

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

Разновидности токовых стабилизаторов

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

Резисторные стабилизаторы

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

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

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

Транзисторные устройства

Схема транзисторного стабилизатора напряжения

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

Второй транзистор должен быть биполярным.

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

Для реализации схемы с заменой стабилитронов на диоды применяются:

  • диоды VD1 и VD2;
  • резистор R1;
  • резистор R2.

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

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

Схема нормализует режим работы элементов, снижает токовые пульсации.

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

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

Стабилизаторы тока на полевике

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

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

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

Линейные устройства

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

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

Феррорезонансное устройство

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

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

Особенности схемы токового зеркала

Классическая схема токового зеркала

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

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

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

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

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

Транзистор № 3 можно не согласовывать с остальными.

Стабилизатор компенсационного напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения

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

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

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

Устройства на микросхемах

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

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

Импульсные стабилизаторы

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

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

Как сделать стабилизатор тока для светодиодов самостоятельно

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

На основе драйверов

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

Сборка осуществляется по следующему алгоритму:

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

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

Стабилизатор для автомобильной подсветки

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

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

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

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

Нюансы расчета стабилизатора тока

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

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

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

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

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

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

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

Схема регулируемого стабилизатора

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

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

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

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

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

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

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

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

   Форум по БП

   Обсудить статью Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

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

Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе

Итак, справа изображена схема простейшего транзисторного стабилизатора напряжения.

Обозначения:

  1. Iк — коллекторный ток транзистора
  2. Iн — ток нагрузки
  3. Iб — ток базы транзистора
  4. IR — ток через балластный резистор
  5. Uвх — входное напряжение
  6. Uвых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
  7. Uст — падение напряжения на стабилитроне
  8. Uбэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

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

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

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

Теперь добавим немного математики.

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

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

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

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

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

Перегруппировав это выражение, получим:

Или, по другому:

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

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

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

Однако стоит заметить, что нестабильность выходного напряжения в данном случае будет ещё хуже, поскольку теперь к нестабильности напряжения на стабилитроне добавится ещё нестабильность падения напряжения на p-n переходе транзистора.

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

Собственно, методы борьбы с нестабильностью здесь совершенно аналогичные — нужно как-то уменьшить нестабильность напряжения на стабилитроне. Для этого можно, как и в прошлый раз, взять более узкий рабочий участок ВАХ стабилитрона.

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

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

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

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

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

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

Простой мощный параллельный стабилизатор на транзисторах

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Литература:

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

Обсуждение схемы на форуме

Список радиоэлементов

Скачать список элементов (PDF)

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

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

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

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

Содержание / Contents

Схема двухполярного источника питания приведена на рис. 1.

Рис.1. Двухполярный источник питания УМЗЧ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Печатная плата 150×70×2 мм — 1 шт.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Спасибо за внимание!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Владимир Мосягин (MVV)

Россия, Великий Новгород

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

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

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

Стабилизатор напряжения (стр. 1 из 3)

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

В промышленной сети напряжение не постоянно в течение суток: в зависимости от потребления энергии промышленными предприятиями, электрическим транспортом и расхода в наших квартирах напряжение в сети то возрастает, то убывает. Следо­вательно, при питании аппаратуры от этой сети будет изменяться напряжение и на обмотках трансформатора, а значит, и на вы­ходах выпрямителя и фильтра. Если колебания напряжения сети составляют ±10%, то в таких же пределах изменяется и величина выпрямленного напряжения. При изменении питающего напря­жения нарушается режим работы электронных приборов (тран­зисторов, электронных ламп), что приводит к ухудшению пара­метров всего устройства. Например, в радиоприемнике при из­менении режима работы транзисторов могут возникнуть сильные искажения звука, хрипы, гудение. Такие же явления наблюдаются в нем при питании от химических источников тока, напряжение которых по мере разрядки уменьшается. Чтобы этого не проис­ходило, напряжение питания электронных устройств часто ста­билизируют. Здесь возможны два способа: стабилизация пере­менного напряжения на входе силового трансформатора или ста­билизация выпрямленного напряжения. В первом случае приме­няют специальные феррорезонансные стабилизаторы. Их недос­татками являются большие габариты и вес. Чаще прибегают к стабилизации выпрямленного напряжения, осуществляемой с по­мощью электронных стабилизаторов.

1. Обзор литературы по теме

Простейшим стабилизатором напряжения является стабилизатор на крем­ниевом стабилитроне. Для нормальной работы такого стабилизатора необходи­мо, чтобы ток IСТ, протекающий через стабилитрон, не был мень­ше, чем IСТ.МИН, и больше, чем IСТ.МАКС. При изме­нении тока, протекающего через стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключенной параллельно ему нагрузке RH напряжение, называемое напряжением стабилизации UСТ стабилитрона, будет оставаться постоянным. Однако для стабилитронов одного и того же типа это напряжение будет неодинаковым. Поэтому в спра­вочниках приводятся обычно минимальная и максимальная гра­ницы значений напряжения или указывается номинальное нап­ряжение стабилизации UCT и его допустимый разброс ΔUCT.

177

— о

R1

/Ь-СТ

Рис. 7.22.

Если напряжение UВХ, поступающее на вход стабилизатора (рис. 1.1, а), в процессе работы может изменяться от некоторого наименьшего значения UBX.МИН до наибольшего UBX.МАКС, то при неизменном напряжении на стабилитроне все изменения вход­ного напряжения должны гаситься на резисторе R1. Поэтому ре­зистор R1 называют гасящим, или балластным. Чтобы при этом изменения тока, протекающего через стабилитрон, не выходили за пределы, ограниченные значениями IСТ.МИН и IСТ.МАКС с, нужно правильно рассчитать сопротивление этого резистора.

Отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора
(ΔUВХ/UВХ) к относительному изменению напря­жения на его выходе (ΔUВыХ/UВыХ) называют коэффициентом стабилизации (КСТ).

Следовательно,

Стабилизатор на кремниевом стабилитроне имеет еще одно свойство. Дело в том, что стабилитрон обладает очень малым соп­ротивлением переменному (пульсирующему) току, называемым дифференциальным сопротивлением — rд.ст. Чем круче характеристика в области пробоя, тем меньше дифферен­циальное сопротивление стабилитрона. Для большинства мало­мощных стабилитронов
rд.ст=5...15 Ом. Вместе с резистором R1 дифференциальное сопротивление стабилитрона образует дели­тель (рис. 1.1,б), между плечами которого распределяются как постоянная составляющая выпрямленного напряжения, так и его пульсации. Если амплитуду пульсаций на входе стабилизатора обозначить через UП.ВХ, а на выходе — через UП.ВХ, то в соответ­ствии с рис. 1.1, б получим

Так как rд.ст«R1, то rд.ст/(R1+ rд.ст)«1 и оказывается, что UП.ВЫХ«UП.ВХ.

Снижение пульсаций в выходном напряжении свидетельству­ет об уменьшении коэффициента пульсаций. Таким образом, простейший стабилизатор помимо стабилизации выходного нап­ряжения осуществляет сглаживание пульсаций в выходном нап­ряжении.

Важным параметром стабилизатора является его выходное сопротивление (RВЫХ), которое определяется как отношение изменения выходного напряжения стабилизатора к изменению тока нагрузки (ΔIH) при неизменном входном напряжении:

Для простейшего стабилизатора RВЫХ= rд.ст.

Рассмотренный стабилизатор напряжения на кремниевом ста­билитроне имеет простое устройство, малое количество деталей и с успехом может применяться тогда, когда ток нагрузки не превышает среднего значения тока, протекающего через стабилитрон и находящегося в пределах между IСТ.МИН и IСТ.МАКС. При использовании стабилитронов типа Д808...Д814 ток нагрузки не должен превышать 20...30 мА. При больших токах нагрузки не­обходимы более мощные стабилитроны. Недостатком простей­шего стабилизатора на кремниевом стабилитроне является потеря части напряжения на ограничительном резисторе R1, что приво­дит к снижению КПД стабилизатора. Кроме того, у этого стаби­лизатора сравнительно небольшой коэффициент стабилизации и значительное выходное сопротивление. Поэтому во всех случаях, когда требуется получить стабилизированное напряжение на наг­рузке при большом токе, протекающем через нее, применяют транзисторные стабилизаторы напряжения. В качестве такового без существенного увеличения числа элементов и усложнения схемы используют транзисторный фильтр со своеобразной сле­дящей системой, которая в зависимости от изменения напряже­ния на входе фильтра или на его выходе за счет изменения тока нагрузки изменяет сопротивление транзистора таким образом, что напряжение на выходе этого фильтра — стабилизатора оста­ется неизменным.

Схема транзисторного стабилизатора напряжения изображе­на на рис. 1.2, а. В нее входит рассмотренный уже стабилизатор на кремниевом стабилитроне VD с ограничительным резистором R1. Нагрузкой стабилизатора служит базовая цепь транзистора VT, в эммитерную цепь которого включена основная нагрузка Rн.

Эмиттерный и коллекторный токи транзистора в десятки раз превышают ток базы, причем Iэ«Iк. Поэтому при токах базы, равных единицам миллиампер, в коллекторной и эмиттерной це­пях протекают токи, измеряемые десятками и сотнями миллиам­пер (мА).

Рассмотрим работу транзисторного стабилизатора. Из рис. 1.2, а видно, что напряжение на нагрузке (UH) отличается от напряжения на стабилитроне (UСТ) на напряжение, падающее на эмиттерном переходе UЭБ транзистора VT2, т. е.
UH=UCT-UЭБ. Если напряжение на входе стабилизатора увеличится, оно сразу передастся и на его выход, что приведет к увеличению тока, протекающего через нагрузку IH, и напряжения UH. Поскольку напряжение на стабилитроне практически не изменяется, воз­растание напряжения на нагрузке вызовет уменьшение напря­жения UЭБ, тока базы транзистора VT и увеличение сопротивле­ния перехода коллектор—эмиттер. Вследствие увеличения соп­ротивления перехода коллектор—эмиттер на этом переходе будет большее падение напряжения, что повлечет за собой уменьшение напряжения на нагрузке. При уменьшении входного напряжения, наоборот, напряжение UЭБ повысится, что повлечет за собой уве­личение тока базы, уменьшение сопротивления перехода коллек­тор—эмиттер и напряжения на этом переходе.

Таким образом, в рассматриваемом стабилизаторе напряже­ния транзистор VT совместно с сопротивлением нагрузки RH об­разует делитель входного напряжения, причем сопротивление транзистора изменяется так, что компенсируются всякие изме­нения входного напряжения. Такой стабилизатор называют ком­пенсационным, а транзистор VT с изменяющимся сопротивлени­ем коллекторного перехода — регулирующим.

Выходное сопротивление этого стабилизатора составляет несколько ом, а коэффициент стабилизации примерно такой же, как у простейшего стабили­затора, выполненного на резис­торе R1 и стабилитроне VD. Но так как ток нагрузки через огра­ничительный резистор не про­текает, а сопротивление пос­тоянному току перехода коллек­тор — эмиттер транзистора VT мало, стабилизатор напряжения на транзисторе обладает более высоким КПД по сравнению со стабилизатором на кремниевом стабилитроне. Если вместо VT использовать составной транзис­тор, состоящий из маломощного транзистора VT1 и транзистора большой мощности VT2 (рис. 1.2, б), то можно осуществить эф­фективную стабилизацию напряжения при токах, протекающих через нагрузку, измеряемых амперами.

При таком включении VT1 и VT2 в качестве тока базы мощного транзистора VT2 используется ток эмиттера маломощного (или сред­ней мощности) транзистора VT1, а током нагрузки стабилитрона VD является ток базы VT1, который в десятки раз меньше тока базы VT2.

Важной особенностью транзисторных стабилизаторов напряже­ния является еще следующее. Напряжение на нагрузке UH отличает­ся от напряжения стабилизации кремниевого стабилитрона UCT на напряжение, падающее на переходе эмиттер—база UЭБ транзистора VT (рис. 1.2, а), т. е. UH=UCT-UЭБ. Для германиевых транзисто­ров напряжение UЭБ составляет всего 0,2...0,5 В, а для кремниевых — не более 1 В. Поэтому если вместо стабилитрона VD взять стабилит­рон с другим напряжением стабилизации, то изменится и напряже­ние на нагрузке. Это позволяет создавать регулируемые стабилиза­торы напряжения. Одна из схем такого стабилизатора дана на рис. 1.2, в. В ней кроме ограничительного резистора R1 использует­ся дополнительный переменный резистор RУСТ, подключаемый па­раллельно стабилитрону VD. Напряжение на нагрузке UH вместе с напряжением на переходе эмиттер—база UЭБ транзистора VT равно напряжению UУСТ, снимаемому с переменного резистора RУСТ, т. е. UH+UЭБ=UУСT, откуда следует: UH=UУСТ-UЭБ.

Транзисторный стабилизатор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Транзисторный стабилизатор

Cтраница 1


Транзисторный стабилизатор, обладая большим быстродействием, почти без задержки реагирует на изменения выходного напряжения.  [2]

Транзисторный стабилизатор одновременно является сглаживающим фильтром, коэффициент сглаживания которого в отсутствие конденсатора С3 приблизительно равен коэффициенту стабилизации.  [3]

Транзисторные стабилизаторы не могут быть использованы при высоких напряжениях ввиду ограниченной электрической прочности транзисторов. Поэтому приведенные выше схемы стабилизаторов напряжения непригодны для обеспечения высоких выходных напряжений, так как последовательное соединение большого числа транзисторов усложняет схему и конструкцию стабилизатора и снижает его надежность.  [5]

Транзисторные стабилизаторы применяют также в аппаратуре с электронными лампами и для других целей.  [6]

Высоковольтные транзисторные стабилизаторы ограничены относительно низкими значениями коллекторного напряжения мощного транзистора. Часто бывает необходимо для достижения требуемого номинала напряжения использовать несколько мощных высоковольтных транзисторов, включенных последовательно в плечи моста. Другой метод заключается в стабилизации уровня низкого напряжения и преобразований его в высокое выходное напряжение при помощи преобразователя постоянного тока в постоянный ток.  [7]

Транзисторные стабилизаторы постоянного напряжения представляют собой системы автоматического регулирования, и которых с заданной точностью поддерживается постоянным напряжение па выходе независимо от изменения входных напряжений и тока нагрузки.  [8]

Транзисторным стабилизатором с импульсным регулированием ( импульсным стабилизатором) называется устройство, стабилизирующее постоянное напряжение, с регулирующим транзистором, работающим в импульсном ( ключевом) режиме. В импульсных стабилизаторах энергия поступает от источника ( или к нагрузке) прерывисто с определенной частотой.  [9]

Описываемые ниже транзисторные стабилизаторы напряжения и тока являются стабилизаторами непрерывного действия.  [11]

У транзисторных стабилизаторов выходные напряжения могут отличаться на велиичну, определяемую точностью установки выходного напряжения. Выходные сопротивления стабилизаторов на ток порядка б а достаточно малы и лежат в пределах 0 002 - 0 005 ом.  [12]

Схему транзисторного стабилизатора напряжения собирают в соответствии с рис. 15.1. После проверки собранной схемы необходимо ее опробовать. Увеличивая с помощью потенциометра R входное напряжение / вх, следят за изменениями тока и напряжения нагрузки. Вых и ток нагрузки / Ых должны плавно увеличиваться до своего номинального значения. При дальнейшем увеличении входного напряжения эти величины не должны изменяться.  [13]

ТКН транзисторных стабилизаторов напряжения обычно положителен; при этом, когда в них применяют опорные диоды с UCT - 7 - 4 - 15 в, напряжение на нагрузке изменяется не более чем на 0 03 - 0 07 в при изменении температуры на каждые 10 град.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Транзисторный стабилизатор с защитой от КЗ 15-27В/3А

На рис. 3.6 показана схема стабилизатора напряжения с выходным током до 3 А, в которой используется защита от короткого замыкания. С помощью переменного резистора R7 напряжение на нагрузке можно изменять в пределах от 15 до 27 В, а с помощью переменного резистора R3 изменять ток срабатывания защиты в пределах от 0,15 до 3 А. Номинальное входное напряжение этого стабилизатора 30 В, коэффициент стабилизации не менее 300. амплитуда пульсации выходного напряжения не более 10 мВ.

Если стабилизатор плохо работает при малых токах нагрузки, нужно уменьшить сопротивление делителя напряжения R6, R7, R8, либо нагрузить выход стабилизатора постоянным резистором, однако это снижает его КПД. Поэтому лучше заменить транзистор VT1 на другой с меньшим значением коэффициента усиления. Если стабилизатор после перегрузки не возвращается в рабочий режим даже при отключенной нагрузке (это явление часто наблюдается при малом значении установленного тока срабатывания защиты, то есть при максимальном сопротивлении резистора R3), необходимо уменьшить сопротивление резистора R3, либо кратковременно подключить между коллектором и эмиттером транзистора VT1 резистор сопротивлением 300...510 Ом.

Иногда полезно включить между коллектором и эмиттером этого транзистора постоянный резистор сопротивлением 2,2... 10 кОм. При этом стабилизатор надежно возвращается в рабочий режим, а коэффициент стабилизации уменьшается незначительно.

Стабилитрон VD1 с прямым включением р-n перехода уменьшает температурный дрейф выходного напряжения устройства. Резистор R4 повышает надежность работы стабилизатора при повышенных температурах. Транзистор VT1 смонтирован на радиаторе в виде дюралюминиевой пластины размерами 100x100x5 мм. Он должен иметь возможно меньший начальный ток (желательно применить кремниевый транзистор). Входное напряжение поступает на стабилизатор от выпрямителя по однофазной мостовой схеме, выполненного на диодах Д304.

В заключение следует заметить, что при перегрузке выхода стабилизатора к участку эмиттер-коллектор регулирующих транзисторов будет приложено полное входное напряжение. Поэтому, для повышения надежности данной схемы, максимально допустимое напряжение применяемых транзисторов должно быть, по крайней мере, в 1,5 раза больше действующего значения напряжения вторичной обмотки используемого в выпрямителе силового трансформатора.

Трехфазный стабилизатор напряжения StabVolt СНЭТ 15NST (электронный, транзисторный)

Наименование модели СНЭО 15NST
Максимальная мощность, кВт 15
Перегрузочная способность 150% - 5мин
250% - 15сек
400% - 1сек
Напряжение входное предельное, В 213 – 519 (L-L)
Напряжение входное номинальное, В 285 – 479 (L-L)
Напряжение на выходе при номинальном
напряжении на входе, В
380 ± 2,7%
Частота питающей сети, Гц 50 ±2,5%
Коэффициент полезного действия > 0.98
Скорость регулирования напряжения, В/сек не менее 350
Отображение информации на индикаторе Напряжение на входе, В
Напряжение выходное, В
Мощность, кВт
Перегрузка
Перегрев
Авария
Соответствует стандартам:
- безопасности
- помехоустойчивости
ГОСТ Р 52161.1-2004 класс I
ГОСТ Р 51318.14.2—2006 кат. II
Cтепень защиты по ГОСТ 14254-96 IР22 В
Климатическое исполнение УХЛ - 4
Исполнение по воздействию внешних
механических факторов М1
ГОСТ 17516.1
Температурный режим работы:
- серия «Т»
от -40 до +40 °С
Система охлаждения принудительная
Режим работы непрерывный
Габаритные размеры (высота, ширина,
длина), мм
1260х289х510
Масса без упаковки, кг 73

Параметрические стабилизаторы напряжения для микроконтроллеров

Стабилизатор напряжения является важным звеном в любом источнике питания. От устойчивости и стабильности питающего напряжения во многом зависит надёжность работы и долговечность всего устройства.

Для питания МК обычно применяют стабилизаторы двух видов: параметрические на стабилитронах и компенсационные на интегральных микросхемах. Многочисленные разновидности транзисторных стабилизаторов напряжения, которые публиковались в 1980-х годах, сейчас уже не актуальны. Причина банальная — если нужно максимально дешёвое изделие, то ставят стабилитрон, а если нужен высокий коэффициент стабилизации и защита от перегрузок, то ставят малогабаритную интегральную микросхему.

Несмотря на простоту параметрических стабилизаторов напряжения, именно они хорошо отводят излишний ток, попадающий в цепь питания через входные диоды в стандартных схемах защиты линий портов МК (например, Рис. ЗЛО, б).

Следует учитывать, что низковольтные стабилитроны общего применения имеют «тестированный» ряд напряжений — 3.0; 3.3; 3.6; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.2; 7.5; 8.2; 9.м диа" пазоне входных напряжений, температур и токов нагрузки;

б) светодиод HL1 одновременно является индикатором наличия питания и частью стабилизатора напряжения. По яркости его свечения можно приблизительно судить о токе нагрузки. Важно, чтобы ток через индикатор HL1 всегда был меньше 20 мА, иначе следует увеличить сопротивление резистора R1 или поставить параллельно светодиоду резистивный шунт;

Рис. 6.5. Схемы параметрических стабилизаторов напряжения (окончание):

в) повышение коэффициента стабилизации за счёт генератора тока на полевом транзисторе VT1. Транзистор VT2 увеличивает отдаваемую в нагрузку мощность. Выходное напряжение +5 В меньше напряжения стабилизации VD1 на 0.6...0.7 В из-за падения напряжения между базой и эмиттером транзистора VT2.

г) базовая схема включения трёхвыводного стабилитрона VDI. Его достоинства — повышенный до 800... 1000 коэффициент стабилизации и широкий диапазон тока нагрузки 1...100 мА. При полном замыкании резистора R2 выходное напряжение равняется внутреннему опорному напряжению стабилитрона VD1 (2.5 В). Замена VD1 — любой трёхвыводной стабилитрон из серии «431» разных фирм-изготовителей;

д) стабилизатор напряжения с транзисторным усилителем тока. Выходное напряжение определяется по формуле = 1-25-(1 + R2 ,[кОм]/(R2 2[кОм] + /?3[кОм])) + 0.7, где R2, (R2 2) — это сопротивление между верхним и средним (нижним и средним) отводами резистора R2 после регулирования. Число «0.7» означает.напряжение Ub7) транзистора VTI в вольтах. Число «1.25» означает внутреннее опорное напряжение стабилитрона VD1 в вольтах. В качестве замены подойдут любые трёхвыводные стабилитроны из серии «1431». Также можно использовать стабилитроны с опорным напряжением 2.5 В из серии «431», заменив число «1.25» числом «2.5» в расчётной формуле для ишх;

е) мощный «параллельный» стабилизатор напряжения с балластным резистором R1 и шунтирующим транзистором VT1. Выходное напряжение устанавливается резистором R2.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Регуляторы напряжения

, схемы, типы, принцип работы, конструкция, применение

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

Таким образом, регулятор напряжения используется по двум причинам: -

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

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

Регуляторы напряжения

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

Мы уже рассказали о регуляторах напряжения IC .

Электронный регулятор напряжения

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

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

1. Транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

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

Регулятор напряжения на управляемых стабилитронах серии

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

Стабилизатор напряжения с последовательным транзистором

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

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

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Ваут = Взенер - Вбе

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

Эксплуатация

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

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

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

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

Ограничения

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

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

Шунтирующий транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

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

Транзисторный шунтирующий стабилизатор напряжения с стабилитроном

Работа

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

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Vout = Vzener + Vbe = Vin - I.Rseries

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

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

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

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

Ограничения

Последовательный резистор вызывает огромные потери мощности.

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

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

2. Дискретный транзисторный регулятор напряжения

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

Стабилизатор напряжения серии на дискретных транзисторах

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

Стабилизатор напряжения

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

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

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

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

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

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

Ограничения транзисторных регуляторов напряжения

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

3. Электромеханический регулятор

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

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

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

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

4. Автоматический регулятор напряжения (АРН)

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

5. Трансформатор постоянного напряжения (CVT)

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

Некоторые применения регуляторов напряжения

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

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

Принципиальная схема

и ее работа

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

Что такое стабилизатор напряжения серии транзисторов?

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


Конструкция схемы последовательного транзисторного регулятора напряжения

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

Схема последовательного регулятора напряжения транзистора

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

Operation

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

При уменьшении выходного напряжения

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

Когда возрастает выходное напряжение

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

Преимущества / недостатки

Преимущества s регуляторов напряжения этой серии перечислены ниже.

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

Недостатки регулятора напряжения серии перечислены ниже.

  • Корректировки в пределах тока Зенера значительно уменьшены; произведенное количество не является полностью стабильным.Это происходит из-за того, что как VZ, так и VBE уменьшаются при повышении температуры в помещении.
  • Изменить напряжение o / p непросто, потому что таких ресурсов нет.

Таким образом, КПД стабилитрона RPS (стабилизированного источника питания) становится чрезвычайно низким при высоком токе нагрузки. В этих условиях часто используется стабилитрон, похожий на транзистор, для поддержания стабильного напряжения п / п. По сути, транзисторные регуляторы напряжения, которыми управляет стабилитрон, подразделяются на два типа, а именно последовательные регуляторы напряжения и шунтирующие регуляторы напряжения.Вот вам вопрос, какова основная функция регулятора напряжения?

Регулируемые блоки питания

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

Регуляторы напряжения серии Simple

Рис. 2.2.1 Регулятор простой серии

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

V ВЫХ = V Z - V BE

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

Если V OUT имеет тенденцию повышаться из-за снижения потребления тока нагрузкой, то это уменьшит V BE , поскольку напряжение эмиттера возрастает, а базовое напряжение остается стабильным из-за D Z .Это уменьшение V BE приведет к выключению транзистора, уменьшению протекания тока и повторному регулированию выходного напряжения V OUT .

Этот регулирующий эффект обусловлен тем, что базовый потенциал Tr1 поддерживается стабильным посредством D Z , так что любое изменение напряжения эмиттера, вызванное изменяющимся током, вызывает изменение V BE , изменяя проводимость транзистора Tr1, что обычно будет силовым транзистором. Это действие противодействует изменению тока нагрузки.Однако с помощью этой простой схемы регулирование не является идеальным, и изменения в выходной мощности действительно происходят по следующим причинам.

Рис. 2.2.2 Рабочая область стабилитрона

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

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

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

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

Рис. 2.2.3 Серийный регулятор с усилителем обратной связи и ошибки

Обратная связь и усиление ошибок.

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

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

Принципиальная схема

.

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

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

Рис. 2.2.4 Принципиальная схема для Рис. 2.2.3

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

V ВЫХ = (V Z + V BE2 ) + (V OUT - V F )

Где:

В Z - напряжение на D Z

В BE2 - напряжение база / эмиттер Tr2

В F - напряжение обратной связи, полученное от ползунка VR1

Следовательно:

(V Z + V BE2 ) - напряжение на R2 и нижней части VRI

.

и

(V OUT - V F ) - это напряжение на R1 и верхней части VRI

.

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

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

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

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

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

Цепи защиты

Защита от перегрузки по току (ограничение тока)

Рис.2.2.5 Регулятор серии

с защитой от сверхтока

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

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

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

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

Защита от перенапряжения.

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

Работа цепи лома.

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

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

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

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

Что такое регулятор напряжения и как он работает?

Большинству интегрированных ИС требуется постоянное напряжение, с которым они могли бы работать. Будь то простой логический вентиль или сложный микропроцессор, у них есть собственное рабочее напряжение. Наиболее распространенные рабочие напряжения - 3,3 В, 5 В и 12 В. Хотя у нас есть батареи и адаптеры постоянного тока, которые могут действовать как источник напряжения, в большинстве случаев они не могут быть напрямую подключены к нашей схеме, поскольку напряжение от них не регулируется.

Скажем, например, у нас есть батарея на 9 В, но нам нужно активировать реле 5 В, которое, очевидно, работает на 5 В. Что мы здесь делаем?

Что такое регулятор напряжения и почему мы его используем?

Вспомните школьные годы, нас учили, что на резисторах падает напряжение. Разве не было бы простым решением просто использовать резисторы для падения напряжения в соответствии с законом Ома? Но затем на резисторах падает напряжение в зависимости от протекающего через них тока.В тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять меньше тока, напряжение резко возрастает и убивает его.

Вам нужно что-то получше - напряжение не должно зависеть от тока нагрузки, по крайней мере, не сильно. Следующее простейшее решение, которое приходит вам в голову, - это делитель напряжения. Для этого нужны два резистора, но, эй, если их можно втиснуть, они также могут работать. Еще одна неприятная проблема - в тот момент, когда ваш компонент начинает потреблять слишком большой ток, выход делителя проседает - верхний резистор не может удовлетворить текущую потребность.Теперь вы действительно начинаете желать, чтобы вы узнали об этом в школе. Вы можете исправить это, уменьшив номиналы резисторов, но это заставит два резистора потреблять слишком большой ток, что, вероятно, разрушит ваш текущий бюджет и станет слишком горячим с непосредственным риском отказа.

Что еще можно было сделать? Усиление! Конечно, вам пришлось потратить на это много часов лекций! Почему бы не добавить транзистор NPN в качестве повторителя напряжения? Делитель напряжения смещения можно подключить к базе, вход шины 12 В к коллектору, а выход к компоненту к эмиттеру, и бинго, вы решили проблему!

Конечно, исправление работает, но оставляет у вас неприятное ощущение - вы использовали три части, и при тестировании обнаруживаете, что сбои в шине питания 12 В идеально воспроизводятся на выходе.Конечно, это усилитель, у него нет интеллекта для автокомпенсации. Вы можете заменить нижний резистор делителя напряжения на стабилитрон, но ток, необходимый для правильного смещения стабилитрона (против таких вещей, как температурные коэффициенты и дрейф), почти равен потреблению вашего компонента, что совершенно бессмысленно.

Нет лучшего способа сделать это? Разве нет волшебного черного ящика, в котором было бы все необходимое для эффективного сброса напряжения? Миллионы EEE по всему миру пережили подобные периоды стресса (включая меня!).Конечно, не все проблемы связаны с падением напряжения, но подобные ситуации обычны в лабораториях EEE повсюду!

Но вам повезло - нужный вам компонент существует. Фактически, это одна из первых коммерческих реализаций технологии IC (не считая операционных усилителей) - скромный стабилизатор напряжения .

Если вы когда-нибудь просмотрите техническое описание регулятора напряжения, вы будете поражены схемой, в которой они были упакованы, чтобы понижать напряжение и поддерживать его в чистоте - хороший стабильный регулятор напряжения, усилители с обратной связью и компенсацией. - приличный силовой каскад.Конечно, если мы смогли вместить столько технологий в эти наши телефоны, почему бы не сделать регулировку напряжения в красивом корпусе TO-92?

Они становятся лучше с каждым днем ​​- некоторые из них потребляют не более нескольких наноампер, то есть тысячных миллионных ампер! Более того, другие поставляются с защитой от короткого замыкания и перегрева, что делает их надежными.

Регуляторы напряжения - подробный обзор

Как мы видели в разделе выше, основная задача регулятора напряжения - понижать большее напряжение до меньшего и поддерживать его стабильность, поскольку это регулируемое напряжение используется для питания (чувствительной) электроники.

Регулятор напряжения в основном представляет собой усиленный эмиттерный повторитель, подобный описанному выше - транзистор, подключенный к стабильному опорному источнику, который выдает постоянное напряжение, понижая остальное.

Они также имеют встроенный усилитель ошибки, который измеряет выходное напряжение (снова через делитель), сравнивает его с опорным напряжением, вычисляет разность и соответствующим образом управляет выходным транзистором. Это далеко от делителя напряжения, который точно воспроизводит входной сигнал, хотя и немного меньше.Вы не хотите, чтобы пульсации переменного тока накладывались на вашу шину постоянного напряжения.

Желательно иметь транзистор с высоким коэффициентом усиления, так как управлять силовыми транзисторами очень сложно, с жалким коэффициентом усиления в диапазоне двух цифр. Это было преодолено с помощью транзисторов Дарлингтона, а в последнее время - полевых МОП-транзисторов. Поскольку для управления этими типами требуется меньший ток, общее потребление тока снижается. Это дополняется тем фактом, что внутренний источник опорного напряжения также потребляет очень небольшой ток.

Ток, который регулятор потребляет для управления всей этой внутренней схемой, когда выход не нагружен, называется током покоя. Чем ниже ток покоя, тем лучше.

Эти регуляторы построены с использованием трех транзисторов на силовом выходном каскаде - два из них в конфигурации Дарлингтона, а другой - в качестве устройства ограничения тока. Последовательные переходы CE в сумме дают падение напряжения на регуляторе около 2 В.

Это напряжение известно как напряжение падения, напряжение, ниже которого регулятор перестает регулировать.

Вы можете найти устройства, называемые LDO-стабилизаторами или стабилизаторами с малым падением напряжения, с падением напряжения около 0,4 В, поскольку они используют переключатель MOSFET.

Три терминала регулятора

Хватит разговоров, теперь перейдем к номерам деталей.

Наиболее распространенной серией регуляторов напряжения является серия 78XX .Две цифры после 78 представляют собой выходное напряжение регулятора, например, 7805 - это регулятор 5 В, а 7812 - регулятор 12 В. Выходные напряжения, доступные с фиксированными регуляторами, покрывают широкий диапазон от 3,3 В до 24 В с хорошими значениями, такими как 5 В, 6 В, 9 В, 15 В и 18 В.

Стабилизаторы этой серии отлично подходят для большинства задач, они могут выдерживать почти 30 В на входе и, в зависимости от корпуса, выходной ток до 1 А. Они исключительно просты в использовании - подключите входной контакт к входному напряжению, а выходной контакт - к устройству, которому требуется более низкое напряжение, и, конечно же, контакт заземления к земле.

Здесь развязывающие конденсаторы необязательны, поскольку усилители обратной связи «отклоняют» входные пульсации и шум, следя за тем, чтобы они не передавались на выход. Однако, если ваше устройство потребляет более нескольких десятков миллиампер, рекомендуется не менее 4,7 мкФ на входе и выходе, предпочтительно из керамики.

Интересная вещь, которую делают люди, - на этих регуляторах делают примитивные зарядные устройства для телефонов. Просто подключите батарею 9 В ко входу и соответствующий USB-разъем к выходу, и вуаля, у вас есть аварийное зарядное устройство для телефона.Эта конструкция достаточно прочная, поскольку на микросхеме встроена термозащита.

Хорошая особенность таких регуляторов напряжения заключается в том, что их распиновка практически универсальна, поэтому возможна их замена. В настоящее время большинство «транзисторных» корпусов на печатных платах представляют собой регуляторы напряжения, которые можно использовать для других проектов, поскольку они очень просты в использовании.

Увеличение выходного тока регуляторов напряжения

Одним из ограничений, которое быстро преодолевает полезность, является выходной ток, который сильно ограничен корпусом и способом его установки.

Существуют сильноточные варианты этих регуляторов, но их сложно найти.

Единственные устройства, способные выдавать большие токи, - это импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный, но показатели выходного шума ужасны.

Можно спроектировать собственный сильноточный линейный стабилизатор, но в конечном итоге вы столкнетесь со всеми проблемами, упомянутыми выше.

К счастью, есть способ «захватить» стандартный регулятор с помощью нескольких дополнительных деталей и увеличить выходной ток.

Большинство этих модификаций включают добавление обходного транзистора через стабилизатор и управление базой с входом, как показано на рисунке ниже.

Регулируемые регуляторы

Три концевых стабилизатора довольно хороши и просты в использовании, но что, если вам нужно нестандартное выходное напряжение, такое как 10,5 В или 13 В?

Конечно, более или менее возможно взломать фиксированные регуляторы, но требуемая схема довольно сложна и превосходит основную цель простоты.

Существует

устройств, которые могут выполнять эту работу за нас, самым популярным из которых является LM317.

LM317 похож на любой другой линейный регулятор с входным и выходным контактами, но вместо контакта заземления есть контакт, называемый «Adjust». Этот вывод предназначен для получения обратной связи от делителя напряжения на выходе, чтобы на выводе всегда было 1,25 В, изменяя значения сопротивления, мы можем получить разные напряжения. В техническом описании даже сказано: «устраняет запасы множества фиксированных напряжений», но, конечно, это применимо только в том случае, если вы можете позволить себе иметь эти два резистора на борту.

В таких регулируемых регуляторах хорошо то, что при небольшом изменении конфигурации они также могут служить в качестве источников постоянного тока.

Подключив резистор к выходному контакту, а регулировочный штифт к другому концу резистора, как показано на рисунке, регулятор пытается поддерживать постоянное напряжение 1,25 В на выходном резисторе и, следовательно, постоянный ток на выходе. Эта простая схема довольно популярна среди диодных лазеров.

Фиксированные стабилизаторы тоже могут это делать, но напряжения падения неоправданно высоки (фактически, номинальное выходное напряжение). Однако они сработают в крайнем случае, если вы в отчаянии.

Ограничения регулятора напряжения

Самым большим преимуществом линейных регуляторов является их простота; больше нечего сказать.

Однако, как и все хорошие чипы, у них есть свои ограничения.

Линейные регуляторы работают как переменный резистор с обратной связью, сбрасывая ненужное напряжение.При рисовании такой же ток, как и в нагрузке. Эта потраченная впустую энергия преобразуется в тепло, что делает эти регуляторы горячими и неэффективными при высоких токах.

Например, регулятор 5 В с входом 12 В, работающий на токе 1 А, имеет потерю мощности (12 В - 5 В) * 1 А, что составляет 7 Вт! Это много потраченной впустую энергии, а КПД всего 58%!

Значит, при больших перепадах входного-выходного напряжения или при больших токах регуляторы имеют жалкую энергоэффективность.

Проблема дифференциального напряжения на входе-выходе может быть решена с помощью более чем одного регулятора, подключенного последовательно с понижением выходного напряжения (до желаемого значения напряжения), так что напряжение падает ступенчато.Хотя общая рассеиваемая мощность такая же, как при использовании одного регулятора, тепловая нагрузка распределяется по всем устройствам, снижая общую рабочую температуру.

Ограничения мощности и эффективности можно преодолеть, используя импульсный источник питания, но выбор зависит от приложения, нет четких правил относительно того, где и какой тип источника питания использовать.

Транзистор

- схема стабилитрона

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

Нерегулируемый источник питания

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

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

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

Транзистор - стабилизатор напряжения Зенера

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

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

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

Транзистор - схема стабилитрона Список компонентов

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

Принцип работы и применение

Регулятор - это устройство, которое поддерживает постоянную и регулируемую мощность на выходных клеммах по всей нагрузке. Из-за колебаний напряжения и несимметрии нагрузки очень важно поддерживать постоянное напряжение на стороне нагрузки. Колебания напряжения влияют на работу устройства и, следовательно, на схему. Если система состоит из чувствительных нагрузок, таких как электронные устройства, очень важно поддерживать постоянное напряжение нагрузки.Качество электроэнергии также является проблемой при работе с чувствительными нагрузками, поскольку нежелательные гармоники повреждают нагрузку и вызывают нежелательные потери. Регулятор поддерживает постоянное напряжение нагрузки и отсутствие гармоник. Далее они классифицируются в зависимости от конфигурации и применения. В усовершенствованных регуляторах вместо транзистора также могут использоваться другие компоненты с регулируемым током, такие как MOSFET, IGBT. В этой статье обсуждается обзор регулятора напряжения серии транзисторов и его работы.

Что такое стабилизатор напряжения серии транзисторов?

Стабилизатор напряжения на транзисторах можно определить как устройство, поддерживающее выходное напряжение на постоянном уровне.Как показано на рисунке, транзисторный стабилизатор последовательного напряжения действует как регулирующий элемент. Он принимает нерегулируемый вход и обеспечивает регулируемый выход.

Блок-схема

Встроенный в микросхему интегральной схемы (ИС), он поддерживает постоянное напряжение нагрузки при любых изменениях входного напряжения. Он работает по принципу транзистора, который изменяет его сопротивление при изменении напряжения смещения. Он использует стабилитрон для поддержания постоянного напряжения базы транзистора.Он часто используется в электронных схемах, таких как регуляторы напряжения, адаптеры, выпрямительные схемы и т. Д., Для обеспечения регулируемого выходного напряжения. Регулятор подключается последовательно и шунтирует нагрузку в зависимости от применения.

Работа регулятора напряжения последовательного транзистора

Как показано на рисунке, регулятор напряжения последовательного транзистора состоит из следующих компонентов.

Принципиальная схема

Транзистор (Q1) - помогает изменять сопротивление цепи для поддержания постоянного напряжения.Его выводы - База, эмиттер и коллектор. Стабилитрон подключен к базе транзистора, а вход подается со стороны коллектора. Нагрузка подключена к эмиттеру. Пусть VBE будет напряжением база-эмиттер.

Стабилитрон - Стабилитрон, как показано на принципиальной схеме, подключен к базе транзистора. Стабилитрон используется для установки фиксированного опорного напряжения на базу транзистора. Напряжение на стабилитроне Vz всегда остается постоянным независимо от изменения входного напряжения.

Последовательное сопротивление Rs - Последовательное сопротивление RS используется для ограничения тока через стабилитрон.

Сопротивление нагрузки RL - это сопротивление нагрузки, подключенной к выходным клеммам.

Рабочий

  • Предположим, что входное напряжение, подаваемое на клеммы, равно 12 В. Это нерегулируемое напряжение питания постоянного тока, подаваемое на входные клеммы. Предположим, что напряжение пробоя стабилитрона равно 9 В. Это означает, что стабилитрон начинает проводить при 9 В. Поскольку стабилитрон подключен к базе транзистора, 9 В становится опорным напряжением для базы транзистора, которое является фиксированным значением.
  • Напряжение на нагрузке, то есть выходное напряжение - это разность напряжений между напряжением стабилитрона и напряжением на базе эмиттера. То есть его можно задать как
    V0 = VZ - VBE
  • . Напряжение на базе эмиттера является проводящим напряжение транзистора, значение которого составляет 0,7 В. Поскольку входное напряжение составляет 12 В, выходное напряжение становится 9 - 0,7 = 8,3 В в соответствии с приведенным выше уравнением.
  • Теперь, если есть увеличение входного напряжения, скажем, 12,5 В, тогда напряжение на нагрузке также сначала увеличивается.Оно увеличивается до 8,7 В. Но стабилитрон поддерживает постоянное напряжение на уровне 9 В.
  • Следовательно, напряжение транзистора становится меньше 0,7 В. Для этого увеличивается сопротивление на коллектор-эмиттер. (Это свойство транзистора, передаточное сопротивление). Следовательно, теперь выходное напряжение остается постоянным на уровне 8,3 В.
  • Теперь давайте рассмотрим случай уменьшения входного напряжения. Уменьшение входного напряжения сначала приведет к уменьшению напряжения нагрузки. Но опять же, напряжение нагрузки необходимо поддерживать постоянным.На этот раз сопротивление коллектор-эмиттер уменьшается, что увеличивает напряжение база-эмиттер. Можно отметить, что сопротивление коллектор-эмиттер
  • транзистора изменяется в соответствии с изменением входного напряжения. Это происходит из-за принципа транзистора и фиксированного напряжения, обеспечиваемого стабилитроном.
  • В обоих случаях при изменении входного напряжения напряжение нагрузки остается постоянным. Отсюда видно, что при изменении входного напряжения выходное напряжение остается постоянным.Таким образом, стабилизатор напряжения на транзисторах действует как регулирующий элемент.

Эксперимент с последовательным стабилизатором напряжения на транзисторах

В этом эксперименте проверяются свойства элемента регулятора. В этом эксперименте в цепь подается нерегулируемый источник постоянного тока. Выходной сигнал на нагрузке проверяется на основе напряжения на стабилитроне. Выполняется увеличение и уменьшение входного напряжения и проверяется постоянство выходного напряжения. Далее проверяется регулирующий элемент, совмещая его с выпрямителем.Это означает, что входной переменный ток подается на выпрямитель, который преобразует переменный ток в импульсный постоянный ток по принципу выпрямителя. Импульсный постоянный ток снова подается на транзисторный стабилизатор напряжения, и наблюдается постоянное выходное напряжение постоянного тока.

Классификация регуляторов напряжения

В зависимости от способа подключения транзистора к нагрузке, регуляторы напряжения классифицируются как

    Регулятор напряжения серии
  • - В этой схеме транзистор включен последовательно с нагрузкой
  • Шунт Стабилизатор напряжения - в этой схеме транзистор подключен параллельно нагрузке

Аналогичным образом, исходя из изменений в схеме, они далее классифицируются как

  • Line Regulator - В этой схеме изменения в линии регулируются с помощью схемы.Изменения в строке указывают на изменение напряжения питания. Колебания напряжения питания могут быть вызваны незначительными неисправностями или интерпретацией гармоник.
  • Регулятор нагрузки - В этой схеме изменения нагрузки регулируются схемой. Изменение нагрузки может быть вызвано изменениями констант цепи или резким добавлением или удалением нагрузки.

Преимущества и недостатки регулятора напряжения

Преимущества:

  • Регулируемое выходное напряжение получается из этой схемы.
  • Получены низкий уровень шума, меньше пульсаций и стабильная работа.
  • Компоненты, необходимые для построения схемы, легко доступны.
  • Не имеет электромагнитных помех.
  • Быстрое время отклика при любых изменениях линии или нагрузки

Недостатки:

  • Эффективность схемы меньше
  • Из-за большого количества рассеиваемого тепла требуются радиаторы.
  • В регуляторах напряжения выходное напряжение всегда меньше входного.

Часто задаваемые вопросы

1). Можно ли использовать транзистор в качестве регулятора напряжения?

Да, транзистор вместе со стабилитроном, подключенным к его базе, действует как регулятор напряжения.

2). Как работает шунтирующий регулятор напряжения?

В шунтирующем стабилизаторе напряжения транзистор подключен параллельно нагрузке. Вместе со стабилитроном он обеспечивает регулируемое выходное напряжение по принципу транзистора.

3). Какой тип регулятора более эффективен?

По сравнению с последовательными и шунтирующими регуляторами напряжения, последовательный регулятор напряжения более эффективен.В целом, импульсные регуляторы напряжения считаются наиболее эффективными регуляторами напряжения

4). Где находится регулятор напряжения?

Регулятор напряжения расположен между линией и нагрузкой.

5). Для чего нужен регулятор напряжения?

Регулятор напряжения используется для обеспечения стабилизированного напряжения на стороне нагрузки. Независимо от изменений нагрузки или изменения линии выходное напряжение остается постоянным.

Таким образом, мы рассмотрели принцип действия регулятора напряжения последовательного транзистора, его применение, а также достоинства и недостатки.Эта схема является одной из наиболее широко используемых интегральных схем в области электротехники и электроники. С появлением устройств силовой электроники транзистор был заменен силовыми электронными устройствами вместе с передовыми методами модуляции для поддержания постоянного выходного напряжения. Вот вам вопрос, почему транзисторы называются устройствами с регулируемым током?

IC линейный стабилизатор напряжения с NPN транзистором

Введение

Если я правильно соберу вещи (и благодаря ссылке Сэма Гибсона на «ревизию 2 вопроса» я смог лучше понять вопрос), вы произвольно использовали NPN BJT в грубо неосведомленной модификации другой схемы с использованием PNP BJT.Это говорит мне, что вы действительно мало знаете о том, как все работает. Итак, начнем с основ.

Обзор системы до 3-х полюсного регулятора IC

смоделировать эту схему - Схема создана с помощью CircuitLab

Первым шагом является эффективное преобразование напряжения сети питания в напряжение, более близкое к вашим потребностям, а также обеспечение гальванической развязки (это просто означает, что электроны не могут проходить через барьер) с помощью переменного магнитного поля в трансформаторе для передачи мощность, но при другом напряжении.

Следующим шагом является устранение неисправности переменного тока. Это удваивает частоту, но его основная цель - удерживать все колебания по одну сторону от опорного заземления, чтобы их можно было суммировать в нерегулируемое значение постоянного тока после прохождения через фильтр.

Это подводит нас к последнему шагу выше, процессу фильтрации, который усредняет выпрямленный переменный ток в нерегулируемый постоянный ток. Нерегулируемый постоянный ток без какой-либо нагрузки будет казаться довольно устойчивым, если вы его измерите. Но как только нагрузка начинает пропускать ток через процесс фильтрации, конденсаторы фильтра будут несколько падать между соседними импульсами выпрямленного переменного тока, подаваемого на фильтр, поэтому нагруженный нерегулируемый постоянный ток одновременно «нерегулируется» и «меняется».Другими словами, под нагрузкой это больше не постоянное значение постоянного тока и оно немного "колеблется". Оно будет иметь минимальное и максимальное значение, которое может колебаться между ними. Система регулятора, которая должна быть добавлена ​​(не показана выше) ) придется справляться с минимальным значением напряжения, а также с пульсациями, которые будут возникать при нагрузке.

Эта система компонентов, существующая до фактического регулятора, обеспечивает некоторые важные функции:

  • Эффективное преобразование напряжения
  • Гальваническая развязка (безопасность)
  • Относительно стабильный, нерегулируемый постоянный ток (но с некоторой пульсацией между минимальным и максимальным значением)

Система регулятора с внешним усилением

Мне, наверное, не нужно схематизировать системный блок регулятора.Он просто принимает нерегулируемый постоянный ток, показанный выше, и дает регулируемый выход постоянного тока. Так что это слишком просто, чтобы возиться с диаграммой.

Но сами регуляторы включают в себя множество внутренних механизмов для выполнения работы. Им нужен способ измерения (наблюдения) выходного напряжения, воспринимаемого самой нагрузкой, и корректировки их поведения для поддержания (регулирования) этого выходного напряжения. Это достигается путем изменения напряжения, которое они падают между нерегулируемой шиной питания постоянного тока и шиной напряжения нагрузки.

ИС простых регуляторов имеют ограничение на количество поддерживаемых током. Это ограничение чаще всего связано с количеством рассеиваемой энергии, с которым они могут справиться. (Они должны рассеивать тепловую энергию, равную напряжению, которое они падают между нерегулируемой шиной питания постоянного тока и выходной шиной постоянного тока, умноженной на сам ток нагрузки. Таким образом, это может быть много тепловой энергии, больше, чем они могут справиться сами по себе ( с добавленными радиаторами), если ток нагрузки достаточно велик.

Чтобы справиться со случаями, когда ожидается, что нагрузка потребует большего тока, чем может поддерживать сама ИС регулятора, можно добавить внешние активные устройства (транзисторы) (наряду с поддержкой пассивных устройств, чтобы они правильно выполняли свою работу.) Эти внешние активные устройства обычно просто называют «проходными транзисторами». Я думаю о них как о «шунтирующих транзисторах», потому что они шунтируют стабилизатор IC.

BJT часто выбираются для функций транзистора с внешним проходом вместо MOSFET, потому что необходимые накладные расходы на управление напряжением обычно намного меньше. Это означает меньшую потерю рассеиваемой энергии в системе регулирования, поскольку меньшие накладные расходы напряжения, используемые для управления ими, означают меньшее падение напряжения с нерегулируемой шины питания постоянного тока на выходную шину постоянного тока, и, поскольку это умножается на ток, меньшая разница напряжений означает меньшее падение напряжения. диссипация.

BJT бывают двух основных разновидностей: PNP и NPN. Но причина того, что PNP чаще всего используется для этой функции, заключается в том, что используются простые 3-контактные микросхемы стабилизатора напряжения, которые напрямую выбирают свой выходной контакт и не предоставляют отдельный контакт «обратной связи». Это означает, что вы не можете измерить фактический постоянный ток, наблюдаемый нагрузкой, если нагрузка не подключена напрямую к выходному выводу регулятора IC. А это ограничивает возможности дизайнера. Я перейду к этим ограничениям сейчас.

Чтобы байпасные BJT выполняли свою работу, им необходимо «контролировать» ток ИС регулятора и «срабатывать», когда этот ток достигает некоторого расчетного значения. С этим легко справиться, разместив последовательный резистор на входной стороне ИС регулятора. Для регуляторов IC без какого-либо вывода обратной связи вы не можете разместить резистор на выходной стороне, потому что тогда этот резистор отделяет нагрузку от выходного контакта регулятора. Это означает, что регулятор не может «видеть» то, что нагрузка воспринимает как свое напряжение.И если регулятор не видит напряжение нагрузки, он не может его правильно регулировать. Таким образом, последовательно включенный резистор обычно подключается к входной стороне ИС регулятора.

Этот последовательный резистор преобразует ток интегральной схемы регулятора в измеряемую разность напряжений на резисторе (это падение напряжения). Эта разница затем может быть применена к переходу база-эмиттер BJT. Когда он достигает значения, превышающего \ $ 450 \: \ text {mV} \ $, переход база-эмиттер BJT-транзистора начинает срабатывать и активировать BJT, допуская некоторый ток коллектора.По мере того, как регулятор потребляет еще больший ток, BJT экспоненциально реагирует на изменения, увеличивая ток коллектора в 10 раз на каждое \ $ 60 \: \ text {mV} \ $ изменение падения напряжения на резисторе. Таким образом, проходит совсем немного времени, прежде чем проходной транзистор «обходит» интегральную схему регулятора с большим количеством дополнительного тока нагрузки, протекающего через него и в нагрузку.

Однако эта идея работает только потому, что микросхема регулятора «видит» свое выходное напряжение. Если ток коллектора проходного транзистора увеличивается слишком сильно, то напряжение возрастает, и регулятор заметит этот факт и отреагирует снижением тока, который он передает в нагрузку.Но это уменьшит величину падения напряжения на последовательном резисторе и уменьшит ток коллектора проходного транзистора. Таким образом, проходной транзистор «использует» микросхему регулятора в качестве «наблюдателя» выходного напряжения и средства «самоконтроля». Промежуточный транзистор и ИС регулятора действуют согласованно друг с другом.

Давайте посмотрим на ситуацию как для PNP, так и для NPN:

смоделировать эту схему

Случай PNP работает, потому что полярность напряжения на последовательном резисторе совпадает с полярностью, необходимой для активации PNP.Корпус NPN не работает с , а не с , потому что полярность напряжения на последовательном резисторе не совпадает с полярностью, необходимой для активации NPN.

А теперь посмотрим, что вы пробовали:

смоделировать эту схему

Вот, по крайней мере, у вас есть прямое смещение эмиттерно-базового перехода NPN. Но слишком большое значение. Вы понятия не имеете, какое падение напряжения между входом и выходом ИС регулятора, но оно почти наверняка будет настолько большим, что сам NPN BJT будет насыщен.(Коллектор и эмиттер пропускают как можно больше тока.) Вы вставили коллекторный резистор, поэтому он будет ограничивать ток. Но сейчас все вышло из-под контроля.

Предполагается, что микросхема регулятора регулирует собственное падение напряжения, чтобы помочь регулировать выход. Это его работа. Но теперь у вас есть борьба с переходом база-эмиттер NPN BJT, который сам изо всех сил пытается справиться со слишком большим падением напряжения, которое ему подает микросхема регулятора.ИС регулятора и проходной транзистор больше не взаимодействуют друг с другом, а борются друг с другом.

Просто не пойдет.

Поскольку мы просто поливаем грязью, чтобы увидеть, что прилипает к стене, вы можете попробовать случайный выбор:

смоделировать эту схему

По крайней мере, переход база-эмиттер NPN BJT теперь смещен в прямом направлении. Но это не , кроме . Куда уходит коллекционер? Он не может попасть на выход, так как это будет означать, что вы поместили толстый диод (от базы к коллектору) прямо на выход.А это нехорошо. Вы не можете просто подключить его к нерегулируемому источнику постоянного тока, так как это просто означает, что у вас есть «диодный BJT», расположенный поперек \ $ R \ $. Кроме того, он вообще ничего не делает для поддержки более высокого тока, потому что весь ток нагрузки все еще проходит через микросхему регулятора. Это бессмысленно.

Еще одна плохая идея состоит в том, что вы можете попытаться использовать микросхему регулятора для управления базой NPN, при этом эмиттер NPN обеспечивает напряжение нагрузки. Но тогда напряжение нагрузки регулируется не так хорошо, поскольку микросхема регулятора не видит эмиттер NPN и, следовательно, не может регулировать его напряжение.Он может регулировать только базовое напряжение.

Это действительно плохо в случае, когда вам нужен большой ток, потому что результирующее напряжение перехода база-эмиттер (для сильноточного BJT или для комбинации Дарлингтона) будет большим. Например, если вы использовали микросхему регулятора LM7805 для вывода \ $ 5 \: \ text {V} \ $, наконечник эмиттера мог бы находиться в \ $ 3.5 \: \ text {V} \ $ и плохо регулироваться, как это значение. будет зависеть от тока нагрузки.

Метод комбинированных транзисторов

До сих пор, кстати, я избегал иметь дело с транзисторами с несколькими проходами питания.Причина в том, что вам нужно понять рабочие топологии и почему они работают, прежде чем начинать их изменять. Для добавления нескольких параллельных силовых BJT для распределения рассеиваемой мощности требуются резисторы с разделением эмиттеров (которые вы могли видеть во всех полезных схемах с несколькими PNP-транзисторами). Но это другой урок, и вам нужно сначала изложить основные идеи.

Имея это в виду, вот как вы можете подойти к схеме комбинированного прохода транзистора PNP + NPN BJT:

смоделировать эту схему

Обратите внимание, что PNP BJT находится в своей обычной конфигурации, используя \ $ R_2 \ $ для измерения тока в регуляторе IC.Его ток коллектора теперь обеспечивает базовый ток, необходимый для питания NPN BJT, а оставшаяся часть принудительно проходит через \ $ R_1 \ $. Именно этот остаточный ток, часть, остающаяся после подачи базового тока \ $ Q_1 \ $, развивает напряжение на \ $ R_1 \ $ и активирует питание NPN BJT. Теперь NPN BJT обеспечивает большую часть тока нагрузки (если схема хорошо спроектирована).

Силовой NPN в этой конфигурации можно заменить несколькими силовыми NPN, размещенными параллельно, при условии, что вы также включите их эмиттерные резисторы с разделением тока (которые также должны быть хорошо спроектированы.) Но теперь, когда управляющий транзистор PNP должен будет обеспечивать базовые токи всех этих дополнительных мощных NPN BJT, а также достаточно, чтобы установить необходимое падение напряжения на \ $ R_1 \ $ (сам по себе должен быть перепроектирован с учетом добавлены падения напряжения на эмиттерных резисторах с разделением тока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *