+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Лабораторный блок питания на транзисторах

Лабораторный блок питания БП является важным устройством в радиолюбительской практике наряду с паяльным оборудованием и измерительным (тестером). Схема блока питания (БП) на транзисторах, приведëнная на рисунке 1, является, по сути, модернизированной версией схемы, предложенной Борисовым В. в книге «Юный радиолюбитель» [1]. Она собой представляет двухполупериодный выпрямитель со стабилизатором и регулятором выпрямленного напряжения, с узлом защиты от короткого замыкания.

Трансформатор питания Tr1 обмоткой I подключается к электрической сети напряжением 220 В.Обмотка  II трансформатора  и диоды диодной сборки VD1 образуют двухполупериодный выпрямитель. К выпрямителю подключается электролитический конденсатор C1, частично сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. С него выпрямленное напряжение подается к нагрузке R5 через стабилизатор напряжения, выполняющий роль фильтра питания. Ток в цепи, а значит, напряжение на нагрузке зависит от состояния транзистора VT2, включенного в эту цепь. Состоянием же этого транзистора управляет транзистор VT1, который в свою очередь управляется напряжением, подаваемым на его базу с движка переменного резистора R2. Управляющую цепь стабилизатора образуют резистор R1, стабилитрон VD2 и подключенный к нему переменный резистор R2. Благодаря стабилитрону и конденсатору С2 на переменном резисторе R2 действует постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации Uст используемого в блоке стабилитрона. В описываемом блоке это напряжение равно 15 В. Когда движок переменного резистора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, транзистор VT1 закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю. Транзистор VD2 в это время тоже закрыт. По мере перемещения движка переменного резистора вверх на базу транзистора VT1 подается открывающее отрицательное напряжение и в его эмиттерной цепи появляется ток. Одновременно отрицательным напряжением, падающим на эмиттерном резисторе R3 транзистора VT1, открывается транзистор VT2, и во внешней цепи блока питания появляется ток.

Чем больше отрицательное напряжение на базе транзистора VD1, тем больше открываются транзисторы, тем больше напряжение на выходе блока питания и ток в его нагрузке.

Наибольшее напряжение на выходе блока равно напряжению стабилизации стабилитрона. При изменении тока в нагрузке от нескольких миллиампер до 250 – 280 напряжение на нагрузке остается постоянным.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная

 

Резистор R2 должен быть группы А, т. е. резистор, у которого сопротивление между выводом движка и любым из крайних выводов прямо пропорционально углу поворота оси. Важно, чтобы резистор был с выключателем. Это предохранит подключенное к выходу БП устройство от случайной подачи на него напряжения выше требуемого.  Коэффициент h31э транзисторов может быть небольшим – 15-20. Электролитические конденсаторы могут быть номиналом больше, указанного на схеме, что лучше скажется на сглаживании выпрямленного тока, с рабочим напряжением не менее 25 В. Стабилитрон – с напряжением стабилизации 15 В.

Роль трансформатора питания Tr1выполняет трансформатор ТПП-252-50 [2]. В трансформаторах ТПП252 возможно последовательное и параллельное согласное соединение вторичных обмоток. Последовательное включение различных вторичных обмоток позволяет подобрать необходимое выходное напряжение, параллельное — повысить мощность на выходных обмотках. При последовательном включении обмоток с разными допустимыми токами ток через обмотки не должен превышать минимально допустимого. Параллельное соединение допускается только для тех обмоток, напряжение на зажимах которых одинаковы. В нашем случае все обмотки соединены последовательно и объединены в одну обмотку с выводом от средины. Напряжение обоих половин обмотки должно быть одинаковым. Допустимый ток в таком подключении вторичных обмоток трансформатора будет равным – 1,94 А. Выпрямленное напряжение составит 16 В. Наибольший прямой ток диодов сборки S20420C – 20А, а  транзистора КТ819Г – 15 А. Наибольший ток, потребляемый нагрузкой на выходе БП равно току вторичной обмотки трансформатора.

  Схема позволяет использовать трансформатор  и большей мощности, исходя из характеристик выпрямительных диодов и транзистора VT2.

Монтируя детали БП, особое внимание уделяют правильной полярности включения диодов, электрических конденсаторов и выводов транзисторов. Закончив монтаж, проверяют по схеме на отсутствие ошибок. После этого устройство подключают к сети. В положении движка переменного резистора R2 в крайнем верхнем (по схеме) положении оно должно соответствовать номинальному напряжению стабилитрона (в нашем случае 15 В) и плавно уменьшаться до нуля при вращении оси переменного резистора против направления движения часовой стрелки. Если, наоборот, при таком вращении оси резистора напряжение увеличивается, то меняют местами проводники, идущие к крайним выводам этого регулятора выходного напряжения БП.

Затем в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на схеме крестиком, включают миллиамперметр и, подбирая резистор R1, устанавливают в этой цепи ток, равный 12 – 15 мA. При подключении к выходу выпрямителя нагрузки (резистор 100 – 200 Ом) ток через стабилитрон должен уменьшаться до 8 – 10 мA, а выходное напряжение оставаться практически неизменным.

В стабилизаторе БП работают транзисторы, а они не выдерживают перегрузок. Наиболее опасно короткое замыкание между выходными зажимами или токонесущими проводниками конструкции, подключенной к блоку. Поэтому, схему целесообразно дополнить узлом защиты на VT3, R4, C3 (на схеме выделено красным цветом).

Элементы монтируют на печатной плате размерами 70Х35 мм – рис. 2. Транзистор VT2 и диодную сборку S20C40C крепят к плате, подставив под них алюминиевый уголок, который соединяют с металлической частью корпуса БП для отвода тепла. Транзистор КТ819Г и диодную сборку S20C49C изолируют с помощью слюдяных прокладок.

а)

 

б)

 

в)

Рис. 2. Печатная плата блока питания: а – топология проводников;  б – расположение элементов;  в – плата в собранном виде

 

Возможная конструкция блока питания показана на рис. 3.

Рис. 3. Лабораторный блок питания

Простой лабораторный блок питания — Блоки питания — Источники питания

Сергей Никитин

Описанием этого простого лабораторного блока питания, я открываю цикл статей, в которых познакомлю Вас с простыми и надёжными в работе разработками (в основном различных источников питания и зарядных устройств), которые приходилось собирать по мере необходимости из подручных средств.
Для всех этих конструкций в основном использовались детали и части от списанной с эксплуатации старой оргтехники.

И так, понадобился как-то срочно блок питания с регулировкой выходного напряжения в пределах 30-40 вольт и током нагрузки в районе 5-ти ампер.

В наличии имелся трансформатор от бесперебойника UPS-500, в котором при соединении вторичных обмоток последовательно, получалось около 30-33 Вольт переменного напряжения. Это меня как раз устраивало, но осталось решить, по какой схеме собирать блок питания.

Если делать блок питания по классической схеме, то вся лишняя мощность при низком выходном напряжении будет выделяться на регулирующем транзисторе. Это мне не подходило, да и делать блок питания по предлагаемым схемам как то не захотелось, и ещё нужно было-бы для него искать детали.
По этому разработал схему под те детали, какие на данный момент у меня были в наличии.

За основу схемы взял ключевой стабилизатор, чтобы на греть в пустую окружающее пространство выделяемой мощностью на регулирующем транзисторе.
Здесь нет ШИМ-регулирования и частота включения ключевого транзистора, зависит только от тока нагрузки. Без нагрузки частота включения в районе одного герца и менее, зависит от индуктивности дросселя и ёмкости конденсатора С5. Включение слышно по небольшому циканию дросселя.

Транзисторы MJ15004 были в огромном количестве от ранее разобранных бесперебойников, поэтому решил поставить их на выходные. Для надёжности поставил два в параллель, хотя и один вполне справляется со своей задачей.
Вместо них можно поставить любые мощные p-n-p транзисторы, например КТ-818, КТ-825.

Дроссель L1 можно намотать на обычном Ш-образном (ШЛ) магнитопроводе, его индуктивность особо не критична, но желательно, чтобы подходила ближе к нескольким миллигенри.
Берётся любой подходящий сердечник, Ш, ШЛ, с сечением желательно не меньше 3 см,. Вполне подойдут сердечники от выходных транформаторов ламповых приёмников, телевизоров, выходные трансформаторы кадровых развёрток телевизоров и т.д. Например стандартный размер Ш, ШЛ-16х24.
Далее берётся медный провод, диаметром 1,0 — 1,5 мм и мотается до заполнения окна сердечника полностью.
У меня дроссель намотан на железе от трансформатора ТВК-90, проводом 1,5 мм до заполнения окна.
Магнитопровод, конечно собираем с зазором 0,2-0,5мм.(2 — 5 слоёв обычной писчей бумаги).

Единственный минус этого блока питания, под большой нагрузкой дроссель у меня жужжит, и этот звук меняется от величины нагрузки, что слышно и немного достаёт. Поэтому наверно нужно дроссель хорошо пропитывать, а может ещё лучше — залить полностью в каком нибудь подходящем корпусе эпоксидкой, чтобы уменьшить звук «цикания» .

Транзисторы я установил на небольшие алюминиевые пластины, и на всякий случай поставил внутрь ещё и вентилятор для их обдува.

Вместо VD1 можно ставить любые быстрые диоды на соответствующее напряжение и ток, у меня просто в наличии много диодов КД213, поэтому я их в таких местах в основном везде и ставлю. Они достаточно мощные (10А) и напряжение 100В, что вполне достаточно.

На мой дизайн блока питания особо внимание не останавливайте, задача стояла не та. Нужно было сделать быстро, и работоспособно. Сделал временно в таком корпусе и в таком оформлении, и пока это «временно» уже довольно долго работает.
Можно в схему ещё добавить амперметр для удобства. Но это дело личное. Я поставил одну головку для измерения напряжения и тока, шунт для амперметра сделал из толстого монтажного провода (на фотографиях видно, намотан на проволочном резисторе) и поставил переключатель «Напряжение» — «Ток». На схеме это просто не показал.

 

Блок питания на стабилитроне и транзисторе своими руками

Рассмотренный далее стабилизированный блок питания является одним из первых устройств, которые собираются начинающими радиолюбителями. Это очень простой, но весьма полезный прибор. Для его сборки не нужны дорогостоящие компоненты, которые достаточно легко подобрать новичку в зависимости от требуемых характеристик блока питания.
Материал будет также полезен тем, кто желает более детально разобраться в назначении и расчете простейших радиодеталей. В том числе, вы подробно узнаете о таких компонентах блока питания, как:
  • силовой трансформатор;
  • диодный мост;
  • сглаживающий конденсатор;
  • стабилитрон;
  • резистор для стабилитрона;
  • транзистор;
  • нагрузочный резистор;
  • светодиод и резистор для него.

Также в статье детально рассказано, как подобрать радиодетали для своего блока питания и что делать, если нет нужного номинала. Наглядно будет показана разработка печатной платы и раскрыты нюансы этой операции. Несколько слов сказано конкретно о проверке радиодеталей перед пайкой, а также о сборке устройства и его тестировании.

Типовая схема стабилизированного блока питания


Всевозможных схем блоков питания со стабилизацией напряжения существует сегодня очень много. Но одна из самых простых конфигураций, с которой и стоит начинать новичку, построена всего на двух ключевых компонентах – стабилитроне и мощном транзисторе. Естественно, в схеме присутствуют и другие детали, но они вспомогательные.

Схемы в радиоэлектронике принято разбирать в том направлении, в котором по ним протекает ток. В блоке питания со стабилизацией напряжения все начинается с трансформатора (TR1). Он выполняет сразу несколько функций. Во-первых, трансформатор понижает сетевое напряжение. Во-вторых, обеспечивает работу схемы. В-третьих, питает то устройство, которое подключено к блоку.
Диодный мост (BR1) – предназначен для выпрямления пониженного сетевого напряжения. Если говорить другими словами, то в него заходит переменное напряжение, а на выходе получается уже постоянное. Без диодного моста не будет работать ни сам блок питания, ни устройства, которые будут к нему подключаться.
Сглаживающий электролитический конденсатор (C1) нужен для того, чтобы убирать пульсации, присутствующие в бытовой сети. На практике они создают помехи, которые отрицательно сказываются на работе электроприборов. Если для примера взять усилитель звука, запитанный от блока питания без сглаживающего конденсатора, то эти самые пульсации будут отчетливо слышны в колонках в виде постороннего шума. В других приборах помехи могут привести к некорректной работе, сбоям и прочим проблемам.
Стабилитрон (D1) – это компонент блока питания, который стабилизирует уровень напряжения. Дело в том, что трансформатор будет выдавать желаемые 12 В (например) только тогда, когда в сетевой розетке будет ровно 230 В. Однако на практике таких условий не бывает. Напряжение может как просаживаться, так и повышаться. То же самое трансформатор будет давать и на выходе. Благодаря своим свойствам стабилитрон выравнивает пониженное напряжение независимо от скачков в сети. Для корректной работы этого компонента нужен токоограничивающий резистор (R1). О нем более детально сказано ниже.
Транзистор (Q1) – нужен для усиления тока. Дело в том, что стабилитрон не способен пропускать через себя весь потребляемый прибором ток. Более того, корректно он будет работать только в определенном диапазоне, например, от 5 до 20 мА. Для питания каких-либо приборов этого откровенно мало. С данной проблемой и справляется мощный транзистор, открывание и закрывание которого управляется стабилитроном.
Сглаживающий конденсатор (C2) – предназначен для того же, что и вышеописанный C1. В типовых схемах стабилизированных блоков питания присутствует также нагрузочный резистор (R2). Он нужен для того, чтобы схема сохраняла работоспособность тогда, когда к выходным клеммам ничего не подключено.
В подобных схемах могут присутствовать и другие компоненты. Это и предохранитель, который ставится перед трансформатором, и светодиод, сигнализирующий о включении блока, и дополнительные сглаживающие конденсаторы, и еще один усиливающий транзистор, и выключатель. Все они усложняют схему, однако, повышают функциональность устройства.

Расчет и подбор радиокомпонентов для простейшего блока питания


Трансформатор подбирается по двум основным критериям – напряжению вторичной обмотки и по мощности. Есть и другие параметры, но в рамках материала они не особо важны. Если вам нужен блок питания, скажем, на 12 В, то трансформатор нужно подбирать такой, чтобы с его вторичной обмотки можно было снять чуть больше. С мощностью все то же самое – берем с небольшим запасом.
Основной параметр диодного моста – это максимальный ток, который он способен пропускать. На эту характеристику и стоит ориентироваться в первую очередь. Рассмотрим примеры. Блок будет использоваться для питания прибора, потребляющего ток 1 А. Это значит, что диодный мост нужно брать примерно на 1,5 А. Допустим, вы планируете питать какой-либо 12-вольтовый прибор мощностью 30 Вт. Это значит, что потребляемый ток будет около 2,5 А. Соответственно, диодный мост должен быть, как минимум, на 3 А. Другими его характеристиками (максимальное напряжение и прочее) в рамках такой простой схемы можно пренебрегать.

Дополнительно стоит сказать, что диодный мост можно не брать уже готовый, а собрать его из четырех диодов. В таком случае каждый из них должен быть рассчитан на ток, проходящий по схеме.
Для расчета емкости сглаживающего конденсатора применяются достаточно сложные формулы, которые в данном случае ни к чему. Обычно берется емкость 1000-2200 мкФ, и этого для простого блока питания будет вполне достаточно. Можно взять конденсатор и побольше, но это существенно удорожит изделие. Другой важный параметр – максимальное напряжение. По нему конденсатор подбирается в зависимости от того, какое напряжение будет присутствовать в схеме.
Здесь стоит учитывать, что на отрезке между диодным мостом и стабилитроном после включения сглаживающего конденсатора напряжение будет примерно на 30% выше, чем на выводах трансформатора. То есть, если вы делаете блок питания на 12 В, а трансформатор выдает с запасом 15 В, то на данном участке из-за работы сглаживающего конденсатора будет примерно 19,5 В. Соответственно, он должен быть рассчитан на это напряжение (ближайший стандартный номинал 25 В).
Второй сглаживающий конденсатор в схеме (C2) обычно берется небольшой емкости – от 100 до 470 мкФ. Напряжение на этом участке схемы будет уже стабилизированным, например, до уровня 12 В. Соответственно, конденсатор должен быть рассчитан на это (ближайший стандартный номинал 16 В).
А что делать, если конденсаторов нужных номиналов нет в наличии, и в магазин идти неохота (или банально нет желания их покупать)? В таком случае вполне возможно воспользоваться параллельным подключением нескольких конденсаторов меньшей емкости. При этом стоит учесть, что максимальное рабочее напряжение при таком подсоединении суммироваться не будет!
Стабилитрон подбирается в зависимости от того, какое напряжение нам нужно получить на выходе блока питания. Если подходящего номинала нет, то можно соединить несколько штук последовательно. Стабилизируемое напряжение, при этом, будет суммироваться. Для примера возьмем ситуацию, когда нам надо получить 12 В, а в наличии есть только два стабилитрона на 6 В. Соединив их последовательно мы и получим желаемое напряжение. Стоит отметить, что для получения усредненного номинала параллельное подключение двух стабилитронов не сработает.
Максимально точно подобрать токоограничивающий резистор для стабилитрона можно только экспериментально. Для этого в уже рабочую схему (например, на макетной плате) включается резистор номиналом примерно 1 кОм, а между ним и стабилитроном в разрыв цепи ставится амперметр и переменный резистор. После включения схемы нужно вращать ручку переменного резистора до тех пор, пока через участок цепи не потечет требуемый номинальный ток стабилизации (указывается в характеристиках стабилитрона).
Усиливающий транзистор подбирается по двум основным критериям. Во-первых, для рассматриваемой схемы он обязательно должен быть n-p-n структуры. Во-вторых, в характеристиках имеющегося транзистора нужно посмотреть на максимальный ток коллектора. Он должен быть немного больше, чем максимальный ток, на который будет рассчитан собираемый блок питания.
Нагрузочный резистор в типовых схемах берется номиналом от 1 кОм до 10 кОм. Меньшее сопротивление брать не стоит, так как в случае, когда блок питания не будет нагружен, через этот резистор потечет слишком большой ток, и он сгорит.

Разработка и изготовление печатной платы


Теперь вкратце рассмотрим наглядный пример разработки и сборки стабилизированного блока питания своими руками. В первую очередь, необходимо найти все присутствующие в схеме компоненты. Если нет конденсаторов, резисторов или стабилитронов нужных номиналов – выходим из ситуации вышеописанными путями.

Далее нужно будет спроектировать и изготовить печатную плату для нашего прибора. Начинающим лучше всего использовать для этого простое и, самое главное, бесплатное программное обеспечение, например, Sprint Layout.
Размещаем на виртуальной плате все компоненты согласно выбранной схемы. Оптимизируем их расположение, корректируем в зависимости от того, какие конкретно детали есть в наличии. На этом этапе рекомендуется перепроверять реальные размеры компонентов и сравнивать их с добавляемыми в разрабатываемую схему. Особое внимание обратите на полярность электролитических конденсаторов, расположение выводов транзистора, стабилитрона и диодного моста.
Если вы заходите добавить в блок питания сигнальный светодиод, то его можно будет включить в схему как до стабилитрона, так и после (предпочтительнее). Чтобы подобрать для него токоограничивающий резистор, необходимо выполнить следующий расчет. Из напряжения участка цепи вычитаем падение напряжения на светодиоде и делим результат на номинальный ток его питания. Пример. На участке, к которому мы планируем подключать сигнальный светодиод, имеется стабилизированные 12 В. Падение напряжения у стандартных светодиодов около 3 В, а номинальный ток питания 20 мА (0,02 А). Получаем, что сопротивление токоограничивающего резистора R=450 Ом.

Проверка компонентов и сборка блока питания


После разработки платы в программе переносим ее на стеклотекстолит, травим, лудим дорожки и удаляем излишки флюса.






После этого выполняем установку радиокомпонентов. Здесь стоит сказать, что не лишним будет сразу же перепроверить их работоспособность, особенно, если они не новые. Как и что проверять?
Обмотки трансформатора проверяются омметром. Где сопротивление больше – там первичная обмотка. Далее его нужно включить в сеть и убедиться, что он выдает требуемое пониженное напряжение. При его измерении соблюдайте предельную осторожность. Также учтите, что напряжение на выходе переменное, потому на вольтметре включается соответствующий режим.
Резисторы проверяются омметром. Стабилитрон должен «звониться» только в одном направлении. Диодный мост проверяем по схеме. Встроенные в него диоды должны проводить ток только в одном направлении. Для проверки конденсаторов потребуется специальный прибор для измерения электрической емкости. В транзисторе n-p-n структуры ток должен протекать от базы к эмиттеру и к коллектору. В остальных направлениях он протекать не должен.
Начинать сборку лучше всего с мелких деталей – резисторов, стабилитрона, светодиода. Затем впаиваются конденсаторы, диодный мост.
Особое внимание обращайте на процесс установки мощного транзистора. Если перепутать его выводы – схема не заработает. Кроме того, этот компонент будет достаточно сильно греется под нагрузкой, потому его необходимо устанавливать на радиатор.
Последним устанавливается самая большая деталь – трансформатор. Далее к выводам его первичной обмотки припаивается сетевая вилка с проводом. На выходе блока питания тоже предусматриваются провода.

Осталось только хорошенько перепроверить правильность установки всех компонентов, смыть остатки флюса и включить блок питания в сеть. Если все сделано правильно, то светодиод будет светиться, а на выходе мультиметр покажет желаемое напряжение.

Блок питания на транзисторе п210. Блок питания на стабилитроне и транзисторе. Транзисторы П210 — германиевые, мощные низкочастотные, структуры

Рассмотренный далее стабилизированный блок питания является одним из первых устройств, которые собираются начинающими радиолюбителями. Это очень простой, но весьма полезный прибор. Для его сборки не нужны дорогостоящие компоненты, которые достаточно легко подобрать новичку в зависимости от требуемых характеристик блока питания.
Материал будет также полезен тем, кто желает более детально разобраться в назначении и расчете простейших радиодеталей. В том числе, вы подробно узнаете о таких компонентах блока питания, как:

  • силовой трансформатор;
  • диодный мост;
  • сглаживающий конденсатор;
  • стабилитрон;
  • резистор для стабилитрона;
  • транзистор;
  • нагрузочный резистор;
  • светодиод и резистор для него.
Также в статье детально рассказано, как подобрать радиодетали для своего блока питания и что делать, если нет нужного номинала. Наглядно будет показана разработка печатной платы и раскрыты нюансы этой операции. Несколько слов сказано конкретно о проверке радиодеталей перед пайкой, а также о сборке устройства и его тестировании.

Типовая схема стабилизированного блока питания

Всевозможных схем блоков питания со стабилизацией напряжения существует сегодня очень много. Но одна из самых простых конфигураций, с которой и стоит начинать новичку, построена всего на двух ключевых компонентах – стабилитроне и мощном транзисторе. Естественно, в схеме присутствуют и другие детали, но они вспомогательные.

Схемы в радиоэлектронике принято разбирать в том направлении, в котором по ним протекает ток. В блоке питания со стабилизацией напряжения все начинается с трансформатора (TR1). Он выполняет сразу несколько функций. Во-первых, трансформатор понижает сетевое напряжение. Во-вторых, обеспечивает работу схемы. В-третьих, питает то устройство, которое подключено к блоку.
Диодный мост (BR1) – предназначен для выпрямления пониженного сетевого напряжения. Если говорить другими словами, то в него заходит переменное напряжение, а на выходе получается уже постоянное. Без диодного моста не будет работать ни сам блок питания, ни устройства, которые будут к нему подключаться.
Сглаживающий электролитический конденсатор (C1) нужен для того, чтобы убирать пульсации, присутствующие в бытовой сети. На практике они создают помехи, которые отрицательно сказываются на работе электроприборов. Если для примера взять усилитель звука, запитанный от блока питания без сглаживающего конденсатора, то эти самые пульсации будут отчетливо слышны в колонках в виде постороннего шума. В других приборах помехи могут привести к некорректной работе, сбоям и прочим проблемам.
Стабилитрон (D1) – это компонент блока питания, который стабилизирует уровень напряжения. Дело в том, что трансформатор будет выдавать желаемые 12 В (например) только тогда, когда в сетевой розетке будет ровно 230 В. Однако на практике таких условий не бывает. Напряжение может как просаживаться, так и повышаться. То же самое трансформатор будет давать и на выходе. Благодаря своим свойствам стабилитрон выравнивает пониженное напряжение независимо от скачков в сети. Для корректной работы этого компонента нужен токоограничивающий резистор (R1). О нем более детально сказано ниже.
Транзистор (Q1) – нужен для усиления тока. Дело в том, что стабилитрон не способен пропускать через себя весь потребляемый прибором ток. Более того, корректно он будет работать только в определенном диапазоне, например, от 5 до 20 мА. Для питания каких-либо приборов этого откровенно мало. С данной проблемой и справляется мощный транзистор, открывание и закрывание которого управляется стабилитроном.
Сглаживающий конденсатор (C2) – предназначен для того же, что и вышеописанный C1. В типовых схемах стабилизированных блоков питания присутствует также нагрузочный резистор (R2). Он нужен для того, чтобы схема сохраняла работоспособность тогда, когда к выходным клеммам ничего не подключено.
В подобных схемах могут присутствовать и другие компоненты. Это и предохранитель, который ставится перед трансформатором, и светодиод, сигнализирующий о включении блока, и дополнительные сглаживающие конденсаторы, и еще один усиливающий транзистор, и выключатель. Все они усложняют схему, однако, повышают функциональность устройства.

Расчет и подбор радиокомпонентов для простейшего блока питания

Трансформатор подбирается по двум основным критериям – напряжению вторичной обмотки и по мощности. Есть и другие параметры, но в рамках материала они не особо важны. Если вам нужен блок питания, скажем, на 12 В, то трансформатор нужно подбирать такой, чтобы с его вторичной обмотки можно было снять чуть больше. С мощностью все то же самое – берем с небольшим запасом.
Основной параметр диодного моста – это максимальный ток, который он способен пропускать. На эту характеристику и стоит ориентироваться в первую очередь. Рассмотрим примеры. Блок будет использоваться для питания прибора, потребляющего ток 1 А. Это значит, что диодный мост нужно брать примерно на 1,5 А. Допустим, вы планируете питать какой-либо 12-вольтовый прибор мощностью 30 Вт. Это значит, что потребляемый ток будет около 2,5 А. Соответственно, диодный мост должен быть, как минимум, на 3 А. Другими его характеристиками (максимальное напряжение и прочее) в рамках такой простой схемы можно пренебрегать.


Дополнительно стоит сказать, что диодный мост можно не брать уже готовый, а собрать его из четырех диодов. В таком случае каждый из них должен быть рассчитан на ток, проходящий по схеме.
Для расчета емкости сглаживающего конденсатора применяются достаточно сложные формулы, которые в данном случае ни к чему. Обычно берется емкость 1000-2200 мкФ, и этого для простого блока питания будет вполне достаточно. Можно взять конденсатор и побольше, но это существенно удорожит изделие. Другой важный параметр – максимальное напряжение. По нему конденсатор подбирается в зависимости от того, какое напряжение будет присутствовать в схеме.
Здесь стоит учитывать, что на отрезке между диодным мостом и стабилитроном после включения сглаживающего конденсатора напряжение будет примерно на 30% выше, чем на выводах трансформатора. То есть, если вы делаете блок питания на 12 В, а трансформатор выдает с запасом 15 В, то на данном участке из-за работы сглаживающего конденсатора будет примерно 19,5 В. Соответственно, он должен быть рассчитан на это напряжение (ближайший стандартный номинал 25 В).
Второй сглаживающий конденсатор в схеме (C2) обычно берется небольшой емкости – от 100 до 470 мкФ. Напряжение на этом участке схемы будет уже стабилизированным, например, до уровня 12 В. Соответственно, конденсатор должен быть рассчитан на это (ближайший стандартный номинал 16 В).
А что делать, если конденсаторов нужных номиналов нет в наличии, и в магазин идти неохота (или банально нет желания их покупать)? В таком случае вполне возможно воспользоваться параллельным подключением нескольких конденсаторов меньшей емкости. При этом стоит учесть, что максимальное рабочее напряжение при таком подсоединении суммироваться не будет!
Стабилитрон подбирается в зависимости от того, какое напряжение нам нужно получить на выходе блока питания. Если подходящего номинала нет, то можно соединить несколько штук последовательно. Стабилизируемое напряжение, при этом, будет суммироваться. Для примера возьмем ситуацию, когда нам надо получить 12 В, а в наличии есть только два стабилитрона на 6 В. Соединив их последовательно мы и получим желаемое напряжение. Стоит отметить, что для получения усредненного номинала параллельное подключение двух стабилитронов не сработает.
Максимально точно подобрать токоограничивающий резистор для стабилитрона можно только экспериментально. Для этого в уже рабочую схему (например, на макетной плате) включается резистор номиналом примерно 1 кОм, а между ним и стабилитроном в разрыв цепи ставится амперметр и переменный резистор. После включения схемы нужно вращать ручку переменного резистора до тех пор, пока через участок цепи не потечет требуемый номинальный ток стабилизации (указывается в характеристиках стабилитрона).
Усиливающий транзистор подбирается по двум основным критериям. Во-первых, для рассматриваемой схемы он обязательно должен быть n-p-n структуры. Во-вторых, в характеристиках имеющегося транзистора нужно посмотреть на максимальный ток коллектора. Он должен быть немного больше, чем максимальный ток, на который будет рассчитан собираемый блок питания.
Нагрузочный резистор в типовых схемах берется номиналом от 1 кОм до 10 кОм. Меньшее сопротивление брать не стоит, так как в случае, когда блок питания не будет нагружен, через этот резистор потечет слишком большой ток, и он сгорит.

Разработка и изготовление печатной платы

Теперь вкратце рассмотрим наглядный пример разработки и сборки стабилизированного блока питания своими руками. В первую очередь, необходимо найти все присутствующие в схеме компоненты. Если нет конденсаторов, резисторов или стабилитронов нужных номиналов – выходим из ситуации вышеописанными путями.


Далее нужно будет спроектировать и изготовить печатную плату для нашего прибора. Начинающим лучше всего использовать для этого простое и, самое главное, бесплатное программное обеспечение, например, Sprint Layout.
Размещаем на виртуальной плате все компоненты согласно выбранной схемы. Оптимизируем их расположение, корректируем в зависимости от того, какие конкретно детали есть в наличии. На этом этапе рекомендуется перепроверять реальные размеры компонентов и сравнивать их с добавляемыми в разрабатываемую схему. Особое внимание обратите на полярность электролитических конденсаторов, расположение выводов транзистора, стабилитрона и диодного моста.
Если вы заходите добавить в блок питания сигнальный светодиод, то его можно будет включить в схему как до стабилитрона, так и после (предпочтительнее). Чтобы подобрать для него токоограничивающий резистор, необходимо выполнить следующий расчет. Из напряжения участка цепи вычитаем падение напряжения на светодиоде и делим результат на номинальный ток его питания. Пример. На участке, к которому мы планируем подключать сигнальный светодиод, имеется стабилизированные 12 В. Падение напряжения у стандартных светодиодов около 3 В, а номинальный ток питания 20 мА (0,02 А). Получаем, что сопротивление токоограничивающего резистора R=450 Ом.

Проверка компонентов и сборка блока питания

После разработки платы в программе переносим ее на стеклотекстолит, травим, лудим дорожки и удаляем излишки флюса.
Резисторы проверяются омметром. Стабилитрон должен «звониться» только в одном направлении. Диодный мост проверяем по схеме. Встроенные в него диоды должны проводить ток только в одном направлении. Для проверки конденсаторов потребуется специальный прибор для измерения электрической емкости. В транзисторе n-p-n структуры ток должен протекать от базы к эмиттеру и к коллектору. В остальных направлениях он протекать не должен.
Начинать сборку лучше всего с мелких деталей – резисторов, стабилитрона, светодиода. Затем впаиваются конденсаторы, диодный мост.
Особое внимание обращайте на процесс установки мощного транзистора. Если перепутать его выводы – схема не заработает. Кроме того, этот компонент будет достаточно сильно греется под нагрузкой, потому его необходимо устанавливать на радиатор.
Последним устанавливается самая большая деталь – трансформатор. Далее к выводам его первичной обмотки припаивается сетевая вилка с проводом. На выходе блока питания тоже предусматриваются провода.


Осталось только хорошенько перепроверить правильность установки всех компонентов, смыть остатки флюса и включить блок питания в сеть. Если все сделано правильно, то светодиод будет светиться, а на выходе мультиметр покажет желаемое напряжение.

Типичные ошибки при конструировании германиевых усилителей, происходят из за желания, получить от усилителя широкую полосу пропускания, малые искажения и т.д.
Привожу схему моего первого германиевого усилителя, спроектированного мной в 2000г.
Хотя схема вполне работоспособна, её звуковые качества оставляют желать лучшего.

Практика показала, что применение дифференциальных каскадов, генераторов тока, каскадов с динамической нагрузкой, токовых зеркал и других ухищрений с ООС не всегда приводят к желаемому результату, а иногда просто ведут в тупик.
Наилучшие практические результаты для получения высокого качества звучания, дает применение однотактных каскадов пред. усиления и использование меж-каскадных согласующих трансформаторов.
Вашему вниманию представлен германиевый усилитель с выходной мощностью 60 Вт, на нагрузке 8 Ом. Выходные транзисторы используемые в усилителе П210А, П210Ш. Линейность 20-16000гц.
Субъективной нехватки высоких частот практически не ощущается.
При нагрузке 4ом усилитель выдает 100вт.

Схема усилителя на транзисторах П-210.

Усилитель питается от не стабилизированного, блока питания с выходным, двух-полярным напряжением +40 и -40 вольт.
На каждый канал, применяется отдельный мост из диодов Д305, которые устанавливаются на небольшие радиаторы.
Конденсаторы фильтра, желательно применять не менее 10000мк в плечо.
Данные силового трансформатора:
-железо 40 на 80. Первичная обмотка содержит 410 вит. провода 0,68. Вторичная по 59 вит. провода 1,25, намотанных четыре раза (две обмотки — верхнее и нижнее плечо одного канала усилителя, оставшиеся две — второго канала)
. Дополнительно по силовому трансформатору:
железо ш 40 на 80 от блока питания телевизора КВН. После первичной обмотки устанавливается экран из медной фольги. Один незамкнутый виток. К нему припаивается вывод который затем заземляется.
Можно использовать любое, подходящее по сечению ш железо.
Согласующий трансформатор выполнен на железе Ш20 на 40.
Первичная обмотка разделена на две части и содержит 480 вит.
Вторичная обмотка содержит 72 витка и мотается в два провода одновременно.
Сначала наматывается 240 вит первичкм, затем вторичка, затем снова 240 вит первички.
Диаметр провода первички 0,355 мм, вторички 0,63 мм.
Трансформатор собирается в стык, зазор — прокладка из кабельной бумаги примерно 0,25 мм.
Резистор 120 Ом включен для гарантированного отсутствия самовозбуждения при отключенной нагрузке.
Цепочки 250 Ом +2 по 4.7 Ом, служат для подачи начального смещения на базы выходных транзисторов.
С помощью подстроечных резисторов 4,7 Ом, устанавливается ток покоя 100ма. На резисторах в эмиттерах выходных транзисторов 0,47 Ом, должно при этом быть напряжение, величиной 47 мв.
Выходные транзисторы П210, должны быть при этом, практически едва теплые.
Для точной установки нулевого потенциала, резисторы 250 Ом, должны быть точно подобраны (в реальной конструкции состоят из четырех резисторов по 1 кОм 2вт).
Для плавной установки тока покоя, используются подстроечные резисторы R18, R19 типа СП5-3В 4,7 Ом 5%.
Внешний вид усилителя сзади, изображен на фотографии ниже.

Можно узнать Ваши впечатления от звучания этого варианта усилителя, в сравнении с предыдущим безтрансформаторным вариантом на П213-217?

Еще более насыщенное сочное звучание. Особо подчеркну качество баса. Прослушивание проводилось с открытой акустикой на динамиках 2А12.

— Жан, а все таки почему именно П215 и П210, а не ГТ806/813 в схеме стоят?

Внимательно посмотрите параметры и характеристики всех этих транзисторов, я думаю Вы все поймете, и вопрос отпадет сам собой.
Отчетливо осознаю желание многих, сделать германиевый усилитель более широкополосным. Но реальность такова, что для звуковых целей многие высокочастотные германиевые транзисторы не совсем подходят. Из отечественных могу рекомендовать П201, П202, П203, П4, 1Т403, ГТ402, ГТ404, ГТ703, ГТ705, П213-П217, П208, П210. Метод расширения полосы пропускания — применение схем с общей базой, или использования импортных транзисторов.
Применение схем с трансформаторами, позволило добиться отличных результатов и на кремнии. Разработан усилитель на 2N3055.
Поделюсь в ближайшее время.

— А что там с «0» на выходе? При токе 100 мА трудно верится, что его удастся удержать в процессе работы в приемлемых +-0.1 В.
В аналогичных схемах 30-и летней давности (схема Григорьева), это решается либо «виртуальной» средней точкой либо электролитом:

Усилитель Григорьева.

Нулевой потенциал удерживается в указанном Вами пределе. Ток покоя вполне можно делать и 50ма. Контролируется по осциллографу до исчезновения ступеньки. Больше нет необходимости. Далее, все ОУ легко работают на нагрузку 2ком. Поэтому особых проблем согласования с CD нет.
Некоторые высокочастотные германиевые транзисторы требуют внимания и дополнительного изучения их в звуковых схемах. 1Т901А, 1Т906А, 1Т905А, П605-П608, 1ТС609, 1Т321. Пробуйте,нарабатываете опыт.
Иногда происходили внезапные отказы транзисторов 1Т806, 1Т813, поэтому могу рекомендовать их с осторожностью.
Им надо ставить «быструю» защиту по току, рассчитанную на ток больший максимального в данной схеме. Чтобы не было срабатывания защиты в нормальном режиме. Тогда они работают очень надёжно.
Добавлю свою версию схемы Григорьева

Версия схемы усилителя Григорьева.

Подбором резистора с базы входного транзистора устанавливается половина напряжения питания в точке соединения резисторов 10ом. Подбором резистора параллельно диоду 1N4148, устанавливается ток покоя.

— 1. У меня в справочниках Д305 нормированы на 50в. Может безопаснее применить Д304? Думаю 5А — достаточно.
— 2. Укажите реальные h31 для приборов установленных в этом макете или их минимально-требуемые значения.

Вы совершенно правы. Если нет необходимости в большой мощности. На каждом диоде напряжение составляет около 30 В, так что проблем с надежностью не возникает. Применены были транзисторы со следующими параметрами; П210 h31-40, П215 h31-100, ГТ402Г h31-200.

Схема блока питания со стабилизатором на транзисторе П210 изображена на рисунке 1. В свое время это очень популярная схема. Ее в разных модификациях можно было встретить, как в промышленной аппаратуре, так и в радиолюбительской.

Вся схема собирается навесным способом прямо на радиаторе, используя опорные стойки и жесткие вывода транзисторов. Площадь радиатора при токе нагрузки шесть ампер должна быть порядка 500см². Так как коллектора транзисторов VT1 и VT2 соединены, то их корпуса изолировать друг от друга не надо, но сам радиатор от корпуса (если он металлический) лучше изолировать. Диоды D1 и D2 – любые на 10А. Площадь радиаторов под диоды ≈ 80см². Приблизительно рассчитать площадь теплоотвода для разных полупроводниковых приборов, так сказать прикинуть, можно по диаграмме, приведенной в статье . Я обычно применяю П-образные радиаторы, согнутые из полоски трехмиллиметрового алюминия (см. фото 1).
Размер полоски 120×35мм. Трансформатор Тр1 – перемотанный трансформатор от телевизора. Например, ТС-180 или ему подобный. Диаметр провода вторичной обмотки – 1,25 ÷ 1,5мм. Количество витков вторичной обмотки будет зависеть от примененного вами трансформатора. Как рассчитать трансформатор можно узнать в статье , рубрика – «Самостоятельные расчеты». Каждая из обмоток III и IV должна быть рассчитана на напряжение 16В. Заменив подстроечный резистор R4 на переменный и дополнив схему амперметром, этим блоком питания можно будет заряжать автомобильные аккумуляторы.

Предлагаемый блок питания выполнен на транзисторах. Он имеет относительно простую схему (рис.1), и следующие параметры:

выходное напряжение. ……………………………………………………………………….. 3…30 В;
коэффициент стабилизации при изменении напряжения сети от 200 до 240 В……… 500;
максимальный ток нагрузки……………………………………………………………………….. 2 А;
температурная нестабильность……………………………………………………………. 10 мВ/°С;
амплитуда пульсации при I макс……………………………………………………………….. 2 мВ;
выходное сопротивление…………………………………………………………………….. 0,05 Ом.

На диодах VD5-VD8 собран основной выпрямитель, напряжение с которого поступает на конденсатор фильтра С2 и регулирующий составной транзистор VT2, VT4-VT6, включенный по схеме с общим коллектором.
На транзисторах VT3, VT7 выполнен усилитель сигнала обратной связи. Транзистор VT7 питается от выходного напряжения блока питания. Резистор R9 является его нагрузкой. Напряжение эмиттера транзистора VT7 стабилизировано стабилитроном VD17. В результате ток этого транзистора зависит только от напряжения на базе, которое можно изменять, изменяя падение напряжения на резисторе R10 делителя напряжения R10, R12-R21. Всякое увеличение или уменьшение тока базы транзистора VT7 приводит к увеличению или уменьшению тока коллектора транзистора VT3. При этом в большей степени запирается или отпирается регулирующий элемент, соответственно уменьшая или увеличивая выходное напряжение блока питания. Коммутируя резисторы R13-R21 секцией SA2.2 переключателя SA2, изменяют выходное напряжение блока ступенями через 3 В. Плавно в пределах каждой ступени выходное напряжение регулируют с помощью резистора R12.

Вспомогательный параметрический стабилизатор на стабилитроне VD9 и резисторе R1 служит для питания транзистора VT3, напряжение питания которого равно сумме выходного напряжения блока и напряжения стабилизации стабилитрона VD9. Резистор R3 является нагрузкой транзистора VT3.

Конденсатор С4 устраняет самовозбуждение на высоких частотах, конденсатор С5 уменьшает пульсацию выходного напряжения. Диоды VD16, VD15 ускоряют разрядку конденсатора С6 и подключенной к блоку емкостной нагрузки при установке меньшего уровня выходного напряжения.

На транзисторе VT1, тринисторе VS1 и реле К1 выполнено устройство защиты блока питания от перегрузки. Как только падение напряжения на резисторе R5, пропорциональное току нагрузки, превысит напряжение на диоде VD12, открывается транзистор VT1. Вслед за ним открывается тринистор VS1, шунтируя через диод VD14 базу регулирующего транзистора, и ток через регулирующий элемент стабилизатора ограничивается. Одновременно срабатывает реле К1, контактами К1.2 соединяя базу регулирующего транзистора с общим проводом. Теперь выходной ток стабилизатора определяется только током утечки транзисторов VT2, VT4-VT6. Контактами К1.1 реле К1 включает лампочку Н2 “Перегрузка”. Для возврата стабилизатора в исходный режим его нужно выключить на несколько секунд и снова включить. Для устранения броска напряжения на выходе блока при его включении, а также предотвращения срабатывания защиты при значительной емкостной нагрузке служат конденсатор С3, резистор R2 и диод VD11. При включении блока питания конденсатор заряжается по двум цепям: через резистор R2 и через резистор R3 и диод VD11. При этом напряжение на базе регулирующего транзистора медленно растет вслед за напряжением на конденсаторе С3 до установления напряжения стабилизации. Затем диод VD11 закрывается и конденсатор С3 продолжает заряжаться через резистор R2. Диод VD11, закрываясь, исключает влияние конденсатора на работу стабилизатора. Диод VD10 служит для ускорения разрядки конденсатора С3 при выключении блока питания.

Все элементы блоков питания, кроме силового трансформатора, мощных регулирующих транзисторов, переключателей SA1-SA3, держателей предохранителей FU1, FU2, лампочек h2, h3, стрелочного измерителя, выходных разъемов и плавного регулятора выходного напряжения, размещены на печатных платах.

Расположение узлов блока питания внутри корпуса видно из рис.4. Транзисторы П210А закреплены на игольчатом радиаторе, установленном сзади корпуса и имеющем эффективную площадь рассеяния около 600 см 2 . Снизу в корпусе в месте крепления радиатора просверлены вентиляционные отверстия диаметром 8 мм. Крышка корпуса закрепляется таким образом, чтобы между ней и радиатором сохранялся воздушный зазор шириной около 0,5 см. Для лучшего охлаждения регулирующих транзисторов в крышке рекомендуется просверлить вентиляционные отверстия.

В центре корпуса закреплен силовой трансформатор, а рядом с ним с правой стороны на дюралевой пластине размером 5х2,5 см закреплен транзистор П214А. Пластина изолирована от корпуса с помощью изоляционных втулок. Диоды КД202В основного выпрямителя установлены на дюралевых пластинах, прикрученных к печатной плате. Плата установлена над силовым трансформатором деталями вниз.

Силовой трансформатор выполнен на тороидальном ленточном магнитопроводе ОЛ 50-80/50. Первичная обмотка содержит 960 витков провода ПЭВ-2 0,51. Обмотки II и IV имеют выходные напряжения соответственно 32 и 6 В при напряжении на первичной обмотке 220 В. Они содержат 140 и 27 витков провода ПЭВ-2 0,31. Обмотка III намотана проводом ПЭВ-2 1,2 и содержит 10 секций: нижняя (по схеме) — 60, а остальные по 11 витков. Выходные напряжения секций соответственно равны 14 и 2,5 В. Силовой трансформатор можно намотать и на другом магнитопроводе, например на стержневом от телевизоров УНТ 47/59 и других. Первичную обмотку такого трансформатора сохраняют, а вторичные перематывают для получения вышеуказанных напряжений.

В блоках питания вместо транзисторов П210А можно использовать транзисторы серий П216, П217, П4, ГТ806. Вместо транзисторов П214А-любые из серий П213-П215. Транзисторы МП26Б можно заменить любыми из серий МП25, МП26, а транзисторы П307В — любыми из серий П307 — П309, КТ605. Диоды Д223А можно заменить диодами Д223Б, КД103А, КД105; диоды КД202В — любыми мощными диодами с допустимым током не менее 2 А. Вместо стабилитрона Д818А можно применить любой другой стабилитрон из этой серии. Вместо тринистора КУ101Б подойдет любой из серии КУ101, КУ102. В качестве реле К1 применено малогабаритное реле типа РЭС-9, паспорта: РС4.524.200, РС4.524.201, РС4.524.209, РС4.524.213.

Реле указанных паспортов рассчитаны на рабочее напряжение 24…27 В, но начинают срабатывать уже при напряжении 15…16 В. При возникновении перегрузки блока питания (см. рис. 2), как уже отмечалось, отпирается тринистор VS1, который ограничивает ток стабилизатора до небольшой величины. При этом сразу же подзаряжается конденсатор фильтра основного выпрямителя (С2) примерно до амплитудного значения переменного напряжения (при нижнем положении переключателя SA2.1 это напряжение не менее 20 В) и создаются условия для быстрого и надежного срабатывания реле.

Переключатели SA2 — малогабаритные галетные типа 11П3НПМ. Во втором блоке контакты двух секций этого переключателя запараллелены и используются для коммутации секций силового трансформатора. При включенном блоке питания изменять положение переключателя SA2 следует при токах нагрузки, не превышающих 0,2…0,3 А. Если ток нагрузки превышает указанные значения, то для предотвращения искрообра-зования и обгорания контактов переключателя изменять выходное напряжение блока следует только после его выключения. Переменные резисторы для плавной регулировки выходного напряжения следует выбирать с зависимостью сопротивления от угла поворота движка типа “А” и желательно проволочные. В качестве сигнальных лампочек h2, h3 применены миниатюрные лампочки накаливания НСМ-9 В-60 мА.

Стрелочный прибор можно применить любой на ток полного отклонения стрелки до 1 мА и размером лицевой части не более 60Х60 мм. При этом нужно помнить, что включение шунта в выходную цепь блока питания увеличивает его выходное сопротивление. Чем больше ток полного отклонения стрелки прибора, тем больше сопротивление шунта (при условии, что внутренние сопротивления приборов одного порядка). Для предотвращения влияния прибора на выходное сопротивление блока питания переключатель SA3 при работе следует устанавливать на измерение напряжения (верхнее по схеме положение). При этом шунт прибора замыкается и исключается из выходной цепи.

Налаживание сводится к проверке правильности монтажа, подбору резисторов управляющих ступеней для регулировки выходного напряжения в нужных пределах, установке тока срабатывания защиты и подбору сопротивлений резисторов Rш и Rд для стрелочного измерителя. Перед настройкой вместо шунта припаивают короткую проволочную перемычку.

При настройке блока питания переключатель SA2 и движок резистора R12 устанавливают в положение, соответствующее минимальному выходному напряжению (нижнее по схеме положение). Подбором резистора R21 добиваются на выходе блока напряжения 2,7…3 В. Затем переводят движок резистора R12 в крайнее правое положение (верхнее по схеме) и подбором резистора R10 устанавливают напряжение на выходе блока, равное 6 — 6,5 В. Далее переводят переключатель SA2 на одно положение вправо и подбирают резистор R20 таким, чтобы выходное напряжение блока увеличилось на 3 В. И так по порядку, каждый раз переводя переключатель SA2 на одно положение вправо, подбирают резисторы R19-R13 до установления на выходе блока питания конечного напряжения 30 В. Резистор R12 для плавной регулировки выходного напряжения можно взять другого номинала: от 300 до 680 Ом, однако, примерно пропорционально нужно изменить сопротивление резисторов R10, R13-R20.

Срабатывание защиты настраивают путем подбора резистора R5.

Добавочный резистор Rд и шунт Rш подбирают, сличая показания измерителя РА1 с показаниями внешнего измерительного прибора. При этом внешний прибор должен быть как можно точнее. В качестве добавочного резистора можно использовать один или два последовательно включенных резистора ОМЛТ, МТ на мощность рассеяния не менее 0,5 Вт. При подборе резистора Rд переключатель SA3 переводят в положение “Напряжение” и устанавливают на выходе блока питания напряжение 30 В. Внешний прибор, не забыв переключить его на измерение напряжений, подключают к выходу блока.

Простой блок питания 1. В 2. 0АAjout. 2. 01. Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте — http: //vk. Facebook — https: //www. Простой, но достаточно мощный источник питания с фиксированным напряжением можно построить с применением линейного стабилизатор L7.

SD1. 13, имеющих максимальный коллекторный ток 3. А. Микросхемный стабилизатор при участии двух параллельных транзисторов позволяют получить стабилизированное напряжение 1.

В с выходным током 2. А и более, зависящим от параметров силового трансформатора.

Схема имеет защиту от короткого замыкания. Ток защиты определяется делителем напряжения в базе транзистора КТ8. После срабатывания защиты или при включении источника питания для вывода стабилизатора в рабочий режим необходимо нажать кнопку. В случае срабатывания защиты, напряжение на выходе упадет до 1. В, закроется транзистор КТ8.

КТ8. 16, далее, микросхемный стабилизатор и два мощных транзистора. Напряжение на выходе упадет, и будет удерживаться в таком состоянии продолжительное время. Мощность ичсточника питания зависит от параметров силового трансформатора, фильтра питания, и количества силовых транзисторов, установленных на соответствующий теплоотвод.


Транзисторы П210 — германиевые, мощные низкочастотные, структуры — p-n-p.

Для питания такой радиостанции от бортовых аккумуляторов, необходим специальный блок питания, включающий в себя преобразователь напряжения.

Простой, но достаточно мощный источник питания с Ток защиты определяется делителем напряжения в базе транзистора КТ817 и.


  • Стабилизатор напряжения П210, хочу понять как принцип роботы. П210 — это просто транзистор (по моему германиевый), мощный.
  • Схема источника питания,блока питания,импульсного. Предлагаемая схема простого (всего 3 транзистора) блока питания выгодно.
  • При коротком замыкании на выходе блока питания эмиттер транзистора VT1 окажется соединенным с анодом диода VD5, и на его.
  • Замена транзисторов в лабораторном БП. Зарядное устройство на базе блоков питания ПК. БП от него свободен.
  • Транзисторы П210 — германиевые, мощные низкочастотные, структуры — p-n-p.
  • Зарядное устройство на транзисторе п210 отремонтировать можно без особых усилий, Схема блока питания с транзистором п210.

Простая схема регулируемого трансформаторного блока питания на транзисторах с защитой от перегрузки и КЗ.

В этой статье предлагаю рассмотреть достаточно простую схему, классический вариант, блока питания с регулировкой выходного напряжения и тока срабатывания защиты от токовой перегрузки и короткого замыкания. Новичкам, которые первый раз видят данную схему наверняка будет не совсем понятен сам принцип действия и работа этого устройства. А что касается надежности этой схемы, то она уже проверена многими годами и многими радиолюбителями, электронщиками, которые в свое время обязательно должны были собирать этот регулируемый блок питания для своих различных электронных устройств. Так что схема проста, работоспособна и вполне надежна.

Давайте разберем эту схему. Вначале стоит обычный трансформаторный блок питания подходящей мощности. Поскольку в самой схеме регулятора напряжения стоит силовой транзистор КТ817, который может через свой переход коллектор-эмиттер пропустить до 3х ампер, то этим током пока и ограничимся. Итак, наш регулируемый блок питания будет выдавать на своем выходе постоянное напряжение от 0 до 12 вольт, с максимальной силой тока до 3 А. Следовательно максимальная рабочая мощность блока питания будет около 36 Вт (мы 12 В умножаем на 3 А). Поскольку трансформаторы такой мощности имеют КПД примерно равный 80%, то этот трансформатор у нас должен быть мощностью где-то 50 Вт.

Чтобы мы на выходе данного блока питания получили свои максимальные 12 вольт, то нужно чтобы наш трансформатор на вторичной обмотке выдавал переменное напряжение не менее 13,5 вольт. Почему так. Просто небольшая часть напряжения, а именно где-то 1,2 вольта потеряется на схеме стабилизатора напряжения. Ну об этом чуть позже. В итоге, нужно найти трансформатор мощностью около 45-60 Вт, вторичная обмотка которого может обеспечить ток до 3 ампер и напряжение 13,5-15 вольт. Ну, и желательно чтобы размеры этого трансформатора были подходящими, компактными, а это значит что лучше приобретать тор (круглая форма магнитного сердечника). В таких трансформаторах и размеры меньше и КПД выше. На входе первичной обмотке желательно предусмотреть плавкий предохранитель (на схеме обозначен как Z1), который в случае чего обезопасит схему блока питания от выгорания трансформатора.

Далее пониженное переменное напряжение, что выходит со вторичной обмотки трансформатора, поступает на диодный выпрямительный мост. Задача моста проста, сделать из переменного тока постоянный, то есть его выпрямить. На схеме я указал, что эти диоды в мосте D1 должны быть типа 1n4007, но изначально схема была нарисована на выходной тока до 1ого ампера. Именно этот ток (до 1 А) могут обеспечить данный тип диода. Поскольку мы уже делаем блок питания на 3 ампера, то либо нужен соответствующий диодный мост типа BR310 (можно и даже нужно делать запас по току и брать мосты ампер так на 5 или 6) либо же соединить параллельно 3 или 4 моста с диодами 1n4007. Обратное напряжение диодов моста должно быть, естественно, больше, чем напряжение, что на них подается.

Но как известно после диодного моста выходит пульсирующее напряжение, хотя оно уже и не меняет свою полярность. Чтобы эти пульсации убрать, или по крайней мере их свести к минимуму, то обычно для этого ставиться обычный фильтрующий конденсатор электролит. В схеме он обозначен как C1 и его емкость 500 микрофарад, хотя можно поставить и побольше, микрофарад так на 5000, будет только лучше. Учтите, что напряжение конденсаторов должно быть чуть больше того, которое на них подается в схеме при работе. Поскольку в противном случае возникает опасность выхода из строя данного конденсатора. Даже может бабахнуть.

Далее в регулируемом блоке питания, с защитой по току от КЗ и перегрузок, стоит сама схема, которая выполняет функцию регулируемого стабилизатора напряжения, и токовой защиты. В начале этой схемы стоит обычный параметрический стабилизатор напряжения, состоящий из стабилитрона VD1 и резистора R1.

На стабилитроне оседает опорное напряжение, то на какое рассчитан сам стабилитрон. В этой схеме нужен стабилитрон с напряжением стабилизации 13,5 вольт (14 В). Причем стоит заметить, выходное напряжение будет равно напряжению стабилитрона плюс 1,2 вольта, что потеряются на составном транзисторе, состоящем из VT1 и VT2 (на их база-эмиттерном переходе).

Напряжение питание должно быть больше хотя бы на 0,5-2 вольта, чем напряжение стабилитрона. Именно эта добавленное напряжение и нужно для нормальной, стабильной работы стабилитрона (параметрического стабилизатора). Сам стабилитрон можно поставить например Д814Д, либо поставить несколько параллельно соединенных стабилитронов и диодов, общее напряжение стабилизации чтобы было равно 14 вольтам.

Параллельно стабилитрону подключен переменный резистор R2. Именно им осуществляется регулировка величины выходного напряжения. Со среднего вывода этого резистора, относительно минуса, напряжение снимается и подается на базу первого транзистора VT1 (составного). Этот составной транзистор состоит из VT1 и VT2 и включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). А как известно, при таком подключении транзисторов усиление происходит только по току, напряжение же остается практически неизменным, и даже чуть меньше. И получается, что какое напряжение будет выставлено на переменном резисторе, то такое напряжение (с вычетом 1,2 В) и будет на выходе регулируемого блока питания. Но при этом через составной транзистор будет проходит максимально возможный ток, ограничивается только величиной нагрузки и максимально допустимым током самих силовых транзисторов (напомню, что КТ817 может выдерживать до 3 ампера). Этот транзистор следует установить на радиатор для лучшего охлаждения.

Ну и теперь что касается функции защиты по току от короткого замыкания и чрезмерной перегрузки. Как видно на схеме коллектор-эмиттерный переход транзистора VT3 подключен параллельно выводам переменного резистора, с которых снимается регулируемое напряжение. Следовательно, если этот транзистор защиты по току будет открываться, то тем самым он будет способствовать снижению выходного напряжения. А это, естественно, приведет и к снижению величины силы тока в нагрузке. Ну, а чтобы транзистор защиты начал открываться, нужно появление напряжения на его база-эмиттерном переходе, который подключен к еще одному переменному резистору R3. Именно этим резистором можно регулировать силу тока перегрузки и КЗ. Этот переменный резистор подключен к еще одному резистору R4, который и выполняет роль датчика величины тока в цепи нагрузки.

Работа этого датчика тока проста. На рисунке под схемой (в нижнем, правом углу) можно увидеть три последовательно соединенных резистора, что соответствует сопротивлениям силового транзистора (коллектор-эмиттерный переход), сопротивления самой нагрузки и сопротивления резистора R4. Если мы увеличим нагрузку, уменьшив ее сопротивления, то напряжение будет перераспределяется между другими сопротивлениями в этой цепи. Следовательно на резисторе R4 при перегрузке или коротком замыкании увеличится напряжение, что и приведет к открытию защитный транзистор VT3. Сопротивления датчика тока R4 можно подбирать под нужный диапазон тока перегрузки и его величина может быть от 0,1 до 10 Ом. При этом мощность этого сопротивления должна быть не менее 1 Ватта.

Ну и на выходе нашего блока питания стоит еще один конденсатор электролит, который еще лучше фильтрует возможные пульсации, делая выходное постоянное напряжении более стабильным и ровным. Его емкость может быть от 500 мкф до 2200 мкф и напряжением 16 или 25 вольт.

Видео по этой теме:

P.S. Эта схема проверена десятилетиями, и она собиралась и успешно использовалась многими электронщиками и радиолюбителями. Так что если Вы начинающий электронщик, обязательно попробуйте собрать эту схему. При чем она начинает работать сразу после сборки, ну а если что-то не получается, сначала попытайтесь понять сам принцип действия этой схемы, который я описал в данной статье. Ну, а на этом пожалуй и все, удачи и благополучия в делах.

Регулируемый источник питания постоянного тока на транзисторах

Регулируемый источник питания постоянного тока на транзисторах.

Здесь показан стабилизированный источник постоянного тока с низким уровнем пульсаций, созданный на основе транзисторов. Такие транзисторные регуляторы напряжения подходят для приложений, где требуется высокий выходной ток. Обычные встроенные регуляторы серии, такие как 7805, могут выдавать только ток до 1 А. В схему регулятора на базе 7805 необходимо добавить дополнительные транзисторы с последовательным проходом для повышения их текущей емкости.

Описание.

Схема, показанная ниже, представляет собой базовый последовательный стабилизатор напряжения на транзисторах. Транзисторы Q1 (2N 3054) и Q2 (2N 3055) образуют пару Дарлингтона. Резистор R1 обеспечивает ток базы для Q1, а также удерживает стабилитрон D2 в активной области. Общую работу схемы можно продемонстрировать, объяснив две ситуации.

  • Когда входное напряжение (выход выпрямительной секции) увеличивается, выходное напряжение регулятора (Vout) также увеличивается.Это увеличение Vout снижает напряжение базового эмиттера Q2, потому что стабилитрон D2 работает в области пробоя, и напряжение на нем не изменяется. Это уменьшение V BE увеличивает сопротивление коллектор-эмиттер Q2, и поэтому выходное напряжение (Vout) соответственно уменьшается.
  • Когда выходная нагрузка увеличивается, выходное напряжение (Vout) уменьшается. Это уменьшение выходного напряжения (Vout) приводит к уменьшению V BE Q2. Это снижает сопротивление коллектор-эмиттер Q2 и соответственно увеличивается выходное напряжение.

Принципиальная схема.

Регулируемый источник питания постоянного тока

Примечания.

  • Если мост на 5А недоступен, сделайте его, используя диоды 6А6.
  • Транзистор Q2 требует радиатора.
  • К выходу можно последовательно подключить дополнительный предохранитель 5А.
  • Напряжение пробоя стабилитрона D2 должно быть выбрано в соответствии с требуемым выходным напряжением, и оно согласно уравнению, Vout = Vz — 0,7.
Похожие сообщения
Транзистор

Источник питания переменного тока 1A, 0-30V с платой

Я собираюсь показать вам старую интересную схему.Ни микросхем, ни стабилитрона. Но это также постоянного напряжения .

Это простой проект транзисторного источника переменного тока, 0-30В 1А.

Зачем нам это делать?

Это небольшая схема, дешевая и легко покупается.

Как это работает

Посмотрите в схеме 2SC1061 и малые транзисторы в качестве основных. Он будет контролировать ток до 1 А.


Принципиальная схема источника переменного тока 0-30В 1А на транзисторах

Также еще несколько компонентов.Вы можете регулировать выходное напряжение с помощью VR1.

Таким образом, он подходит для изучения базового регулятора переменной.

Если вам нужен более высокий ток и эффективность.

Что еще?

Детали

ИС (интегральная схема) так известна в наш электронный век. Потому что они маленькие, легкие и, возможно, дешевле. Но кому-то это может не понравиться.

Им нравятся схемы транзисторов . Потому что когда он сломан. Мы можем отремонтировать его, заменив всего несколько деталей.Так что это экономит деньги.

Но если микросхема. Нам нужно изменить IC.

Возможно, это дорого или мы не можем купить его в местных магазинах.

Эта схема представляет собой режим последовательного регулятора, поэтому она имеет высокий КПД.

В первую очередь в цепь поступает сеть переменного тока. Он течет в нерегулируемую секцию DC . К ним относятся T1, D1, D2, D3, D4 и C1. Вы можете прочитать больше о нерегулируемом источнике питания постоянного тока .
Теперь напряжение на C1 составляет около 33 В постоянного тока.

Затем небольшой ток поступает на базу Q1 через R1 — ограничивающий резистор. Поскольку Q1 и Q3 — это транзисторы эмиттер-повторитель на основе пары Дарлингтона. Это заставляет Q1 и Q3 работать с большим током.

Некоторый ток проходит с R5 на D5. Напряжение на нем постоянное напряжение , 0,6В.

Даже небольшой ток проходит через R3, VR1 и R4. Они представляют собой схему делителя напряжения.

VR1, отрегулируйте выходное напряжение. Когда мы настраиваем VR1 для управления током смещения транзистора Q2- BC337 .Он будет управлять током смещения на базу транзистора Q1 драйвера.

Для управления Q1 (силовой транзистор) работает полный ток с выходным напряжением, которое мы настраиваем, от 0 до 30 В.

Рекомендовать: Регулируемый источник постоянного тока 0-20 В, 1 А

Списки покупок

Резисторы 0,25 Вт
R1, R2: 10K
R3, R4: 100 Ом
Конденсаторы
C1: 2,200 мкФ 50 В электролитический
C2, C3: 100 мкФ 50 В электролитический
Полупроводники
Q1, Q2: BC337, 50 В, 800 мА NPN-транзистор
Q3: 2SC1061 или TIP41 или h2061 или MJE3055, 50 В 4A NPN транзистор
D14002 100VNA, 1-D5: 1 Диод
Другое
VR1: Потенциометр 10K
T1: Трансформатор 24V 1A

Создание этого проекта

Сначала соберите все компоненты в компоновку печатной платы, представленную ниже.Хотя это небольшая схема. Но всегда будьте осторожны.

Схема печатной платы простого переменного источника питания 0-30 В 1A

Во-вторых, введите питание в цепь. Затем с помощью вольтметра измеряет выходное напряжение.

В-третьих, отрегулируйте VR1, затем посмотрите, как измеритель должен измениться, когда мы его настраиваем.

В-четвертых, проверьте подключение нагрузки к цепи. Выходное напряжение должно быть постоянным, не изменяется.

Не забывай. Q3-C1061 должен иметь надлежащий радиатор.

Вот несколько связанных сообщений, которые тоже могут оказаться полезными:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Конструкция блока питания постоянного тока

Простой регулируемый источник напряжения

Простейшая схема: RS1

RS1 — простейшая схема последовательного регулятора, использующая всего три дополнительных компонента;

  • стабилитрон для опорного напряжения;
  • ,
  • — резистор для подачи тока на стабилитрон и смещения транзистора;
  • ,
  • и силовой транзистор.

Обеспечивает фиксированное выходное напряжение Vz1 — 0,7В

Как это работает

При включении R1 подает ток на TR1 и Vout нарастает. Когда Vout приближается к Vz1 — Vbe, базовый ток падает, поэтому выходной ток уменьшается для поддержания выходного напряжения на уровне Vout = Vz1 — Vbe

.
Недостатки этой простой схемы
  1. Ток на стабилитрон не регулируется, поэтому Vref может измениться
  2. Напряжение база-эмиттер транзистора изменяется в зависимости от температуры.
  3. Выходное сопротивление составляет (RZ1 // R1) / усиление. Поскольку HFE обычно составляет 30 для силовых транзисторов, а RZ1 около 10 Ом,
    Rout составляет около 0,3 Ом . Регулирование плохое.
  4. Цепь опорного напряжения использует до 10% доступной мощности.

Лучшая схема: RS2

В этой схеме используется второй транзистор для контроля выходного напряжения. Всего лишь с тремя дополнительными компонентами он дает следующие преимущества:

  1. лучшее регулирование напряжения благодаря отрицательной обратной связи.
  2. меньше дрейф из-за постоянного тока через стабилитрон
  3. программируемый (или регулируемый) выход напряжения

(выход можно сделать регулируемым, добавив потенциометр в цепочку делителя R2 + R3, как показано в примере конструкции ниже)

Мы используем силовой транзистор на паре Дарлингтона для TR1.

Почему Дарлингтон?

Обычные силовые транзисторы имеют очень низкое HFE (усиление) — обычно около 30.Для выходного тока 3А потребуется базовый ток 100 мА, что приведет к нагреву наших регулирующих компонентов и дрейфу напряжения. Пара Дарлингтона объединяет два транзистора в одном корпусе, что дает коэффициент усиления около 1000. Теперь мы можем сделать источник питания на 10 А и потребовать только 10 мА в цепи управления.

Кроме того, использование Дарлингтона улучшает регулирование за счет уменьшения выходного сопротивления.
Как и раньше, Rout = Rint / Hfe.

Rint = параллельная комбинация RZ1 и R1. Мы будем показывать это повсюду со знаком параллельности //

Простая замена силового транзистора в схеме выше на транзистор Дарлингтона меняет маршрут с
Rout = (RZ1 // R1) / усиление = 10/30 = 0,3 Ом до
Rout = (RZ1 // R1) / Дарлингтонское усиление = 10/1000 = 0,01 Ом

Также они недороги и поддерживают обратный отсчет компонентов.

Пример дизайна

Разработайте источник питания с регулируемым переменным напряжением, обеспечивающий 2 А при напряжении от 20 В до 30 В.У нас есть нерегулируемый источник питания, который обеспечивает (Пример конструкции 1) 38 В при 2 А с пульсацией 2 В от пика к пику.

Компоненты:

TR1: мощность darlington должна принимать 40 В и 2 А с номинальной мощностью (40 В -20 В) * 2 А = 40 Вт
Это популярный TIP120 , NPN power darlington с
HFE => 1000; Vceo = 60 В; Ic = 5А; Pd = 65 Вт

Hfe 1000 выдает Ib как 2 мА, когда Ie = 2 А.Мы выберем R1 для подачи минимум 12 мА в TR2 и стабилитрон.

VZ1: Мы выбираем стабилитрон 7,5 В (7,5 * 10 = 75 мВт) типа BZX85C7V5 , поскольку его температура (+ 0,2% / K) уравновешивает температуру перехода база-эмиттер.

TR2: требуется 30-7,5 В и 12 мА = 250 мВт. BC546B имеет:
Напряжение коллектора-эмиттера Vceo: 65 В; Ток коллектора постоянного тока: 100 мА; Pt = 0,6 Вт
Коэффициент усиления постоянного тока hfe: 150

Тогда базовый ток TR2 составляет 10 мА / 150 = 66 мкА.Эффект от этого можно не учитывать при расчете цепи резисторов.

R1 : чтобы определить это, нам нужно знать напряжения на Vint и базу TR1.

Винт (макс) = 38В + 2В = 40В; Винт (мин) = 38-2 = 36В

Vb1 (max) = 30 + 0,7 = 31 В; Vb1 (мин) = 20 + 0,7 = 21 В

VR1 (max) = (Vint (max) — Vb1 (min)) = 19V ; VR1 (мин.) = (Vint (мин) — Vb1 (макс)) = 36 — 31 = 5V .

Текущее значение IR1 (макс.) = VR1 (макс.) / R1 и IR1 (мин.) = VR1 (мин.) / R1 — так что

IR1 (макс.) / IR1 (мин.) = VR1 (макс.) / VR1 (мин.).Это вариант 4: 1.

IR1 (мин.) Должен быть> Ib для TR1, который был 2 мА, а также учитывать правильный ток смещения для стабилитрона .
Стабилитрону 7,5 В требуется около 10 мА для достижения низкого Rz.

Итак, пусть IR1 (мин) будет 8 мА + 2 мА = 10 мА.

R1 = 5/10 = 0,50 к — ближайший = 0,470, тогда Imax = 10 / 0,470 = 21 мА. R1 = 470 Ом .

21 мА * 19 В = 0,40 мВт. Нам нужен резистор 1Вт или лучше .

Расчет делительной цепи

R2, R3, VR1. Для их расчета мы начнем с предположения, что R3 = 1 кОм.

На этой диаграмме ползунок VR1 показан внизу его дорожки.

Rtotal = R2 + VR1 + R3; IR2 = IVR1 = IR3;

IR3 = 8,2 В / (R3 = 1k) = 8,2 мА;

30 В = Rtotal * 8,2 мА, поэтому Rtotal = 30 / 8,2 = 3,66 кОм

В этой конфигурации ползунок находится вверху VR1.

I = 20 В / Rобщ. = 20 / 3,66 = 5,46 мА

(R3 = 1 кОм) + VR1 = 8,2 В / 5,46 мА = 1,5 кОм. поэтому VR1 = 0,5 кОм.

R2 = 20 В — 8,2 В / 5,46 мА = 11,8 / 5,46 = 2,16 кОм

Чек; 2,16 тыс. + 0,5 тыс. + 1 тыс. = 3,66 тыс.

Нам нужно сделать VR1 предпочтительным значением для потенциометра. Мы могли выбрать 1к; это даст максимальный ток цепи делителя 8,2 / 2 = 4,1 мА — и это нормально. Мы просто масштабируем все значения.

R3 = 1k0 * 2 = 2k0 ; VR1 = 0.5к * 2 = 1к0 ; R2 = 2,16 тыс. * 2 = 4,32 тыс.

Если подходящие номиналы резисторов недоступны, мы можем компенсировать их, добавляя резисторы последовательно.
Таким образом, мы будем использовать резисторы 2 * 1 кОм, чтобы сделать R3; R2 будет 3,9 кОм + 430 Ом.

Цепи стабилизатора напряжения

с использованием транзистора и стабилитрона

В этой статье мы подробно обсудим, как создавать индивидуальные схемы транзисторных стабилизаторов напряжения в фиксированных режимах, а также в переменных режимах.

Все цепи линейного источника питания, которые предназначены для получения стабилизированного постоянного напряжения и тока на выходе, в основном включают в себя транзисторные каскады и стабилитроны для получения требуемых регулируемых выходов.

Эти схемы, использующие дискретные части, могут быть в форме постоянно фиксированного или постоянного напряжения или стабилизированного регулируемого выходного напряжения.

Простейший регулятор напряжения

Вероятно, самым простым типом регулятора напряжения является стабилитрон шунтирующего стабилизатора, который работает с использованием базового стабилитрона для регулирования, как показано на рисунке ниже.

Стабилитроны имеют номинальное напряжение, эквивалентное предполагаемому выходному напряжению, которое может точно соответствовать желаемому выходному значению.

Пока напряжение питания ниже номинального значения напряжения стабилитрона, он показывает максимальное сопротивление в диапазоне многих МОм, что позволяет питанию проходить без ограничений.

Однако в момент, когда напряжение питания увеличивается сверх номинального значения «напряжения стабилитрона», происходит значительное падение его сопротивления, в результате чего перенапряжение шунтируется на землю через него, пока напряжение питания не упадет или не достигнет уровня напряжения стабилитрона. .

Из-за этого внезапного шунтирования напряжение питания падает и достигает значения стабилитрона, что вызывает повторное увеличение сопротивления стабилитрона. Затем цикл быстро продолжается, обеспечивая стабилизацию подачи на номинальном значении стабилитрона и никогда не позволяя ему превышать это значение.

Чтобы получить указанную выше стабилизацию, входное напряжение должно быть немного выше, чем требуемое стабилизированное выходное напряжение.

Превышение напряжения выше значения стабилитрона вызывает срабатывание внутренних «лавинных» характеристик стабилитрона, вызывая мгновенный эффект шунтирования и падение напряжения питания до тех пор, пока оно не достигнет номинального значения стабилитрона.

Это действие продолжается бесконечно, обеспечивая фиксированное стабилизированное выходное напряжение, эквивалентное номинальному значению стабилитрона.

Преимущества стабилизатора напряжения на стабилитроне

Стабилитроны очень удобны там, где требуется стабилизация постоянного напряжения при малом токе.

Стабилитроны просты в настройке и могут использоваться для получения достаточно точного стабилизированного выходного сигнала при любых обстоятельствах.

Для настройки каскада стабилизатора напряжения на основе стабилитрона требуется только один резистор, и его можно быстро добавить в любую схему для достижения желаемых результатов.

Недостатки стабилизаторов на стабилитронах

Хотя источник питания со стабилизацией на стабилитронах — это быстрый, простой и эффективный метод достижения стабилизированного выхода, он имеет несколько серьезных недостатков.

  • Выходной ток низкий, что может поддерживать высокие токовые нагрузки на выходе.
  • Стабилизация возможна только при малых перепадах входа / выхода. Это означает, что входное напряжение не может быть слишком высоким, чем требуемое выходное напряжение. В противном случае сопротивление нагрузки может рассеять огромное количество энергии, что сделает систему очень неэффективной.
  • Работа стабилитрона обычно связана с генерацией шума, который может критически повлиять на работу чувствительных схем, таких как конструкции усилителей Hi-Fi, и других подобных уязвимых приложений.

Использование «усиленного стабилитрона»

Это версия с усиленным стабилитроном, в которой используется BJT для создания переменного стабилитрона с улучшенными возможностями управления мощностью.

Давайте представим, что R1 и R2 имеют одинаковое значение, что создаст достаточный уровень смещения для базы BJT и позволит BJT работать оптимально.Поскольку минимальное требование прямого напряжения базового эмиттера составляет 0,7 В, BJT будет проводить и шунтировать любое значение, превышающее 0,7 В или самое большее 1 В, в зависимости от конкретных характеристик используемого BJT.

Таким образом, выход будет стабилизирован приблизительно на уровне 1 В. Выходная мощность этого «усиленного переменного стабилитрона» будет зависеть от номинальной мощности BJT и номинала нагрузочного резистора.

Однако это значение можно легко изменить или отрегулировать до другого желаемого уровня, просто изменив значение R2.Или проще заменив R2 на горшок. Диапазон потенциалов потенциометра R1 и R2 может составлять от 1 кОм до 47 кОм, чтобы получить плавно регулируемый выходной сигнал от 1 В до уровня питания (максимум 24 В). Для большей точности вы можете применить следующую формулу делителя напряжения:

Выходное напряжение = 0,65 (R1 + R2) / R2

Недостаток стабилитрона

Еще раз, недостатком этой конструкции является высокое рассеивание, которое увеличивает пропорционально увеличивается разница между входом и выходом.

Чтобы правильно установить значение резистора нагрузки в зависимости от выходного тока и входного питания, можно соответствующим образом применить следующие данные.

Предположим, что требуемое выходное напряжение составляет 5 В, требуемый ток — 20 мА, а вход питания — 12 В. Тогда, используя закон Ома, мы имеем:

Нагрузочный резистор = (12-5) / 0,02 = 350 Ом

мощность = (12-5) x 0,02 = 0,14 Вт или просто 1/4 Вт.

Схема регулятора последовательного транзистора

По сути, последовательный стабилизатор, который также называется последовательным транзистором, представляет собой переменное сопротивление, создаваемое с помощью транзистора, подключенного последовательно с одной из линий питания и нагрузкой.

Сопротивление транзистора току автоматически регулируется в зависимости от выходной нагрузки, так что выходное напряжение остается постоянным на желаемом уровне.

В цепи последовательного регулятора входной ток должен быть немного больше, чем выходной ток. Эта небольшая разница — единственная величина тока, которая используется схемой регулятора самостоятельно.

Преимущества последовательного регулятора

Основным преимуществом схемы последовательного регулятора по сравнению с регулятором шунтового типа является его лучшая эффективность.

Это приводит к минимальному рассеянию мощности и потерям из-за тепла. Из-за этого большого преимущества последовательные транзисторные стабилизаторы очень популярны в приложениях для регуляторов напряжения большой мощности.

Однако этого можно избежать там, где требования к мощности очень низкие или где эффективность и тепловыделение не входят в число критических проблем.

Обычно последовательный регулятор может просто включать стабилитрон, нагружая буферную схему эмиттерного повторителя, как указано выше.

Вы можете найти единичное усиление напряжения всякий раз, когда используется каскад эмиттерного повторителя. Это означает, что когда к его базе применяется стабилизированный вход, мы обычно также получаем стабилизированный выход и от эмиттера.

Поскольку мы можем получить более высокий коэффициент усиления по току от эмиттерного повторителя, можно ожидать, что выходной ток будет намного выше по сравнению с применяемым базовым током.

Следовательно, даже если базовый ток составляет около 1 или 2 мА в каскаде стабилитрона, который также становится потребляемым током покоя конструкции, выходной ток 100 мА может быть доступен на выходе.

Входной ток складывается с выходным током вместе с 1 или 2 мА, используемыми стабилитроном, и по этой причине достигается выдающийся КПД.

Учитывая, что входной источник питания схемы достаточно рассчитан для достижения ожидаемого выходного напряжения, выход может практически не зависеть от уровня входного питания, поскольку он напрямую регулируется базовым потенциалом Tr1.

Стабилитрон и развязывающий конденсатор создают идеально чистое напряжение на базе транзистора, которое воспроизводится на выходе, создавая напряжение практически без шума.

Это позволяет схемам этого типа выдавать выходные сигналы с удивительно низкой пульсацией и шумом без использования огромных сглаживающих конденсаторов, а также с диапазоном тока, который может достигать 1 А или даже больше.

Что касается уровня выходного напряжения, то он может не точно совпадать с подключенным напряжением стабилитрона. Это связано с тем, что между выводами базы и эмиттера транзистора существует падение напряжения примерно 0,65 В.

Следовательно, это падение необходимо вычесть из значения напряжения стабилитрона, чтобы можно было достичь минимального выходного напряжения схемы.

Это означает, что если значение стабилитрона составляет 12,7 В, то выход на эмиттере транзистора может быть около 12 В или, наоборот, если желаемое выходное напряжение составляет 12 В, то напряжение стабилитрона должно быть выбрано равным 12,7 В.

Регулирование этой схемы последовательного регулятора никогда не будет идентично регулированию схемы стабилитрона, потому что эмиттерный повторитель просто не может иметь нулевое выходное сопротивление.

И падение напряжения в каскаде должно незначительно увеличиваться в ответ на увеличение выходного тока.

С другой стороны, хорошего регулирования можно ожидать, когда ток стабилитрона, умноженный на коэффициент усиления по току транзистора, достигает как минимум 100-кратного ожидаемого максимального выходного тока.

Стабилизатор серии High Current, использующий транзисторы Дарлингтона

Для точного достижения этого часто подразумевается, что нужно использовать несколько транзисторов, может быть 2 или 3, чтобы мы могли достичь удовлетворительного усиления на выходе.

Принципиальная двухтранзисторная схема, в которой используется пара Дарлингтона с эмиттерным повторителем, показана на следующих рисунках и демонстрирует технику применения 3 BJT в конфигурации с эмиттерным повторителем Дарлингтона.

Обратите внимание, что включение пары транзисторов приводит к более высокому падению напряжения на выходе, примерно 1,3 В, через базу 1-го транзистора к выходу.

Это связано с тем, что на каждом из транзисторов снижено примерно 0,65 Вольт. Если рассматривать схему с тремя транзисторами, это может означать падение напряжения чуть ниже 2 В на базе 1-го транзистора и выходе и так далее.

Стабилизатор напряжения с общим эмиттером и отрицательной обратной связью

Хорошая конфигурация иногда наблюдается в конкретных конструкциях, имеющих пару усилителей с общим эмиттером, со 100-процентной чистой отрицательной обратной связью.

Эта установка показана на следующем рисунке.

Несмотря на то, что каскады с общим эмиттером обычно имеют значительную степень усиления по напряжению, в данном случае это может быть не так.

Это происходит из-за 100% отрицательной обратной связи, которая возникает между коллектором выходного транзистора и эмиттером транзистора драйвера. Это позволяет усилителю достичь коэффициента усиления, равного единице.

Преимущества регулятора с общим эмиттером и обратной связью

Эта конфигурация работает лучше по сравнению с регуляторами на основе эмиттерного повторителя с парой Дарлингтона из-за меньшего падения напряжения на входных / выходных клеммах.

Падение напряжения, достигаемое этими конструкциями, составляет всего около 0,65 вольт, что способствует большей эффективности и позволяет схеме работать эффективно независимо от того, превышает ли нестабилизированное входное напряжение всего на несколько сотен милливольт ожидаемое выходное напряжение.

Разрядник батарей с использованием схемы последовательного регулятора

Указанная схема разрядника батарей представляет собой функциональную иллюстрацию конструкции, построенной с использованием стандартного последовательного регулятора.

Модель разработана для всех приложений, работающих от 9 В постоянного тока с максимальным током не более 100 мА.Это не подходит для устройств, требующих относительно большей силы тока.

T1 — это трансформатор 12–0–12 вольт 100 мА, который обеспечивает изолированную защитную изоляцию и понижение напряжения, а его вторичная обмотка с центральным ответвлением управляет основным двухтактным выпрямителем с фильтрующим конденсатором.

Без нагрузки на выходе будет около 18 вольт постоянного тока, которое может упасть примерно до 12 вольт при полной нагрузке.

Схема, которая работает как стабилизатор напряжения, на самом деле представляет собой базовую конструкцию последовательного типа, включающую R1, D3 и C2 для получения регулируемого номинального выходного напряжения 10 В.Ток стабилитрона колеблется от 8 мА без нагрузки до 3 мА при полной нагрузке. Рассеивание, создаваемое в результате R1 и D3, минимально.

Эмиттерный повторитель на паре Дарлингтона, образованный TR1 и TR2, можно увидеть сконфигурированным как выходной буферный усилитель, обеспечивающий усиление по току около 30 000 при полном выходе, в то время как минимальное усиление составляет 10 000.

На этом уровне усиления, когда устройство работает с использованием 3 мА при токе полной нагрузки, и минимальное усиление i почти не демонстрирует отклонения в падении напряжения на усилителе даже при колебаниях тока нагрузки.

Реальное падение напряжения на выходном усилителе составляет примерно 1,3 В, а при умеренных 10 В на входе это дает примерно 8,7 В на выходе.

Это выглядит почти равным указанным 9 В, учитывая тот факт, что даже настоящая 9-вольтовая батарея может показывать колебания от 9,5 В до 7,5 В в течение периода эксплуатации.

Добавление ограничения тока к последовательному регулятору

Для регуляторов, описанных выше, обычно становится важным добавить защиту от короткого замыкания на выходе.

Это может быть необходимо для обеспечения хорошего регулирования при низком выходном сопротивлении. Поскольку источник питания имеет очень низкий импеданс, в случае случайного короткого замыкания на выходе может пройти очень высокий выходной ток.

Это может привести к немедленному сгоранию выходного транзистора и некоторых других деталей. Типичный предохранитель может просто не обеспечить достаточной защиты, потому что повреждение, вероятно, произойдет быстро, даже до того, как предохранитель может среагировать и сработать.

Самый простой способ реализовать это, возможно, добавив в схему ограничитель тока. Это включает в себя дополнительные схемы без какого-либо прямого влияния на производительность конструкции в нормальных рабочих условиях.

Однако ограничитель тока может привести к быстрому падению выходного напряжения, если подключенная нагрузка пытается потреблять значительный ток.

На самом деле выходное напряжение снижается так быстро, что, несмотря на наличие короткого замыкания на выходе, ток, доступный из цепи, немного превышает указанный максимальный номинал.

Результат схемы ограничения тока подтвержден приведенными ниже данными, которые отображают выходное напряжение и ток с учетом постепенно снижающегося импеданса нагрузки, достигнутые с помощью предлагаемого блока Battery Eliminator.

Схема ограничения тока работает с использованием только пары элементов; R2 и Tr3. Его реакция на самом деле настолько быстрая, что она просто устраняет все возможные риски короткого замыкания на выходе, тем самым обеспечивая отказоустойчивую защиту выходных устройств.Работу ограничения тока можно понять, как описано ниже.

R2 подключен последовательно с выходом, что приводит к тому, что напряжение, развиваемое на R2, пропорционально выходному току. При выходном потреблении, достигающем 100 мА, напряжения, создаваемого на R2, будет недостаточно для запуска на Tr3, поскольку это кремниевый транзистор, для включения которого требуется минимальный потенциал 0,65 В.

Однако, когда выходная нагрузка превышает предел 100 мА, он генерирует достаточный потенциал на T2, чтобы адекватно включить Tr3 в режим проводимости.TR3, в свою очередь, вызывает протекание некоторого тока f к Trl через отрицательную шину питания через нагрузку.

Это приводит к некоторому снижению выходного напряжения. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к пропорциональному увеличению потенциала на R2, заставляя Tr3 включаться еще сильнее.

Это, следовательно, позволяет смещать более высокие значения тока в сторону Tr1 и отрицательной линии через Tr3 и нагрузку. Это действие дополнительно приводит к пропорциональному увеличению падения выходного напряжения.

Даже в случае короткого замыкания на выходе Tr3, вероятно, будет сильно смещен в проводимость, заставляя выходное напряжение упасть до нуля, гарантируя, что выходной ток никогда не превысит отметку 100 мА.

Настольный источник питания с регулируемым напряжением

Источники питания со стабилизированным напряжением работают по тому же принципу, что и стабилизаторы постоянного напряжения, но они оснащены потенциометром, который обеспечивает стабилизированный выходной сигнал с переменным диапазоном напряжения.

Эти схемы лучше всего подходят в качестве настольных и мастерских источников питания, хотя их также можно использовать в приложениях, требующих различных регулируемых входов для анализа. Для таких работ потенциометр источника питания действует как предустановленный элемент управления, который можно использовать для настройки выходного напряжения источника питания в соответствии с желаемыми регулируемыми уровнями напряжения.

На рисунке выше показан классический пример схемы регулируемого стабилизатора напряжения, которая обеспечивает плавно регулируемый стабилизированный выход от 0 до 12 В.

Основные характеристики

  • Диапазон тока ограничен максимальным значением 500 мА, хотя его можно увеличить до более высоких уровней путем соответствующей модернизации транзисторов и трансформатора.
  • Конструкция обеспечивает очень хорошее регулирование шума и пульсаций, которые могут быть менее 1 мВ.
  • Максимальная разница между входным питанием и регулируемым выходом не более 0,3 В даже при полной выходной нагрузке.
  • Регулируемый источник переменного тока идеально подходит для тестирования почти всех типов электронных проектов, требующих высококачественных регулируемых источников питания.

Как это работает

В этой конструкции мы видим схему делителя потенциала, включенную между выходным каскадом стабилитрона и входным буферным усилителем. Этот потенциальный делитель создается VR1 и R5. Это позволяет отрегулировать рычаг ползунка VR1 от минимального 1,4 В, когда он находится рядом с основанием своей дорожки, до уровня стабилитрона 15 В, когда он находится в наивысшей точке своего диапазона регулировки.

На каскаде выходного буфера падает примерно 2 вольта, что позволяет диапазон выходного напряжения от 0 до примерно 13 В.При этом верхний диапазон напряжения подвержен частичным допускам, таким как допуск 5% для напряжения стабилитрона. Поэтому оптимальное выходное напряжение может быть чуть выше 12 вольт.

Несколько типов эффективных схем защиты от перегрузки могут быть очень важны для любого настольного источника питания. Это может быть важно, поскольку выход может быть уязвим для случайных перегрузок и коротких замыканий.

В данной конструкции мы используем довольно простое ограничение тока, определяемое Trl и связанными с ним элементами.Когда устройство работает в нормальных условиях, напряжение, создаваемое на R1, который подключен последовательно с выходом питания, слишком мало для того, чтобы вызвать Tr1 проводимость.

В этом сценарии схема работает нормально, за исключением небольшого падения напряжения, создаваемого резистором R1. Это практически не влияет на эффективность регулирования агрегата.

Это потому, что каскад R1 предшествует схеме регулятора. В случае перегрузки потенциал, наведенный на R1, возрастает примерно до 0.65 вольт, что заставляет Tr1 включаться за счет базового тока, полученного из разности потенциалов, генерируемой на резисторе R2.

Это заставляет R3 и Tr 1 втягивать значительное количество тока, в результате чего падение напряжения на R4 существенно увеличивается, а выходное напряжение снижается.

Это действие мгновенно ограничивает выходной ток максимумом от 550 до 600 мА, несмотря на короткое замыкание на выходе.

Так как функция ограничения тока ограничивает выходное напряжение практически до 0 В.

R6 устроен как нагрузочный резистор, который в основном предотвращает слишком низкий выходной ток и невозможность нормальной работы буферного усилителя. C3 позволяет устройству достичь отличного переходного отклика.

Недостатки

Как и в любом типичном линейном регуляторе, рассеиваемая мощность в Tr4 определяется выходным напряжением и током и максимальна при регулировке потенциометра для более низких выходных напряжений и более высоких выходных нагрузок.

В наиболее тяжелых обстоятельствах на Tr4 может быть наведено 20 В, что приведет к протеканию через него тока около 600 мА.Это приводит к рассеиваемой мощности на транзисторе около 12 Вт.

Чтобы выдерживать это в течение длительного времени, устройство должно быть установлено на довольно большом радиаторе. VR1 может быть установлен с большой ручкой управления с калиброванной шкалой, отображающей маркировку выходного напряжения.

Список деталей

  • Резисторы. (Все 1/3 ватта 5%).
  • R1 1,2 Ом
  • R2 100 Ом
  • R3 15 Ом
  • R4 1k
  • R5 470 Ом
  • R6 10k
  • VR1 4.7k линейный углерод
  • Конденсаторы
  • C1 2200 мкФ 40 В
  • C2 100 мкФ 25 В
  • C3 330 нФ
  • Полупроводники
  • Tr1 BC108
  • Tr2 BC107
  • Tr3 BFY51
  • Tr14 T14 D4 1N4002 (4 шт.)
  • D5 BZY88C15V (15 В, стабилитрон 400 мВт)
  • Трансформатор
  • T1 Стандартная первичная сеть, 17 или 18 В, 1 А
  • вторичная
  • Переключатель
  • S1 D.ТИХООКЕАНСКОЕ СТАНДАРТНОЕ ВРЕМЯ. роторная сеть или тумблер
  • Разное
  • Корпус, выходные разъемы, печатная плата, сетевой шнур, провод,
  • припой и т. д.

Как остановить перегрев транзистора при более высоких дифференциалах входа / выхода

Тип проходного транзистора Регуляторы, как описано выше, обычно сталкиваются с ситуацией чрезвычайно высокого рассеяния, возникающего из последовательного транзистора стабилизатора, когда выходное напряжение намного ниже, чем входное напряжение..

Каждый раз, когда высокий выходной ток управляется при низком напряжении (TTL), возможно, критически важно использовать охлаждающий вентилятор на радиаторе. Возможно, серьезной иллюстрацией может быть сценарий блока источника, рассчитанного на обеспечение 5 ампер через 5 и 50 вольт.

Блоки этого типа обычно имеют нерегулируемое питание 60 вольт. Представьте, что это конкретное устройство должно обеспечивать питание цепей TTL во всем номинальном токе. Последовательный элемент в схеме должен в этой ситуации рассеивать 275 Вт!

Затраты на обеспечение достаточного охлаждения, по-видимому, объясняются только ценой последовательного транзистора.В случае, если падение напряжения на транзисторе регулятора может быть ограничено до 5,5 В, независимо от предпочтительного выходного напряжения, рассеивание может быть существенно уменьшено на приведенной выше иллюстрации, это может быть 10% от его начального значения.

Этого можно добиться, применив три полупроводниковые детали и пару резисторов (рис. 1). Вот как это работает: тиристор Thy может нормально проводить через R1.

Тем не менее, как только падение напряжения на T2 — серийный регулятор выходит за пределы 5.5 вольт, T1 начинает проводить, в результате чего тиристор «открывается» при последующем переходе через ноль на выходе мостового выпрямителя.

Эта конкретная рабочая последовательность постоянно контролирует заряд, подаваемый через конденсатор фильтра C1, чтобы нерегулируемый источник питания оставался на 5,5 В выше регулируемого выходного напряжения. Значение сопротивления, необходимое для R1, определяется следующим образом:

R1 = 1,4 x В сек — ( В мин + 5) / 50 (результат будет в кОм)

, где Vsec указывает вторичное среднеквадратичное значение. напряжение трансформатора, а Vmin означает минимальное значение регулируемого выхода.

Тиристор должен выдерживать пиковые пульсации тока, а его рабочее напряжение должно составлять минимум 1,5 В сек . Транзистор последовательного регулятора должен быть рассчитан на поддержку максимального выходного тока, I max , и должен быть установлен на радиаторе, где он может рассеивать 5,5 x I сек Вт.

Получение фиксированного напряжения от транзисторного регулятора

Используя всего один транзистор и несколько стабилитронов, вы можете получить различные напряжения в диапазоне от 5 В до 10 В от источника питания 12 В.На приведенной ниже диаграмме и диаграмме показано, как можно настроить транзистор, стабилитрон и резистор смещения для реализации простой схемы транзисторного стабилизатора.

Заключение

В этом посте мы узнали, как построить простые схемы линейного регулятора напряжения, используя последовательно проходной транзистор и стабилитрон. Источники питания с линейной стабилизацией предоставляют нам довольно простые варианты создания фиксированных стабилизированных выходов с использованием минимального количества компонентов.

В таких конструкциях в основном транзистор NPN конфигурируется последовательно с положительной входной линией питания в режиме общего эмиттера.Стабилизированный выход получается через эмиттер транзистора и отрицательную линию питания.

База транзистора сконфигурирована со схемой стабилитронного зажима или регулируемым делителем напряжения, который гарантирует, что напряжение на стороне эмиттера транзистора точно повторяет потенциал базы на выходе эмиттера транзистора.

Если нагрузка представляет собой сильноточную нагрузку, транзистор регулирует напряжение нагрузки, вызывая увеличение ее сопротивления, и, таким образом, гарантирует, что напряжение на нагрузке не превышает заданное фиксированное значение, установленное его базовой конфигурацией.

Цепи ограничителя тока источника питания »Электроника

Методы и схемы ограничителей тока, использующие диоды и транзисторы для обеспечения функции ограничения тока для источников питания и других цепей.


Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Цепи ограничителя тока являются ключевыми для источников питания, защищая их в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

Ввиду возможного повреждения источника питания в случае перегрузки, почти всегда устанавливаются ограничители тока, и они являются стандартной функцией, встроенной в ИС регулируемого источника питания.

Как следует из названия, схема ограничения тока ограничивает ток от регулируемого источника питания до максимальной величины, определяемой цепью, и таким образом можно избежать серьезного повреждения цепей, как источника питания, так и цепи, на которую подается питание. .

Эти схемы больше подходят для линейных источников питания, хотя аналогичные методы измерения могут использоваться в импульсных источниках питания.

Виды ограничения тока

Как и в случае с любой технологией и типом электронной схемы, есть несколько вариантов на выбор. То же самое и с ограничителями тока, используемыми в регулируемых источниках питания.

Существует два основных типа цепи ограничителя тока:

  • Ограничение постоянного тока: Используя ограничение постоянного тока, выходное напряжение поддерживается по мере роста тока до тех пор, пока не будет достигнута точка, в которой достигается максимум.В этот момент ток поддерживается на этом уровне, в то время как напряжение падает с увеличением нагрузки.

    Это основная форма ограничения тока, используемая в регулируемых источниках питания. Схема проста и использует всего несколько электронных компонентов, но не снижает ток в случае короткого замыкания — он поддерживается на максимальном уровне, и это может привести к повреждению схемы.

    Один из недостатков заключается в том, что когда начинает действовать ограничение тока, потребляется максимальный ток, но в этот момент выходное напряжение падает, а это означает, что на последовательном транзисторе в регулируемом источнике питания повышается напряжение на нем.Это увеличивает рассеиваемую мощность внутри устройства.

    В точке, где выходное напряжение почти равно нулю, протекает максимальный ток, а напряжение на нем — это полное входное напряжение от схем сглаживания и выпрямителя. Это не идеально, потому что на этапе проектирования электронной схемы необходимо сделать поправку на это, что потребует, возможно, большего последовательного транзистора, а также дополнительных возможностей теплоотвода, добавляя дополнительные затраты и размер к регулируемому источнику питания.

  • Обратное ограничение тока: В этом типе ограничения тока, используемом в регулируемых источниках питания, выходное напряжение поддерживается до тех пор, пока не начнет действовать ограничение тока. В этот момент, вместо того, чтобы просто ограничивать ток, он фактически начинает уменьшаться. Таким образом, ток уменьшается по мере увеличения перегрузки, и тем самым снижается риск повреждения.

    Ограничение тока обратной связи в регуляторе напряжения снижает энергопотребление, поскольку по мере увеличения перегрузки ток уменьшается и общая потребляемая мощность падает, сохраняя тепловыделение последовательного транзистора в более разумных пределах.

    Ограничение тока обратной связи, хотя и немного более сложное, может быть реализовано с использованием относительно небольшого количества электронных компонентов. Поскольку эта функция обычно встроена в интегральные схемы регулируемого источника питания, дополнительные затраты на использование ограничения обратной связи по сравнению с ограничением постоянного тока не заметны. Соответственно, в этих ИС практически всегда используется ограничение тока обратной связи.

    Ограничитель обратной связи усложняет линейный источник питания, поскольку требует большего количества электронных компонентов, чем простой ограничитель постоянного тока.Также существует возможность состояния, известного как «блокировка», с неомическими устройствами, потребляющими постоянный ток независимо от напряжения питания. Ограничитель тока с обратной связью может также включать временную задержку, чтобы избежать проблемы с блокировкой.

Две разные формы линейного ограничения тока источника питания, как правило, используются в разных областях, фактический тип, используемый для любого конкретного приложения, выбирается на этапе проектирования электронной схемы проекта.

Основная схема ограничения постоянного тока

Существует ряд схем, которые можно использовать для ограничения постоянного тока для защиты источника питания, но в одной из простейших схем используются всего три электронных компонента: два диода и резистор.

Простой регулируемый источник питания с ограничением тока

В цепи ограничителя тока источника питания используется считывающий резистор, включенный последовательно с эмиттером выходного проходного транзистора. Два диода, помещенные между выходом схемы и базой проходного транзистора, обеспечивают действие по ограничению тока.

Когда схема работает в нормальном рабочем диапазоне, на последовательном резисторе присутствует небольшое напряжение. Это напряжение плюс напряжение база-эмиттер транзистора меньше, чем падение на двух диодных переходах, необходимое для включения двух диодов, чтобы они могли проводить ток.Однако с увеличением тока увеличивается и напряжение на резисторе.

Когда оно равно напряжению включения диода, напряжение на резисторе плюс падение на переходе база-эмиттер для транзистора равняется двум падениям на диоде, и в результате это напряжение появляется на двух диодах, которые начинают проводить. Это начинает понижать напряжение на базе транзистора, тем самым ограничивая потребляемый ток.

Схема этого диодного ограничителя тока для линейного источника питания особенно проста, и, соответственно, конструкция электронной схемы также очень проста.

Значение последовательного резистора можно рассчитать так, чтобы напряжение на нем возрастало до 0,6 В (напряжение включения для кремниевого диода) при достижении максимального тока. Однако всегда лучше убедиться, что есть некоторый запас, ограничивая ток от простого регулятора источника питания до того, как будет достигнут абсолютный максимальный уровень.

Двухтранзисторный линейный стабилизатор питания с ограничением тока

Такая же простая диодная форма ограничения тока может быть включена в схемы линейного источника питания, которые используют обратную связь для определения фактического выходного напряжения и обеспечения более точно регулируемого выходного сигнала.Если точка измерения выходного напряжения берется после резистора измерения последовательного тока, то падение напряжения на нем можно скорректировать на выходе.

Схема линейного источника питания с обратной связью и ограничением тока

Схема ограничения тока обратной связи транзистора

Схема ограничения тока обратной связи дает гораздо лучшие характеристики, чем обычная схема ограничения постоянного тока, используемая в более основных приложениях источника питания.

Транзисторный линейный стабилизатор источника питания с ограничением тока обратной связи

В схеме обратной связи используется еще несколько электронных компонентов, в том числе транзистор и несколько резисторов, но она обеспечивает гораздо лучшую защиту источника питания и схемы, на которую подается питание.

Схема работает, потому что по мере увеличения нагрузки увеличивающаяся пропорция напряжения между эмиттером и землей падает на резисторе R3 — по мере уменьшения нагрузки эффект делителя потенциала означает, что большее напряжение падает на R3.

Достигнута точка, когда транзистор Tr3 начинает включаться. Когда это происходит, он начинает ограничивать ток.

Если сопротивление нагрузки становится меньше, тогда напряжение на R3 увеличивается, включается Tr3 больше, и это дополнительно снижает ток, уменьшая уровень подаваемого тока.

Есть несколько уравнений, которые можно использовать для определения ключевых значений схемы, чтобы обеспечить требуемый максимальный ток для линейного регулятора напряжения, а также уровень обратного тока при коротком замыкании.

Для максимального тока от линейного регулятора напряжения:

Imax = 1R3 ((1 + R1R2) VBE + R1R2Vreg)

Для тока короткого замыкания линейного регулятора напряжения:

Отношение максимального тока к току короткого замыкания:

ImaxISC = 1 + (R1R1 + R2) VregVBE

Где:
I max = максимальный ток регулятора напряжения до ограничения тока
В BE = напряжение, при котором транзистор начинает включаться — обычно 0.6V
V reg = выходное регулируемое напряжение
I SC = ток, обеспечиваемый при коротком замыкании.

Ввиду того, что точка считывания регулятора находится после резистора считывания тока, любое падение напряжения на резисторе не повлияет на выходное напряжение схемы, так как оно будет компенсироваться регулятором. (Это предполагает, что на последовательном транзисторе имеется достаточное напряжение для его правильной регулировки.) Таким образом, резистор измерения тока не вызовет никакого снижения выходного напряжения схемы регулятора источника питания.

Схема ограничителя тока источника питания может быть включена в различные схемы с использованием транзисторов и полевых транзисторов в качестве элемента последовательного прохода. Операционные усилители могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей для обеспечения требуемого опорного напряжения для выходных устройств.

Основная проблема с обратным ограничением тока заключается в том, что оно не всегда хорошо работает с нелинейными нагрузками. Например, если бы он управлял лампой накаливания, где сопротивление в холодном состоянии намного ниже, чем в горячем, регулятор напряжения с ограничителем тока обнаружит очень низкое сопротивление и войдет в откидную крышку, не допуская лампа для нагрева и запуска.Индуктивные нагрузки могут столкнуться с аналогичными проблемами — двигатели и т. Д. Имеют большой пусковой ток. Это означает, что базовое ограничение тока обратной связи в большинстве случаев не подходит для этих типов нагрузки.

Ограничение тока — ключевая особенность всех источников питания. Поскольку электронные устройства остаются включенными почти постоянно и часто остаются без присмотра, функции безопасности, такие как ограничение тока, имеют важное значение в линейных источниках питания, а также в импульсных источниках питания.

К счастью, ограничение тока легко реализовать и не требует включения множества дополнительных электронных компонентов, а если оно содержится в интегральной схеме, дополнительные затраты не заметны.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Источник питания — обзор

4.1 Первичное питание

Хотя источник питания может означать трансформатор, аккумулятор или выпрямительный фильтр с или без схемы зарядки, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), сигнализация инженеры обычно применяют этот термин к компонентам как группе.В большинстве резервных источников питания в качестве вторичного источника питания используются аккумуляторные батареи.

Источник питания начинается с понижающего трансформатора, который преобразует его 240 В переменного тока в напряжение 12–18 В переменного тока, используемое в большинстве систем охранной сигнализации. Трансформатор — это устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи электрической энергии от одной цепи к другой, то есть без прямого соединения между ними. В своей простейшей форме трансформатор состоит из отдельных первичной и вторичной обмоток на общем сердечнике из ферромагнитного материала, такого как железо.Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, результирующий магнитный поток в сердечнике индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке; индуцированное напряжение, вызывающее протекание тока во внешней цепи. В случае понижающего трансформатора вторичная сторона будет иметь меньшее количество обмоток. От этого трансформатора питание по двухпроводному кабелю поступает в схему выпрямителя и фильтра, где переменный ток преобразуется в постоянный. Цепь зарядки будет содержаться в блоке питания, так что резервная батарея может постоянно заряжаться, пока присутствует переменный ток.

Источник питания должен всегда иметь регулируемое напряжение и поддерживать фиксированное выходное напряжение в диапазоне нагрузок и зарядных токов. Компоненты микропроцессора, особенно интегральные схемы, предназначены для работы при определенных напряжениях и не особенно устойчивы к колебаниям. Низкое напряжение заставляет компоненты пытаться потреблять избыточную мощность, что еще больше снижает их допуск, в то время как более высокое напряжение может их разрушить. По этим причинам напряжение следует измерять на источнике и еще раз на входных клеммах точки оборудования.

Решающим фактором при выборе источника питания является определение нагрузки, которую он должен поддерживать. Первым делом необходимо установить, сколько мощности потребуют все энергопотребляющие устройства, подключенные к источнику питания. Затем рассчитывается промежуток времени, в течение которого резервный источник питания должен обеспечивать систему в случае потери основного питания.

Основным источником электроэнергии является подача электроэнергии в здание, которая будет поддерживать систему в течение большей части времени. Вторичный источник питания — это система поддержки в случае отказа основного источника питания, т.е.е. батареи. Системы, в которых мы заинтересованы, будут, как правило, получать питание от трансформаторной / выпрямленной сети и перезаряжаемых вторичных ячеек через блок питания или источник бесперебойного питания (ИБП). Другие системы электропитания могут включать трансформатор / выпрямленный источник питания плюс неперезаряжаемые (первичные) элементы или только первичные элементы, но эти два типа менее широко используются. Отсюда следует, что сигнализация вторжения в значительной степени зависит от электросети, которая должна быть источником, который:

не будет легко отключен;

никогда не изолирован;

от непереключаемой ответвления с предохранителем;

без скачков напряжения или тока;

подается непосредственно на панель управления, а не через выключатель, вилку и розетку или удаленный ответвитель, который может выйти из строя или отключиться.

Трансформатор должен быть установлен в закрытом положении и вентилироваться, и его нельзя ставить на легковоспламеняющиеся поверхности. Трансформаторы находятся внутри самой панели управления или на конечной станции, если в системе используются независимые удаленные клавиатуры. В тех же пределах находятся выпрямитель и зарядное устройство. В системе будет либо зарядное устройство (BCU), либо ИБП.

ИБП обладает большей способностью подавлять помехи и скачки напряжения в электросети, и он, как правило, широко используется в компьютерных источниках питания с резервными системами.Основными требованиями к зарядному устройству являются следующие:

оно может полностью зарядить все батареи в течение 24 часов при сохранении системной нагрузки;

с внутренними предохранителями, первичными и вторичными;

он свободно плавающий и включает звуковые и видимые признаки неисправности.

включает триггер напряжения для активации дистанционной сигнализации отказа;

предусмотрена тамперная защита крышки;

имеет защиту от короткого замыкания с заземленным минусом на вторичной обмотке постоянного тока.

Как указывалось ранее, ИБП имеет лучшую защиту от помех за счет улучшенной записи и мониторинга. Он также должен иметь безопасный изолирующий трансформатор и иметь указанную мощность плюс требования к перезарядке при любой комбинации номинального напряжения питания и частоты питания при температурах от –10 до 40 ° C.

ИБП дополнительно будет иметь полностью выпрямленный трансформатор с низкой тепловой мощностью, твердотельный регулятор напряжения, линейный регулятор тока и высокотемпературный выключатель с непрерывным мониторингом цепи аварийной сигнализации низкого напряжения.Сетевые фильтры подавления используются для устранения кратковременных скачков высокого напряжения. BS 4737 требует следующих ИБП:

, чтобы они имели достаточную мощность и скорость перезарядки, чтобы справиться с любой длительной сетевой изоляцией основного источника питания, связанной с работами, выполняемыми для пожарной безопасности, нормальной изоляцией или нормальной работой на электрические услуги;

, что они расположены там, где обслуживание может быть легко выполнено;

, чтобы была обеспечена достаточная вентиляция, чтобы предотвратить накопление газа на вентилируемой батарее, которое может вызвать повреждение или травму;

, чтобы они не подвергались воздействию коррозионных условий и чтобы элементы были полностью закреплены, чтобы предотвратить их падение или разливание;

, что на агрегатах должна быть указана дата установки.

Прежде чем рассматривать типы вторичного источника питания, используемые в зоне охранной сигнализации, учащийся может пожелать уделить некоторое внимание проверке сетевого питания и испытаниям, которые необходимо провести, чтобы подтвердить его приемлемость. Эти испытания варьируются от визуальных проверок повреждений кабеля до требований к электрическому контролю и рассматриваются в главе 8.

Какое влияние оказывает проходной транзистор на шум источника питания?

Я разрабатываю источник питания со сверхмалым шумом 5 В для ЦАП в аудиофильском hi-fi приложении.Я хотел бы снизить уровень шума ниже 5 мкВ.

Однако мне нужно подавать 3А, а TPS7A4700 управляет только 1А, до

Что ж, извини, что принес плохие новости …

Если ваше устройство потребляет несколько ампер при 5 В, весьма вероятно, что ток нагрузки не будет идеально постоянным. Фактически, практически единственное, что может потреблять несколько ампер при 5 В, — это множество цифровых схем, возможно, Raspberry Pi и тому подобное … что означает очень переменный, импульсный, пиковый ток нагрузки.

Поскольку ваш регулятор имеет ненулевой выходной импеданс, а дорожки распределения мощности также имеют ненулевой импеданс, любое изменение тока нагрузки приведет к изменению напряжения на нагрузке в соответствии с законом Ома.

Даже если полное сопротивление источника питания (регулятор + дорожки) довольно низкое, скажем, 1 мОм при 1 кГц, небольшое изменение тока нагрузки в 5 мА (менее 0,2% от общего значения 3 А) приведет к изменению напряжения на нагрузке на 5 мкВ.

Другими словами, в этой ситуации малошумящий регулятор — это бессмысленная трата ресурсов, поскольку колебания напряжения питания на нагрузке будут определяться изменениями тока нагрузки, умноженными на импеданс питания, который в реальных условиях будет намного выше, чем шум регулятора.

Обратите внимание, что регулятор регулирует выходное напряжение на низких частотах (до нескольких кГц или десятков кГц). Кроме того, преобладают ограничения на выпуск. Регулятор может добавлять шум только в той полосе частот, которую он контролирует. Тем не менее, высокочастотный шум будет проходить через него в обоих направлениях через паразитные емкости, а это означает, что правильно подобранный 5-центовый ферритовый шарик и пара конденсаторов являются прекрасным дополнением к хорошему LDO. LDO обеспечивает PSRR на низких частотах, а LC-фильтр обрабатывает ВЧ-часть.

Что вам нужно сделать, так это составить список всех подсистем и их требований с точки зрения тока / напряжения источника питания, какого максимального шума они могут выдерживать (высокие и низкие частоты) и сколько шума они вносят в источник питания.Подумайте, как изолировать чувствительные цепи от источников шума. Затем разделите это на минимальное количество доменов мощности, которые будут выполнять эту работу, и готово.

Две наиболее чувствительные части обычно потребляют постоянный ток: тактовый генератор и опорное напряжение ЦАП. Последнее является наиболее важным, потому что выходное напряжение (или ток) ЦАП является продуктом его собственного эталона и цифрового кода. Любой мусор в ссылке DAC попадает прямо в вывод, в форме продукта (умножение), а не в аддитивной форме.Это имеет довольно забавное последствие: если вы измеряете выходной шум с нулевым значением ЦАП (цифровая тишина), эталонный шум ЦАП НЕ появляется на выходе (потому что выход — это эталон, умноженный на цифровое значение, равное нулю). Однако, если вы воспроизводите сигнал или, что лучше, постоянное цифровое значение (цифровой постоянный ток), тогда на выход поступает эталонный шум, и его можно измерить. Таким образом, вы можете использовать свой любимый малошумящий маломощный LDO, например ADP151 или что-то еще. На нагрузке постоянного тока можно использовать стабилизатор с низким уровнем шума, он будет соответствовать его спецификации, т.к… ток нагрузки постоянный.

Операционные усилители

не заботятся о низкочастотной пульсации питания, но они заботятся о ВЧ-шуме, потому что PSRR падает с увеличением частоты, поэтому ключевое слово — «разделение» ферритовыми шариками и LC-фильтрами, чтобы логика не попадала в высокочастотный мусор. там. Поскольку операционные усилители потребляют переменный ток, напряжение питания при использовании будет немного колебаться из-за выходного сопротивления регулятора, что означает, что малошумящий стабилизатор питания бесполезен. Тем не менее, регулятор и фильтрация с высоким PSRR полезны для предотвращения попадания высокочастотного шума из восходящего потока в операционные усилители.

Повторите: внутри вашего операционного усилителя есть что-то вроде 0,1-0,5 Ом в соединительном проводе штыря питания. Регулятор с выходным сопротивлением 0,000001 Ом не имеет значения. У большинства операционных усилителей в любом случае есть звездный PSRR в звуковом диапазоне, а PSRR выше нескольких МГц — мусор. Вы не услышите ВЧ-шум на выходе напрямую, но он все равно может быть выпрямлен полупроводниками и появиться в звуковом диапазоне, поэтому лучше не допускать его. Таким образом, чистое заземление и удержание высокочастотных шумов от цифровых компонентов от аналоговых источников питания намного важнее, чем немного низкочастотных шумов / пульсаций в источнике питания вашего операционного усилителя.

Понял?

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *