Что такое стабилизатор напряжения. Как работают линейные и импульсные стабилизаторы. Какие бывают типы стабилизаторов напряжения. Какие схемы стабилизаторов наиболее распространены.
Что такое стабилизатор напряжения и зачем он нужен
Стабилизатор напряжения — это электронное устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения или нагрузки. Основная задача стабилизатора — обеспечить стабильное питание для чувствительной электроники.
Зачем нужны стабилизаторы напряжения?
- Защищают электронику от скачков и перепадов напряжения в сети
- Обеспечивают корректную работу устройств при нестабильном питании
- Увеличивают срок службы электронных компонентов
- Повышают точность и стабильность работы оборудования
- Позволяют получить нужное напряжение из доступного источника питания
Стабилизаторы напряжения широко применяются в бытовой технике, компьютерах, медицинском оборудовании, промышленных системах и многих других областях.
Основные типы стабилизаторов напряжения
Существует два основных типа стабилизаторов напряжения:
1. Линейные стабилизаторы
Принцип работы: линейно изменяют сопротивление регулирующего элемента для поддержания постоянного выходного напряжения.
Преимущества линейных стабилизаторов:
- Простота конструкции
- Низкий уровень шумов и пульсаций
- Быстрый отклик на изменения
- Высокая точность стабилизации
Недостатки:
- Низкий КПД (30-60%)
- Большие габариты из-за необходимости отвода тепла
- Выходное напряжение всегда ниже входного
2. Импульсные стабилизаторы
Принцип работы: быстро переключают регулирующий элемент между включенным и выключенным состоянием.
Преимущества импульсных стабилизаторов:
- Высокий КПД (до 95%)
- Компактные размеры
- Возможность повышать и понижать напряжение
- Широкий диапазон входных напряжений
Недостатки:
- Более высокий уровень шумов
- Сложность конструкции
- Возможные электромагнитные помехи
Как работает линейный стабилизатор напряжения
Принцип работы линейного стабилизатора можно описать следующим образом:
- На вход подается нестабильное напряжение
- Регулирующий элемент (транзистор) работает как переменное сопротивление
- Схема обратной связи измеряет выходное напряжение
- При отклонении выходного напряжения от заданного значения меняется сопротивление регулирующего элемента
- Таким образом поддерживается постоянное выходное напряжение
Существует два основных типа линейных стабилизаторов:
Последовательный стабилизатор
Регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой. Это наиболее распространенный тип.
Параллельный стабилизатор
Регулирующий элемент включен параллельно нагрузке. Используется реже из-за более низкого КПД.
Принцип работы импульсного стабилизатора напряжения
Импульсный стабилизатор работает по следующему принципу:
- Входное напряжение подается на ключевой элемент (транзистор)
- Ключ быстро переключается между включенным и выключенным состоянием
- При включенном ключе энергия накапливается в катушке индуктивности
- При выключенном ключе энергия отдается в нагрузку
- Изменяя скважность переключений, регулируется выходное напряжение
- Конденсатор сглаживает пульсации
Основные типы импульсных стабилизаторов:
Понижающий (Buck)
Выходное напряжение ниже входного. Наиболее распространенный тип.
Повышающий (Boost)
Выходное напряжение выше входного.Инвертирующий (Buck-Boost)
Выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного, с обратной полярностью.
Схемы простых стабилизаторов напряжения
Рассмотрим несколько простых схем стабилизаторов напряжения:
Параметрический стабилизатор на стабилитроне
Это простейший тип стабилизатора. Принцип работы основан на свойстве стабилитрона поддерживать постоянное напряжение при обратном включении.
Схема включает:
- Ограничительный резистор
- Стабилитрон
- Нагрузку параллельно стабилитрону
Преимущества: простота, надежность.
Недостатки: низкий КПД, слабая нагрузочная способность.
Линейный стабилизатор на транзисторе
Простая схема последовательного стабилизатора содержит:
- Регулирующий транзистор
- Стабилитрон в качестве источника опорного напряжения
- Резисторы делителя напряжения для обратной связи
Такая схема обеспечивает лучшую стабилизацию по сравнению с параметрическим стабилизатором.
Стабилизатор на микросхеме серии 78xx
Популярная серия интегральных стабилизаторов напряжения. Основные особенности:
- Фиксированное выходное напряжение (5В, 12В и др.)
- Встроенная защита от перегрузки и перегрева
- Простота применения — требуется минимум внешних компонентов
Эти микросхемы широко используются в маломощной электронике.
Как выбрать стабилизатор напряжения
При выборе стабилизатора напряжения следует учитывать следующие параметры:
- Диапазон входных напряжений
- Требуемое выходное напряжение
- Максимальный выходной ток
- Точность стабилизации
- КПД
- Уровень пульсаций и шумов
- Габариты и способ охлаждения
- Наличие защит (от КЗ, перегрузки, перегрева)
Для маломощной электроники часто достаточно простых линейных стабилизаторов. Для мощных устройств и промышленного применения обычно используют импульсные стабилизаторы из-за их высокого КПД.
Применение стабилизаторов напряжения
Стабилизаторы напряжения находят широкое применение в различных областях:
- Бытовая электроника (телевизоры, компьютеры, аудиотехника)
- Промышленное оборудование
- Медицинская техника
- Телекоммуникационные системы
- Автомобильная электроника
- Зарядные устройства
- Источники бесперебойного питания
- Системы автоматики и управления
Практически любое электронное устройство содержит тот или иной тип стабилизатора напряжения для обеспечения корректной работы своих узлов.
Заключение
Стабилизаторы напряжения играют важную роль в современной электронике, обеспечивая надежное и стабильное питание устройств. Понимание принципов работы различных типов стабилизаторов позволяет правильно выбирать и применять их в зависимости от конкретных требований.
Развитие технологий приводит к появлению все более эффективных и компактных стабилизаторов, что открывает новые возможности для создания высокопроизводительных и энергоэффективных электронных устройств.
Схемы стабилизаторов напряжений с изменяемой полярностью
Схемы стабилизаторов напряжений — не регулируемые по величине низковольтные стабилизаторы напряжения чаще всего выполняют на основе прямосмещенных переходов диодов и транзисторов, изготовленных из полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны.
Такие стабилизаторы не поддаются регулировке и обладают далеко не самыми лучшими свойствами — напряжение на их выходе заметно зависит от изменения напряжения питания, температуры, сопротивления нагрузки. Подавляющее большинство схем источников регулируемого стабилизированного напряжения относятся к устройствам, позволяющим стабилизировать и регулировать выходное напряжение величиной от 1…2.5 В и выше.
Известны также единичные примеры создания регулируемых источников постоянного напряжения с возможностью смены полярности выходного напряжения, выполненные по дифференциально-мостовой схеме.
На Рисунке 1 приведена схема стабилизатора постоянного напряжения, позволяющего получить на сопротивлении нагрузки стабилизированное регулируемое в пределах от -2.
5 до 2.5 В напряжение. Стабилизатор выполнен по мостовой схеме с использованием регулируемых стабилитронов TL431C или их аналогов. При регулировке потенциометра R2 стабилизированное напряжение на резисторах R5 и R6 изменяется в пределах от 2.0 до 4.5 В и от 4.5 до 2.0 В, соответственно.
Следовательно, разностное напряжение, снимаемое с этих резисторов на сопротивление нагрузки, будет изменяться в пределах от -2.5 до 2.5В. При повышении напряжения питания падение напряжения на резисторах R5 и R6 пропорционально повышается, но разность этих напряжений будет оставаться всегда неизменной и стабильной.
Величина выходного напряжения стабилизатора остается постоянной при условии, что сопротивление нагрузки превышает 90 Ом. Ток, потребляемый устройством, не превышает 95 мА. Нагрузочную способность стабилизатора можно повысить путем повышения напряжения питания, что скажется на тепловыделении на элементах DA1, DA2, R5 и R6.
Стабилитроны TL431С для их охлаждения и повышения температурной стабильности выходного напряжения рекомендуется установить на медной теплоотводящей пластине.
Второй вариант низковольтного регулятора стабилизированного выходного напряжения с возможностью смены его полярности показан на Рисунке 2. Этот стабилизатор выполнен по мостовой схеме иного построения, левую ветвь которой представляет собой цепочка из двух нерегулируемых стабилизаторов напряжения, а правую — регулируемый стабилизатор напряжения на основе стабилитронов TL431С и резистора R7.
В диагональ моста включено сопротивление нагрузки RH. На левый по схеме вывод этого сопротивления подается стабилизированное напряжение 5.0 В, на правый — стабилизированное, регулируемое в пределах от 2.5 до 7.5 В напряжение. Следовательно, на сопротивлении нагрузки, величина которого должна превышать 1 кОм, можно получить стабилизированное напряжение, величину которого можно регулировать в пределах от -2.5 до 2.5 В. Ток, потребляемый устройством, не превышает 20 мА.
Недостатком предшествующих схем (Рисунки 1 и 2) является то, что их сопротивления нагрузки находятся в «подвешенном» состоянии, что ограничивает возможности применения подобных стабилизаторов на практике.
На Рисунке 3 показана схема регулируемого в пределах от 0 до +2.5 В стабилизатора постоянного напряжения с заземленной нагрузкой. Устройство представляет собой последовательность из двух стабилизаторов постоянного напряжения: нерегулируемого на DA1 и регулируемого — на DA2.
Напряжение на выходе первого стабилизатора поддерживается на уровне 5 В. Второй из стабилизаторов выполнен по нестандартной схеме: сопротивление нагрузки включено в анодную цепь стабилитрона TL431C (при условии R5 » RH, RH > 30 Ом). Резистор R5 без изменения свойств стабилизатора может быть подключен и по классической схеме: между управляющим входом и анодом стабилитрона DA2.
При регулировке потенциометра R3 падение напряжения на стабилитроне DA2 TL431C меняется от 5.0 до 2.5 В, поэтому на сопротивлении нагрузки напряжение меняется в пределах от 0 до 2.5 В. Ток, потребляемый стабилизатором при сопротивлении нагрузки не менее 30 Ом, не превышает 95 мА. Резистор R1 является гасящим сопротивлением и одновременно защищает стабилизатор от короткого замыкания в нагрузке.
Общим недостатком рассмотренных выше стабилизаторов является их низкий КПД, что, впрочем, характерно практически для любых схем аналоговых стабилизаторов напряжения.
Принципиальные схемы стабилизаторов напряжения
21-05-2015
Основные типы стабилизаторов напряжения
В настоящее время большее распространение получили следующие типы стабилизаторов напряжения:
- релейные стабилизаторы;
- электронные стабилизаторы;
- электромеханические стабилизаторы.
Выбор типа стабилизатора напряжения определяется спецификой задачи, которую нужно решить. Различные схемы построения стабилизатора напряжения определяют основные параметры приборов. Среди важных параметров стабилизаторов следует выделить следующие:
- точность стабилизации;
- скорость стабилизации;
- надёжность работы;
- защита от электрических помех;
- срок эксплуатации;
- стоимость стабилизатора.
Рассмотрим принципы работы основных типов стабилизаторов напряжения и их принципиальные электрические схемы.
Схема работы релейного стабилизатора
Схема работы релейного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых реле, работой которых управляет электронная плата. Специальный процессор ведет контроль входного и выходного напряжения, вычисляет необходимое число трансформации и осуществляет коммутацию нужного числа силовых реле. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне.
Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения
Схема работы электронного стабилизатора
Схема работы электронного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора.
Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых тиристоров, работой которых управляет электронный блок управления. Напряжение на выходе стабилизатора в случае применения схемы вольтодобавочного типа определяется суммированием основного и добавочного напряжения. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне, обеспечивая высокую надёжность и бесшумность работы.
Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения
Схема работы электромеханического стабилизатора
Схема работы электромеханического стабилизатора напряжения основана на плавном регулировании напряжения путём автоматической коммутации дополнительного числа витков вторичной обмотки трансформатора. Коммутация дополнительных витков трансформатора происходит с помощью подвижного контакта, приводимого в движение сервоприводом. Положением подвижного контакта управляет электронный или аналоговый блок управления.
Как только напряжение на входе становиться большим или меньшим установленного, блок управления дает команду на перемещение подвижного контакта до момента установления правильного напряжения на выходе. Эта схема работы стабилизатора позволяет вести плавное и точное изменение напряжения. Однако время стабилизации напряжения в такой схеме стабилизатора достаточно велико. Большим минусом стабилизаторов, построенных по этой схеме, является физический износ подвижного контакта.
Принципиальная электрическая схема электромеханического стабилизатора напряжения
Читайте также по теме
- Регуляторы напряжения
- 12 причин появления скачков в сети
- Выбираем стабилизатор напряжения для холодильника
- Выбираем стабилизатор напряжения для всего дома
- В питании главное — стабильность
Что такое регулятор напряжения » Заметки по электронике
Регулятор напряжения — это схема, которая часто используется в источниках питания для обеспечения постоянного напряжения, несмотря на различные выходные требования и входные уровни.
Схемы блока питания. Учебное пособие. Включает:
Обзор электроники блока питания.
Линейный источник питания
Импульсный источник питания
Сглаживание конденсатора
Схемы выпрямителя переменного тока
Схемы регулятора напряжения
Схема стабилизатора напряжения стабилитрона
Защита от перенапряжения
Характеристики блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания
Регуляторы напряжения широко используются в цепях питания электроники. Они обеспечивают очень высокую степень регулирования и низкий уровень пульсаций, хотя их уровень эффективности намного ниже, чем у другой популярной формы регулятора, называемой импульсным регулятором.
Однако линейные регуляторы все еще используются в больших количествах из-за их относительной простоты и высокого уровня производительности.
Схемы регуляторов напряжения можно делать как из дискретных компонентов, так и использовать регуляторы на ИС.
Регуляторы на ИС позволяют достичь очень высокого уровня производительности, часто используя сравнительно небольшое количество компонентов, но часто для многих проектов можно использовать несколько доступных компонентов для создания совершенно адекватной схемы стабилизатора напряжения.
Что такое регулятор напряжения
Регуляторы напряжения используются во многих схемах для обеспечения регулируемого выходного напряжения. Схемы могут быть разработаны с использованием дискретных компонентов, и в качестве альтернативы существует очень много интегральных схем, которые обеспечивают эту функцию схемы.
Для краткого понимания того, что такое регуляторы напряжения, следует дать определение термину «регулятор напряжения»:
Определение регулятора напряжения:
Регулятор напряжения — это цепь, которая часто используется в источнике питания, но может использоваться в любом месте цепи для обеспечения постоянного напряжения, несмотря на различные выходные требования и входные уровни.
Спецификации регуляторов напряжения определяют их характеристики с точки зрения того, как они регулируют выходное напряжение с точки зрения различных уровней нагрузки, а также различных входных условий. Температура также может влиять на производительность.
Основная концепция схем регулятора напряжения
Несмотря на то, что существует множество различных схем регуляторов напряжения и стабилизаторов интегральных схем, основные концепции этих схем относятся к одной из двух основных категорий:
- Цепь регулятора серии
- Параллельная или параллельная цепь регулятора.
Все схемы регуляторов напряжения попадают в одну из этих категорий, хотя из двух наиболее распространенным типом схем полного регулятора напряжения является последовательный регулятор.
В дополнение к тому, что регуляторы напряжения подразделяются на последовательные и параллельные регуляторы, их также можно разделить на две другие категории в зависимости от режима работы:
- Линейные регуляторы напряжения.
- Импульсные регуляторы напряжения.
Широко используются как линейные, так и импульсные схемы регуляторов. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор типа регулятора необходимо делать в зависимости от предполагаемого применения.
Цепь регулятора напряжения серии
Цепи последовательного регулятора напряжения работают с использованием элемента последовательного управления, такого как биполярный транзистор или полевой транзистор. В основе работы схемы лежит управление проводимостью этого последовательного элемента с помощью управляющего напряжения.
Если напряжение на выходе имеет тенденцию к повышению, это будет обнаружено, и управляющее напряжение будет отрегулировано для уменьшения проводимости последовательного элемента, что вызовет повышение напряжения на последовательном элементе.
Поскольку последовательный элемент и нагрузка образуют цепь делителя потенциала, любое увеличение напряжения на последовательном управляющем элементе приведет к падению напряжения на нагрузке.
Аналогичным образом, если напряжение на нагрузке имеет тенденцию к слишком низкому падению, то это будет обнаружено, тогда управляющее напряжение для последовательного элемента вызовет повышение проводимости последовательного элемента и напряжение на нагрузка сохранится.
Это типичная форма системы отрицательной обратной связи. Управляющее напряжение должно иметь опорное значение, с которым можно сравнивать выходной сигнал. Это часто обеспечивается схемой опорного напряжения на основе стабилитрона.
Выходное напряжение регулятора берется, часто через делитель потенциала, и сравнивается с опорным напряжением, а напряжение ошибки подается обратно в качестве управляющего напряжения для изменения проводимости элемента последовательного управления.
Можно изменить выходное напряжение, изменив величину деления выходного сигнала. Поместив переменный резистор в делитель потенциала, можно изменить напряжение, которое сравнивается с опорным напряжением.
Это, в свою очередь, изменит выходное напряжение схемы регулятора напряжения.
Шунт цепи регулятора напряжения
Как следует из названия, шунтирующий регулятор напряжения работает параллельно с нагрузкой, а не последовательно с ней. Используя форму устройства постоянного тока, которое может быть таким же простым, как резистор, оно работает параллельно с нагрузкой, шунтируя или поглощая ток, так что напряжение на нагрузке остается неизменным.
Блок-схема шунтового регулятора напряжения с обратной связью В простейших шунтирующих регуляторах используются устройства постоянного напряжения, такие как стабилитроны. В этих схемах используется последовательный резистор для ограничения тока, а стабилитрон размещается между резистором и землей параллельно нагрузке. Поскольку стабилитрон поддерживает постоянное напряжение, изменения тока на нагрузке не вызовут каких-либо (значительных) изменений напряжения, поскольку диод будет поддерживать постоянное напряжение, воспринимая любые изменения тока.
Естественно, существуют и другие, более сложные формы шунтового регулятора, но вариант со стабилитроном является самым простым и понятным.
Линейный регулятор напряжения
Цепь линейного регулятора напряжения — это схема, в которой проводимость элемента последовательного регулятора изменяется линейно, чтобы обеспечить поддержание требуемого напряжения на выходе. Таким образом, выходное напряжение поддерживается как можно точнее и достигается максимально чистый выходной сигнал.
Несмотря на то, что схема линейного стабилизатора напряжения обеспечивает очень высокий уровень производительности с точки зрения шумов, пульсаций и регулирования, схема такого типа неэффективна.
Элемент последовательного регулятора требует значительного падения напряжения на нем, чтобы он мог поддерживать высокий уровень подавления шумов и пульсаций. Элемент последовательного регулятора должен иметь возможность рассеивать значительные уровни мощности в зависимости от требуемой мощности.
Это означает, что эти блоки питания могут быть большими и тяжелыми.
Импульсный регулятор напряжения
В отличие от линейных регуляторов, в которых последовательный элемент изменяется линейно, последовательный элемент в импульсных регуляторах имеет только два состояния — включено и выключено.
Регулятор работает, заряжая большой конденсатор на выходе. Когда напряжение падает, поскольку заряд используется для питания нагрузки, включается последовательный регулятор. Как только он достигает требуемого напряжения, он снова выключается.
При достаточно большом накопительном конденсаторе на выходе коммутационные всплески устраняются в сети.
Преимуществом импульсных регуляторов является их гораздо более высокий уровень эффективности, который они могут предложить. Последовательный элемент рассеивает очень мало энергии, когда он либо включен, либо выключен. В результате эти источники питания не только очень эффективны, но и могут быть сделаны намного меньше.
Проблема в том, что на выходе всегда присутствуют пики переключения, а уровень общего шума на выходе выше, чем у линейных регуляторов. Однако их вполне достаточно для многих приложений, и в результате они очень широко используются.
Линейные регуляторы напряжения очень широко используются в электронных схемах. В схемах, работающих на высоких скоростях и требующих точного обслуживания шин питания, для питания большинства цепей используются схемы регуляторов напряжения.
Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Транзисторная конструкция
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
схемы полевых транзисторов
Символы цепи
Вернуться в меню проектирования схем . . .
Цепи регулятора напряжения — линейный регулятор напряжения, стабилизатор напряжения Зенера и импульсный регулятор напряжения
Регулятор напряжения, как следует из названия, представляет собой цепь, которая используется для регулирования напряжения.
Регулируемое напряжение — это плавная подача напряжения без каких-либо помех или помех. Выход регулятора напряжения не зависит от тока нагрузки, температуры и изменений в сети переменного тока. Регуляторы напряжения присутствуют почти во всех электронных или бытовых приборах, таких как телевизор, холодильник, компьютер и т. д., для стабилизации напряжения питания.
Обычно регулятор напряжения минимизирует колебания напряжения для защиты устройства. В системе распределения электроэнергии регуляторы напряжения находятся либо в фидерных линиях, либо на подстанции. В этой линии используются два типа регуляторов, один из которых представляет собой ступенчатый регулятор, в котором переключатели регулируют подачу тока. Другим является индукционный регулятор, представляющий собой электрическую машину переменного тока, аналогичную асинхронному двигателю, обеспечивающую питание в качестве вторичного источника. Он сводит к минимуму колебания напряжения и обеспечивает стабильный выходной сигнал.
Существуют различные типы регуляторов напряжения, описание которых приведено ниже.
Типы цепей регулятора напряжения
Цепь линейного регулятора напряжения
- Серийный регулятор напряжения
- Шунтирующий регулятор напряжения
Цепь регулятора напряжения Зенера
Цепь импульсного регулятора напряжения
- Понижающий тип
- Бустерный тип
- Понижающий/повышающий тип
Схема линейного регулятора напряжения
Это наиболее распространенные регуляторы, используемые в электронике для поддержания постоянного выходного напряжения. Линейные регуляторы напряжения действуют как схема делителя напряжения, в этом регуляторе сопротивление меняется в зависимости от изменения нагрузки и дает постоянное выходное напряжение. Ниже приведены некоторые преимущества и недостатки линейного регулятора напряжения:
Преимущества
- Низкое выходное пульсирующее напряжение
- Ответ быстрый
- Меньше шума
Недостатки
- Низкая эффективность
- Требуется большое пространство
- Выходное напряжение всегда будет меньше входного напряжения
1.
Последовательный регулятор напряжения Последовательный регулятор напряжения является частью линейного регулятора напряжения и также называется последовательно-проходным регулятором. Переменный элемент, включенный последовательно, используется для поддержания постоянного выходного напряжения. Когда вы изменяете сопротивление последовательного элемента, падение напряжения на нем можно изменять, чтобы обеспечить постоянное напряжение на выходе.
Как вы можете видеть на принципиальной схеме последовательного регулятора напряжения, NPN-транзистор T1 является последовательным элементом, а стабилитрон используется для обеспечения опорного напряжения.
При увеличении выходного напряжения напряжение база-эмиттер уменьшается, из-за этого транзистор Т1 проводит меньше. Поскольку T1 проводит меньше, он снижает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.
Когда выходное напряжение уменьшается, напряжение база-эмиттер увеличивается, благодаря этому транзистор Т1 проводит больше.
Поскольку T1 проводит больше, он увеличивает выходное напряжение, следовательно, поддерживает постоянное выходное напряжение.
Выходное напряжение определяется как:
В О = В З - В БЭ Где, V O – выходное напряжение V Z — напряжение пробоя стабилитрона. V BE напряжение база-эмиттер
2. Шунтирующий регулятор напряжения
потребляется нагрузкой. Если ток, потребляемый нагрузкой, увеличивается, ток базы также будет уменьшаться, и из-за этого меньший ток коллектора будет протекать через клемму коллектор-эмиттер, и, следовательно, ток через нагрузку будет увеличиваться, и наоборот.
Регулируемое выходное напряжение шунтового регулятора напряжения определяется как:
V OUT = V Z + V BEРегулятор напряжения Zener
Zener Voltage Refulators — это Careper и только для Lowable Circuitiots.
Его можно использовать в приложениях, где количество энергии, теряемой во время регулирования, не имеет большого значения.
Резистор, включенный последовательно со стабилитроном для ограничения величины тока, протекающего через диод и
0112 входное напряжение Vin (которое должно быть больше напряжения стабилитрона) подключается параллельно, как показано на рисунке, а выходное напряжение Vout берется через стабилитрон с Vout = Vz (напряжение стабилитрона). Как мы знаем, стабилитрон начинает проводить в обратном направлении, когда приложенное напряжение выше, чем напряжение пробоя стабилитрона. Таким образом, когда он начинает проводить ток, он поддерживает на нем одинаковое напряжение и пропускает дополнительный ток, тем самым обеспечивая стабильное выходное напряжение.
Узнайте больше о работе стабилитрона здесь.
Импульсный регулятор напряжения
Существует три типа импульсных регуляторов напряжения:
- Понижающий или понижающий импульсный регулятор напряжения
- Повышающий или повышающий импульсный регулятор напряжения
- Понижающий/повышающий импульсный регулятор напряжения
Понижающий или понижающий импульсный регулятор напряжения
Понижающий регулятор используется для понижения напряжения на выходе.
Мы даже можем использовать схему делителя напряжения для снижения выходного напряжения, но эффективность схемы делителя напряжения низкий, потому что резисторы рассеивают энергию в виде тепла. В схеме используем конденсатор, диод, катушку индуктивности и переключатель. Принципиальная схема понижающего импульсного регулятора напряжения приведена ниже:
Когда переключатель находится в положении ON, диод остается смещенным в обратном направлении, а питание подается на катушку индуктивности. Когда переключатель разомкнут, полярность катушки индуктивности меняется на обратную, а диод смещается в прямом направлении и подключает катушку индуктивности к земле. Тогда ток через индуктор уменьшается с наклоном:
d I L / dt = (0-V OUT ) / L
Конденсатор используется для предотвращения падения напряжения до нуля на нагрузке. Если мы продолжаем размыкать и замыкать переключатель, среднее напряжение на нагрузке будет меньше входного напряжения.
Вы можете управлять выходным напряжением, изменяя рабочий цикл коммутационного устройства.
Выходное напряжение = (Входное напряжение) * (процент времени, в течение которого переключатель включен)
Если вы хотите узнать больше о понижающем преобразователе, перейдите по ссылке.
Повышающий или повышающий импульсный регулятор напряжения
Повышающий регулятор используется для повышения напряжения на нагрузке. Принципиальная схема повышающего регулятора приведена ниже:
Когда переключатель замкнут, диод ведет себя как смещенный в обратном направлении, и ток через дроссель продолжает увеличиваться. Теперь, когда переключатель разомкнут, индуктор создаст силу, заставляющую ток продолжать течь, и конденсатор начнет заряжаться. Непрерывным включением и выключением выключателя мы получим напряжение на нагрузке выше, чем входное напряжение. Мы можем контролировать выходное напряжение, контролируя время включения (Ton) переключателя.
Выходное напряжение = Входное напряжение / Процент времени, в течение которого переключатель разомкнут.
Повышающе-понижающий импульсный регулятор напряжения
Повышающе-понижающий импульсный регулятор представляет собой комбинацию понижающего и повышающего регулятора, он дает инвертированное выходное напряжение, которое может быть больше или меньше входного напряжения.
Когда переключатель включен, диод ведет себя как смещенный в обратном направлении, а индуктор накапливает энергию, а когда переключатель находится в положении OFF, индуктор начинает выделять энергию с обратной полярностью, которая заряжает конденсатор. Когда энергия, накопленная в катушке индуктивности, становится равной нулю, конденсатор начинает разряжаться в нагрузку с обратной полярностью. Из-за этого понижающе-повышающий регулятор также называют инвертирующим регулятором .
Выходное напряжение определяется как
Vвых = Вин(Д/1-Д) Где D — рабочий цикл
Следовательно, если рабочий цикл низкий, регулятор ведет себя как понижающий регулятор, а когда рабочий цикл высокий, регулятор ведет себя как повышающий регулятор.
Практический пример схемы регулятора
Цепь положительного линейного регулятора напряжения
0113 . Эта микросхема имеет все схемы для обеспечения 5-вольтового регулируемого источника питания. Входное напряжение должно быть не менее 2 В от номинального значения, например, для LM7805 мы должны обеспечить не менее 7 В.
На микросхему подается нестабилизированное входное напряжение, а на выходе мы получаем регулируемое напряжение. Название микросхемы определяет ее функцию, 78 представляет положительный знак, а 05 представляет значение регулируемого выходного напряжения. Как вы видите на принципиальной схеме, мы подаем 9 В на 7805IC и получаем +5 В на выходе. Конденсаторы С1 и С2 используются для фильтрации.
Схема стабилизатора напряжения Зенера
Здесь мы разработали стабилизатор напряжения Зенера, используя стабилитрон 5,1 В.
