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

(для регионов бесплатно)

Содержание

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Собираем первые устройства >

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Ага, все-таки зашел? Что, любопытство замучило? Но я очень рад. Нет, правда. Располагайся поудобнее, сейчас мы вместе произведем некоторые нехитрые расчеты, которые нужны, чтобы сварганить тот блок питания, который мы уже сделали в первой части статьи. Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных схемах.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов — это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это, так называемый параметрический стабилизатор.

Состоит он из двух частей:
1 — сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rб
2 — эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно за тем, чтобы напряжение оставалось тем каким нам надо, следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль как бы усилителя или если угодно — умощителя.

Два основных параметра нашего блока питания — напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки. Назовем их:
Uвых — это напряжение
и
Imax — это ток.

Для блока питания, который мы отгрохали в прошлой части, Uвых = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Сначала нам необходимо определить какое напряжение Uвх мы должны подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых.
Это напряжение определяется по формуле:

Uвх = Uвых + 3

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 17 вольт.

Едем дальше.

Определим, какой нам нужен транзистор VT. Для этого нам надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Считаем:

Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax

Тут надо учесть один момент. Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчете, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдает БП. А оно, в нашем случае, составляет 1,5 вольта. Если этого не сделать, то транзистор может накрыться медным тазом, поскольку максимальная мощность будет рассчитана неверно.
Смотри сам:

Если мы берем Uвых=14 вольтам, то получаем

Pmax=1.3*(17-14)*1=3.9 Вт.
А если мы примем Uвых=1.5 вольта, то Pmax=1.3*(17-1.5)*1=20,15 Вт

То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Разумеется, транзистору это сильно не понравилось бы.

Ну вот, теперь лезем в справочник и выбираем себе транзистор.
Помимо только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Я выбрал КТ817 — вполне приличный транзистор…

Фу, ну вроде с этим справились. Пошли дальше.

Сначала определим максимальный ток базы свежевыбранного транзистора ( а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все — даже базы транзисторов).

Iб max=Imax / h31Э min

h31Э min — это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника Если там указаны пределы этого параметра — что то типа 30…40, то берется самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число — 25, с ним и будем считать, а что еще остается?

Iб max=1/25=0.

04 А (или 40 мА). Не мало.

Ну давайте будем теперь искать стабилитрон.
Искать его надо по двум параметрам — напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольтам, а ток — не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали.
Полезли опять в справочник…

По напряжению нам страшно подходит стабилитрон Д814Д, к тому же он у меня был под рукой. Но вот ток стабилизации… 5 мА нам никак не годится. Чего делать будем? Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на рисунок. Мы добавили в схему транзистор VT2. Сия операция позволяет нам снизить нагрузку на стабилитрон в h31Э раз. h31Э, разумеется, того транзистора, который мы только что добавили в схему. Особо не думая, я взял из кучи железок КТ315.

Его минимальный h31Э равен 30, то есть мы можем уменьшить ток до 40/30=1.33 мА, что нам вполне подходит.

Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора Rб.

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)

где Uст — напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min — ток стабилизации стабилитрона.

Rб = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.

Теперь определим мощность этого резистора

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб.

То есть

Prб=(17-14)2/470=0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных — выходного напряжения и тока, мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

Однако не расслабляемся — нас еще ждет выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур однако).

Итак, смотрим на схему выпрямителя.

Ну, тут все проще и почти на пальцах. Учитывая то, что мы знаем, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор — 17 вольт, вычислим напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как и в начале — с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 17 вольт.

Учитывая то, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться

17/1,41=12 вольт.
Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12+2=14 вольт. Вполне может случится так, что такого трансформатора не найдется, не страшно — в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Едем дальше. Определим емкость конденсатора фильтра.

Cф=3200Iн/UнKн

где Iн — максимальный ток нагрузки,
Uн — напряжение на нагрузке,

Kн — коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтам,
Kн=0,01.

Cф=3200*1/14*0,01=18823.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

Осталось выбрать выпрямительные диоды или диодный мост.

Для этого нам надо знать два основных параметра — максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается так

Uобр max=2Uн, то есть Uобр max=2*17=34 Вольта.

А максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вот вроде бы и все про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых — на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых — компенсационный стабилизатор.

<<—Часть 1—-Часть 3—>>


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Стабилизатор напряжения (1) (Реферат) — TopRef.ru

Содержание

Введение

4

1. Обзор литературы по теме

5

2. Выбор описание электрической схемы устройства

14

3. Расчёт элементов схемы

16

4. Методика испытания устройства

19

Заключение

20

Список литературы

21

Приложения. Комплект документов на устройство (эскизный проект)

ВВЕДЕНИЕ

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

1. Обзор литературы по теме

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

177

— о

R1

/Ь-СТ

Рис. 7.22.

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

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

Следовательно,

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


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

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

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

Компенсационный стабилизатор напряжения с использованием операционного усилителя. Расчет стабилизатора на операционном усилителе. Стабилизаторы напряжения и тока на ИМС

Основным недостатком линейных стабилизаторов средней и большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер (11кэ) не менее 3. ..5 В. При токах более 1 А это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой на силовом транзисторе. Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения.

Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5…14) обладают таким же недостатком. В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии «LOW DROP» (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1…1.3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25…30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса.

Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения «0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1 %/В. Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на рис. 4.1.

Конденсаторы С2…С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора С1 выбирается из условия 2000 мкФ на 1 А тока. Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис. 4.2. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении. Более подробная информация по данным микросхемам имеется в справочной литературе, например J119.

Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1 А, а также в случае недостатка места в конструкции. На дискретных элементах также можно выполнить экономичный источник питания. Приведенная на рис. 4.3 схема рассчитана для выходного напряжения 5 В и тока нагрузки до 1 А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом транзисторе (0,7… 1,3 В). Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением икэ в открытом состоянии. Что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход-выход.

Схема имеет защиту (триггерного типа) в случае превышения тока в нагрузке допустимой величины, а также превышения напряжения на входе стабилизатора величины 10,8 В.

Узел защиты выполнен на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При срабатывании тиристора он отключает питание микросхемы DA1 (вывод 7 закорачивается на общий провод). В этом случае транзистор VT3, а значит и VT2 закроются и на выходе будет нулевое напряжение. Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания.

Конденсатор СЗ обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения.

Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания. Конденсатор СЗ обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения. Топология печатной платы для монтажа элементов показана на рис. 4.4 (она содержит одну объемную перемычку). Транзистор VT2 устанавливается на радиатор.

При изготовлении использованы детали: подстроенный резистор R8 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1 — К50-29В на 16 В, С2…С5 — К10-17, С5 — К52-1 на 6,3 В. Схему можно дополнить светодиодным индикатором срабатывания защиты (HL1). Для этого потребуется установить дополнительные элементы: диод VD3 и резистор R10, как это показано на рис. 4.5.

Литература: И.П. Шелестов — Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.

Стабильность напряжения питания является необходимым условием правильной работы многих электронных устройств. Для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке при колебаниях сетевого напряжения и изменении потребляемого нагрузкой тока между выпрямителем с фильтром и нагрузкой (потребителем) ставят стабилизаторы постоянного напряжения.

Выходное напряжение стабилизатора зависит как от входного напряжения стабилизатора, так и от тока нагрузки (выходного тока):

Найдем полный дифференциал изменение напряжения при изменении и :

Разделим правую и левую части на , а также умножим и разделим первое слагаемое в правой части на , а второе слагаемое на .

Вводя обозначения и переходя к конечным приращениям, имеем

Здесь — коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений в относительных единицах;

Внутреннее (выходное) сопротивление стабилизатора.

Стабилизаторы подразделяются на параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор основан на использовании элемента с нелинейной характеристикой, например полупроводникового стабилитрона (см. § 1.3). Напряжение на стабилитроне на участке обратимого электрического пробоя почти постоянно при значительном изменении обратного тока через прибор.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 5.10, а.

Рис. 5.10. Параметрический стабилизатор (а), его схема замещения для приращений (б) и внешняя характеристика выпрямителя со стабилизатором (кривая 2) и без стабилизатора (кривая ) (в)

Входное напряжение стабилизатора должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона . Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор Выходное напряжение снимается со стабилитрона. Часть входного напряжения теряется на резисторе , оставшаяся часть приложена к нагрузке:

Учитываем, что , получаем

Наибольший ток через стабилитрон протекает при

Наименьший ток через стабилитрон протекает при

При обеспечении условий — токи стабилитрона, ограничивающие участок стабилизации, напряжение на нагрузке стабильно и равно . Из .

При увеличении растет ток , увеличивается падение напряжения на . При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается ток нагрузки, растет на то же значение ток через стабилитрон, падения напряжения на и на нагрузке остаются неизменными.

Для нахождения построим схему замещения стабилизатора рис. 5.10, а для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному гоку является параметром прибора. Схема замещения стабилизатора приведена на рис. . Из схемы замещения получаем

Учитывая, что в стабилизаторе , имеем

Для нахождения , так же как и при расчете параметров усилителей (см. § 2.3), воспользуемся теоремой об эквивалентном генераторе и положим , тогда сопротивление на выходе стабилизатора

Выражения (5.16), (5.17) показывают, что параметры стабилизатора определяются параметрами используемого полупроводникового стабилитрона (или другого прибора). Обычно для параметрических стабилизаторов не более 20-40, а лежит в пределах от нескольких ом до нескольких сот ом.

В ряде случаев такие показатели оказываются недостаточными, тогда применяют компенсационные стабилизаторы. На рис. 5.11 приведена одна из простейших схем компенсационных стабилизаторов, в котором нагрузка подключена к источнику входного напряжения через регулирующий нелинейный элемент, транзистор V. На базу транзистора через ОУ подается сигнал ОС. На вход ОУ поступают напряжения с высокоомного резистивного делителя и эталонное (опорное) напряжение .

Рис. 5.11. Простейшая схема компенсационного стабилизатора с ОУ

Рассмотрим работу стабилизатора. Предположим, что увеличилось напряжение , вслед за ним возрастает и При этом на инвертирующий вход ОУ подается положительное приращение напряжения , а на выходе ОУ возникает отрицательное приращение напряжения . К управляющему эмиттерному переходу транзистора V приложена разность базового и эмиттерного напряжений . В рассматриваемом нами режиме , ток транзистора V уменьшается и напряжение ивых снижается почти до первоначального значения. Аналогично будет отработано изменение ивых при увеличении или уменьшении : изменится , возникнет соответствующего знака, изменится ток транзистора . очень высока, так как в процессе работы режим работы стабилитрона практически не изменяется и ток через него стабилен.

Компенсационные стабилизаторы напряжения выпускаются в виде ИМС, которые включают в себя регулирующий нелинейный элемент, транзистор V, ОУ и цепи, связывающие нагрузку с его входом.

На рис. 5.10, в показана внешняя характеристика источника питания со стабилизатором, ее рабочий участок ограничен значениями тока

В связи с этим часть напряжения, поступающая на выход стабилизатора, «остается» на транзисторе, а остальная поступает на выход стабилизатора. Если увеличить напряжение па базе составного транзистора, то он откроется и падение напряжения на нем уменьшится, а напряжение на выходе стабилизатора соответственно увеличится. И наоборот. В обоих случаях величина напряжения на выходе стабилизатора будет близка к уровню напряжения на базе составного транзистора.


Поддержание величины напряжения на выходе стабилизатора на заданном уровне осуществляется за счет того, что часть выходного напряжения (напряжение отрицательной обратной связи) с делителя напряжения R10, R11, R12 поступает на операционный усилитель DA1 (усилитель напряжения отрицательной обратной связи). Выходное напряжение операционного усилителя в этой схеме будет стремиться к такому значению, при котором разница напряжений на его входах была бы равна нулю.

Происходит это следующим образом. Напряжение обратной связи с резистора R11 поступает на вход 4 операционного усилителя. На входе 5 стабилитроном VD6 поддерживается постоянная величина напряжения (опорное напряжение). Разница напряжении на входах усиливается операционным усилителем и поступает через резистор R3 на базу составного транзистора, падение напряжения на котором определяет величину выходного напряжения стабилизатора. Часть входного напряжения с резистора R11 снова поступает на операционный усилитель. Таким образом, сравнение напряжения обратной связи с образцовым и воздействие выходного напряжения операционного усилителя на выходное напряжение стабилизатора происходит непрерывно.

Если напряжение на выходе стабилизатора увеличивается, то увеличивается и напряжение обратной связи, поступающее на вход 4 операционного усилителя, которое становится больше опорного.

Разность этих напряжений усиливается операционным усилителем, выходное напряжение которого при этом уменьшается и закрывает составной транзистор. В результате падение напряжения на нем увеличивается, что вызывает уменьшение выходного напряжения стабилизатора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи не станет почти равным опорному (их разница зависит от типа используемого операционного усилителя и может составлять 5…200мВ).

При уменьшении выходного напряжения стабилизатора происходит обратный процесс. Так как напряжение обратной связи уменьшается, становясь меньше опорного, то разница этих напряжений на выходе усилителя напряжения обратной связи увеличивается и открывает составной транзистор, обеспечивая тем самым увеличение выходного напряжения стабилизатора.

Величина выходного напряжения зависит от достаточно большого числа факторов (тока, потребляемого нагрузкой, колебания напряжения первичной сети, колебаний температуры внешней среды и т. п.). Поэтому описанные процессы в стабилизаторе происходят непрерывно, г. е. выходное напряжение постоянно колеблется с очень малыми отклонениями относительно заранее заданного значения.

Источником опорного напряжения, поступающего на вход 5 операционного усилителя DA1, служит стабилитрон VD6. Для увеличения стабильности опорного напряжения напряжение питания на него подается с параметрического стабилизатора на стабилитроне VD5.

Для защиты стабилизатора от перегрузок используется оптопара VU1, датчик тока (резистор R8) и транзистор VT3. Использование в узле защиты оптопары (светодиод и фототиристор, имеющие оптическую связь и смонтированные в одном корпусе) повышает надежность его работы.

При увеличении тока, потребляемого нагрузкой от стабилизатора, увеличивается падение напряжения на резисторе R8, а следовательно, и напряжение, поступающее на базу транзистора VT3. При определенной величине этого напряжения коллекторный ток транзистора VT3 достигает значения, необходимого для зажигания светодиода оптопары VU1.

Излучение светодиода включает тиристор оптопары, и напряжение на базе составного транзистора уменьшается до 1… 1,5В, так как она оказывается подключенной к общей шине через малое сопротивление включенного тиристора. Вследствие этого составной транзистор закрывается, а напряжение и ток на выходе стабилизатора уменьшаются почти до нуля. Падение напряжения на резисторе R8 уменьшается, транзистор VT3 закрывается и свечение оптрона прекращается, но тиристор остается включенным до того момента, пока напряжение на его аноде (относительно катода) не станет меньше 1 В. Это произойдет только в том случае, если будет отключено входное напряжение стабилизатора или замкнуты контакты кнопки SB1.

Коротко о назначении остальных элементов схемы. Резистор R1, конденсатор С2 и стабилитрон VD5 образуют параметрический стабилизатор, служащий для стабилизации напряжения питания операционного усилителя и предварительной стабилизации напряжения питания источника опорного напряжения R5, VD2. Резистор R2 обеспечивает начальное напряжение на базе составного транзистора, повышая надежность запуска стабилизатора Конденсатор СЗ предотвращает возбуждение стабилизатора на низкой частоте. Резистор R3 ограничивает выходной ток операционного усилителя в случае короткого замыкания на его выходе (например, при включении тиристора оптопары).

Цепь R4, С2 предотвращает возбуждение операционного усилителя и выбирается в соответствии с рекомендациями, приводимыми в справочной литературе для конкретного типа операционного усилителя.

Стабилитрон VD7 и резистор R7 образуют параметрический стабилизатор, служащий для поддержания напряжения питания узла защиты на неизменном уровне при изменении выходного напряжения стабилизатора.

Резистор R6 ограничивает коллекторный ток транзистора VT3 на уровне, необходимом для нормальной работы светодиода оптопары. В качестве резистора R6 используется резистор типа С5-5 или самодельный из провода высокого сопротивления (например, спирали от утюга или электроплитки).

Конденсатор С1 снижает уровень пульсаций входного, а С5 — выходного напряжений стабилизатора. Конденсатор С6 блокирует выходную цепь стабилизатора по высокочастотным гармоникам. Нормальный тепловой режим транзистора VT2 при больших токах нагрузки обеспечивается его установкой на радиаторе площадью не менее 100 см.

Стабилизатор обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения в пределах 4,5…12 В при выходном токе до 1 А с уровнем пульсаций выходного напряжения не более 15 мВ. Защита от перегрузки срабатывает при выходном токе свыше 1,1 А.

Теперь о замене элементов. Операционный усилитель К553УД1 можно заменить на К140УД2, К140УД9, К553УД2. Транзистор VT1 может быть типа КТ603, КТ608, a VT2 — КТ805, КТ806, КТ908 и т. п. с любыми буквенными индексами. Оптопара — указанного типа с любым буквенным индексом.

Напряжение переменного тока подается на выпрямитель стабилизатора с любого понижающего трансформатора, обеспечивающего выходное напряжение не менее 12 В при токе 1 А. В качестве такого трансформатора можно использовать выходные трансформаторы ТВК-110 ЛМ и ТВК-110 Л1.

Стабилизатор на специализированной микросхеме

Указанные выше трансформаторы можно использовать совместно со стабилизатором напряжения, схема которого приведена на рисунке. Он собран на специализированной интегральной схеме К142ЕН1. Она представляет собой стабилизатор напряжения непрерывного действия с последовательным включением регулирующего элемента.


Достаточно высокие эксплуатационные характеристики, встроенная схема защиты от перегрузки, работающая от внешнего датчика тока, и схема включения/выключения стабилизатора от внешнего источника сигнала позволяют изготовить на его основе стабилизированный источник питания, обеспечивающий выходные напряжения в диапазоне 3…12 В.

Схема самого интегрального стабилизатора напряжения не может обеспечить ток на нагрузке свыше 150 мА, что явно недостаточно для работы некоторых устройств. Поэтому для увеличения нагрузочной способности стабилизатора к ее выходу подключен усилитель мощности на составном транзисторе VT1, VT2. Благодаря этому выходной ток стабилизатора может достигать 1,5 А в указанном диапазоне выходных напряжений.

Напряжение обратной связи, подаваемое на выход интегральной схемы DA1, выполняющей в данной схеме роль усилителя отрицательной обратной связи с внутренним источником опорного напряжения, снимается с резистора R5. Резистор R3 служит датчиком тока узла защиты от перегрузок по току. Резисторы R1, R2 обеспечивают режим работы транзистора VT2 и внутреннего транзистора защиты интегральной схемы DA1. Конденсатор С2 устраняет самовозбуждение интегральной схемы на высокой частоте.

Резистор R3 проволочный, аналогичный описанному ранее. В качестве транзистора VT1 можно использовать транзисторы типа КТ603, КТ608, a VT2 — КТ805, КТ809 и т. п. с любыми буквенными индексами.

Итак, схема простейшего компенсационного стабилизатора напряжения изображена на рисунке справа.

Обозначения:

  1. I R — ток через балластный резистор (R 0)
  2. I ст — ток через стабилитрон
  3. I н — ток нагрузки
  4. I вх — входной ток операционного усилителя
  5. I д — ток через резистор R 2
  6. U вх — входное напряжение
  7. U вых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
  8. U ст — падение напряжения на стабилитроне
  9. U д — напряжение, снимаемое с резистивного делителя (R 1 , R 2)
  10. U ОУ — выходное напряжение операционного усилителя
  11. U бэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

Почему такой стабилизатор называется компенсационным и в чём его преимущества? На самом деле такой стабилизатор — это система управления с отрицательной обратной связью по напряжению, но для тех, кто не в курсе, что это такое, мы начнём издалека.

Как вы помните, операционный усилитель усиливает разность напряжений между своими входами. Напряжение на неинвертирующем входе у нас равно напряжению стабилизации стабилитрона (U ст). На инвертирующий вход мы подаём часть выходного напряжения, снятую с делителя (U д), то есть там у нас выходное напряжение, делённое на некоторый коэффициент, определяемый резисторами R 1 , R 2 . Разность этих напряжений (U ст -U д) — это сигнал ошибки, он показывает, на сколько напряжение с делителя отличается от напряжения на стабилитроне (обозначим эту разность буквой E).

Далее, выходное напряжение ОУ получается равным E*K оу, где К оу — коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутой петлёй обратной связи (в англоязычной литературе G openloop). Напряжение на нагрузке равно разности напряжения на выходе ОУ и падения напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора.

Математически всё то, о чём мы говорили выше, выглядит так:

U вых =U оу -U бэ =E*K оу -U бэ (1)

E=U ст -U д (2)

Рассмотрим более внимательно первое уравнение и преобразуем его к такому виду:

E=U вых / K оу + U бэ / K оу

Теперь давайте вспомним — в чём же главная особенность операционных усилителей и почему их все так любят? Правильно, — их главная особенность — в огромном коэффициенте усиления, порядка 10 6 и более (у идеального ОУ он вообще равен бесконечности). Что нам это даёт? Как видите, в правой части последнего уравнения оба слагаемых имеют в делителе К оу, а поскольку К оу очень очень большой, следовательно оба этих слагаемых очень очень маленькие (при идеальном ОУ они стремятся к нулю). То есть наша схема при работе стремится к такому состоянию, когда сигнал ошибки равен нулю. Можно сказать, что операционный усилитель сравнивает напряжения на своих входах и если они отличаются (если есть ошибка), то напряжение на выходе ОУ меняется таким образом, чтобы разность напряжений на его входах стала равна нулю. Другими словами он стремится скомпенсировать ошибку. Отсюда и название стабилизатора — компенсационный.

0=U ст -U д (2*)

U д, как мы помним, — это часть выходного напряжения, снимаемая с делителя на резисторах R 1 , R 2 . Если рассчитать наш делитель, не забывая про входной ток ОУ, то получим:

и после подстановки этого выражения в уравнение (2*) сможем записать для выходного напряжения следующую формулу (3):

Входной ток операционного усилителя обычно очень мал (микро, нано и даже пикоамперы), поэтому при достаточно большом токе I д можно считать, что ток в обоих плечах делителя одинаков и равен I д, самое правое слагаемое формулы (3) при этом можно считать равным нулю, а саму формулу (3) переписать в следующем виде:

U вых =U ст (R 1 +R 2)/R 2 (3*)

При расчёте резисторов R 1 , R 2 необходимо помнить о том, что формула (3*) справедлива только в том случае, когда ток через резисторы делителя много больше входного тока операционного усилителя. Оценить величину I д можно по формулам:

I д =U ст /R 2 или I д =U вых /(R 1 +R 2).

Теперь давайте оценим область нормальной работы нашего стабилизатора, рассчитаем R 0 и подумаем, что будет влиять на стабильность выходного напряжения.

Как видно из последней формулы, существенное влияние на стабильность Uвых может оказывать только стабильность опорного напряжения. Опорное напряжение — это то, с которым мы сравниваем часть выходного напряжения, то есть это напряжение на стабилитроне. Сопротивления резисторов будем считать не зависящими от протекающего через них тока (температурную нестабильность мы не рассматриваем). Зависимость выходного напряжения от падения напряжения на p-n переходе транзистора (которое слабо, но зависит от тока), как в случае с , тоже пропадает (помните мы когда ошибку из первой формулы считали — поделили падение на переходе БЭ транзистора на К оу и посчитали это выражение равным нулю из-за очень большого коэффициента усиления операционника).

Из сказанного выше следует, что главный путь повышения стабильности тут один — увеличивать стабильность источника опорного напряжения. Для этого можно либо сузить диапазон нормальной работы (уменьшить диапазон входного напряжения схемы, что приведёт к меньшему изменению тока через стабилитрон), либо взять вместо стабилитрона интегральный стабилизатор. Кроме этого, можно вспомнить про наши упрощения, тогда вырисовываются ещё несколько путей: взять операционник с бОльшим коэффициентом усиления и меньшим входным током (это даст возможность ещё и резисторы делителя побольше номиналом взять, — КПД повысится).

Ну ладно, вернёмся к области нормальной работы и расчёту R 0 . Для нормальной работы схемы ток стабилитрона должен быть в пределах от I ст min до I ст max . Минимальный ток стабилитрона будет при минимальном входном напряжении, то есть:

U вх min =I R *R 0 +U ст, где I R =I ст min +I вх

Здесь аналогично, — если ток стабилитрона много больше входного тока операционного усилителя, то можно считать I R =I ст min . Тогда наша формула запишется в виде U вх min =I ст min *R 0 +U ст (4) и из неё можно выразить R 0:

R 0 =(U вх min -U ст)/I ст min

Исходя из того, что максимальный ток через стабилитрон будет течь при максимальном входном напряжении запишем ещё одну формулу: U вх max =I ст max *R 0 +U ст (5) и объединив её с формулой (4) найдём область нормальной работы:

Ну и, как я уже говорил, если получившийся диапазон входного напряжения шире, чем вам нужно, — можно его сузить, при этом возрастёт стабильность выходного напряжения (за счёт повышения стабильности опорного напряжения).

Достоинства ШИМ-регуляторов с применением операционных усилителей так это то что можно применять практически любой ОУ (в типовой схеме включения, конечно).

Уровень выходного эффективного напряжения регулируется путём изменения уровня напряжения на неинвертирующем входе ОУ, что позволяет использовать схему как составную часть различных регуляторов напряжения и тока, а также схем с плавным зажиганием и гашением ламп накаливания.
Схема легка в повторении, не содержит редких элементов и при исправных элементах начинает работать сразу, без настройки. Силовой полевой транзистор подбирается по току нагрузки, но для уменьшения тепловой рассеиваемой мощности желательно использовать транзисторы, рассчитанные на большой ток, т.к. у них наименьшее сопротивление в открытом состоянии.
Площадь радиатора для полевого транзистора полностью определяется выбором его типа и током нагрузки. Если схема будет использоваться для регулирования напряжения в бортовых сетях + 24В, для предотвращения пробоя затвора полевого транзистора, между коллектором транзистора VT1 и затвором VT2 следует включить резистор сопротивлением 1 К, а резистор R6 зашунтировать любым подходящим стабилитроном на 15 В, остальные элементы схемы не изменяются.

Во всех ранее рассмотренных схемах в качестве силового полевого транзистора используются n — канальные транзисторы, как наиболее распространённые и имеющие наилучшие характеристики.

Если требуется регулировать напряжение на нагрузке, один из выводов которой подключен к «массе» , то используются схемы, в которых n — канальный полевой транзистор подключается стоком к + источника питания, а в цепи истока включается нагрузка.

Для обеспечения возможности полного открытия полевого транзистора схема управления должна содержать узел повышения напряжения в цепях управления затвором до 27 — 30 В, как это сделано в специализированных микросхемах U 6 080B … U6084B , L9610, L9611 , тогда между затвором и истоком будет напряжение не менее 15 В. Если ток нагрузки не превышает 10А, можно использовать силовые полевые p — канальные транзисторы, ассортимент которых гораздо уже из — за технологических причин. В схеме изменяется и тип транзистора VT1 , а регулировочная характеристика R7 меняется на обратную. Если у первой схемы увеличение напряжения управления (движок переменного резистора перемещается к » +» источника питания) вызывает уменьшение выходного напряжения на нагрузке, то у второй схемы эта зависимость обратная. Если от конкретной схемы требуется инверсная от исходной зависимость выходного напряжения от входного, то в схемах необходимо поменять структуру транзисторов VT1 , т.е транзистор VT1 в первой схеме необходимо подключить как VT1 у второй схемы и наоборот.

Стабилизатор напряжения

Содержание 

Введение                 3

1 Общие сведения  о стабилизаторах напряжения          5

1.1 Основные параметры  стабилизаторов напряжения         5

1.2 Параметрические  стабилизаторы напряжения          6

1.3 Компенсационные  стабилизаторы напряжения          8

2 Расчет стабилизатора  напряжения          10

2. 1 Требования  к проектируемому устройству         10

2.2 Расчет параметров схемы последовательного стабилизатора

напряжения              10

2.2.1 Разработка схемы электрической принципиальной последовательного стабилизатора напряжения           10

2.2.2 Расчет параметров схемы последовательного стабилизатора

напряжения           11

Заключение             14

Список использованных источников         15

 

       Введение 

       На  сегодняшний день появляются все  более сложные электронные системы, использующие в качестве элементной базы новейшие полупроводниковые приборы  и интегральные микросхемы с высокой  степенью интеграции.

       Успешное развитие науки и техники в рамках жестокой конкуренции во многом обусловлено успехами электроники. Трудно представить какую-либо отрасль производства, в которой бы в той или иной степени не использовались электронные приборы или электронные устройства автоматики.

       Основным  источником питания электронных  устройств являются выпрямительные устройства, преобразующие переменный ток в ток одного направления, называемый выпрямленным [1]. Качество работы электронной схемы в значительной степени определяется стабильностью источников питания и величиной их выходного сопротивления. Напряжение питания должно оставаться постоянным при колебаниях напряжения и частоты сети, изменениях нагрузки, а также при колебаниях температуры, влажности и давления окружающей среды и т.д. Для обеспечения постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения [2].

       Кроме того стабилизаторы напряжения в  одних устройствах используются как высокостабильные источники питания, обеспечивающие необходимую надежность работы, в других – как источники эталонного (образцового) напряжения. Образцовое напряжение необходимо во многих системах авторегулирования и телеметрии, измерительных схемах, схемах преобразования непрерывных величин в дискретную форму, в схемах электрического моделирования.

       Развитие  полупроводниковой техники дало возможность получить простые высокостабильные источники образцового напряжения практически любой мощности.

       Полупроводниковые стабилизаторы могут также использоваться взамен аккумуляторных и сухих батарей в измерительных и поверочных лабораториях.

       Целью курсовой работы является расчет последовательного  стабилизатора напряжения. Для поставленной цели необходимо решить следующие частные  задачи.

  1. Провести обзор основные параметры стабилизаторов напряжения.
  2. Рассмотреть виды стабилизаторов напряжения (параметрические и компенсационные).
  3. Сформулировать требования к проектируемой схеме.
  4. Спроектировать схему последовательного стабилизатора напряжения.
  5. Провести расчет параметров схемы последовательного стабилизатора напряжения.
  6. Разработать печатную плату устройства.
 

 

       1 Общие сведения  о стабилизаторах напряжения 

       Стабилизатором  напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке [2]. Таким образом, стабилизатор напряжения — это устройство, на выходе которого напряжение остается неизменным при воздействии дестабилизирующих факторов. 

       1.1 Основные параметры стабилизаторов  напряжения 

       К основным параметрам стабилизаторов напряжения относят коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, коэффициент  полезного действия и дрейф выходного  постоянного напряжения и другие [3].

       Рассмотрим  основные параметры стабилизаторов напряжения.

       Коэффициент стабилизации равен отношению относительного приращения напряжения на входе U1 к относительному приращению напряжения на выходе стабилизатора Uн при неизменной нагрузке. 

 

       Выходное  сопротивление равно отношению  изменения выходного напряжения ∆Uн и вызвавшему его изменению тока нагрузки ∆Iн при постоянном напряжении на входе. 

 

       Коэффициент полезного действия (КПД) равен отношению мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

       Дрейф выходного напряжения стабилизатора  в основном обусловлен дрейфом источника опорного напряжения и дрейфом первого каскада усилителя. Дрейф за счет других элементов схемы значительно ослабляется цепью отрицательной обратной связи.

       В ряде случаев стабилизаторы напряжения характеризуются абсолютным коэффициентом  стабилизации, который одновременно показывает сглаживающее действие стабилизатора как фильтра статическим выходным сопротивлением и коэффициентом стабилизации тока. 

       1.2 Параметрические стабилизаторы  напряжения 

       В параметрических стабилизаторах напряжения используются нелинейные элементы, напряжение на которых в пределах некоторого участка вольт-амперной характеристики не зависит от тока, протекающего, через элемент [4]. Подобную вольт-амперную характеристику имеет стабилитрон тлеющего разряда и полупроводниковый стабилитрон (опорный диод). В настоящее время полупроводниковые стабилитроны выпускаются на различные номинальные напряжения и практически вытеснили стабилитроны тлеющего разряда.

       Схема параметрического стабилизатора приведена  на рисунке 1. 

       
Рисунок 1 – Схема параметрического стабилизатора  напряжения
 

       Стабилитрон включен параллельно нагрузке. При  увеличении входного напряжения начинает возрастать ток нагрузки и несколько  увеличивается напряжение на стабилитроне, что приводит к резкому увеличению его тока. В результате этого избыток  входного напряжения будет погашен  на балластном сопротивлении Rб, а выходное напряжение практически вернется к прежней величине. При изменении сопротивления нагрузки, например, при уменьшении Rн, увеличиваются ток схемы и падение напряжения на Rб и несколько снижается напряжение на стабилитроне. При этом резко уменьшается ток стабилитрона, а общий ток схемы снижается практически до прежнего значения и, следовательно, выходное напряжение практически также сохраняет прежнюю величину.

       В режиме холостого хода весь ток нагрузки протекает через стабилитрон  и может вывести прибор из строя; это надо учитывать при расчете  схемы.

       Балансный резистор Rб ограничивает величину тока стабилитрона и определяет стабильность выходного напряжения. С ростом Rб увеличивается коэффициент стабилизации, но падает КПД схемы.

       Величина  резистора Rб выбирается из условия 

 

где – номинальный ток, , – максимальные и минимальные токи стабилитрона в режиме стабилизации.

       Выходное  сопротивление параметрического стабилизатора  определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона, т.е. .

       Коэффициент стабилизации можно определить, полагая  при и , что и .

       Тогда из формулы (1) 

 

       Обычно  Кст не превышает 20÷50. Для увеличения Кст можно применять каскадное включение стабилизаторов.

       Параметрические стабилизаторы не позволяют регулировать выходное напряжение и обеспечивают удовлетворительную стабилизацию только при малых токах нагрузки (). 

       1.3 Компенсационные стабилизаторы  напряжения 

       В компенсационных стабилизаторах напряжения производится сравнение фактической величины выходного напряжения с его заданной величиной и в зависимости от величины и знака разности между ними автоматически осуществляется соответствующее воздействие на элементы стабилизатора, направленное на уменьшение этой разности [4].

       Структурные схемы компенсационных стабилизаторов напряжения приведены на рисунке 2.

 
 
а б
Рисунок 2 – Структурные схемы компенсационных  стабилизаторов напряжения а–последовательного и б–параллельного типа
 

       В стабилизаторах этого типа непрерывно происходит сравнение напряжения на нагрузке Uн (или его части) с опорным напряжением Uоп. При отклонении Uн от заданной величины появляется сигнал, равный разности , воздействующий через усилитель У на регулирующий элемент РЭ, который возвращает величину Uн к требуемому значению.

       В качестве источника опорного напряжения обычно используется параметрический  стабилитрон, усилитель У является усилителем постоянного тока, РЭ представляет собой транзистор, сопротивление которого меняется при подаче усиленной разности ().

       Регулирующий  элемент может включатся между выпрямителем и нагрузкой и выполнять роль балластного сопротивления. Такие стабилизаторы называются стабилизаторами последовательного типа (рисунок 2а). В стабилизаторах параллельного типа РЭ включен параллельно нагрузке, а последовательно с ним включен балластный резистор Rб (рисунок 2б). Стабилизаторы параллельного типа имеют меньший КПД и применяются реже, чем стабилизаторы последовательного типа.

 

        2 Расчет стабилизатора напряжения 

       2.1 Требования к проектируемому  устройству 

       Сформулируем  требования к последовательному  стабилизатору напряжения:

    • коэффициент стабилизации Кст более 1000;
    • относительное изменение входного напряжения ∆U вх = ± 2 В;
    • входное напряжение U вх = 12 В;
    • минимальное напряжение на нагрузке U нмин = 4 В;
    • максимальное напряжение на нагрузке U нмах = 6 В;
    • максимальный ток на нагрузке Iнмах = 2А.
 

       2.2 Разработка и расчет параметров схемы последовательного стабилизатора напряжения 

       С учетом вышеизложенных требований проведем расчет схемы стабилизатора напряжения последовательного типа. 

       2.2.1 Разработка схемы электрической принципиальной последовательного стабилизатора напряжения 

       На  первом этапе составим приблизительную схему компенсационного стабилизатора напряжения (рисунок 3) . После проведения расчета, данная схема будет доработана. Только после полного расчета режимов работы и выбора элементов можно составить окончательный вариант схемы электрической принципиальной компенсационного стабилизатора напряжения. 

Расчет стабилизатора напряжения

РЕФЕРАТ

 

Объем работы стр. 25, ил.10, прил.2.

 

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ, ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР, ТРАНЗИСТОР, РЕЗИСОТОР, КОНДЕНСАТОР, КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

 

Целью данной курсовой работы является: выбор и обоснование  выбора элементов, расчет их номинальных  значений, разработка печатной платы  устройства. 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ОСНОВНЫЕ  ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 6

1.2 Параметрический  стабилизатор 6

1.2 Компенсационный  стабилизатор 9

1.3 Основные  параметры, характеризирующие стабилизатор 13

2 АНАЛИЗ ПРИНЦИПА  ДЕЙСТВИЯ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ  С ПОВЫШЕННЫМ ТОКОМ НАГРУЗКИ 15

3 РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЙ. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 21

ПРИЛОЖЕНИЯ 22

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Успешное развитие науки  и техники в рамках жестокой конкуренции  во многом обусловлено успехами электроники. Трудно себе представить какую-либо отрасль производства, в которой  бы в той или иной степени не использовались электронные приборы  или электронные устройства автоматики.

На сегодняшний день появляются все более сложные электронные  системы, использующие в качестве элементной базы новейшие полупроводниковые приборы  и интегральные микросхемы с высокой  степенью интеграции.

Развитие полупроводниковой  техники дало возможность получить простые высокостабильные источники  образцового напряжения практически  любой мощности.

Неотъемлемой частью многих радиоэлектронных и электронных  устройств являются стабилизаторы  постоянного напряжения. В одних  устройствах они используются как  высокостабильные источники питания, обеспечивающие необходимую надежность работы, в других — не только как источники  питания, но и как источники эталонного (образцового) напряжения. Образцовое напряжение необходимо во многих системах авторегулирования и телеметрии, измерительных схемах, схемах преобразования непрерывных величин в дискретную форму, в схемах электрического моделирования.

Полупроводниковые стабилизаторы могут также использоваться взамен аккумуляторных и сухих батарей в измерительных и поверочных лабораториях.

 

1 ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Стабилизатором напряжения (СТН) называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Другими словами, стабилизатор напряжения — это устройство, на выходе которого напряжение остается неизменным при воздействии дестабилизирующих  факторов [1].

Стабилизаторы бывают параметрические (ПСН) и компенсационные (КСН).

1.2 Параметрический стабилизатор

 

Параметрический стабилизатор наиболее простой. Его работа основана на свойствах полупроводникового диода, а точнее на одной из его разновидностей — стабилитрона. Типичная наипростейшая схема параметрического стабилизатора приведена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1 – Параметрический стабилизатор напряжения

 

В стабилитронах используется явление электрического лавинного  пробоя. При этом в широком диапазоне  изменения тока через диод напряжение изменяется на нем очень незначительно. Входное напряжение через ограничительный резистор Rбал подводится к параллельно включенным стабилитрону и сопротивлению нагрузки. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то и на нагрузке оно будет иметь тот же характер. При увеличении входного напряжения практически все изменение Uвх передается на Rбал, что приводит к увеличению тока в нем. Увеличение этого тока происходит за счет увеличения тока стабилизации при почти неизменном токе нагрузки. Другими словами, все изменение входного напряжения поглощается в ограничительном (балластном) резисторе.

Иногда необходимо получить такое напряжение, на которое стабилитрон  не рассчитан. В этом случае применяют  последовательное соединение стабилитронов. Тогда напряжение стабилизации будет  соответствовать сумме напряжений стабилизаций последовательно включенных стабилитронов.

Помимо рассмотренной  схемы применяют каскадное включение  стабилитронов. Говоря проще, берут  несколько вышерассмотренных схем и включают одну за другой. При этом напряжение стабилизации предыдущего  стабилитрона должно быть больше, чем  следующего. Такие схемы применяют  для увеличения коэффициента стабилизации. Бывает еще и мостовая схема, называемая мостовой параметрический стабилизатор. Теоретически у такой схемы коэффициент  стабилизации стремится к бесконечности.

 

 

Рисунок 2 – Параметрический стабилизатор напряжения с усилителем мощности

 

Нагрузка подключена через транзистор, включенный по схеме ОК, выполняющего роль усилителя мощности.

Такая схема при малых  и средних токах нагрузки работает как стабилизатор, а при больших  токах нагрузки — как транзисторный  фильтр (если параллельно стабилитрону подключить конденсатор). Если параллельно стабилитрону подключить переменный (подстроечный) резистор, то выходное напряжение становиться регулируемым. Можно также включить параллельно нагрузке конденсатор. Для уменьшения высокочастотной (ВЧ) составляющей выходного напряжения параллельно нагрузке подключают конденсатор емкостью 0,01…1 мкФ.

Тип транзистора в схеме  на рисунке 2 выбирается из учета мощности нагрузки. Например, для питания  усилителя (особенно большой мощности), когда ток нагрузки велик, подключают составной транзистор. Составной транзистор (Рисунок 3) — это когда берут два (или больше) транзистора и коллектор или эмиттер одного подключают к базе другого, а оставшийся вывод первого транзистора соединяют с оставшимся выводом следующего.

 

Рисунок 3 – Составные  транзисторы

 

У составного транзистора коэффициент передачи равен произведению коэффициентов передачи каждого транзистора.

1.2 Компенсационный стабилизатор

 

Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) работает по иному  принципу, нежели ПСН. Принцип действия КСН основан на изменении сопротивления регулирующего элемента в зависимости от управляющего сигнала. КСН относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройства автоматического регулирования, которые с заданной точностью поддерживают напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. КСН бывают последовательного и параллельного типа. Рассмотрим структурную схему типичного КСН последовательного типа.

 

 

Рисунок 4 — КСН последовательного типа

 

РЭ — это регулирующий элемент, в качестве которого чаще всего используется транзистор (биполярный или полевой), СУ — схема управления — собственно управляет  работой РЭ. Иногда вместо СУ изображают усилитель постоянного тока (УПТ). Его задача — усилить сигнал рассогласования  и подать его на РЭ. Д — делитель напряжения, ИОН — источник опорного напряжения. В  качестве ИОН применяют схему  параметрического стабилизатора. Источник опорного напряжения и делитель объединяют в так называемый измерительный  элемент (ИЭ). Из-за включения РЭ последовательно  с нагрузкой схема так и  называется — последовательная.

Итак, источник опорного напряжения (ИОН) задает опорное напряжение, поступающее  на вход СУ. С делителя часть выходного  напряжения (соизмеримого с напряжением  ИОН) также подается на вход схемы  управления (СУ). В результате сравнения  выходного напряжения (или его  части) с опорным СУ управляет  РЭ, сопротивление которого меняется в ту или иную сторону. Сигнал с делителя напряжения подается на схему управления и та, в свою очередь, сравнивая напряжение с ИОН, дает команду РЭ увеличить (уменьшить) сопротивление. В результате на нагрузке напряжение остается постоянным. Кроме того, измерительный элемент выделяет пульсации выпрямленного напряжения, поступающие на РЭ, который достаточно хорошо сглаживает их.

 

Рисунок 5 — КСН параллельного типа

 

Принцип действия такого стабилизатора  основан на изменении проводимости РЭ (в соответствии с управляющим  сигналом), вызывающее изменение падения  напряжения на балластом резисторе. Эта схема хорошо работает при небольшом импульсном изменении тока нагрузки. Её основное достоинство — при импульсном изменении тока нагрузки не происходит изменения тока, потребляемого от сети.

 

 

Рисунок 6 – Принципиальная схема КСН

 

Функции РЭ выполняет транзистор VT1. ИОН образован резистором R1 и стабилитроном VD1 (как видим, это параметрический стабилизатор). Делитель, соответственно, состоит из резисторов R2-R4. На транзисторе VT2 собран усилитель постоянного тока (УПТ). ИОН задает для УПТ образцовое напряжение, которое вводится в цепь эмиттера транзистора VT2. На базу транзистора поступает напряжение с делителя. Если изменяется выходное напряжение, а соответственно, и напряжение на базе транзистора VT2, который сравнивая это напряжение с напряжением на эмиттере, задает РЭ такой режим работы, что сопротивление его перехода изменяется, и напряжение на нагрузке остается постоянным. С помощью резистора R3 можно регулировать выходное напряжение.

В качестве регулирующего  элемента при малом токе нагрузки (не больше 0,1-0,2 А) используются одиночные  транзисторы. При больших токах  нагрузки ставят составные и так  называемые тройные составные транзисторы.

Такая схема обладает защитой  от короткого замыкания (КЗ). При КЗ обесточивается стабилитрон VD1 и транзисторы VT1, VT2 закрываются.

На практике один из вариантов  такой схемы можно встретить  с резистором между коллектором и эмиттером РЭ. Он необходим для нормальной работы стабилизатора при отрицательных температурах.

Итак, практическая схема  вышеописанного стабилизатора приведена  ниже:

 

 

Рисунок 7 – КСН

 

Последовательный компенсационный  стабилизатор с применением операционного  усилителя показан на следующем рисунке.

 

Рисунок 8 – КСН с применением  ОУ

Часть выходного напряжения Uout снимаемая с потенциометра R2 сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1, разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

1.3 Основные параметры, характеризирующие стабилизатор

 

1. Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение  относительного изменения напряжения  на входе к относительному  изменению напряжения на выходе  стабилизатора.

Kст = DUвх / Uвх : DUвых / Uвых

где: Uвх и Uвых — номинальное напряжение на входе и выходе стабилизатора;

       DUвх и DUвых  — изменение напряжений на входе и выходе стабилизатора.

Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для  выбора рациональной схемы стабилизации и оценки ее параметров.

2. Выходное сопротивление,  характеризующее изменение выходного  напряжения при изменении тока  нагрузки и неизменном входном  напряжении.

Rвых = DUвых / DIвых ,  при Uвх = const.

3. Коэффициент полезного  действия, равный отношению мощности  в нагрузке к номинальной входной  мощности.

h = Uвых ´ Iвых  /  Uвх ´ Iвх .

4. Дрейф (допустимая нестабильность) выходного напряжения. Временной  и температурный дрейф характеризуется  величиной относительного и абсолютного  изменения выходного напряжения  за определенный промежуток времени  или в определенном интервале  температур.

 

2 АНАЛИЗ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ 

СТАБИЛИЗАТОРА  НАПРЯЖЕНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ ТОКОМ  НАГРУЗКИ И ЗАЩИТОЙ ОТ КЗ

 

Рисунок 9 – Схема стабилизатора напряжения с повышенным током нагрузки и защитой от КЗ

 

В данной схеме (Рисунок 9) используется трехвыводной стабилизатор напряжения. Он имеет всего три внешних вывода (вход, выход и земля) и настраивается изготовителем на нужное фиксированное напряжение. Типичные представители стабилизаторов такого рода — серия 7800 [2].

Трехвыводных интегральных стабилизаторов положительного напряжения изготавливается по планарно-эпитаксиальной технологии. Планарно-эпитаксиальная технология дает возможность наращивать полупроводниковый слой на подложку любого типа проводимости, при котором кристаллическая структура наращенного слоя является продолжением кристаллической структуры подложки. Состав наращенного слоя (эпитаксиальной пленки) может отличаться от состава подложки. Наращивая эпитаксиальный слой n-типа на подложку из кремния n-типа, можно сформировать р-n переход.

Данные стабилизаторы  положительного напряжения являются комплементарными к распространенным стабилизаторам отрицательного напряжения, и рассчитаны на номинальные значения выходного напряжения от 5 до 24 В.

Калькулятор стабилитрона

| Рассчитать стабилитрон

Формула стабилизатора стабилитрона

zener_diode_regulator = (напряжение питания-напряжение стабилитрона) / Последовательный резистор
I с = (V i -V z ) / R с

Что такое стабилитроны?

Стабилитрон ведет себя так же, как обычный диод общего назначения, состоящий из кремниевого PN перехода, и при смещении в прямом направлении, то есть положительном аноде по отношению к его катоду, он ведет себя так же, как нормальный сигнальный диод, пропускающий номинальный ток.Однако, в отличие от обычного диода, который блокирует любой ток через себя при обратном смещении, то есть катод становится более положительным, чем анод, как только обратное напряжение достигает заранее определенного значения, стабилитрон начинает проводить в обратное направление.

Что такое стабилизатор стабилитрона?

Стабилитроны можно использовать для получения стабилизированного выходного напряжения с низкой пульсацией в условиях переменного тока нагрузки.Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий токоограничивающий резистор (RS), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения на уровне Vout. Функция регулятора напряжения заключается в обеспечении постоянного выходного напряжения на нагрузку, подключенную параллельно ему, несмотря на колебания напряжения питания или изменения тока нагрузки. Стабилитрон будет продолжать регулировать свое напряжение до тех пор, пока ток удержания диодов не упадет ниже минимального значения тока в области обратного пробоя.

Как рассчитать стабилизатор стабилитрона?

В калькуляторе стабилизатора стабилитрона используется zener_diode_regulator = (напряжение питания-напряжение стабилитрона) / последовательный резистор для расчета стабилитрона. Регулятор стабилитрона состоит из токоограничивающего резистора, соединенного последовательно с входным напряжением, при этом стабилитрон, подключенный параллельно, нагрузочный резистор в этом состоянии обратного смещения.Стабилизированное выходное напряжение всегда выбирается таким же, как напряжение пробоя диода. Стабилитрон и обозначен символом I s .

Как рассчитать стабилитрон с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для стабилитрона, введите напряжение питания i ) , напряжение стабилитрона z ) и последовательный резистор (R s ) и нажмите кнопку расчета.Вот как можно объяснить расчет стабилитрона с заданными входными значениями -> 0,14 = (12-5) / 50 .

Стабилитрон

как регулятор напряжения — концептуальный обзор…

В предыдущих разделах, касающихся диодов, мы обсуждали работу стабилитрона, а также его важные характеристики. Мы узнали, что стабилитрон — это диод специального назначения, который работает как обычный диод при прямом смещении, но также пропускает ток при обратном смещении, если его стабилитрон превышает его напряжение.Когда его напряжение на стабилитроне превышено, он поддерживает стабильное опорное напряжение на нем. С этой характеристикой стабилитроны часто используются в качестве простых регуляторов напряжения, и мы рассмотрим практическое использование стабилитронов таким образом.

Что такое регулятор напряжения?

Стабилизатор напряжения — это устройство или схема, предназначенная для создания определенного напряжения при минимизации выходных отклонений относительно изменений требований к входу, температуре и нагрузке.Чаще всего регулятор используется в источниках питания, но любая схема, которая включает в себя метод регулирования для обеспечения контролируемого выхода или функции, может рассматриваться как регулятор. Проще говоря, регулятор «регулирует» напряжение, чтобы обеспечить постоянное напряжение постоянного тока на нагрузке.

Схема эквивалента стабилитрона

Когда стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, в идеале он имеет постоянное падение напряжения, равное его номинальному напряжению стабилитрона. Это постоянное падение напряжения на стабилитроне, вызванное обратным пробоем, представлено символом постоянного напряжения (рисунок 1), даже если стабилитрон не вырабатывает напряжение.Идеальная характеристическая кривая стабилитрона также показана ниже. (Рисунок 2)

Рисунок 1. Стабилитрон (идеальная модель), представленный символом постоянного напряжения. Рисунок 2. Характеристическая кривая стабилитрона (идеальная модель).

Однако в действительности существует импеданс стабилитрона Z Z , и фактическая кривая напряжения не является идеально вертикальной. Существует изменение тока стабилитрона ΔI Z , которое вызывает небольшое изменение напряжения стабилитрона ΔV Z .По закону Ома импеданс стабилитрона равен отношению ΔV Z к ΔI Z .

Z Z обычно указывается при испытательном токе стабилитрона. В большинстве случаев Z Z представляет собой небольшую константу во всем диапазоне значений тока Зенера. Однако, если стабилитрон работает около изгиба кривой, импеданс стабилитрона резко меняется. Поэтому лучше использовать стабилитрон за пределами изгиба кривой, чтобы получить более стабильный импеданс стабилитрона.Ниже представлена ​​практическая модель и характеристическая кривая стабилитрона с учетом его импеданса.

Рисунок 3. Стабилитрон (практическая модель). Рисунок 4. Характеристическая кривая стабилитрона (практическая модель).

Использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Как уже упоминалось, когда на стабилитрон подается обратное смещение, равное или превышающее напряжение стабилитрона, диод может поддерживать стабильное напряжение на нем. Благодаря этой характеристике стабилитроны используются для регулирования напряжения в некоторых цепях.Стабилизатор напряжения на стабилитронах очень экономичен, поскольку он очень недорогой, простой и легкий в сборке.

Перед тем, как создать свой собственный стабилизатор напряжения на стабилитронах, следует учесть несколько важных параметров. Эти параметры можно найти в техническом описании, поэтому очень важно посмотреть на техническое описание своего стабилитрона, чтобы убедиться в правильной работе.

1. Во-первых, обратите внимание на номинальное напряжение пробоя стабилитрона или напряжение стабилитрона. В даташите он обозначен как V Z .Этот параметр определяет величину обратного смещения напряжения, которое заставляет диод проводить ток. Для работы диода напряжение, приложенное к стабилитрону, должно быть не менее В Z .

2. Во-вторых, убедитесь, что минимальный ток I ZK превышен. Это необходимо для того, чтобы диод оставался в состоянии пробоя для регулирования напряжения. Не рекомендуется использовать стабилитрон вблизи точки перегиба из-за влияния импеданса стабилитрона.

3. В-третьих, следите за тем, чтобы не превышать максимальный ток I ZM . Превышение I ZM может повредить стабилитрон.

Недостатки стабилизатора напряжения на стабилитроне

Хотя стабилитроны используются в качестве стабилизаторов напряжения, они имеют низкий КПД при больших токах нагрузки. Это связано с тем, что при большом токе нагрузки в последовательном ограничивающем сопротивлении будут значительные потери мощности ( R s ).Когда мощность, рассеиваемая на R s , превышает его номинальную мощность, это в конечном итоге приведет к повреждению резистора. Это частая проблема стабилизаторов напряжения на стабилитронах.

Кроме того, в действительности выходное напряжение незначительно изменяется из-за импеданса стабилитрона, так как V out = V Z + I Z Z Z . Изменения тока нагрузки вызывают изменения тока стабилитрона.Следовательно, изменяется и выходное напряжение. Поэтому использование этой схемы ограничено только такими приложениями, в которых изменения тока нагрузки и входного напряжения малы.

В целом стабилизаторы на стабилитронах могут обеспечивать достаточно стабильное напряжение постоянного тока на выходе, но они не особенно эффективны. Его регулирующая способность несколько ограничена изменением напряжения стабилитрона в диапазоне значений тока, что ограничивает ток нагрузки, с которым он может справиться. По этой причине они ограничены приложениями, требующими только слабого тока нагрузки.Чтобы добиться лучшего регулирования и обеспечить большие колебания тока нагрузки, стабилитрон объединен в качестве ключевого элемента с другими компонентами схемы для создания трехконтактного линейного регулятора напряжения.


Надеюсь, этот теоретический, но практический обзор стабилитронов окажется полезным и либо даст вам хорошую основу для дальнейшего использования стабилитронов, либо прояснит некоторые вопросы, которые у вас возникли! Если у вас есть вопросы, оставьте их в комментариях ниже. Увидимся в нашем следующем уроке!

(PDF) Разработайте стабилизатор напряжения 12 В с использованием стабилитрона

Group No.01 Лаборатория открытого типа EEE-Lab

Стабилитрон 12 В 3-й семестр Страница 4 из 6

3.1 Выбор диода:

Модель стабилитрона MMBZ12VAL была выбрана из-за его постоянного напряжения

на его выводах при большом напряжении диапазон. Это означает, что он может выдерживать большее входное напряжение

, поддерживая напряжение на его выводах, эквивалентное 12 В. Раньше планировалось использовать более дешевую модель EDZV12B на

, но когда на нее было подано 40 В, напряжение на выходе

было почти 16 В, что означало, что эта модель была недостаточно эффективной.В тех же условиях

MMBZ12VAL выдал почти постоянное напряжение 12,8 В на выходе, которое показано на рисунке. Итак, мы выбрали этот стабилитрон

из-за его способности выдерживать большее входное напряжение без отклонения от

постоянного выходного напряжения 12 В.

Проблема, возникшая тогда, заключалась в том, что если стабилитрон ведет себя как замкнутый переключатель, он создает короткое замыкание, и

источник питания может быть поврежден. Вот почему он маленький.

3.2 Когда <𝟏𝟐 𝑽:

Когда входное напряжение меньше напряжения пробоя стабилитрона, все напряжение

появится на выходных клеммах, как показано на рисунке ниже, при условии, что серия

сопротивление упало до минимального сопротивления.Значение сопротивления можно определить

по формулам, приведенным в разделе ниже.

Рис. 3

Здесь мы подали 10 В в качестве входа, что меньше напряжения пробоя стабилитрона.

Результаты показывают, что все напряжение на выходных клеммах, а напряжение на диоде

составляло 0 В. Это то, что ожидалось.

3.3 Когда <𝑽𝒊𝒏 <𝟐𝟎:

Теперь, если мы подадим 16 В в качестве входа, мы увидим, что напряжение на выходных клеммах по-прежнему равно

, эквивалентному 12 В.Это связано с стабилитроном. Диод не позволял напряжению

превышать напряжение пробоя. Поскольку диод включен в параллельную цепь с выходными клеммами, там появится то же напряжение

, и все избыточное напряжение будет падать на последовательном резисторе. В этом случае

напряжение на выходных клеммах можно увидеть на рисунке 4.

Регулятор напряжения, переменная нагрузка, объяснение напряжения источника

Привет, друзья, добро пожаловать в коики.com Все об электронике и электричестве. В этой статье мы узнаем о стабилитроне и увидим, как стабилитрон можно использовать в качестве стабилизатора напряжения.

Что такое стабилитрон

В предыдущих статьях мы увидели, как этот диод с PN переходом может работать как в прямом, так и в обратном направлении. И мы также видели, что в случае состояния обратного смещения, когда приложенное напряжение меньше этого напряжения пробоя, ток через диод почти не протекает.

Но как только напряжение на диоде превышает это напряжение пробоя, внезапно большой ток начинает течь в обратном направлении. Таким образом, эта область действия диода известна как область работы пробоя. А для нормального диода этой области работы следует избегать. Но есть несколько диодов, которые предназначены для использования в этой области пробоя. И эти диоды известны как стабилитрон .

VI-характеристика

Итак, вот символ стабилитрона, и если вы видите VI-характеристику этого стабилитрона, то он очень похож на обычный диод.Как видите, в состоянии прямого смещения он работает аналогично обычному диоду. И в обратном направлении, когда приложенное напряжение больше порогового напряжения, диод внезапно начинает работать в области пробоя.

, поэтому напряжение, после которого стабилитрон работает в этой области пробоя, называется напряжением стабилитрона, а соответствующий ток, протекающий через стабилитрон, известен как ток стабилитрона.

напряжение пробоя

, в отличие от обычных диодов, это напряжение пробоя стабилитрона может составлять от двух до двухсот вольт.Но если вы видите нормальные диоды, обычно напряжение пробоя было более 20 вольт. Таким образом, в отличие от обычных диодов, эти стабилитроны сильно легированы, и, изменяя концентрацию легирования, мы можем изменить напряжение стабилитрона этого стабилитрона.

Таким образом, для стабилитронов, у которых напряжение пробоя меньше 4 В, эффект Зенера является преобладающим. С другой стороны, для стабилитронов, напряжение пробоя которых превышает шесть вольт, преобладающим эффектом является эффект лавины.И эти два эффекта мы уже обсуждали в предыдущей статье.

Так что для получения дополнительной информации вы можете проверить эту статью. Но независимо от механизма пробоя все диоды, которые предназначены для использования в этой области пробоя, известны как стабилитроны.

Состояние обратного смещения

Теперь в этом стабилитроне, в состоянии обратного смещения, когда приложенное напряжение больше, чем напряжение стабилитрона, этот стабилитрон будет работать в области пробоя.И если есть токоограничивающий резистор, подключенный последовательно к стабилитрону, то внезапно через этот стабилитрон начинает течь чрезмерный ток.

И в некотором смысле из-за чрезмерного рассеивания мощности этот стабилитрон может выйти из строя. Таким образом, чтобы ограничить этот ток, необходимо подключить токоограничивающий резистор последовательно с этим стабилитроном.

И если вы посмотрите таблицу любого стабилитрона, вы обнаружите, что максимальный ток стабилитрона определен для каждого стабилитрона.это означает, что максимально допустимый ток через стабилитрон должен быть меньше этого тока. И если вы видите таблицу, для стабилитрона также определен еще один ток, который известен как минимальный ток стабилитрона.

, поэтому в основном этот ток определяет минимальный ток, который должен потребоваться для использования этого стабилитрона в этой области пробоя. поэтому всякий раз, когда стабилитрон используется в этой области пробоя, рабочий ток этого стабилитрона должен находиться между этими двумя пределами.Таким образом, для любого стабилитрона, когда приложенное напряжение Vs больше, чем это напряжение стабилитрона, а рабочий ток находится между этими значениями Izk и Izm, мы можем сказать, что стабилитрон работает в этой области пробоя.

характеристика напряжения

Итак, теперь, если вы видите характеристику напряжения стабилитрона, то вы можете видеть, что даже если мы выйдем за пределы этого напряжения стабилитрона, то также вряд ли будет какое-либо изменение напряжения на этом стабилитроне, или, другими словами, мы можем сказать, что напряжение на стабилитроне остается постоянным.

, так что в некотором смысле этот стабилитрон может работать как регулятор напряжения. Итак, в первом приближении мы будем предполагать, что всякий раз, когда напряжение на стабилитроне больше, чем напряжение стабилитрона, в этом случае стабилитрон можно заменить источником постоянного напряжения VZ.

Но на самом деле, если вы видите, эта кривая не прямая линия. это означает, что этот стабилитрон должен иметь некоторое последовательное сопротивление, и это последовательное сопротивление известно как сопротивление стабилитрона. Таким образом, из-за этого сопротивления стабилитрона, если ток, протекающий через стабилитрон, будет увеличиваться, тогда падение напряжения на стабилитроне будет увеличиваться.Из-за этого повышается перенапряжение на стабилитроне. Но здесь для нашего анализа мы предположим, что сопротивление стабилитрона стабилитрона равно нулю.

Кроме того, будем также считать, что ток Зенера равен нулю. Это означает, что в условиях обратного смещения ток, который требуется для включения стабилитрона, также равен нулю, поэтому при этих предположениях давайте теперь посмотрим, как эти внутренние диоды могут использоваться в качестве регулятора напряжения.

Стабилитрон как регулятор напряжения

, поэтому в этом приближении, если напряжение питания Vs больше, чем Vz, в этом случае стабилитрон будет работать в области пробоя и будет обеспечивать постоянное напряжение Vz на двух выводах.

Таким образом, мы можем использовать стабилитрон в качестве стабилизатора напряжения, и это особенно полезно при проектировании источников питания. Итак, допустим, мы проектируем источник питания с использованием полной схемы выпрямителя, а для фильтрации здесь мы используем конденсаторный фильтр. Теперь, если вы помните, даже если вы используете этот конденсаторный фильтр, тогда также есть некоторая конечная пульсация в форме выходного сигнала.

И эту пульсацию можно еще больше уменьшить, если использовать этот стабилитрон на выходе этого конденсаторного фильтра.Таким образом, стабилитрон действует как регулятор напряжения и обеспечивает постоянное напряжение на двух выводах. Теперь, даже если мы подключим сопротивление нагрузки, это также обеспечит постоянное напряжение на этом сопротивлении нагрузки.

, но теперь, когда мы подключаем это сопротивление нагрузки, в первую очередь нам нужно найти эквивалентное напряжение Thevenin на этих двух клеммах. Потому что в условиях холостого хода всякий раз, когда мы подаем напряжение питания, все напряжение появляется на этом стабилитроне.

Но когда мы подключаем это сопротивление нагрузки RL, то, прежде всего, нам нужно убедиться, что напряжение на этих двух выводах больше, чем напряжение стабилитрона. Итак, чтобы найти это напряжение на стабилитроне, прежде всего, мы найдем эквивалентное напряжение Тевенина на этих двух выводах. И это может быть выражено как RL, деленное на RL плюс времена RS.

Теперь, если в этом случае напряжение Тевенина больше, чем VZ, он будет работать в области пробоя. поэтому, если стабилитрон работает в области пробоя, он будет обеспечивать постоянное напряжение Vz на этом нагрузочном резисторе.И в этом случае ток нагрузки IL будет равен VL, деленному на RL. А здесь ВЛ — не что иное, как ВЗ.

Это означает, что ток нагрузки IL будет равен VZ, деленному на RL. Аналогично, теперь давайте посмотрим, какой ток источника или последовательный ток протекает через этот резистор Rs. Таким образом, этот ток источника Is может быть задан как Vs минус Vz, разделенный на Rs.

, так что это ток источника, который подается этим источником напряжения. Итак, теперь мы знаем ток источника и ток нагрузки.А оставшийся ток будет протекать через этот стабилитрон. И этот ток известен как ток Зенера. поэтому, если мы применим KCL в этом узле, мы можем сказать, что этот ток равен Iz плюс IL. Или мы можем сказать, что ток стабилитрона Iz равен Is минус IL.

Итак, это ток, протекающий через стабилитрон. А мощность, рассеиваемая на стабилитроне, равна Vz, умноженному на Iz. так что в основном это произведение напряжения Зенера и тока.Таким образом, мы можем найти ток через диод. Итак, давайте возьмем один простой пример, чтобы эта концепция стала вам понятной.

Пример №1

Шаг № 1

для этого мы найдем эквивалентное напряжение Thevenin на этих двух клеммах. Таким образом, здесь это можно представить как 1 кило ом, разделенный на 1 кило ом плюс 250 ом, умноженный на 18 вольт.

Шаг №2

И если мы посчитаем значение, то получится 14,4 вольт. Так как эквивалентное напряжение Тевенина превышает 10 вольт, стабилитрон будет работать в области пробоя и будет обеспечивать постоянное напряжение 10 вольт на нагрузочном резисторе.

Шаг № 3

, исходя из этого, мы можем сказать, что ток нагрузки будет равен 10 вольт, разделенному на 1 килоом, что равно 10 миллиампер, и здесь последовательный ток Is или ток источника Is будет будет равно 18 вольт минус 10 вольт, разделенных на 250 Ом, и это будет равно 32 миллиамперам.

Шаг №4

Значит, этот ток Is равен 32 миллиамперам. Теперь мы знаем, что ток стабилизации Iz может быть задан как Is минус IL, что равно 32 минус 10 миллиампер.

Шаг № 5

Что равняется 22 миллиамперам, значит, это ток Зенера, протекающий через этот стабилитрон. и мощность, которая рассеивается, может быть выражена как Iz, умноженная на Vz, что равно 22 миллиамперам, умноженным на 10 вольт.

Final Answer

, поэтому мощность, рассеиваемая на стабилитроне, равна 220 милливатт. Таким образом, мы можем найти ток Зенера, а также рассеиваемую мощность.

  • Теперь всякий раз, когда стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, тогда в зависимости от применения будет изменяться напряжение питания или сопротивление нагрузки.
  • Но, несмотря на изменение этих параметров, этот стабилитрон должен обеспечивать постоянное напряжение на нагрузке.
  • Другими словами, он должен нормально работать как регулятор напряжения. Итак, в общем, мы можем сказать, что всякий раз, когда диод используется в качестве регулятора напряжения, есть три переменные.
  • одно — напряжение питания, а другое — сопротивление нагрузки. И третья переменная — это последовательное сопротивление.

Итак, вот что мы будем делать, мы будем считать два параметра постоянными, и мы предположим, что третий параметр является переменной, и мы найдем максимальное и минимальное значение этого параметра, так что диод будет работать при пробое область.Другими словами, эта схема регулятора будет нормально работать как регулятор напряжения. поэтому в первую очередь мы предположим, что это напряжение питания Vs и это последовательное сопротивление Rs постоянны.

Стабилитрон как регулятор напряжения с переменной нагрузкой

Стабилитрон стабилизатора напряжения А сопротивление нагрузки RL переменное. поэтому мы найдем минимальное и максимальное значение этого нагрузочного резистора, чтобы стабилитрон работал правильно как регулятор напряжения.

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому для начала выясним минимальное значение сопротивления этой нагрузки.Стабилизатор напряжения на стабилитроне, и чтобы найти его, в первую очередь запишем эквивалентное напряжение Тевенина на этом диоде.

, поэтому это напряжение Vth можно представить как RL, деленное на RL плюс RS, умноженное на Vs стабилизатора напряжения на стабилитроне.

стабилизатор напряжения на стабилитроне теперь из уравнения, если вы наблюдаете, как значение этого сопротивления нагрузки RL уменьшается, эквивалентное напряжение Тевенина на этих двух клеммах будет уменьшаться, но стабилизатор напряжения на стабилитроне, если это эквивалентное напряжение Тевенина станет ниже этого напряжения VZ, в этом случае , это произойдет из области пробоя, поэтому эквивалентное напряжение Тевенина должно быть, по крайней мере, равно напряжению Зенера, и отсюда мы можем найти минимальное значение этого сопротивления нагрузки.

, поэтому стабилизатор напряжения на стабилитроне, если мы приравняем это выражение к VZ и если мы переставим термины, то минимальное значение этого сопротивления нагрузки может быть выражено как Rs, умноженное на VZ, деленное на Vs минус VZ.

, поэтому это будет минимальное значение сопротивления нагрузки для обеспечения правильной работы стабилитрона в области пробоя.

стабилизатор напряжения на стабилитроне аналогично, теперь выясним максимальное значение этого нагрузочного резистора. теперь, когда это сопротивление нагрузки RL является максимальным, в это время ток, протекающий через эту нагрузку, минимален, или, другими словами, мы можем сказать, что минимум IL будет равен VZ, деленному на максимум RL.регулятор напряжения нигде, поскольку Vs и Rs фиксированы, поэтому значение тока Iswill фиксировано. Таким образом, этот ток Is можно выразить как Vs минус VZ, разделенное на Rs.

Таким образом, стабилизатор напряжения стабилитрона этот ток Is останется фиксированным. теперь, когда мы увеличиваем значение этого RL, ток, протекающий через этот нагрузочный резистор, будет уменьшаться, и в то же время ток, протекающий через резистор, будет увеличиваться.

Так как мы удерживаем регулятор напряжения на диоде при увеличении значения RL, тогда ток, протекающий через диод, будет увеличиваться, но мы знаем, что ток, протекающий через диод, должен быть меньше максимального значения или, другими словами, он должен быть меньше Изм.

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому всякий раз, когда через него протекает максимальный ток, ток, протекающий через эту нагрузку RL, минимален. или математически мы можем записать это как Is равно Izm плюс IL (min).

Регулятор напряжения

Это означает, что IL (min) равно Is минус Izm. И отсюда мы можем найти максимальное значение этого нагрузочного резистора. Чтобы лучше понять это, давайте рассмотрим один пример.

Пример №2

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому в этом примере нам дали эту схему регулятора, и нас попросили найти минимальное и максимальное значение этого нагрузочного резистора.

  • , поэтому прежде всего позвольте нам найти минимальное значение этого нагрузочного резистора, и мы знаем, что минимальное значение этой нагрузки может быть задано как RS x VZ, деленное на Vs минус VZ.
  • И если мы поместим значения, то мы можем записать их как сто Ом, умноженные на пять вольт, разделенные на пять вольт.
  • Это означает, что минимальное значение этого нагрузочного резистора равно сотне Ом. Аналогично, теперь давайте узнаем максимальное значение.
  • , поэтому для нахождения максимального значения в первую очередь найдем ток источника Is.А ток источника Is может быть выражен как 10 вольт минус пять вольт, разделенных на сто Ом.
  • То есть 50 миллиампер. Итак, это ток источника, который подается этим 10-вольтовым источником, и исходя из этого мы можем сказать, что IL (мин) будет равно Is минус Izm, что равно 50 минус 30.
  • , что означает 20 миллиампер. таким образом, это будет минимальный ток, который будет протекать через этот нагрузочный резистор, и исходя из этого мы можем сказать, что максимальное значение нагрузочного резистора будет равно VZ, деленному на IL (min).

регулятор напряжения То есть пять вольт, разделенные на 20 миллиампер. поэтому максимальное значение нагрузочного резистора будет равно 250 Ом.

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому мы можем сказать, что для данных параметров, когда сопротивление нагрузочного резистора находится между сотнями и 250 Ом, данная схема будет правильно работать как регулятор напряжения.

, поэтому теперь мы предположим, что эти последовательные резисторы Rs и нагрузочные резисторы RL постоянны, а это напряжение питания Vs является переменным.

Стабилитрон как регулятор напряжения с переменным напряжением источника

, поэтому мы найдем минимум в максимальном значении V, чтобы он работал правильно в области пробоя. (В детекторе пикового напряжения я объяснил) Или, другими словами, эта схема будет правильно работать как регулятор напряжения. Итак, прежде всего, мы найдем минимальное значение этого напряжения питания и для этого еще раз запишем эквивалентное напряжение Тевенина, которое появляется на стабилитроне.

, что равно Vs, умноженному на RL, деленному на Rs плюсRL. Теперь из выражения, если вы наблюдаете, как мы уменьшаем значение этого V, тогда эквивалентное напряжение Тевенина, которое появляется на диоде, будет уменьшаться, и если оно упадет ниже этого Vz, то диод выйдет из области пробоя.

, поэтому минимальное значение эквивалентного напряжения Тевенина должно быть равно VZ. И отсюда мы можем найти минимальное значение этого напряжения питания. Таким образом, минимум Vs будет равен RS плюс RL, деленному на RLtimes Vz.

, поэтому это будет минимальное значение напряжения питания, при котором диод будет работать в области пробоя. аналогично теперь выясним максимальное значение этого напряжения питания. нигде, если вы наблюдаете, диод работает в области пробоя, поэтому напряжение в этом узле будет равно VZ, что означает, что меньший ток IL будет равен VZ, разделенному на RL.

Теперь, поскольку это Vs является переменным, так как мы увеличиваем напряжение питания, тогда ток источника будет увеличиваться, и здесь ток источника может быть задан как Vs минус Vz, деленный на RS.

Итак, исходя из выражения, мы можем сказать, что по мере увеличения значения Vs ток источника Is будет увеличиваться. но здесь, поскольку этот ток нагрузки Is фиксирован, оставшийся ток будет проходить через этот диод.

, поэтому по мере того, как мы продолжаем увеличивать значение Vs, ток, протекающий через стабилитрон , будет увеличиваться. Но мы знаем, что максимально допустимый ток стабилитрона равен Izm.

, так что это ограничит максимальное значение этого источника тока.или другими словами, мы можем сказать, что Is (max) будет равно Izm плюс IL. И из этого Is (max) мы можем найти максимальное значение этого источника напряжения. это означает, что Is (max) будет равно Vs (max) минус Vz, деленному на Rs, поэтому таким образом мы также можем найти максимальное значение напряжения питания.

  • Символ стабилитрона и конструкция стабилитрона, объясненная

    Кетаном

  • Защита от перенапряжения на стабилитроне, проблемы, расчет

    по Ketan

  • Цепи фиксатора — положительный фиксатор, отрицательный фиксатор, типы, видео с пояснениями

    от Ketan

  • Цепь машинки для стрижки: положительный результат, двойная связь и проблемы, объясненные Кетаном

  • Варакторный диод, объясненный Кетаном

  • Что такое фотодиод? 5+ параметров объяснил

    Кетан

  • Описание светоизлучающих диодов (LED) 5 типов Led

    от Ketan

  • Стабилитрон: регулятор напряжения, переменная нагрузка, напряжение источника объяснено

    by Ketan

  • Схема детектора пиковых значений, объясненная Кетаном

  • Что такое прецизионный выпрямитель

    от Ketan

  • Двухполупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель

    от Ketan

  • Полуполупериодный выпрямитель, объясненный Кетаном



Работа стабилизатора напряжения на стабилитроне

Стабилитрон может использоваться в качестве регулятора напряжения для обеспечения стабильных опорных напряжений.В этом разделе вы увидите, как стабилитроны можно использовать в качестве источников опорного напряжения, регуляторов и простых ограничителей или ограничителей.

Стабилитрон с переменным входным напряжением

Регуляторы на стабилитронах

могут обеспечивать достаточно постоянный уровень постоянного тока на выходе, но они не особенно эффективны. По этой причине они ограничены приложениями, требующими только слабого тока нагрузки. На рисунке ниже показано, как стабилитрон можно использовать для регулирования постоянного напряжения.При изменении входного напряжения (в определенных пределах) стабилитрон поддерживает почти постоянное выходное напряжение на своих выводах.

Однако при изменении VIN, IZ будет изменяться пропорционально, так что ограничения на изменение входного напряжения устанавливаются минимальным и максимальным значениями тока (IZK и IZM), с которыми может работать стабилитрон. Резистор R — это последовательный токоограничивающий резистор. Измерители указывают относительные значения и тенденции.

Рис. (A): По мере увеличения входного напряжения выходное напряжение остается почти постоянным (IZK

Рис. (B): При уменьшении входного напряжения выходное напряжение остается почти постоянным (IZK

Пример:

Чтобы проиллюстрировать регулирование, давайте воспользуемся идеальной моделью стабилитрона 1N4740A (без учета сопротивления стабилитрона) в схеме, показанной ниже. Абсолютно наименьший ток, который будет поддерживать регулирование, указан в Izk, который для 1N4740A составляет 0,25 мА и представляет собой ток холостого хода. Максимальный ток не указан в таблице данных, но может быть рассчитан из спецификации мощности 1 Вт, которая указана в таблице данных.Имейте в виду, что и минимальное, и максимальное значения находятся на крайних рабочих значениях и представляют собой наихудший вариант работы.

Для минимального тока стабилитрона напряжение на резисторе 220 Ом составляет

Vr = Izk.R = (0,25 мА) (220 Ом) = 55 мВ

Так как VR = VIN — VZ,

Vin (мин) = VR + VZ = 55 мВ + 10 В = 10,055 В

Для максимального тока стабилитрона напряжение на резисторе 220 Ом составляет

VR = IzmR = (100 мА) (220 Ом) = 22 В

Следовательно,

VIN (макс.) = 22 В + 10 В = 32 В

Это показывает, что стабилитрон может идеально регулировать входное напряжение от 10.От 055 В до 32 В и поддерживать выходное напряжение примерно 10 В. Выходной сигнал будет немного отличаться из-за импеданса стабилитрона, которым в этих расчетах пренебрегли.

Стабилизатор напряжения защиты нагрузки постоянного тока. Параметрические регуляторы напряжения. Расчет простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне

Чтобы справиться с сетевыми помехами, необходимы стабилизаторы тока. Эти устройства могут сильно различаться по своим характеристикам, и это связано с источниками питания.Техника в доме к ним не очень требовательна в плане стабилизации тока, однако для измерительной техники необходимо стабильное напряжение. Благодаря бесшумным моделям ученые имеют возможность получать достоверную информацию в своих исследованиях.

Как стабилизатор?

Основным элементом стабилизатора считается трансформатор. Если рассматривать простую модель, то есть выпрямительный мост. Он подключается как к конденсаторам, так и к резисторам. В схеме они могут быть установлены разных типов и предельное сопротивление, которое они выдерживают, разное.Также в стабилизаторе есть конденсатор.

Принцип действия

Когда ток достигает трансформатора, его предел частоты изменяется. На входе этот параметр находится в районе 50 Гц. Из-за преобразования тока предельная выходная частота составляет 30 Гц. Выпрямители высокого напряжения в этом случае оценивают полярность напряжения. Стабилизация тока в этом случае происходит за счет конденсаторов. Снижение шума происходит в резисторах. На выходе напряжение снова становится постоянным, а трансформатор идет с частотой не выше 30 Гц.

Принципиальная схема релейного устройства

Релейный стабилизатор тока (показан ниже) включает компенсационные конденсаторы. Мостовые выпрямители в этом случае используются в начале схемы. Также отметим, что транзисторы в стабилизаторе — две пары. Один из них установлен перед конденсатором. Надо поднять предел частоты. В этом случае постоянный ток выходного напряжения будет на уровне 5 А. Для поддержания номинального сопротивления используются резисторы. Для простых моделей характерны двухканальные элементы.Процесс преобразования в этом случае займет много времени, но коэффициент дисперсии будет незначительным.

Устройство симисторного стабилизатора LM317

Как видно из названия, основным элементом LM317 (стабилизатора тока) является симистор. Он дает устройству колоссальное увеличение предельного напряжения. На выходе этот показатель колеблется в районе 12 В. Внешнее сопротивление системы поддерживается на уровне 3 Ом. Для высокого коэффициента сглаживания используются многоканальные конденсаторы.Для высоковольтных устройств используются только транзисторы открытого типа. Изменение их положения в такой ситуации контролируется изменением номинального тока на выходе.

Дифференциальное сопротивление (стабилизатор тока) LM317 выдерживает 5 Ом. Для измерительных приборов этот показатель должен быть 6 Ом. Непрерывный режим тока дросселя обеспечивает мощный трансформатор. Он установлен в штатной схеме выпрямителя. Диодные мосты для низкочастотных устройств используются редко.Если рассматривать приемники на 12 В, то для них характерны резисторы балластного типа. Это необходимо для того, чтобы уменьшить колебания в контуре.

Высокочастотные модели

Высокочастотный стабилизатор тока на транзисторе КК20 отличается быстрым процессом преобразования. Происходит это из-за смены полярности на выходе. Конденсаторы частоты устанавливаются в схему попарно. Фронт импульсов в такой ситуации не должен превышать 2 мкс. В противном случае стабилизатор тока на транзисторе КК20 ждет значительных динамических потерь.Насыщение резисторов в цепи можно проводить с помощью усилителей. В стандартной схеме не менее трех агрегатов. Для уменьшения тепловых потерь используются емкостные конденсаторы. Скоростные характеристики ключевого транзистора зависят исключительно от величины делителя.


Стабилизаторы ширины импульса

Стабилизатор тока ширины импульса отличается большими значениями индуктивности дросселя. Происходит это из-за быстрой смены разделителя.Также следует учитывать, что резисторы в этой схеме двухканальные. Они способны пропускать ток в разных направлениях. Конденсаторы в системе используются емкостные. За счет этого ограничивающее сопротивление на выходе поддерживается на уровне 4 Ом. В свою очередь, стабилизаторы способны выдерживать максимальную нагрузку 3 А.

Для измерительных приборов такие модели используются довольно редко. На источниках питания в этом случае предельное напряжение должно быть не более 5 В. Таким образом, коэффициент дисперсии будет в пределах нормы.Скоростные характеристики ключевого транзистора в стабилизаторах этого типа не очень высокие. Это связано с низкой способностью резисторов блокировать ток от выпрямителя. В результате помехи большой амплитуды приводят к значительным потерям тепла. В этом случае затухание импульса происходит исключительно за счет снижения нейтрализации свойств трансформатора.

Процесс преобразования касается только балластного резистора, который расположен за выпрямительным мостом. Полупроводниковые диоды в стабилизаторах используются редко.Необходимость в них отпала из-за того, что фронт импульсов в цепи, как правило, не превышает 1 мкс. В результате динамические потери в транзисторах не фатальны.

Схема резонансных устройств

Резонансный стабилизатор тока (показан ниже) включает в себя конденсаторы малой емкости и резисторы с разным сопротивлением. Трансформаторы в этом случае являются неотъемлемой частью усилителей. Для повышения эффективности используются различные предохранители. Динамические характеристики резисторов от этого увеличиваются.Низкочастотные транзисторы устанавливаются сразу за выпрямителями. Для хорошей проводимости тока конденсаторы могут работать на разных частотах.


Стабилизатор переменного тока

Этот тип стабилизатора тока является неотъемлемой частью источников питания с мощностью до 15 В. Внешнее сопротивление устройств воспринимается до 4 Ом. Входное напряжение переменного тока составляет в среднем 13 В. В этом случае коэффициент сглаживания регулируется конденсаторами открытого типа. Уровень пульсаций на выходе зависит исключительно от конструкции резисторов.Регулятор тока порогового напряжения должен выдерживать ток 5 А.

В этом случае параметр дифференциального сопротивления должен быть расположен на уровне 5 Ом. Максимально допустимая рассеиваемая мощность в среднем составляет 2 Вт. Это говорит о том, что у стабилизаторов переменного тока есть существенные проблемы с фронтом импульса. В этом случае только мостовые выпрямители способны уменьшить свои колебания. При этом учитывается значение делителя. Для уменьшения тепловых потерь в стабилизаторах используются предохранители.


Светодиод модели

Для регулировки светодиода большой мощности регулятор тока иметь не должно. В этом случае задача состоит в том, чтобы минимизировать порог рассеяния. Сделать стабилизатор тока для светодиодов можно несколькими способами. Прежде всего, в моделях используются преобразователи. В результате предельная частота на всех ступенях не превышает 4 Гц. В этом случае это дает значительный прирост производительности стабилизатора.

Второй способ — использовать армирующие элементы.В такой ситуации все завязано на нейтрализацию переменного тока. Для уменьшения динамических потерь транзисторов в схеме используется высокое напряжение. Справиться с чрезмерным насыщением элементов способны открытые конденсаторы. Для высокоскоростных трансформаторов используются ключевые резисторы. На схеме они расположены стандартно для выпрямительного моста.


Стабилизатор с регулятором

Регулируемый стабилизатор тока востребован в промышленной сфере.С его помощью пользователь имеет возможность настроить устройство. Кроме того, многие модели предназначены для дистанционного управления. Для этого в стабилизаторы вмонтированы контроллеры. Предельное переменное напряжение в таких устройствах держится на уровне 12 В. Параметр стабилизации в этом случае должен быть не менее 14 Вт.

Показатель порогового напряжения зависит исключительно от частоты прибора. Для изменения коэффициента сглаживания регулируемый стабилизатор тока использует емкостные конденсаторы. Максимальный ток системы поддерживается на уровне 4 А.В свою очередь, показатель дифференциального сопротивления допускается на уровне 6 Ом. Все это говорит о хороших характеристиках стабилизаторов. Однако рассеиваемая мощность может быть совсем другой. Также следует знать, что режим постоянного тока дросселя обеспечивается трансформатором.

Напряжение первичной обмотки подается через катод. Блокировка выходного тока зависит только от конденсаторов. Для стабилизации процесса плавкие предохранители обычно не используются. Скорость системы обеспечивается затуханием импульсов.Быстрый процесс преобразования тока в цепь приводит к более низкому фронту. Транзисторы в схеме используются исключительно ключевого типа.


Стабилизаторы постоянного тока

Стабилизатор постоянного тока работает по принципу двойной интеграции. За этот процесс отвечают преобразователи во всех моделях. Для повышения динамических характеристик стабилизаторов используются двухканальные транзисторы. Чтобы минимизировать тепловые потери, емкость конденсаторов должна быть значительной.Точный расчет стоимости позволяет произвести меру исправления. При выходном постоянном напряжении 12 А максимальное значение должно быть 5 В. В этом случае рабочая частота устройства будет поддерживаться на уровне около 30 Гц.

Пороговое напряжение зависит от блокировки сигнала от трансформатора. Фронт импульсов в этом случае не должен превышать 2 мкс. Насыщение ключевых транзисторов происходит только после преобразования тока. Диоды в этой схеме можно использовать исключительно полупроводникового типа.Балластные резисторы приведут к стабилизации тока со значительными тепловыми потерями. В результате коэффициент дисперсии сильно увеличится. Как следствие, амплитуда колебаний увеличится, индуктивный процесс не произойдет.

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго времени суток уважаемые радиолюбители!
Сегодня на сайте «», в разделе ««, мы продолжим рассмотрение статьи «».Напомню, что в прошлый раз, изучая источник питания радиолюбителей, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент — регулятор напряжения.

Регулятор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки

Сегодня мы рассмотрим два простейших регулятора напряжения:
-;
-.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Полупроводниковый стабилитрон — (другое название — стабилитрон) предназначен для стабилизации источников питания постоянного напряжения. В простейшей схеме линейно-параметрического стабилизатора он действует одновременно как источник опорного напряжения и элемент регулирования мощности. В более сложных схемах ему отводится только роль источника опорного напряжения.

Внешний вид и обозначение стабилитрона:

Как устроен стабилитрон

Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подается с обратной полярностью (анод подключен к минусу, а катод — к плюсу источника питания — Win ).При таком включении через стабилитрон протекает обратный ток — I .
При повышении напряжения обратный ток нарастает очень медленно (на схеме почти параллельно оси Win ), но при некотором напряжении Win переход стабилитрона прорывается (но разрушение стабилитрона при этого момента не происходит) и через него начинает течь обратный ток гораздо большей величины. В этот момент вольт-амперная характеристика стабилитрона ( ВАХ ) резко идет вниз (почти параллельно оси I ) — начинается режим стабилизации, основными параметрами которого являются минимальное напряжение стабилизации ( Set min ) и минимальный ток стабилизации ( Isst min ).
При дальнейшем увеличении Win Вольт-амперная характеристика стабилитрона снова меняет свое направление — заканчивается режим стабилизации, основными параметрами которого являются максимальное напряжение стабилизации ( Set max ) и максимальный ток стабилизации ( Ist макс ). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает нагреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и, соответственно, к его выходу из строя.

Режим стабилизации стабилитрона может находиться в широких пределах, поэтому в документации на стабилитроны указаны допустимые минимальные и максимальные значения токов ( Isst min и Ist max ) и стабилизации напряжения ( Set мин. и . Установите макс. ). В пределах этих диапазонов выбираются производителем. номинал значения Ist и UST . Номинальный ток стабилизации обычно устанавливается производителями на уровне 25% -35% от максимального, а номинальное значение напряжения стабилизации — как среднее из максимального и минимального.

Например, вы можете использовать программу ““ и сами посмотрите, какие характеристики приведены применительно к стабилитронам:


Например, стабилитрон D814G:
— номинальный ток стабилизации (Iст) = 5 мА;
— номинальное напряжение стабилизации (Uст) = (от 10 до 12 вольт) = 11 вольт;
— максимальный ток стабилизации (Ist max) = 29 мА.
Эти данные нам понадобятся при расчете простейшего стабилизатора напряжения.

Если вы не смогли найти наш родной, советский, стабилитрон, то можете с помощью программы, например, выбрать буржуйский аналог по нужным параметрам:


Как видите, стабилитрон D814G легко заменить на аналог — BZX55C11 (характеристики которого даже немного лучше)

Ну а теперь рассмотрим параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне .

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне применяется в слаботочных устройствах (несколько миллиампер) и представляет собой делитель напряжения (на резисторе R — балластный резистор и стабилитрон Vd — выполняющий роль второй резистор), на вход которого подается нестабильное напряжение и снимается выходное напряжение с нижнего плеча делителя. С увеличением (уменьшением) входного напряжения внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается (увеличивается), что дает возможность поддерживать выходное напряжение на заданном уровне.На балластном резисторе разница между входным напряжением питания и напряжением стабилизации стабилитрона падает.

Рассмотрим схему этого (самого простого) регулятора напряжения:


Для нормальной работы схемы ток через стабилитрон должен быть в несколько раз (в 3-10 раз) больше тока в стабилизируемой нагрузке. Практически, поскольку номинальный ток стабилизации стабилитрона в несколько раз меньше максимального, допускается в расчетах предположить, что ток нагрузки не должен превышать номинальный ток стабилизации.
Например : ток, потребляемый нагрузкой, равен 10 мА, а значит, нам нужно выбирать такой стабилитрон, чтобы его номинальный ток стабилизации был не менее 10 мА (лучше, конечно, если он больше).

Расчет параллельного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Дано:
Woo — входное напряжение = 15 вольт
Uout — выходное напряжение (напряжение стабилизации) = 11 вольт

Платеж:
1. По приведенному выше справочнику определяем, что для наших целей подходит стабилитрон D814G:
UST (10-12В) = 11 В
Ist max = 29 мА
Ist номинал = 5 мА
Исходя из Из вышесказанного определяем, что ток нагрузки не должен превышать Ist номинальный — 5 мА
2. Определите падение напряжения на балластном резисторе (R) как разницу между входным и выходным стабилизированным напряжением:
Upad = Uin — Uout = 15-11 = 4 вольта
3. По закону Ома определяем величину балластного сопротивления R, разделив напряжение падения Upad до Ist стабилитрона:
R = Upad / Ist = 4 / 0,005 = 800 Ом
Т.к. нет 800 Резисторы Ом, берем ближайший больший по номиналу — R = 1000 Ом = 1 кОм
4. Определить мощность балластного резистора R :
Prez = Upad * Ist = 4 * 0,005 = 0,02 Вт
Так как через резистор протекает не только ток стабилизации стабилитрона, но и ток, потребляемый нагрузкой, то полученное значение увеличивается минимум в 2 раза:
Режет = 0.004 * 2 = 0,008 Вт, что соответствует ближайшему номиналу = 0,125 Вт.

Что делать, если вы не нашли стабилитрон с нужной стабилизацией напряжения.
В этом случае можно применить серию включения стабилитронов . Например, если соединить последовательно два стабилитрона D814G, то напряжение стабилизации будет 22 вольта (11 + 11). Если соединить D814G и D810, то получим напряжение стабилизации 20 вольт (11 + 10).
Допускается любое количество последовательного включения стабилитронов одной серии (как в примере — D8 **).
Последовательное подключение стабилитронов другой серии допускается только в том случае, если рабочие токи последовательной цепи укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой используемой серии.

Что делать, если в приведенном выше примере ток нагрузки например не 5, а 25 мА?
Конечно, можно и все оставить, так как максимальный ток стабилизации (Ist max) D814G составляет 29 мА, единственное, что вам нужно сделать, это пересчитать мощность балластного резистора.Но в этом случае стабилитрон будет работать на пределе своих возможностей и у вас не будет никаких гарантий, что он не выйдет из строя.
Что делать, если ток нагрузки, например, 50 мА?

Последовательный регулятор напряжения на биполярном транзисторе

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе — это по сути параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключенный ко входу эмиттерного повторителя.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона из-за падения напряжения на переходе база-эмиттер транзистора (для кремниевых транзисторов — около 0.6 вольт, для германия — ок. 0,25 вольт), что необходимо учитывать при выборе стабилитрона.
Эмиттерный повторитель (он же усилитель тока) позволяет увеличить максимальный ток регулятора напряжения по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне в β (h 21e) в раз (где β (h31e) ) — коэффициент усиления транзистора по току, принимается наименьшее значение).

Схема последовательного стабилизатора на биполярном транзисторе :


Итак, поскольку данный стабилизатор состоит из двух частей — опорного напряжения (это параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне) и усилителя тока на транзисторе (это эмиттерный повторитель), то расчет такого стабилизатора выполняется аналогично приведенному выше примеру.
Разница только:
— например, нам нужно получить ток нагрузки 50 мА, затем выбрать транзистор с коэффициентом усиления β (h 21e) не менее 10 ( β (h 21e) = Iload / Is = 50/5 = 10
— мощность балластного резистора рассчитывается по формуле: E cut = Upad * (Ist + Iload)

Ток нагрузки можно увеличить в несколько раз, если применить схему с составным тразистором (два транзистора, подключенных по Дарлингтону или Шиклаю):

Вот и все.

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Да, вы все равно заходили? Что, замученное любопытство? Но я очень доволен. Нет, правда. Устройтесь поудобнее, теперь мы вместе произведем несколько несложных расчетов, которые понадобятся для неисправности блока питания, что мы уже проделали в первой части статьи. Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных схемах.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных компонентов — это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора, и стабилизатор, состоящий из всего остального.Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и сначала рассчитаем стабилизатор.

Стабилизатор

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это так называемый параметрический стабилизатор . Состоит из двух частей:
1 — стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rb
2 — эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно для того, чтобы напряжение оставалось нужным нам, стабилизатор контролирует, а эмиттерный повторитель позволяет подключать к стабилизатору мощную нагрузку.Он играет роль усилителя или, если хотите, умного.

Два основных параметра нашего источника питания — это выходное напряжение и максимальный ток нагрузки. Назовем их:
Uout — это напряжение
и
Imax — это ток.

Для блока питания, который мы обыграли в прошлой части, Uout = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Во-первых, нам нужно определить, какое напряжение Uin мы должны подать на стабилизатор, чтобы получить на выходе требуемый Uout.
Это напряжение определяется по формуле:

Uin = Uout + 3

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттерный транзистор VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора мы должны подать на его вход не менее 17 вольт.

Транзистор

Определим, какой нам нужен транзистор ТН. Для этого нам нужно определить, сколько мощности он будет рассеивать.

Pmax = 1,3 (Uin-Uout) Imax

Здесь надо учесть один момент.Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако в этом расчете необходимо, наоборот, брать минимальное напряжение, которое выдает блок питания. А это, в нашем случае, 1,5 вольта. Если этого не сделать, транзистор может быть накрыт медным тазом, так как максимальная мощность не будет рассчитана правильно.
Посмотрите сами:

Если мы возьмем Uout = 14 вольт, мы получим Pmax = 1,3 * (17-14) * 1 = 3,9 Вт.
А если взять Uout = 1.5 вольт, тогда Pmax = 1,3 * (17-1,5) * 1 = 20,15 Вт

То есть, если бы это не учли, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Конечно, транзистору это очень не понравилось бы.

Ну а теперь залезаем в каталог и выбираем транзистор.
Помимо только что полученной мощности необходимо учитывать, что ограничивающее напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uin, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax.Выбрал КТ817 — транзистор вполне приличный …

Считаем сам стабилизатор.

Во-первых, мы определяем максимальный ток базы вновь выбранного транзистора (а вы что подумали? В нашем жестоком мире все потребляют — даже база транзисторов).

Ib макс. = Imax / ч 31E мин.

h31E min — это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и он берется из справочника. Если там указаны пределы этого параметра — что-то вроде 30… 40, то берется самый маленький. Ну, в моем справочнике написано только одно число — 25, и с его помощью предположим, а что останется?

Ib max = 1/25 = 0,04 А (или 40 мА). Немного.

Ну а теперь поищем стабилитрон.
Искать надо по двум параметрам — стабилизация напряжения и стабилизация тока.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольт, а сила тока — не менее 40 мА, то есть то, что мы считали.
Залез опять в каталог …

По напряжению боимся стабилитрона D814D , к тому же он был под рукой. А вот стабилизация тока … 5 мА нам не на пользу. Что нам следует сделать? Уменьшим базовый ток выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на картинку. Мы добавили в схему транзистор VT2. Эта операция позволяет снизить нагрузку на стабилитрон на h31E.h31E, конечно же, тот транзистор, который мы только что добавили в схему. Недолго думая, взял из груды железок КТ315. Его минимальный h31E равен 30, то есть мы можем снизить ток до 40/30 = 1,33 мА , что нам хорошо подходит.

Теперь рассчитаем сопротивление и мощность балластного резистора Rb.

Rb = (Uin-Ust) / (Ib max + Ist min)

где Ust — напряжение стабилизации стабилитрона,
Ist min — ток стабилизации стабилитрона.

Rb = (17-14) / ((1.33 + 5) / 1000) = 470 Ом.

Теперь определяем мощность этого резистора

Прб = (Уин-Усть) 2 / Руб.

Prb = (17-14) 2/470 = 0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных — выходного напряжения и тока мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое необходимо подать на стабилизатор.

Однако не расслабляйтесь — выпрямитель все еще ждем. Я так думаю, чтобы считать, я так думаю (каламбур).

Итак, смотрим схему выпрямителя.


Ну все проще и почти на пальцах. Учитывая, что мы знаем, какое напряжение нам нужно подать на стабилизатор — 17 вольт, рассчитываем напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как в начале — с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра у нас должно быть напряжение 17 вольт.

Учитывая, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение на 1.41 раз находим, что после выпрямительного моста у нас должно быть 17 / 1,41 = 12 вольт .
Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем около 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12 + 2 = 14 вольт. Вполне может случиться так, что такого трансформатора не найти, не страшно — в этом случае можно использовать трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Cf = 3200In / Un Kn

где In — максимальный ток нагрузки,
Un — напряжение на нагрузке,
Kn — коэффициент пульсации.

В нашем случае
In = 1 Ампер,
Un = 17 Вольт,
Kn = 0,01.

Cf = 3200 * 1/17 * 0,01 = 18823.

Однако, поскольку стабилизатор напряжения все же отстает от выпрямителя, мы можем уменьшить расчетную мощность в 5 … 10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

Осталось выбрать выпрямительный диодный или диодный мост.

Для этого нам нужно знать два основных параметра — максимальный ток, протекающий через один диод, и максимальное обратное напряжение, также через один диод.

Требуемое максимальное обратное напряжение равно

Uobr max = 2Uн, то есть Uobr max = 2 * 17 = 34 Вольт.

И максимальный ток для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указан суммарный максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вроде все про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди стабилизатор для самых ленивых — на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых — компенсаторный стабилизатор.


ID: 667

Как вам эта статья?

Полупроводниковый прибор, о котором пойдет речь, предназначен для стабилизации тока на необходимом уровне, имеет невысокую стоимость и позволяет упростить разработку схем многих электронных устройств. Попробую восполнить небольшой недостаток информации о простых схемных решениях стабилизаторов постоянного тока.

Немного теории

Идеальный источник тока имеет бесконечно большую ЭДС и бесконечно большое внутреннее сопротивление, что позволяет получить требуемый ток в цепи независимо от сопротивления нагрузки.

Рассмотрение теоретических предположений о параметрах источника тока помогает понять определение идеального источника тока. Ток, генерируемый идеальным источником тока, остается постоянным, поскольку сопротивление нагрузки изменяется от короткого замыкания до бесконечности. Для поддержания постоянной величины тока значение ЭДС изменяется от ненулевого до бесконечности. Свойство источника тока, позволяющее получить стабильное значение тока: при изменении сопротивления нагрузки ЭДС источника тока изменяется таким образом, что значение тока остается постоянным.


Источники реального тока поддерживают ток на требуемом уровне в ограниченном диапазоне напряжения, генерируемого на нагрузке, и ограниченном сопротивлении нагрузки. Считается идеальным источником, а реальный источник тока может работать с нулевым сопротивлением нагрузки. Режим замыкания выхода источника тока не является исключением или труднореализуемой функцией источника тока; это один из режимов работы, в который устройство может безопасно переключиться, если выход случайно замкнется и войдет в работу с сопротивлением нагрузки больше нуля.

Реальный источник тока используется совместно с источником напряжения. Сеть 220 вольт 50 Гц, лабораторный блок питания, аккумулятор, бензиновый генератор, солнечная батарея — источник напряжения, обеспечивающий электроэнергию потребителя. Последовательно с одним из них включается стабилизатор тока. Выход такого устройства рассматривается как источник тока.


Простейший стабилизатор тока представляет собой двухконтактный компонент, ограничивающий протекающий через него ток величиной и точностью соответствующих данных производителя.Такое полупроводниковое устройство в большинстве случаев имеет корпус, напоминающий маломощный диод. Из-за внешнего сходства и наличия всего двух выводов компоненты этого класса часто упоминаются в литературе как диодные регуляторы тока. Внутренняя схема не содержит диодов, это название закрепилось только из-за внешнего сходства.

Примеры диодных стабилизаторов тока

Диодные регуляторы тока производятся многими производителями полупроводников.

1N5296
Производители: Microsemi и CDI

Ток стабилизации 0.91 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 1,29 В
Максимальное импульсное напряжение 100 В

E-103
Производитель Semitec

Ток стабилизации 10 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4,2 В

L-2227
Производитель Semitec

Ток стабилизации 25 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4 В
Максимальное импульсное напряжение 50 В

От теории к практике

Использование диодных стабилизаторов тока упрощает электрическую схему и снижает стоимость устройств.Использование диодных стабилизаторов тока привлекательно не только своей простотой, но и повышением стабильности разрабатываемых устройств. Один полупроводник этого класса в зависимости от типа обеспечивает стабилизацию тока на уровне от 0,22 до 30 мА. Названия этих полупроводниковых приборов по ГОСТу и схемного обозначения найти не удалось. В схеме статьи пришлось использовать обозначение обычного диода.

При включении светодиода в цепи питания диодный стабилизатор обеспечивает требуемый режим и надежную работу.Одной из особенностей диодного стабилизатора тока является работа в диапазоне напряжений от 1,8 до 100 вольт, что позволяет защитить светодиод от выхода из строя при воздействии импульсных и длительных изменений напряжения. Яркость и оттенок светодиодной лампы зависят от протекающего тока. Один диодный стабилизатор тока может обеспечить режим работы нескольких последовательно соединенных светодиодов, как показано на схеме.


Эту схему можно легко преобразовать в зависимости от светодиодов и напряжения питания.Один или несколько параллельно включенных диодных регуляторов тока в цепи светодиода будут устанавливать ток светодиода, а количество светодиодов зависит от диапазона изменения напряжения питания.

С помощью диодных источников тока можно сконструировать индикатор или осветительное устройство, рассчитанное на питание от постоянного напряжения. Благодаря источнику питания со стабильным током источник света будет иметь постоянную яркость при изменении напряжения питания.

Применение резистора в цепи светодиода индикатора напряжения питания двигателя постоянного тока сверлильного станка для печатных плат привело к быстрому выходу светодиода из строя.Использование диодного стабилизатора тока позволило получить надежную работу индикатора. Диодные регуляторы тока разрешается включать параллельно. Требуемый режим питания нагрузки можно получить, изменив тип или включив параллельно необходимое количество этих устройств.


Когда на светодиод оптопары подается питание через резистор пульсации напряжения питания схемы, яркость колеблется, накладываясь на фронт прямоугольного импульса.Использование диодного регулятора тока в цепи питания светодиода, входящего в состав оптопары, снижает искажение цифрового сигнала, передаваемого через оптопару, и повышает надежность информационного канала.

Использование диодного регулятора тока, определяющего работу стабилитрона, позволяет разработать простой источник опорного напряжения. Когда ток питания изменяется на 10 процентов, напряжение на стабилитроне изменяется на 0.2 процента, а поскольку ток стабилен, величина опорного напряжения остается стабильной при изменении других факторов.

Влияние пульсаций напряжения питания на выходное опорное напряжение уменьшается на 100 децибел.

Внутренняя планировка

Разобраться в работе диодного стабилизатора тока помогает вольт-амперная характеристика

. Режим стабилизации начинается при напряжении на выводах устройства около двух вольт. При напряжениях выше 100 вольт происходит пробой.Фактический ток стабилизации может отличаться от номинального тока до десяти процентов. При изменении напряжения от 2 до 100 вольт ток стабилизации изменяется на 5 процентов. Диодные регуляторы тока, выпускаемые некоторыми производителями, меняют стабилизацию тока при изменении напряжения на 20 процентов. Чем выше ток стабилизации, тем больше отклонение при увеличении напряжения. Параллельное соединение пяти устройств, рассчитанных на ток 2 миллиампера, позволяет получить более высокие параметры, чем у одного на 10 миллиампер.Поскольку минимальное напряжение стабилизации тока уменьшается, диапазон напряжений, в котором работает стабилизатор, увеличивается.


В основе схемы диодного регулятора тока лежит полевой транзистор с pn переходом Ом. Напряжение затвор-исток определяет ток стока. Когда напряжение затвор-исток равно нулю, ток через транзистор равен начальному току стока, который протекает при напряжении между стоком и истоком, превышающем напряжение насыщения.Поэтому для нормальной работы диодного регулятора тока напряжение, подаваемое на клеммы, должно быть больше определенного значения от 1 до 3 вольт.

Полевой транзистор имеет большой разброс начального тока стока, это значение невозможно точно предсказать. Недорогие диодные регуляторы тока представляют собой полевые транзисторы с полевой селекцией, в которых затвор соединен с истоком.

При смене полярности напряжения диод стабилизатора тока превращается в нормальный диод.Это свойство связано с тем, что полевой транзистор с p-n переходом оказывается смещенным в прямом направлении, и ток течет через схему затвор-сток. Максимальный обратный ток некоторых диодных стабилизаторов тока может достигать 100 миллиампер.

Источник тока 0,5 А и более

Для стабилизации токов мощностью 0,5-5 А и более применимы схемы, основным элементом которых является мощный транзистор. Стабилизатор тока на диоде стабилизирует напряжение на резисторе 180 Ом и на базе транзистора КТ818.Изменение резистора R1 с 0,2 до 10 Ом изменяет ток, подаваемый на нагрузку. С помощью этой схемы вы можете получить ток, ограниченный максимальным током транзистора или максимальным током источника питания. Использование диодного регулятора тока с максимально возможной стабилизацией номинального тока улучшает стабильность выходного тока схемы, но не следует забывать о минимально возможном напряжении диодного регулятора тока. Изменение резистора R1 на 1-2 Ом существенно меняет величину выходного тока схемы.Этот резистор должен иметь высокую мощность рассеивания тепла, изменение сопротивления из-за нагрева приведет к отклонению выходного тока от заданного значения. Резистор R1 лучше собрать из нескольких параллельно включенных силовых резисторов. Резисторы, используемые в схеме, должны иметь минимальное отклонение сопротивления от температуры. При создании стабилизированного источника стабильного тока или для точной настройки выходного тока резистор 180 Ом можно заменить переменным. Для повышения стабильности тока транзистор КТ818 усилен вторым транзистором меньшей мощности.Транзисторы соединены по схеме составного транзистора. При использовании составного транзистора минимальное напряжение стабилизации увеличивается.


Эту схему можно использовать для питания соленоидов, электромагнитов, обмоток шаговых двигателей, в гальванике, для зарядки аккумуляторов и других целей. Транзистор необходимо установить на радиатор. Конструкция устройства должна обеспечивать хороший теплоотвод.

Для некоторых электрических цепей и схем достаточно обычного блока питания, не имеющего стабилизации.Источники тока этого типа обычно состоят из понижающего трансформатора, выпрямительного диодного моста и фильтрующего конденсатора. Выходное напряжение источника питания зависит от количества витков вторичной обмотки понижающего трансформатора. Но как известно сетевое напряжение 220 вольт нестабильно. Оно может колебаться в определенных пределах (200-235 вольт). Следовательно, выходное напряжение на трансформаторе также будет «плавать» (например, 12 вольт будут составлять 10–14 или около того).

На это под силу

Электротехника, не особо капризная к небольшим перепадам питающего напряжения.простой блок питания. Но более чувствительная электроника этого не терпит, может даже от этого выйти из строя. Поэтому существует необходимость в дополнительной схеме для стабилизации постоянного выходного напряжения. В этой статье я представляю электрическую схему довольно простого регулятора постоянного напряжения, имеющего стабилитрон и транзистор. Именно стабилитрон выступает в качестве опорного элемента, определяющего и стабилизирующего выходное напряжение источника питания.

А теперь приступим к непосредственному анализу электрической схемы простого стабилизатора постоянного напряжения.Так, например, у нас есть понижающий трансформатор с выходным напряжением 12 вольт. Эти же 12 вольт мы подаем на вход нашей схемы, а именно на диодный мост и конденсатор фильтра. Диодный выпрямитель VD1 обеспечивает постоянный переменный ток (но прерывистый). Его диоды должны быть рассчитаны на максимальный ток (с небольшим запасом около 25%), который может выдать блок питания. Ну и напряжение у них (обратное) не должно быть ниже выходного.

Конденсатор фильтра C1 сглаживает эти скачки напряжения, делая форму постоянного напряжения более равномерной (хотя и не идеальной).Его емкость должна быть от 1000 мкФ до 10 000 мкФ. Напряжение на выходе тоже больше. Обратите внимание, что есть такой эффект — напряжение переменного тока после диодного моста и конденсатора фильтрации электролита увеличивается примерно на 18%. Поэтому в итоге мы получим на выходе не 12 вольт, а где-то около 14,5.

Теперь начинается часть регулятора постоянного напряжения. Основным функциональным элементом здесь является сам стабилитрон. Напомню, что стабилитроны обладают способностью в определенных пределах стабильно удерживать определенное постоянное напряжение (напряжение стабилизации) при его повторном включении.Когда на стабилитрон подается напряжение от 0 до напряжения стабилизации, оно просто увеличивается (на концах стабилитрона). Достигнув уровня стабилизации, напряжение останется неизменным (с небольшим увеличением), а протекающий через него ток начнет расти.

В нашей схеме простой стабилизатор, который должен выдавать на выходе 12 вольт, стабилитрон VD2 рассчитан на напряжение 12,6 (стабилитрон ставим на 13 вольт, это соответствует D814D).Почему 12,6 вольт? Потому что на переход эмиттер-база транзистора будет 0,6 вольт. И на выходе будет ровно 12 вольт. Ну раз уж мы поставили стабилитрон на 13 вольт, то на выходе блока питания будет около 12,4 В.

Стабилитрон VD2 (создающий опорное напряжение постоянного тока) нуждается в ограничителе тока, который предотвратит его перегрев. На схеме эту роль выполняет резистор R1. Как видите, он последовательно подключен к стабилитрону VD2. Другой конденсатор фильтрации электролита C2 установлен параллельно стабилитрону.В его задачу также входит сглаживание пульсаций избыточного напряжения. Можно и без него, но с ним все равно будет лучше!

Далее на схеме мы видим биполярный транзистор VT1, который включен по схеме общего коллектора. Напомню схемы подключения биполярных транзисторов в качестве общего коллектора (его еще называют эмиттерным повторителем), они характеризуются тем, что значительно увеличивают силу тока, но нет усиления по напряжению (даже оно немного меньше входного, оно есть точно такой же 0.6 вольт). Следовательно, на выходе транзистора мы получаем постоянное напряжение, которое присутствует на его входе (а именно напряжение опорного стабилитрона, равное 13 вольт). А так как эмиттерный переход на себя оставляет 0,6 вольта, то на выходе транзистора уже будет не 13, а 12,4 вольта.

Как вы должны знать, для того, чтобы транзистор начал открываться (чтобы пропустить через себя контролируемые токи через цепь коллектор-эмиттер), ему нужен резистор для создания смещения.Эту задачу выполняет все тот же резистор R1. Изменяя его номинал (в определенных пределах), можно изменить силу тока на выходе транзистора, а значит, и на выходе нашего стабилизированного блока питания. Я советую тем, кто желает поэкспериментировать с этим, вместо R1 поставить триммерное сопротивление номиналом около 47 кг. Регулируя его, посмотрите, как изменится ток на выходе блока питания.

Ну, а на выходе простой схемы стабилизатора постоянного напряжения стоит еще один небольшой фильтрующий конденсатор-электролит С3, который сглаживает пульсации на выходе стабилизированного блока питания.Параллельно к нему припаивается резистор нагрузки R2. Замыкает эмиттер транзистора VT1 по минусовой цепи. Как видите, схема довольно простая. Содержит минимум компонентов. Обеспечивает на своем выходе достаточно стабильное напряжение. Для питания многих электрооборудования этого стабилизированного блока питания будет вполне достаточно. Этот транзистор рассчитан на максимальный ток 8 ампер. Поэтому для такого тока нужен радиатор, который будет отводить от транзистора лишнее тепло.

П.С. Если параллельно стабилитрону поставить еще один переменный резистор номиналом 10 кОм (средний вывод подключаем к базе транзистора), то в итоге мы получим регулируемый блок питания. Он может плавно изменять выходное напряжение от 0 до максимального (напряжение стабилитрона минус 0,6 вольт). Думаю, эта схема уже будет более востребованной.

Цепь стабилизатора напряжения на стабилитроне

Цепь стабилизатора напряжения стабилитрона: Цепь регулятора

без нагрузки — Наиболее важным применением схемы стабилизатора напряжения на стабилитроне являются цепи регулятора постоянного напряжения.Это может быть простая схема регулятора, показанная на рис. 3-19, или более сложные регуляторы.

Схема на рис. 3-19 обычно используется в качестве источника опорного напряжения, который подает на выход только очень слабый ток (намного ниже, чем I Z ). Резистор R 1 на рис. 3-19 ограничивает ток стабилитрона до желаемого уровня.

Ток стабилитрона может быть чуть больше, чем ток перегиба диода (I ZK ). Однако для наиболее стабильного опорного напряжения следует выбрать I Z как I ZT (указанный испытательный ток).

Загруженный регулятор:

Когда стабилизатор на стабилитроне требуется для подачи тока нагрузки (I L ), как показано на рис. 3-21, общий ток питания (протекающий через резистор R 1 ) равен сумме I L . и I Z Необходимо следить за тем, чтобы минимальный ток стабилитрона был достаточно большим, чтобы предотвратить обратный пробой диода.

Обычно I Z (мин) = 5 мА для стабилитрона с I ZT = 20 мА.Уравнение тока цепи:

В некоторых случаях ток нагрузки в схеме, показанной на рис. 3-21, может быть уменьшен до нуля. Поскольку падение напряжения на R 1 остается постоянным, ток питания остается постоянным на уровне,

Весь этот ток протекает через стабилитрон, когда R L отключен. Конструкция схемы должна обеспечивать, чтобы общий ток не превышал максимальный ток стабилитрона.

Регулятор Производительность:

Рабочие характеристики стабилизатора напряжения на стабилитронах могут быть выражены в терминах воздействия источника и нагрузки, а также регулирования линии и нагрузки.Могут применяться уравнения с 320 по 3-23. Если есть пульсации входного напряжения, пульсации на выходе будут значительно ослаблены. Коэффициент подавления пульсаций — это отношение амплитуд пульсаций выходного сигнала к входному.

Для оценки характеристик стабилизатора напряжения на стабилитроне сначала рисуется эквивалентная схема переменного тока путем замены диода с его динамическим импедансом (Z z ), как показано на рис. 3-23 (a). Полная эквивалентная схема переменного тока представляет собой простой делитель напряжения.Когда входное напряжение изменяется на ΔE с , изменение выходного напряжения составляет

Уравнение 3-26 предполагает, что к выходу регулятора не подключена нагрузка. Когда присутствует нагрузка, R L появляется параллельно с Z Z в эквивалентной схеме ac [см. Рис. 3-23 (b)]. Уравнение для изменения выходного напряжения теперь принимает вид

Эффект источника регулятора может быть определен по формуле. 3-26 или уравнение. 3-27, в зависимости от ситуации.Уравнения также можно использовать для расчета коэффициента подавления пульсаций. Амплитуда входной пульсации (V ri ) и выходная пульсация (V ro ) заменяются входным и выходным напряжениями в формуле.

Стабилизат

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *