+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?

О стабилизаторах напряжения на транзисторах: схема правильного стабилитрона

Для работы электронной аппаратуры необходимо напряжение, обладающие точно заданными характеристиками. Но в промышленной сети напряжение постоянно меняется.

Его уровень зависит от подключенных в систему предприятий, зданий и оборудования. Функционирование любого прибора напрямую зависит от напряжения, колебания данного параметра влияют на качество работы, например, при перепадах приемник может начать хрипеть или гудеть. Для того чтобы решить данную проблему, используют стабилизаторы на транзисторе.

Стабилизатор импульсного типа

Принцип работы стабилизатора

Одна часть этого оборудования отвечает за сравнение с эталонным значением, а другая – управляет параметрами. Если входящий параметр оказывается больше требуемого показателя, то система снижает его. Если же значение меньше, то характеристики повышаются. По этой же схеме регулируется вода в кране: когда поток меньше, чем надо, вентиль закручивается и наоборот.

Принцип стабилизации применяется на самом разном оборудовании, начиная от утюгов и заканчивая космической отраслью. Разница заключается только в технологии контроля и управления показателями.

Важно! Согласно существующему ГОСТу, напряжение в сети может изменяться в пределах до 5%, а в реальных условиях и 10% от указанного значения. Для качественного функционирования оборудования этот показатель не может превышать 0,1%.

Самая простая схема стабилизатора напряжения содержит всего лишь 2 элемента:

  1. источник опорного напряжения – стабилитрон VD1;
  2. балластный резистор R1.

Стабилитроном называют диод, который при определенных значениях напряжения стабилизации (обратно приложенного) начинает пропускать ток в обратном направлении. Если напряжение растет, при уменьшении внутреннего сопротивления стабилитрон продолжает удерживать напряжение в заданном значении. Принцип работы можно увидеть на схеме стабилизатора напряжения.

Схема и график работы стабилизатора

Если обратное напряжение растет, то стабилитрон оказывает сопротивление, а, значит, ток на выходе минимален. При достижении заданного параметра ток начинает расти. Затем, доходя до точки 1 на вольтамперной характеристике, напряжение перестает расти, несмотря на повышение показателей тока. На p-n переходе напряжение увеличивается только на резисторе, стабилитрон работает в заданном режиме. Конечно, любой стабилитрон может удерживать напряжение только в заданном значении, и после повышения показателей до точки 2 элемент может начать греться и выйти из строя. Расстояние между точками 1 и 2 называется рабочим участком.

Такой простой метод стабилизации подходит только для сетей, в которых применяют малые токи. Для того чтобы повысить нагрузочную способность, применяется эмиттерный повторитель в виде биполярного транзистора. Данный элемент повторяет приложенное напряжение. За счет этого нагрузка может быть на порядок больше. Можно использовать схему из нескольких транзисторов, тогда нагрузка еще сильнее увеличится.

При создании таких схем важно учесть, что из-за падения на участке p-n перехода выходное напряжение уменьшится. Поэтому необходимо выбирать стабилитрон с учетом потерь на переходах на транзисторах. На рисунке в схеме с двумя транзисторами также можно увидеть еще один резистор. Его используют для ликвидации реактивной составляющей второго транзистора.

Два простых стабилизатора

Принципы расчета характеристик

Основными показателями стабилизатора являются максимальное выходное напряжение Uвых, минимальное выходное напряжение Uвых1 и максимальный ток Imax. Допустим, что эти величины составляют 14 Вольт, 1,5 Вольта и 1 Ампер, соответственно. Вычисляем входное напряжение по формуле:

Uвх=Uвых+ 3, где 3 – это коэффициент падения напряжение на переходе коллектор – эмиттер.

Обратите внимание! Паспортные параметры транзистора должны обеспечивать функционирование в полуоткрытом режиме и выдерживать разницу напряжений, возникающую между выходным напряжением и выходными данными.

Далее следует рассчитать максимальную мощность Pmax, которую будет рассеивать транзистор:

  • Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax=1.3(17-14)=3.9 Вт;
  • Pmax=1.3(Uвх-Uвых1)Imax=1.3(17-1.5)=20,15 Вт.

Как видно, большее значение получается при расчете для минимального входного напряжения, и эта величина будет правильной, для того чтобы подобрать транзистор по справочнику. У нас это будет КТ817.

Важно! Значение напряжение должно быть больше входного значения, а ток – больше заданного максимального значения. Иначе элемент будет работать на пределе возможностей и быстро выйдет из строя.

Схема на полевом транзисторе

Теперь нужно учесть Iб max ток базы самого транзистора:

Iб max=Imax/h31Э min, где h31Э min – коэффициент передачи тока (в нашем случае эта величина равна 25).

Iб max=1/25=0.04 А.

Зная эти показатели, можно определить характеристики стабилизатора напряжения на транзисторе. Стабилизированное напряжение равно 14 вольтам, а ток по формуле – 0.04 А. По этим показателям подходит Д814Д, но в этом случае ток базы будет составлять 0,005 А, то есть надо понизить выходные значение. Для этого используется второй транзистор (КТ315). За счет его использования нагрузка уменьшится на величину максимального коэффициента передачи тока второго транзистора (у нас h31Э=30). Таким образом, ток будет составлять 0,04/30=0,00133 мА.

Теперь определим показатели для Rб балластного резистора:

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)=(17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом, где:

  • Iст min – ток стабилизации;
  • Uст – напряжение стабилизации стабилитрона.

Затем считаем балластную мощность:

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб=(17-14)2/473=0,02 Вт.

Параметры дополнительного резистора рассчитывают редко, при выборе этой детали нужно учесть только одно, что его значение тока должно быть меньше максимально нагрузочного. У нас используется резистор с сопротивлением в 1 Ом.

Компенсационные стабилизаторы

Рассмотренные выше схемы представляют собой параметрические стабилизаторы, то есть устройства, работающие на стабилитроне. Более точными считаются компенсационные схемы, где присутствует обратная связь, и уже стабилизирующую составляющую сравнивают с эталонными значениями. Основным преимуществом таких устройств является точное выходное напряжение, на которое практически не оказывает влияния ток нагрузки, тогда, как у параметрических систем именно нагрузка влияет на всю работу транзисторного стабилизатора.

Схема стабилизатора компенсационного типа может быть последовательной и параллельной. В первом варианте регулирующими элементами обычно являются транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы последовательного типа

На схеме:

  • Р – регулирующий элемент;
  • И – источник опорного (эталонного) напряжения;
  • ЭС – элемент сравнения;
  • У – усилитель постоянного тока.

Выходное напряжение для последовательного стабилизатора определяется по вышеуказанной формуле, где R4’ и R4’’, соответственно, верхняя и нижняя величина резистора R4. Транзистор VT1 выполняет роль регулирующего элемента, а VT2 стабилизирует, то есть сравнивает и при необходимости усиливает показатели. Источником опорного напряжения является стабилитрон VD1. Между базой и эмиттером VT2 напряжение определяется как разность UОП и UРЕГ. Если на нагрузке идет рост напряжения, то UРЕГ увеличивает и эмиттерные, и коллекторные токи VT2. Далее по схеме коллекторный ток идет на резистор R1, что вызывает падание напряжения. Это напряжение обратно по полярности для эмиттерной части VT1, поэтому коллекторные и эмиттерные токи данного транзистора падают, а номинальное напряжение на нагрузке восстанавливается.

Для плавной регулировки на выходной цепи стабилизатора используется делитель напряжения, состоящий из R3, R4, R5. Ступенчатое регулирование происходит с помощью опорного напряжения стабилитрона.

Типовая схема компенсационного стабилизатора параллельного типа

В компенсационном стабилизаторе напряжения параллельного типа при возникновении отклонения значения от номинального появляется сигнал рассогласования, который составляет разницу между опорным и выходным напряжением. Далее этот сигнал усиливается на регулирующей части, которая стоит параллельно нагрузке. За счет этого ток на регулирующем элементе изменяется, напряжение на резисторе R1 падает, а на выходе сохраняются постоянные показатели:

U1=U0–IBXR1=const.

Важно! КПД стабилизаторов параллельного типа небольшое, поэтому подобные схемы используются довольно редко.

Импульсные стабилизаторы

Кроме компенсационных и параметрических стабилизаторов, существуют импульсные схемы, в которых коэффициент полезного действия самый большой, даже если диапазон входных напряжений достаточно большой. Работа этих устройств основана на том, что регулирующий элемент отключается и выключается в импульсном режиме. Общая схема стабилизатора состоит из ключа, накопителя энергии и цепи управления. Накопитель и ключ вместе представляют силовую часть, вместе с цепью они составляют контур регулирования.

Импульсный стабилизатор напряжения можно собрать на основе 3 транзисторов. При этом VT1, VT2 составляют ключевой регулирующий элемент, а VT3 необходим для усиления сигнала рассогласования.

Схема импульсного стабилизатора

Алгоритм работы следующий:

  1. С коллектора VT2 через конденсатор С2 на базу VT1 поступает напряжение положительной обратной связи;
  2. VT2 при насыщении током от резистора R2 открывается;
  3. На коллекторно-эмиттерном переходе при насыщенном VT1 меньше, чем напряжение для открывания VT2, значит, когда VT1 открыт, VT2 закрытый;
  4. Усилитель на VT3 через эмиттер подключен к стабилитрону VD2, а база – к делителю выходного напряжения R5, R6, R7;
  5. Таким образом, VT1 управляет закрыванием и открыванием VT2 по сигналу от VT3;
  6. Когда VT2 открыт, происходит накопление энергии в дросселе, после закрывания энергия идет в нагрузку.

Каждая из представленных схем позволит собрать простейшей вариант стабилизаторов.

Видео

Оцените статью:

Параметрический стабилизатор на транзисторе и стабилитроне своими руками

Как известно, ни одно электронное устройство не работает без подходящего источника питания. В самом простейшем случае, в качестве источника питания может выступать обычный трансформатор и диодный мост (выпрямитель) со сглаживающим конденсатором. Однако, не всегда под рукой есть трансформатор на нужное напряжение. Да и тем более, такой источник питания нельзя назвать стабилизированным, ведь напряжение на его выходе будет зависеть от напряжения в сети.
Вариант решения этих двух проблем – использовать готовые стабилизаторы, например, 78L05, 78L12. Они удобны в использовании, но опять-таки не всегда есть под рукой. Ещё один вариант – использовать параметрический стабилизатор на стабилитроне и транзисторе. Его схема показана ниже.

Схема стабилизатора



VD1-VD4 на этой схеме – обычный диодный мост, преобразующий переменное напряжение с трансформатора в постоянное. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения, превращая напряжение из пульсирующего в постоянное. Параллельно этому конденсатору стоит поставить плёночный или керамический конденсатор небольшой ёмкости для фильтрации высокочастотных пульсаций, т.к. при большой частоте электролитический конденсатор плохо справляется со своей задачей. Электролитические конденсаторы С2 и С3 в этой схеме стоят с этой же целью – сглаживание любых пульсаций. Цепочка R1 – VD5 служит для формирования стабилизированного напряжения, резистор R1 в ней задаёт ток стабилизации стабилитрона. Резистор R2 нагрузочный. Транзистор в этой схеме гасит на себе всю разницу входного и выходного напряжения, поэтому на нём рассеивается приличное количество тепла. Данная схема не предназначена для подключения мощной нагрузки, но, тем не менее, транзистор стоит прикрутить к радиатору с использованием теплопроводящей пасты.
Напряжение на выходе схемы зависит от выбора стабилитрона и значения резисторов. Ниже показана таблица, в которой указаны номиналы элементов для получения на выходе 5, 6, 9, 12, 15 вольт.

Вместо транзистора КТ829А можно использовать импортные аналоги, например, TIP41 или BDX53. Диодный мост допустимо ставить любой, подходящий по току и напряжению. Кроме того, можно собрать его из отдельных диодов. Таким образом, при использовании минимума деталей получается работоспособный стабилизатор напряжения, от которого можно питать другие электронные устройства, потребляющие небольшой ток.

Фото собранного мной стабилизатора:







Плата устройства



Автор – Дмитрий С.

Схемы и онлайн расчёт элементов регулируемых стабилизаторов напряжения

Онлайн расчёт элементов схем линейных стабилизаторов с фиксированным и
регулируемым выходным напряжением.

Для поддержания стабильной работы и сохранения заявленных параметров электрооборудования его питание в большинстве случаев должно осуществляться постоянным и неподконтрольным никаким внешним воздействиям напряжением. Как правило, эта функция возлагается на устройства, называемые стабилизатором напряжения.
Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрической энергии, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах при изменениях следующих величин: входного напряжения, сопротивления нагрузки, а также в идеале — температуры и иных внешних воздействий.

Ещё не так давно подобные узлы строились на стабилитронах и транзисторах, однако с появлением специализированных микросхем, необходимость в самостоятельном конструировании подобных схем скоротечно отпочковалась, ввиду очевидной простоты реализации стабилизаторов, выполненных на интегральных микросхемах. А зря!

Там, где значения коэффициента стабилизации Кст допустимо исчислять десятками, а не сотнями-тысячами, простейший параметрический стабилизатор не только имеет право на существование, но и выигрывает у своих интегральных собратьев по такому важному параметру, как чистота выходного напряжения и отсутствие импульсных помех в момент резкого изменения тока нагрузки.
Давайте рассмотрим такие простейшие устройства стабилизаторов напряжения.

Рис.1 а) Простейшая схема     б) С эмиттерным повторителем     в) С регулируемым вых. напряжением

Схема стабилизатора напряжения, приведённая на Рис.1 а), используется в основном с устройствами, через которые не протекает существенных токов. От номинала резистора Rст зависит величина тока Iвх, протекающего как через стабилитрон, так и через нагрузку. Величина этого тока рассчитывается по формуле: Rст = (Uвх — Uст)/ Iвх,
а Iвх должен удовлетворять условию Iвх ≥ Iн. макс + Iст. мин, где Iн. макс — максимальный ток в нагрузке при заданном выходном напряжении, а Iст. мин — минимальный ток стабилизации стабилитрона, указанный в характеристиках полупроводника. В стабилитронах отечественных производителей параметр Iст. мин, как правило, задан в явном виде, у зарубежных может быть не указан вообще. Куда податься бедному еврею? Я бы рекомендовал в этом случае ориентироваться на значение тока из datasheet-ов «Izk» (значение при котором стабилитрон обладает максимальным импедансом) и увеличить эту величину в 2…3 раза. Хотя, по большому счёту, оптимальным (с точки зрения достижения максимальных параметров) током для стабилитрона является тестовый ток, при котором измеряются основные характеристики полупроводника.

Для наиболее эффективного выполнения своих задач стабилитрону довольно важно, чтобы мощность нагрузки не превышала мощности, рассеиваемой на полупроводнике. Поэтому если возникает потребность стабилизации напряжения в нагрузках, потребляющих значительную мощность, используется дополнительный усилитель тока — эмиттерный повторитель (Рис.1 б)). В этом случае нагрузкой для стабилитрона является входное сопротивление повторителя Rвх ≈ Rн x (1 + β), т.е. ток нагрузки можно увеличить в β раз. Тут важно учитывать падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора, в связи с чем напряжение на выходе стабилизатора будет на 0,6…0,7 В (на 1,2…1,4 В для составного транзистора) меньше напряжения стабилизации стабилитрона .

Установив параллельно стабилитрону переменный резистор (Рис.1 в)), возникает возможность изменять напряжение стабилизации в нагрузке от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона (за вычетом падения напряжения Uбэ на переходе транзистора). Естественно, что ток, протекающий через переменник, также необходимо учитывать, задаваясь его значением — не меньшим, чем входной ток эмиттерного повторителя.
Сдобрим пройденный материал калькулятором.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы компенсационных линейных стабилизаторов являются основой большинства интегральных микросхем, выполняющих функцию стабилизации напряжений и токов, и в простейшем виде могут быть выполнены на стабилитроне и паре транзисторов (Рис.2).

Рис.2 Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения

Здесь стабилитрон является источником опорного напряжения, а транзистор Т2 — устройством сравнения выходного напряжения, поступающего через резистивный делитель на его базу, с опорным значением напряжения на его эмиттере. Повысилось выходное напряжение, а вместе с ним напряжение на базе Т2, транзистор приоткрывается и притягивает напряжение на базе регулирующего транзистора Т1 к минусовой (земляной) шине, тем самым, уменьшая напряжение на его эмиттере, а соответственно и на выходе схемы. Снизилось выходное напряжение — всё то же самое, только наоборот. Компенсационные стабилизаторы на транзисторах имеют более высокий коэффициент стабилизации по сравнению с устройствами, представленными на Рис.1, но в связи наличием обратной связи имеют и свои недостатки.
В связи с этим подробно останавливаться на них мы не будем, а перейдём сразу к интегральным стабилизаторам, имеющим похожий принцип действия, но значительно более сложным по структуре, обладающих более высокими характеристиками и при этом — очень простых и удобных в реализации.

Существует два типа подобных интегральных микросхем: регулируемые стабилизаторы напряжения и стабилизаторы с фиксированным значением выходного напряжения. Во втором случае схема стабилизатора приобретает неприлично примитивный вид, незаслуживающий какого-то серьёзного обсуждения.
В случае же стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением, схема всё ещё остаётся достаточно простой, но требует некоторых умственных манипуляций, связанных с расчётом резистивного делителя для получения требуемого выходного напряжения.

Типовая схема включения большинства регулируемых микросхем приведена на Рис.3.


Рис.3

Формула для расчёта выходного напряжения имеет вид Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2,
причём номинал сопротивления R1, как правило, задаётся производителем микросхемы для достижения наилучших параметров выходных характеристик.

Отдельные бойцы для снижения пульсаций ставят дополнительные электролиты значительных величин параллельно резистору R2. Оно, конечно, бойцы эти герои, но зачем же стулья ломать?
Любое резкое увеличение тока нагрузки, приводящее к снижению выходного напряжения, не сможет моментально отработаться схемой автоматической регулировки из-за задержки в цепи обратной связи, обусловленной данным конденсатором, а это в значительной степени снизит быстродействие устройства.
И если для статических нагрузок параметр быстродействия стабилизатора по барабану, то для динамических (к примеру, таких как УНЧ) — очень даже немаловажен. Поэтому — либо эти электролиты вообще не нужны, либо (если их настоятельно рекомендует Datasheet) ставить конденсаторы небольших номиналов в строгом соответствии с рекомендациями производителя.

Для начала — справочная таблица с основными техническими характеристиками наиболее часто используемых интегральных стабилизаторов с регулировкой выходного напряжения.

Приведённая ниже таблица позволяет рассчитать номиналы резисторов делителя некоторых популярных типов микросхем регулируемых стабилизаторов, представленных разными производителями.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОСХЕМ — СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ


Если не хотите, чтобы вдруг «раздался мощный пук» — послеживайте за полярностью включения конденсатора С2. Она должна совпадать с полярностью входного (выходного) напряжения.

Отдельно хочу остановиться на МИКРОМОЩНЫХ СТАБИЛИЗАТОРАХ С МАЛЫМ СОБСТВЕННЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ.

Такого рода стабилизаторы окажутся совсем не лишними в хозяйстве, так как смогут обеспечить такой важнейший показатель радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием, как экономичность входящих в её состав узлов.

Здесь выбор интегральных микросхем заметно беднее, а цены, как правило, заметно ощутимей, чем на аналоги со стандартным потреблением, поэтому начну я с простой, но проверенной временем схемы на дискретных элементах.


Рис.2

Чем хорош КТ315 в данном включении?
На обратно смещённом переходе КТ315 при напряжении 6 — 7,5В, в зависимости от экземпляра транзистора, возникает электрический (не побоюсь этого слова) пробой, что позволяет использовать его в качестве стабилитрона на эту-же самую величину напряжения пробоя. При этом транзистор в таком включении, в отличие от многих промышленных стабилитронов, хорошо работает и при малых токах стабилизации, порядка 100 мкА.

Из относительно гуманных по цене интегральных стабилизаторов с малым собственным потреблением, могу порекомендовать LP2950, LP2951, LM2931, LM2936 и им подобные.

 

  Тип  U вх макс 
   В
І вых макс 
   А
І вых мин 
  мА
U вых мин 
   В
U вых макс 
   В
  КР142ЕН11  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН12   40    1,5    10    1,2    37 
  КР142ЕН18  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН22   35    5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22А   35    7,5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22Б   35    10    10    1,25    34 
  LT1083   35    7,5    10    1,2    34 
  LT1084   35    5    10    1,2    34 
  LT1085   35    3    10    1,2    34 
  LM117   40    1,5    5    1,2    37 
  LM137  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM138   35    5    10    1,2    32 
  LM150   35    5    10    1,2    33 
  LM217   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317LZ   40    0,1    5    1,2    37 
  LM337  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM337LZ  -40    0,1    10   -1,2   -37 
  LM338   35    5    10    1,2    32 
  LM350   35    3    10    1,2    33 
  TL783   126    0,7    0,1    1,25    125 

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

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

Схема регулируемого стабилизатора

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

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

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

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

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

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

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

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

   Форум по БП

   Форум по обсуждению материала СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Принцип работы и типовые схемы компенсационных стабилизаторов напряжения на транзисторах

Наиболее широкое практическое применение находят компенсационные последовательные стабилизаторы напряжения. Типовая схема такого стабилизатора приведена на рис. 1. В зависимости от величины тока нагрузки регулирующий транзистор может быть составным (как показано на рис. 1) или одиночным.

Основными недостатками типовой схемы являются низкий коэффициент стабилизации и довольно большие пульсации на выходе стабилизатора.

Последнее особенно сильно проявляется при больших токах нагрузки. Это объясняется тем, что база регулирующего транзистора питается от нестабилизированного источника. Увеличение емкости конденсатора C1 уменьшает пульсации лишь тогда, когда эта емкость будет равна не скольким тысячам мкф, что практически трудно реализовать.

Качество стабилизатора существенно улучшится, если базовую цепь регулирующего транзистора питать от стабилизированного источника или источника с малым напряжением пульсаций переменного тока. Ниже рассматривается несколько вариантов улучшения стабилизатора по этому принципу.

На рис. 2 приведена схема стабилизатора со сглаживающим фильтром в базовой цени регулирующего транзистора. В этом стабилизаторе резистор R5 заменен двумя — R5`R5″ добавлен конденсатор С2. Так как ток, протекающий через этот фильтр, весьма мал, то даже при емкости С2 в несколько десятков мкФ пульсации на базе регулирующего транзистора, а следовательно, и на выходе стабилизатора существенно уменьшаются. Следует иметь в виду, что сумма сопротивлений резисторов R5` и R5″ должна быть равна сопротивлению резистора R5 на схеме рис. 1.

В стабилизаторе, схема которого показана на рис. 3, для питания цепей баз регулирующего транзистора и транзистора усилителя обратной связи применен стабилизирующий трехполюсник. Этот стабилизатор позволяет отказаться от применения составного регулирующего транзистора при значительных токах нагрузки. В стабилизирующем трехполюснике используется n-р-n транзистор, напряжение на базе которого стабилизировано с помощью диода Д2. В качестве диода Д2 могут быть использованы кремниевые стабилитроны, которые имеют напряжение стабилизации в прямом направлении порядка 0,5В. Поскольку напряжение перехода база — эмиттер транзистора стабилизировано, ток Iк2, коллектора транзистора Т2 не меняется при изменении входного напряжения Uвх и при наличии пульсаций на входе.

Базовые цепи регулирующего транзистора и транзистора усилителя обратной связи в стабилизаторе, схема которого дана на рис. 4, питаются от стабилизированного источника. При больших токах нагрузки мощность рассеяния на регулирующем транзисторе этого стабилизатора резко увеличивается. Поэтому применение его целесообразно лишь при сравнительно небольших токах нагрузки (до 0,3—0,5A).

На рис. 5 изображена схема стабилизатора, качество работы которого улучшено применением транзистора Т2 типа n-р-n взамен р-n-р в стабилизаторе по схеме рис. 1 и изменением места включения опорного стабилитрона. Нетрудно видеть, что колебания входного напряжения поступают на эмиттерные переходы всех транзисторов только через достаточно большие сопротивления коллекторных переходов, и таким образом, дестабилизирующее влияние источника питания на стабилизатор существенно уменьшается.

 


 

В стабилизаторе, схема которого приведена на рис. 6, применены регулирующий и усилительный транзисторы разных типов проводимости. Особенностью стабилизатора является то, что регулирующий транзистор подключен к положительному полюсу стабилизируемого напряжения. Так как коллекторный ток усилительного транзистора и базовый ток регулирующего транзистора направлены согласованно, отпадает необходимость в специальном нагрузочном резисторе и источнике вспомогательного напряжения, а также значительно упрощается согласование режимов транзисторов. Роль нагрузки усилительного каскада здесь играет весьма значительное по величине сопротивление коллекторного перехода регулирующего транзистора. При выполнении стабилизатора по этой схеме можно обойтись без применения в регулирующем элементе составного транзистора до токов нагрузки 300—500 мА.

Все стабилизаторы напряжения, описанные в статье, испытывались при токе нагрузки Iн—300 мА и выходном напряжении Uн=15 в. Во время испытаний стабилизаторы питались от выпрямителя, собранного по мостовой схеме без сглаживающего фильтра.

В заключение следует отметить, что коэффициент стабилизации всех схем, приведенных выше, можно повысить увеличением доли выходного напряжения, действующей на усилитель обратной связи стабилизатора. С этой целью необходимо увеличивать значение коэффициента n=R2/R1+R2 (для схемы рис. 1), что возможно путем выбора опорного напряжения, близкого к значению Uн. Другим путем является замена резистора R1 (см. рис. 1) таким стабилитроном (показан пунктиром), чтобы Uст. Д1+Uст.Д2≈Uн. Такая замена позволяет увеличить коэффициент стабилизации стабилизатора по схеме рис. 1 с 20 до 50.

 

 

Ознакомиться с основными характеристиками и цоколевкой интегральных микросхем стабилизаторов напряжения можно на страницах нашего сайта:

Справочная информация по интегральным стабилизаторам напряжения AN серии
Справочная информация по интегральным стабилизаторам напряжения MC серии
Справочная информация по интегральным стабилизаторам напряжения LM серии

Линейные стабилизаторы напряжения на транзисторах и ОУ

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.

Цепи стабилизатора напряжения

с использованием транзистора и стабилитрона

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

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

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

Простейший регулятор напряжения

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

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

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

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

Из-за этого внезапного шунтирования напряжение питания падает и достигает значения стабилитрона, что вызывает повторное увеличение сопротивления стабилитрона. Затем цикл быстро продолжается, гарантируя, что подача остается стабильной на номинальном значении стабилитрона и никогда не может превышать это значение.

Чтобы получить указанную выше стабилизацию, входное напряжение должно быть немного выше требуемого стабилизированного выходного напряжения.

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

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

Преимущества стабилизатора напряжения на стабилитроне

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

Стабилитроны легко настраиваются и могут использоваться для получения достаточно точного стабилизированного выходного сигнала при любых обстоятельствах.

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

Недостатки стабилизаторов со стабилизацией напряжения

Хотя источник питания со стабилизацией стабилизации сигнала является быстрым, простым и эффективным методом достижения стабилизированного выхода, он имеет несколько серьезных недостатков.

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

Использование «усиленного стабилитрона»

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

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

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

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

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

Недостаток стабилитрона

Еще раз, недостатком этой конструкции является высокая рассеиваемая мощность, которая увеличивает пропорционально увеличению входной и выходной разницы.

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

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

Нагрузочный резистор

= (12-5) / 0,02 = 350 Ом

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

Схема регулятора последовательного транзистора

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

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

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

Преимущества последовательного регулятора

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

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

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

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

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

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

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

Входной ток складывается с выходным током вместе с 1 или 2 мА, используемыми стабилитроном, и по этой причине достигаемый КПД достигает выдающегося уровня.

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

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

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

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

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

Это означает, что если значение стабилитрона составляет 12,7 В, то выход на эмиттере транзистора может быть около 12 В, или, наоборот, если желаемое выходное напряжение составляет 12 В, тогда напряжение стабилитрона должно быть выбрано равным 12.7 В.

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

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

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

Сильноточный регулятор серии с транзисторами Дарлингтона

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

Принципиальная схема с двумя транзисторами, использующая пару Дарлингтона с эмиттерным повторителем, указанная на следующих рисунках, демонстрирует технику применения 3 BJT в конфигурации с эмиттерным повторителем Дарлингтона.

Обратите внимание, что включение пары транзисторов приводит к более высокому падению напряжения на выходе, примерно равному 1.3 вольта, через базу 1-го транзистора на выход.

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

Стабилизатор напряжения с общим эмиттером и отрицательной обратной связью

Иногда можно увидеть красивую конфигурацию в конкретных конструкциях, имеющих пару усилителей с общим эмиттером, обеспечивающих 100-процентную чистую отрицательную обратную связь.

Эта установка показана на следующем рисунке.

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

Это происходит из-за 100% отрицательной обратной связи, которая возникает на коллекторе выходного транзистора и эмиттере транзистора драйвера. Это позволяет усилителю достичь коэффициента усиления с точностью до единицы.

Преимущества регулятора с общим эмиттером и обратной связью

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

Падение напряжения, достигнутое в этих конструкциях, составляет всего около 0,65 В, что способствует большей эффективности и позволяет схеме работать эффективно независимо от того, превышает ли нестабилизированное входное напряжение всего на несколько сотен милливольт ожидаемое выходное напряжение.

Устройство для исключения аккумуляторных батарей, использующее схему последовательного регулятора

Указанная схема разрядника аккумуляторных батарей является функциональной иллюстрацией конструкции, построенной с использованием стандартного последовательного регулятора.

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

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

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

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

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

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

Реальное падение напряжения на выходном усилителе составляет примерно 1,3 В, а при умеренном входном напряжении 10 В это дает на выходе примерно 8,7 Вольт.

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

Добавление ограничения тока к последовательному регулятору

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

Это может быть необходимо, чтобы конструкция могла обеспечить хорошее регулирование при низком выходном импедансе. Поскольку источник питания имеет очень низкий импеданс, в случае случайного короткого замыкания на выходе может пройти очень высокий выходной ток.

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

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

Однако ограничитель тока может вызвать быстрое падение выходного напряжения, если подключенная нагрузка пытается потреблять значительную величину тока.

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

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

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

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

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

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

Это, следовательно, позволяет смещать ток большей величины в сторону Tr1 и отрицательную линию через Tr3 и нагрузку. Это действие дополнительно приводит к пропорциональному увеличению падения выходного напряжения.

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

Настольный источник питания с регулируемым напряжением

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

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

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

Основные характеристики

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

Как это работает

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

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

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

В данной конструкции мы используем довольно простое ограничение тока, определяемое Trl и связанными с ним элементами.Когда блок работает в нормальных условиях, напряжение, создаваемое на резисторе R1, который подключен последовательно с выходом питания, слишком мало, чтобы привести Trl в режим проводимости.

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

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

Это приводит к тому, что R3 и Tr 1 втягивают значительное количество тока, в результате чего падение напряжения на R4 существенно увеличивается, а выходное напряжение уменьшается.

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

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

R6 настроен как нагрузочный резистор, который в основном предотвращает слишком низкий выходной ток и невозможность нормальной работы буферного усилителя. C3 позволяет устройству достичь отличной переходной характеристики.

Недостатки

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

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

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

Список деталей

  • Резисторы. (Все 1/3 ватта 5%).
  • R1 1,2 Ом
  • R2 100 Ом
  • R3 15 Ом
  • R4 1k
  • R5 470 Ом
  • R6 10k
  • VR1 4.7k линейный углерод
  • Конденсаторы
  • C1 2200 мкФ 40V
  • C2 100 мкФ 25V
  • C3 330 нФ
  • Полупроводники
  • Tr1 BC108
  • Tr2 BC107
  • Tr3 BFY51
  • Tr40 T40 D4 1N4002 (4 шт.)
  • D5 BZY88C15V (15 В, стабилитрон 400 мВт)
  • Трансформатор
  • T1 Стандартная первичная сеть, 17 или 18 В, 1 ампер
  • вторичная
  • Переключатель
  • S1 D. ТИХООКЕАНСКОЕ СТАНДАРТНОЕ ВРЕМЯ. роторная сеть или тумблер
  • Разное
  • Корпус, выходные разъемы, печатная плата, сетевой шнур, провод, припой
  • и т. д.

Как остановить перегрев транзистора при более высоких дифференциалах входа / выхода

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

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

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

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

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

Тем не менее, как только падение напряжения на Т2 — серийный регулятор выходит за пределы 5.При напряжении 5 вольт T1 начинает проводить, в результате чего тиристор «открывается» при последующем переходе через ноль на выходе мостового выпрямителя.

Эта конкретная рабочая последовательность постоянно контролирует заряд, подаваемый через C1 — конденсатор фильтра — для того, чтобы нерегулируемое питание оставалось на 5,5 В выше регулируемого выходного напряжения. Значение сопротивления, необходимое для R1, определяется следующим образом:

R1 = 1,4 x Vsec — (Vmin + 5) / 50 (результат будет в кОм)

, где Vsec указывает среднеквадратичное значение вторичного напряжения трансформатора, а Vmin означает минимальное значение регулируемой мощности.

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

Заключение

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

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

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

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

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

Принципиальная схема и ее работа

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

Что такое стабилизатор напряжения серии транзисторов?

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


Схема последовательного транзисторного регулятора напряжения

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

Схема последовательного регулятора напряжения транзистора

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

Operation

Этот транзистор может работать в двух случаях, например, когда выходное напряжение увеличивается и уменьшается.

При уменьшении выходного напряжения

Когда в цепи понижается напряжение включения / выключения, тогда напряжение BE увеличивается, и транзистор начинает работать в большей степени. В результате выходное напряжение будет поддерживаться на стабильном уровне.

Когда увеличивается выходное напряжение

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

Преимущества / недостатки

Преимущества s регулятора напряжения этой серии перечислены ниже.

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

Недостатки регулятора напряжения серии перечислены ниже.

  • Корректировки в пределах тока Зенера уменьшены до значительной суммы; произведенное количество не совсем стабильно.Это происходит из-за того, что как VZ, так и VBE уменьшаются при повышении комнатной температуры.
  • Изменить напряжение o / p непросто, потому что таких ресурсов нет.

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

Регулируемые блоки питания

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

Регуляторы напряжения серии Simple

Рис. 2.2.1 Регулятор простой серии

На рис. 2.2.1 R S и D Z образуют простой регулятор SHUNT, как описано в модуле источника питания 2.1. В этой схеме однако, они используются для обеспечения стабильного опорного напряжения V Z в основе TR1. Напряжение эмиттера Tr1 обычно будет примерно на 0,7 В ниже, чем напряжение базы, и поэтому V OUT будет иметь более низкое напряжение, чем напряжение базы.

В ВЫХ = V Z — V BE

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

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

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

Рис. 2.2.2 Рабочая область стабилитрона

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

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

3. По причинам 1 и 2, указанным выше, любое изменение нагрузки приведет к неидеальному регулированию, поэтому любое изменение на выходе немного изменит нагрузку на входной цепи. По мере того как вход обычно берут из источника ун-регулируемых, входное напряжение будет легко влиять небольшие изменения в токе нагрузки, в качестве входного напряжения также питания для опорного напряжения V Z любое изменение в выходном токе, с помощью влияя на входное напряжение, может оказывать заметное влияние на выходное напряжение, немного снижая эффективность регулирования.

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

Рис. 2.2.3 Серийный регулятор с усилителем обратной связи и ошибки

Обратная связь и усиление ошибок.

Для улучшения простого последовательного регулятора к основной последовательной схеме можно добавить цепь обратной связи и усилитель ошибки.

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

Принципиальная схема

.

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

Стабильная опорное напряжение обеспечивается R4 и D1 от ООН регулируемого входного напряжения. Tr2 — это усилитель ошибки, и его коэффициент усиления устанавливается величиной резистора нагрузки R3. Tr2 сравнивает долю выходного напряжения V F , возвращаемую от делителя выходного потенциала R1 / R2, со стабильным опорным напряжением V Z на стабилитроне D Z .

Рис. 2.2.4 Принципиальная схема для Рис. 2.2.3

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

В ВЫХ = (V Z + V BE2 ) + (V ВЫХ — V F )

Где:

В Z — напряжение на D Z

В BE2 — напряжение база / эмиттер Tr2

В F — напряжение обратной связи, полученное от ползунка VR1

Следовательно:

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

.

и

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

.

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

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

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

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

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

Цепи защиты

Защита от перегрузки по току (ограничение тока)

Фиг.2.2.5 Регулятор серии с защитой от сверхтока

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

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

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

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

Защита от перенапряжения.

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

Работа цепи лома.

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

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

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

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

Принцип работы стабилизатора постоянного напряжения

Я люблю изучать блок питания. Сегодня позвольте мне поделиться, схема регулятора напряжения очень полезна. Кроме того, интересно узнать, как это работает, принцип работы, конструкция и множество примеров схем.

Если вы новичок. Вы должны посмотреть на: Работа нерегулируемого источника питания.

Что такое регулятор?

Представьте, что вы закончили нерегулируемый блок питания 12 В. Но для цифровой нагрузки нужен блок питания 5В.Как делать?

Снизить напряжение до 5В. И еще должно быть постоянное напряжение. Даже при любых нагрузках пульсация остается низкой.

Схема может делать это, называемое «регулятором».

Типы регуляторов напряжения

Обычно мы используем электронные устройства для создания регуляторов напряжения. У них много видов. Но мы можем поместить все в базовые 2 типа регуляторов напряжения, а именно,

  1. Шунтирующий регулятор напряжения
  2. Регулятор напряжения серии

Шунтирующий регулятор напряжения — мы разместим их параллельно с нагрузкой. Часто используют резистор, чтобы уменьшить ток вообще.

С другой стороны, регулятор напряжения серии . Мы разместим его последовательно с грузом.

Смотрите на изображении для сравнения.

Также иногда мы можем разделить его на 2 типа в зависимости от выходного напряжения.

  1. Низкое напряжение — Выходное напряжение ниже 50 В. Используйте только стабилитрон или стабилитрон с транзистором.
    Мы назвали это транзисторным блоком питания. Он может дать только низкое напряжение стабилизации.Потому что безопасное значение VCE составляет около 50 В. А при слишком большом напряжении может произойти пробой перехода в транзисторе.
  2. Высокое напряжение — этот уровень, как правило, не используется. Это напряжение более 50 В. Часто используется для накаливания ламп в сочетании с ламповыми усилителями.

Марка: Регулируемый стабилизатор 0-50V 3A Источник питания

Вы можете не получить представление. Постепенно объясню, не волнуйтесь.

Есть много способов построить регулятор.Начнем с «диода».

Cr: Я люблю изучать английский с помощью блогов по электронике и электронных книг. Я часто захожу на http://www.talkingelectronics.com/ Мистер Колин Митчелл — великий электронщик. Хотя я использую английский как второй язык, но я легко могу читать и понимать его содержание. Я в восторге от этого знания. В детстве я учился у учителя. У кого мои учителя берут этот контент?

Диодный регулятор напряжения

Диод — самый простой регулятор.

См. Изображение ниже. На выходе слишком низкое напряжение. Резистор (R) пропускает ток на диод (D). Резистор снижает напряжение.

Основная идея, если мы измеряем выходное напряжение, всегда будет 0,65 В. Даже входное напряжение от выпрямителя меняет любые напряжения. Может быть 6 В, 12 В или 24 В.

Мы назвали эту форму «Шунтирующий регулятор».

Напряжение между диодом и входом на резисторе упадет. Если больше напряжения, это очень расточительная схема.

Почему? Я вам еще покажу.

Предположим, что входное напряжение 12 В. А ток все 1А. Итак…

Напряжение на резисторе 11,35В. А мощность составляет 11,35 В x 1 А = 11,35 Вт. Слишком расточительно.

Выходная мощность составляет 0,65 В x 1 А = 0,65 Вт.

Итак, большая часть мощности потеряна.

Затем мы пробуем использовать 0,2А. И выходное напряжение по-прежнему составляет 0,65 В. Но мощность на резисторе снизится только до 11,35 x 0,2 = 2,27 Вт.

Как работает диод

Далее мы узнаем больше о работе диодной схемы.Какое сопротивление резистора? Я перерисовал диодную схему, как показано ниже.

Нам нужен ток в диоде 1А. (I = 1A)

Итак, нам нужно использовать резистор на 11,35 Ом.

Потому что…

Это значение получается из закона сопротивления:

Напряжение на R = 12 В — 0,65 В = 11,35 В
R = V / I
= 11,35 В / 1 А
= 11,35 Ом

Испытательная разностная нагрузка

Затем мы добавляем потенциометр 1K (VR1) через диод (D1). VR1 похож на груз.Ток также будет проходить через VR1. И напряжение на D1 и VR1 по-прежнему составляет 0,65 В.

См. Схему ниже.

В то время как первый ток VR1 будет 0,001А или 1 мА. Это означает, что ток через D1 составляет 0,999 А или 999 мА.

Далее начинаем настраивать VR1. Больше тока через VR1. Он потребляет ток от D1. Наконец, ток через VR1 составляет 0,999 А, а D1 — всего 0,001 А.

Как только VR1 пропускает ток 1,001А. Но ток не проходит D1 и регулирование будет потеряно.

Выходное напряжение упадет до 0,64 В или ниже.

Итак, диод будет поддерживать фиксированное напряжение (0,65 В) при токе от нескольких миллиампер до 1 А.

Нам нужны 2 функции диодного регулятора:

  1. Сглаживание напряжения — минимальное уменьшение пульсаций.
  2. Стабильное напряжение — поддерживайте напряжение 0,65 В даже при разнице нагрузки.

Как увеличить выходное напряжение

Мы можем подключить большое количество диодов последовательно, как показано на рисунке.

Они дают большее напряжение. Это 0,65 В на каждый диод.

Если не понятно. Смотрите вот эти:

Стабилитрон

А вот это совсем не удобно. Представьте, что вам нужен регулятор 12 В. Вам нужно еще 20 диодов. Как сделать это проще?

Используйте стабилитрон. Это один из видов диодов. Мы всегда используем обратный способ диода. Стабилитрон работает с пробоем при заданном напряжении.

Например, напряжение стабилитрона 12В, 5.6В. Диапазон напряжений от 2 до 68 В. Но вы подключаете его в том же направлении, что и обычный диод. Он упадет всего на 0,65 В.

Рекомендуется: Принцип работы стабилитрона, пример использования схемы

Эти схемы подходят для небольшой нагрузки, использующей слабый ток.

Если вы хотите узнать , как его проектировать . Подробнее 2 схемы ниже.

Но эти схемы очень тратят энергию. Особенно в резисторе ограничения тока (R1). Значит, КПД у них низкий.

Мы можем решить эти проблемы…

  • Регулирование — Поддерживайте постоянное напряжение.
  • Сглаживание — уменьшение пульсации
  • Эффективность — сокращение тепловых потерь
  • Сохранение низкого веса
  • Снижение затрат.
  • Уменьшить размер.

… с использованием электронного фильтра.

Регулятор напряжения серии транзисторов

Как указано выше, стабилитроны хорошо работают при подходящем токе. В норме они любят слабый ток.

Представьте, если бы мы могли увеличить ток большей нагрузки. Это будет очень эффективно.

В этом транзистор — хороший помощник.

Низкая пульсация с транзисторным фильтром питания

Вот пример электронного фильтра в отрицательном источнике питания, 9В. Это старая трасса. Мы не можем использовать это. Но хороший учитель.

Отличие другое, в нем нет стабилитрона. Хотя это нерегулируемая цепь питания. Но это низкая пульсация, низкий уровень шума, чем у другого.

Смотрите в схеме.

Входной конденсатор C2 поддерживает стабильное напряжение на базе Q1. Если транзистор имеет много коэффициентов усиления, таких как 50. Это может снизить уровень пульсации до минимума.

Транзистор увеличивает высокий ток на выходе в своем эмиттере.

Выход полный на 1А. Из-за:

  • трансформатор 1A на 2A, 6,3V SEC.
  • И C1-1000uF 25V Электролитический конденсатор, можно поменять на 2200uF 25V или добавить еще один параллельно.

Но эта схема также имеет пульсации напряжения и небольшой шум. Мы должны улучшить его с помощью стабилитрона и транзистора.

Работа последовательного регулятора напряжения

Кстати, возвращаемся посмотреть на схему.

Это простой последовательный стабилизатор напряжения, использующий транзистор и стабилитрон. Производят электронный фильтр. Поскольку ток нагрузки проходит через последовательный транзистор Q1.

Сначала подайте нерегулируемый источник постоянного тока на входную клемму. А регулируемый выход находится под нагрузкой. Диод Зенера дает опорное напряжение.

И стабилитрон поддерживает относительно постоянное напряжение при базовом напряжении транзистора Q1.

Есть два интересных состояния:

  • Если выходное напряжение низкое. Затем напряжение база-эмиттер возрастает. Это заставляет транзистор Q1 проводить больше тока. Значит, возрастает и выходное напряжение. В результате выходное напряжение остается на постоянном уровне.
  • Если выходное напряжение увеличивается.Затем напряжение база-эмиттер уменьшается. Это заставляет транзистор Q1 проводить меньше. Итак, выходное напряжение низкое. Следовательно, выходное напряжение остается на постоянном уровне.

Преимущество данной схемы. Мы можем изменить ток стабилитрона на коэффициент β или коэффициент усиления транзистора.

И, влияние импеданса стабилитрона значительно уменьшится. Итак, выход более стабилизировался.

Фото Тима Гоу на Unsplash

Это сложно? Я не хочу видеть тебя такой.

Выбор частей

Снова посмотрите на простой стабилизатор напряжения серии транзисторов.

Мы увидим, что…

  • R1 и ZD1 — это шунтирующий регулятор. — это просто
  • Нагрузке требуется питание 12 В на 1 А.
  • ZD1 — стабилитрон на 12 В. — Поскольку для нагрузки требуется питание 12 В
  • Почему на выходе 11,4 В? Q1 имеет падение напряжения 0,6 В от базы к эмиттеру.
    Итак, если напряжение стабилитрона составляет 12 В, выходное напряжение будет Vout = VZD — VBE
    12 В — 0.6V = 11,4V
  • Транзистор-Q1 пропускает ток 1А в нагрузку через коллектор-эмиттер. Некоторые называют форму последователя эмитента NPN. Мы должны выбрать транзистор с IC (ток коллектора) более 1А.
  • Мы знаем, что ток стабилитрона должен быть низким, около 1 мА. И резистор-R1 пропускает к нему ток. Кроме того, R1 подает базовый ток смещения на Q1.
  • Читаем даташит. Например, TIP41, 2SC1061 и т.д. Q1 должен иметь прирост в 100 раз. Итак, базовый ток составляет 10 мА. ИЛИ, 10 мА x 100 = 1000 мА = 1 А. Таким образом, регулятор будет подавать на нагрузку 1А.

См. В этом блоке питания. Мы используем диодный ток всего 10 мА. Но он может обеспечивать нагрузку 1А. Потому что транзистор усиливает ток диода в 100 раз. Таким образом, это более эффективно, чем использование только одного стабилитрона.

Мы должны это сделать.

  • Выберите подходящее значение стабилитрона.
  • Транзистор хорошо работает, когда напряжение на коллектор-эмиттер должно упасть минимум на 4-5 вольт.
  • Подробнее об улучшении схемы с помощью средства проверки напряжения.

Мой отец однажды сказал, что если мы не понимаем. Мы должны это сделать. Это правда. У меня есть много схем регуляторов напряжения серии транзисторов ниже.

Регулятор серии

с регулируемым выходным напряжением

Если нам нужен источник питания 15 В. Что мы можем сделать?
Во-первых, в предыдущей схеме мы можем изменить напряжение стабилитрона на 15 В. Это легко. Но иногда мы не можем его найти.

Во-вторых, используйте переменный источник питания 0–20 В.Он использует тот же принцип. Только добавление транзисторов и устройств.

ИЛИ, попробуйте переменный источник питания 2 А с защитой от перегрузки. Пожалуйста, не нажимайте на нее, если вам нужна сложная схема .. Ха..га…

В этих схемах мы можем регулировать выходное напряжение.

Также мы можем изменить предыдущую схему, чтобы отрегулировать выходное напряжение. Учиться — это хорошо.

Некоторые называют регулятор напряжения обратной связи серии .

Смотреть в цепи.

Устройств конечно побольше.Конечно, устройств больше. Ты не беспокоишься. Медленно и медленно учись вместе с нами.

Во-первых, вход 20 В попадает в цепь. Как указано выше, R5 и ZD1 представляют собой шунтирующий регулятор. Он поддерживает постоянное напряжение 12 В на ZD1.

В то же время

Мы назвали Q1 проходным транзистором. Потому что весь ток нагрузки проходит через него.

R4 передает ток на базу Q2 с почти полным входным напряжением, чтобы включить его. Затем мощность может перетекать от коллектора к эмиттеру. Итак, выходное напряжение растет.

Тогда R1, R2 и R3 представляют собой сеть делителей напряжения. Они получают выходное напряжение. Затем они создают напряжение на базе Q2. Q2 включается.

Q2 полностью включит коллектор, напряжение 12,7В. (Это напряжение стабилитрона плюс падение напряжения коллектор-эмиттер). Выход Q1 составляет 12,1 В. (Из-за падения на 0,6 В база-эмиттер).

Мы можем настроить R2 для управления выходным напряжением от 12,1 до 16 В.

Транзистор Q2 может питать выходной ток от 0 до 1А.так же, как и в предыдущей схеме. Но Q1 и сеть резисторов обратной связи помогают лучше регулировать.

Также ознакомьтесь с этими статьями:

Как это работает

Он использует принципы отрицательной обратной связи для поддержания почти постоянного выходного напряжения. Он даже изменяет напряжение и ток нагрузки.

Почему это возможно? Есть два интересных случая.

  • Во-первых, предположим, что выходное напряжение увеличивается по какой-либо причине. Это вызывает большее напряжение на R2 и R1.Потому что это часть выходной цепи. И большее напряжение между базой и землей Q2. Q2 еще работает. Тогда больше всего тока течет R3. Итак, Q2 снизил напряжение коллектор-эмиттер. Это вызывает снижение базового напряжения Q1. И, Q1 сокращается. Затем он может поддерживать постоянное выходное напряжение. Потому что напряжение смещено в сторону меньшего.
  • Секунда Аналогично, если выходное напряжение пытается уменьшиться. Напряжение обратной связи или база-земля Q2 также уменьшается. Это уменьшает ток через Q2 и R4.Это означает большее базовое напряжение на Q1 и большее выходное напряжение. Таким образом, он может поддерживать выходное напряжение на исходном уровне.

Хотя сейчас эффективнее, чем раньше. Но все же есть больше развития. Чтобы уменьшить различные недостатки.

Что еще?

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Регулятор напряжения серии

— Электронный блок

Регулятор напряжения серии транзисторов

На рисунке ниже вы можете увидеть простой последовательный стабилизатор напряжения, в котором используются транзистор и стабилитрон.

На рисунке видно, что ток нагрузки проходит через последовательный транзистор Q1 , и поэтому мы называем схему последовательным регулятором напряжения. Вы можете видеть, что мы питаем нерегулируемый постоянный ток. питание через входные клеммы, чтобы мы могли регулировать нагрузку. Здесь, стабилитрон обеспечивает опорное напряжение.

Работа регулятора напряжения серии транзисторов

Базовое напряжение транзистора Q 1 поддерживается на уровне относительно постоянного напряжения на стабилитроне. Например, если используется стабилитрон 8 В (, т.е. ., В, Z = 8 В), базовое напряжение Q 1 останется примерно 8 В. Следовательно, V out = V Z V BE

Случай 1: снижение выходного напряжения

В этом случае повышенное напряжение база-эмиттер заставит транзистор Q 1 проводить больше, тем самым увеличивая выходное напряжение. Следовательно, выходное напряжение будет поддерживаться на постоянном уровне.

Случай 2: Выходное напряжение увеличивается

В этом случае пониженное напряжение база-эмиттер приведет к тому, что Q 1 будет проводить меньше, тем самым уменьшив выходное напряжение. Следовательно, выходное напряжение будет поддерживаться на постоянном уровне.

Преимущество регулятора напряжения серии транзисторов

Преимущество этой схемы в том, что изменения тока стабилитрона уменьшаются в ß раз. Следовательно, влияние импеданса стабилитрона значительно уменьшается, и мы получаем более стабильный выходной сигнал.

Недостаток регулятора напряжения серии транзисторов

  • Несмотря на то, что изменения тока стабилитрона в значительной степени уменьшены, выход не является абсолютно постоянным. Это происходит потому, что значения V BE и V Z уменьшаются с повышением температуры в помещении.
  • Изменить выходное напряжение непросто, поскольку таких средств нет.

Вам могут понравиться следующие статьи

Сасмита

Привет! Я Сасмита.В ElectronicsPost.com я продолжаю свою любовь к преподаванию. Я магистр электроники и телекоммуникаций. И, если вы действительно хотите узнать обо мне больше, посетите мою страницу «О нас». Узнать больше

Стабилизатор напряжения

| Дискретные полупроводниковые схемы

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

  • Четыре батареи по 6 В
  • Стабилитрон, 12 В — тип 1N4742 (каталог Radio Shack № 276-563 или аналогичный)
  • Один резистор 10 кОм

Для этого эксперимента подойдет любой низковольтный стабилитрон. Перечисленная здесь модель 1N4742 (напряжение стабилитрона = 12 вольт) является лишь одним предложением.

Какую бы модель диода вы ни выбрали, я настоятельно рекомендую диод с номинальным напряжением стабилитрона , превышающим , чем напряжение одной батареи, для максимального обучения. Важно, чтобы вы видели, как работает стабилитрон при напряжении на меньше, чем его номинального пробоя.

ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИЯ

Создайте эту простую схему, подключив диод в режиме «обратного смещения» (положительный катод и отрицательный анод), и измерьте напряжение на диоде, используя одну батарею в качестве источника питания.Запишите это падение напряжения для использования в будущем.

Также измерьте и запишите падение напряжения на резисторах 10 кОм. Измените схему, подключив последовательно две 6-вольтовые батареи для получения общего напряжения источника питания 12 вольт. Повторно измерьте падение напряжения на диоде, а также падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра:

.

Соедините последовательно три, а затем четыре 6-вольтовых батареи, образуя источник питания на 18 и 24 В соответственно.Измерьте и запишите падения напряжения на диодах и резисторах для каждого нового напряжения источника питания.

Что вы заметили в падении напряжения на диоде для этих четырех разных источников напряжения? Вы видите, что напряжение на диоде никогда не превышает 12 вольт?

Что вы заметили в падении напряжения на резисторе для этих четырех различных уровней напряжения источника? Стабилитроны часто используются в качестве устройств регулирования напряжения , поскольку они действуют для ограничения падения напряжения на себе на заранее определенном уровне.

Любое избыточное напряжение, подаваемое источником питания, падает на последовательном резисторе. Однако важно отметить, что стабилитрон не может компенсировать при недостатке напряжения источника.

Например, этот 12-вольтовый стабилитрон не пропускает 12 вольт при напряжении источника питания всего 6 вольт. Полезно думать о стабилитроне как о ограничителе напряжения : устанавливая максимальное падение напряжения, но не минимальное падение напряжения.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (дословно создайте текстовый файл, содержащий следующий текст):

Стабилитрон v1 1 0 r1 1 2 10k d1 0 2 mod1.модель mod1 d bv = 12 .dc v1 18 18 1 .print dc v (2,0) .end 

Стабилитрон можно смоделировать в SPICE с помощью обычного диода, параметр обратного пробоя (bv = 12) установлен на желаемое напряжение пробоя стабилитрона.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Линейный стабилизатор напряжения

IC с NPN транзистором

Введение

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

Обзор системы перед трехконтактным регулятором IC

смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab

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

Следующим шагом является устранение неисправности переменного тока. Это удваивает частоту, но это главная цель состоит в том, чтобы сохранить все колебания на одной стороне опорного заземления, так что они могут быть суммированы в нерегулируемом значение постоянного тока после прохождения через фильтр.

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

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

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

Система регулятора с внешним усилением

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

смоделировать эту схему

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

А теперь посмотрим, что вы пробовали:

смоделировать эту схему

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

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

Просто не пойдет.

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

смоделировать эту схему

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

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

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

Метод комбинированных транзисторов

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

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

смоделировать эту схему

Обратите внимание, что PNP BJT находится в своем обычном расположении, используя \ $ R_2 \ $ для измерения тока в ИС регулятора.Его ток коллектора теперь обеспечивает базовый ток, необходимый для питания NPN BJT, а оставшаяся часть принудительно проходит через \ $ R_1 \ $. Именно этот остаточный ток, часть, остающаяся после подачи тока базы \ $ Q_1 \ $, развивает напряжение на \ $ R_1 \ $ и активирует питание NPN BJT. Блок питания NPN BJT теперь обеспечивает большую часть тока нагрузки (если схема хорошо спроектирована).

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

Стабилизат

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *