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

(для регионов бесплатно)

Содержание

БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

   Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.

Схема БП с регулировкой тока и напряжения

   Изначально на фото печатной платы автора были ошибки, печатка была скопирована и доработана, ошибки устранены.

   Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.

   При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.

Индикатор для блока питания

   Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.

   Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:

   Плёнка — самоклейка типа «бамбук». Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.

Дополнения от BFG5000

   Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер — кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов — с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ — появляется прирост проходящей мощности.

   Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 — поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.

   Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000.

   Форум по БП

   Форум по обсуждению материала БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ






ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА USB ПОРТА

Варианты выполнения гальванической развязки USB порта. Современные микросхемы для емкостной, оптической и электромагнитной развязки.


Лабораторный Блок Питания от0…30в 3а с регулировкой тока ограничения — Блоки питания (лабораторные) — Источники питания


Для настройки или ремонта радиотехнических устройств необходимо иметь несколько источников питания. У многих дома уже есть такие устройства, но, как правило, они имеют ограниченные эксплуатационные возможности (допустимый ток нагрузки до 1 А, а если и предусмотрена токовая защита, то она инерционна или без возможности регулировать — триггерная). В общем такие источники по своим техническим характеристикам не могут конкурировать с промышленными блоками питания. Приобретать же универсальный лабораторный промышленный источник довольно дорого.

Использование современной схемотехники и элементной базы позволяют сделать в домашних условиях источник питания, по основным техническим характеристикам не уступающий лучшим промышленным образцам. При этом он может быть простым в изготовлении и настройке.

Основные требования, которым должен удовлетворять такой источник питания: регулировка напряжения в диапазоне 0…30 В; способность обеспечить ток в нагрузке до 3 А при минимальных пульсациях; регулировка срабатывания токовой защиты. Кроме того, срабатывание защиты по току должно быть достаточно быстрым, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.

Возможность плавно регулировать в источнике питания ограничения тока позволяет при настройке внешних устройств исключить их повреждение.

Всем этим требованиям удовлетворяет предлагаемая ниже схема универсального источника питания. Кроме того, данный блок питания позволяет использовать его в качестве источника стабильного тока (до 3 А).

Основные технические характеристики источника питания:

плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 30 В;

напряжение пульсации при токе 3 А не более 1 мВ;

плавная регулировка тока ограничения (защиты) от 0 до 3 А;

коэффициент нестабильности по напряжению не хуже 0,001%/В;

коэффициент нестабильности по току не хуже 0,01%/В;

КПД источника не хуже 0,6.

Электрическая схема источника питания, рис. 4.10, состоит из схемы управления (узел А1), трансформатора (Т1), выпрямителя (VD5…VD8), силового регулирующего транзистора VT3 и блока коммутации обмоток трансформатора (А2).

Схема управления (А1) собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе, и питается от отдельной обмотки трансформатора. Это обеспечивает регулировку выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства. А для облегчения теплового режима работы силового регулирующего транзистора применен трансформатор с секционированной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются в

зависимости от уровня выходного напряжения при помощи реле К1, К2. Что позволяет, несмотря на большой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 небольших размеров, а также повысить КПД стабилизатора.

Блок коммутации (А2), чтобы при помощи всего двух реле обеспечить переключение четырех отводов трансформатора, выполняет их включение в следующей последовательности: при превышении выходного напряжения уровня 7,5 В — включается К1; при превышения уровня 15 В включается К2; при превышении 22 В—отключается К1 (в этом случае с обмоток трансформатора поступает максимальное напряжение).

Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD11…VD13). Отключение реле при снижении напряжения выполняется в обратной последовательности, но с гистерезисом примерно 0,3 В, т.е. когда напряжение снизится на это значение ниже чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.

Схема управления (А1) состоит из стабилизатора напряжения и стабилизатора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от положения регулятора «I» (R18).

Стабилизатор напряжения собран на элементах DA1.1-VT2-VT3. Работает схема стабилизатора следующим образом. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами «грубо» (R16) и «точно» (R17). В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи по напряжению (-Uoc) с выхода (Х2) через делитель из резисторов R16-R17-R7 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1/2. На этот же вход через резисторы R3-R5-R7 подается опорное напряжение +9 В. В момент включения схемы на выходе DA1/12 будет увеличиваться положительное напряжение (оно через транзистор VT2 приходит на управление VT3) до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах Х1-Х2 не достигнет установленного резисторами R16-R17 уровня.

За счет отрицательной обратной связи по напряжению, поступающей с выхода Х2 на вход усилителя DA1/2, выполняется стабилизация выходного напряжения источника питания.

При этом выходное напряжение будет определяться соотношением:

 

где Uon=9 В

Соответственно изменяя сопротивление резисторов R16 («грубо») и R17 («точно»), можно менять выходное напряжение (Uвых) от 0 до 30 В.

Когда к выходу источника питания подключена нагрузка, в его выходной цепи начинает протекать ток, создающий положительное падение напряжения на резисторе R19 (относительно общего провода схемы). Это напряжение поступает через резистор R18 в точку соединения R6-R8. Со стабилитрона VD2 через R4-R6 подается опорное отрицательное напряжение (-9 В). Операционный усилитель DA1.2 усиливает разность между ними. Пока разность отрицательная (т.е. выходной ток меньше установленной резистором R18 величины), на выходе DA1/10 действует+15 В. Транзистор VT1 будет закрыт и эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

При увеличении тока нагрузки до величины, при которой на входе DA1/7 появится положительное напряжение, на выходе DA1/10 будет отрицательное напряжение и транзистор VT1 приоткроется. В цепи R13-R12-HL1 протекает ток, который уменьшит открывающее напряжение на базе регулирующего силового транзистора VT3.

Свечение красного светодиода (HL1) сигнализирует о переходе схемы в режим ограничения тока. В этом случае выходное напряжение источника питания снизится до такой величины, при которой выходной ток будет иметь значение, достаточное для того, чтобы напряжение обратной связи по току (Uoc), снимаемое с резистора R16, и опорное в точке соединения R6-R8-R18 взаимно компенсировались, т.е. появился нулевой потенциал. В результате выходной ток источника окажется ограниченным на уровне, задаваемым положением движка резистора R18. При этом ток в выходной цепи будет определяться соотношением:

 

где Uon=-9 В

Диоды (VD3) на входах операционных усилителей обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Конденсатор СЗ ограничивает полосу усиливаемых частот ОУ, что предотвращает самовозбуждение и повышает устойчивость работы схемы.

Особенности конструкции

Части схемы, выделенные пунктиром (узлы А1 и А2), располагаются на двух печатных платах размером 80х65 мм из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1…3 мм.

Для узла А1 топология и расположение элементов показаны на рис. 4.11.

Узел А2 может быть выполнен объемным монтажом и его размеры зависят от типа применяемых репе.

При сборке использованы детали: подстроенные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; переменные резисторы R16…R18 типа СПЗ-4а или ППБ-1А; постоянные резисторы R19 типа С5-16МВ на 5 Вт, остальные из серии МЛТ и С2-23 соответствующей мощности.

Конденсаторы С1, С2, СЗ, С10 типа К10-17, электролитические С4…С9 типа К50-35 (К50-32).

Микросхема DA1 может быть заменена импортным аналогом А747; DA2 на 78L15; DA3 на 79L15.

Светодиоды HL1, HL2 подойдут любые с разным цветом свечения. Транзисторы VT1, VT2 могут быть заменены на КТ3107А (Б). Сиговой транзистор VT3 устанавливается на радиатор площадью около 1000 см кв. Разъем ХЗ на плате А1 типа РШ2Н-2-15.

Репе К1, К2 применены польского производства типоразмера R-15 с обмоткой на рабочее напряжение 24 В (сопротивление обмотки 430 Ом) — они за счет бескорпусного исполнения имеют малые габариты и достаточно мощные переключающие контакты.

Микроамперметр РА1 малогабаритный типа М42303 или аналогичный с внутренним шунтом на ток до 3 или 5 А. Для удобства эксплуатации источника питания схему можно дополнить вольтметром, показывающим выходное напряжение.

Сетевой трансформатор Т1 изготавливается самостоятельно на основе броневого унифицированного промышленного трансформатора мощностью 160 Вт (например, из серии ОСМ1 ТУ16-717.137-83). Железо в месте расположения каркаса катушки имеет сечение 40х32 мм. Потребуется удалить все вторичные обмотки, оставив только сетевую (если первичная обмотка рассчитана на 380 В, то с нее сматываем


300 витков). -5-4-3 содержит 16+15+15+15 витков проводом ПЭЛ диаметром 1,5 мм. Вторичные обмотки трансформатора должны обеспечивать на холостом ходу напряжения 18+18 В и 7,5+7,5+7,5+7,5 В соответственно.

При безошибочном монтаже в схеме узла А1 потребуется настроить только максимум диапазона регулировки выходного напряжения 0…30 В резистором R5 и максимальный ток защиты ЗА — резистором R6.

Блок коммутации (А2) в настройке не нуждается. Необходимо только проверить пороги переключения реле К1, К2 и соответствующее увеличение напряжения на конденсаторе С8.

При работе схемы в режиме стабилизации напряжения светится зеленый светодиод (HL2), а при переходе в режим стабилизации тока — красный (HL1).

Для увеличения максимально допустимого тока в нагрузке до 5 А в схему потребуется внести изменения, показанные на рис. 4.12 (устанавливается параллельно два силовых транзистора). Это вызвано необходимостью обеспечить надежную работу устройства в случае короткого замыкания на выходных клеммах.

В наихудшем случае силовые транзисторы кратковременно должны выдерживать перегрузку по мощности Р=11вх1=35-5=175 Вт. А ‘ один транзистор КТ827А может рассеивать мощность не более 125 Вт.

 

Переключающие напряжение с трансформатора Т1 реле К1 и К2 инерционны и не обеспечивают мгновенное снижение напряжения, приходящего со вторичной обмотки Т1, но они уменьшат тепловую рассеиваемую мощность на силовых транзисторах при длительной работе источника.

В случае выполнения источника питания на ток 5 А необходимо также уменьшить номинал резистора R19 до 0,2 Ом и с учетом этого пересчитать значения резистора R18 по формуле:

Радиолюбительский блок питания

А.Добуш г.Винница

Рано или поздно перед радиолюбителем возникает проблема изготовления универсального блока питания (БП), который пригодился бы на «все случаи жизни». То есть имел достаточную мощность, надёжность и регулируемое в широких пределах выходное напряжение, к тому же защищал нагрузку от «чрезмерного потребления» тока при испытаниях и не боялся коротких замыканий.

Предлагается, по мнению автора, наиболее удовлетворяющий этим условиям достаточно простой для повторения БП, обеспечивающий стабилизированное напряжение 1,5-24 В при выходном токе до ЗА. Кроме того, он может работать в режиме источника тока с возможностью плавной регулировки тока стабилизации в пределах 10-100 мА или с фиксированными значениями тока 0,1 А, 1 А, 3 А.

Рассмотрим схему БП (см. рис.1). Основой её является традиционная схема стабилизатора напряжения, «сердцем» — микросхема КР142ЕН12, которая в настоящее время доступна широкому кругу радиолюбителей. В качестве силового трансформатора выбран довольно мощный унифицированный накальный трансформатор ТН-56, который имеет четыре вторичные обмотки с допустимым током 3,4 А и напряжением каждой 6,3 В. В зависимости от требуемого выходного напряжения переключателем SA2 подключаются две, три или четыре последовательно соединённые обмотки. Это необходимо для уменьшения мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе, а, следовательно, повышения КПД устройства и облегчения температурного режима. Действительно, в самом неблагоприятном режиме, при максимальной разности между входным и выходным напряжениями (конечно, если выходное напряжение соответствует диапазону, указанному переключателем SA2) и максимальном токе 3 А рассеиваемая на регулирующем элементе мощность составит:

Pрасс. max = (UВх.max — 2Uvd — UВых.min) * Imax (1)
Pрасс.max = (12,6 — 2 * 0,7 — 1,5) * 3 = 29,1 Вт,

где UВх.max — максимальное входное действующее напряжение данного диапазона; UВых.min — минимальное выходное напряжение данного диапазона; Uvd — падение напряжения на диоде выпрямительного моста. Легко проверить, что без разделения выходного напряжения на диапазоны рассеиваемая регулирующим элементом мощность достигает 70 Вт.

Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и сглаживается на конденсаторе C5. Предохранитель FU2 защищает трансформатор при выходе из строя диодов выпрямителя. Транзисторы VT1, VT2 служат для увеличения выходного тока БП и облегчения режима работы интегрального стабилизатора DA1. Резистором R1 задаётся ток через DA1, открывающий VT2:

IDA1 = UБЭVT2 / R1 = 0,7 / 51 = 0,014 А, (2)

где UБЭVT2 — открывающее напряжение эмиттер-база транзистора VT2. При токе 14 мА микросхема DA1 может работать без радиатора. Для повышения стабильности выходного напряжения регулирующее напряжение снимается с линейки резисторов R2-R4, подключенной к выходу микросхемы и подаётся на «управляющий» вывод 01 DA1 через развязывающий диод VD6. Регулировка выходного напряжения осуществляется резисторами: R4 — «ГРУБО» и R3 — «ТОЧНО». Стабилизатор тока выполнен на DA1, токозадающих резисторах R5-R9 и развязывающем диоде VD7. Выбор необходимого дискретного тока стабилизации осуществляется переключателем SA3. Кроме того, на пределе «10-100 мА» возможна плавная регулировка тока резистором R9. При необходимости можно изменить ток стабилизации, изменив номиналы задающих резисторов используя формулу:

R = 1.35 / Iстаб, (3)

где R — сопротивление токозадающего резистора, Ом; Iстаб — ток стабилизации, А. Мощность токозадающих резисторов определяется по формуле:

Р = I&sup2 * R, (4)

где I — ток стабилизации диапазона; R — сопротивление резистора. Реально мощность токозадающих резисторов из соображения надёжности сознательно увеличена. Так резистор R8 типа С5-16В выбран мощностью 10 Вт. В режиме стабилизации тока (переключатель SA3 в положении «3 А») на резисторе рассеивается мощность 3,8 Вт. И если даже поставить пятиваттный резистор, то его загрузка по мощности составит 72% от максимально допустимой. Аналогично R7 типа С5-16В имеет мощность 5 Вт, но также можно применить МЛТ-2. Резистор R6 типа МЛТ-2, но можно поставить МЛТ-1. R9 — проволочный переменный резистор типа ППЗ-43 мощностью 3 Вт. R5 типа МЛТ-1. Эти резисторы надо располагать так, чтобы они охлаждались наилучшим образом и не грели по возможности другие элементы схемы, а также друг друга. Для наглядности регулировки (устанавливаемого тока) на лимбе резистора R9 делают отметки 10, 20, 50, 75 и 100 мА, воспользовавшись внешним миллиамперметром (тестером), подключив его непосредственно к гнёздам БП.

Дополнительные удобства при работе с БП обеспечивает вольтметр pV, в качестве которого используется микроамперметр типа М95 с током полного отклонения 0,15 мА.

Сопротивление резистора R11 подбирается так, чтобы конечному значению шкалы соответствовало напряжение 30 В. Также можно использовать любую другую измерительную головку с током полного отклонения до 1,5 мА, подобрав токоограничительный резистор R11.

В качестве переключателей SA2, SA3 используются галетные — типа 11ПЗНМП. Для увеличения допустимого коммутируемого тока эквивалентные выводы трёх галет запараллелены. Фиксатор установлен в зависимости от количества положений.

Конденсатор C5 сборный и состоит из пяти параллельно включенных конденсаторов типа К50-12 ёмкостью 2000 мкф x 50 В.

Транзистор VT1 установлен снаружи на радиаторе площадью 400 см&sup2. Его можно заменить на КТ803А, КТ808А, VT2 может быть заменён на КТ816Г. Пару транзисторов VT1, VT2 можно заменить одним КТ827А, Б, В или Д (При такой замене диод VD5 можно исключить, т. к. он уже имеется внутри транзистора. A.K.). Диоды VD6, VD7 любые, лучше германиевые с меньшим прямым падением напряжения и допустимым обратным напряжением не менее 30 В. Диоды VD1 — VD4 типа КД206А, КД202А, Б, В или аналогичные устанавливаются на радиаторах.

При самостоятельном изготовлении трансформатора TV1 можно руководствоваться методикой, описанной в [З]. Габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 100 Вт, лучше 120Вт. При этом можно будет домотать ещё одну обмотку напряжением 6,3 В. В этом случае добавится ещё один диапазон 24 — 30 В, что обеспечит при токе нагрузки 3 А диапазон регулирования выходного напряжения 1,5-30 В.

Наладка блока питания проводится по известной методике и особенностей не имеет. Правильно собранный БП начинает работать сразу. При работе с БП вначале переключателем SA2 выбирают необходимый диапазон выходного напряжения, резисторами «ГРУБО» и «ТОЧНО» выставляют требуемое выходное напряжение, ориентируясь по показаниям встроенного вольтметра. Переключателем SA3 выбирают предел ограничения тока и подключают нагрузку. Следует отметить, что при всей простоте схемы данный блок питания совмещает два устройства: стабилизатор напряжения плюс стабилизатор тока. БП не боится коротких замыканий и даже может защитить элементы подключаемого к нему электронного устройства, что очень важно при проведении различных испытаний в радиолюбительской практике.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Нефёдов А.В., Аксёнов А. И., Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Микросхемы: Справочник. — М: Радиосвязь, 1993.
2. Акимов Н.Н., Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник. — Минск.: Беларусь, 1994.
3. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / Р.М.Терещук, К.М.Терещук. — Киев: Наукова думка, 1988.

&copy Радиохобби, №5, 1999 г.

Блок питания с регулировкой напряжения

 

Схема и описание самодельного блока питания с плавной регулировкой выходного напряжения.


При ремонте и настройке  радиоэлектронной аппаратуры, часто приходится пользоваться  блоками питания с широким  диапазоном выходных напряжений.   Приходится использовать целую «коллекцию» разнообразных источников питания, что весьма неудобно! Блок питания с регулировкой напряжения, схема которого приведена ниже, отлично подойдет для радиолюбительской мастерской и в полной мере избавит от таких неудобств.

Нажмите на рисунок для просмотра.

Выходное напряжение этого универсального блока питания плавно изменяется в пределах от 0,5 до 12 В (возможно значительно расширить максимальный придел выходного напряжения). При этом оно остается стабильным не только при изменениях сетевого напряжения, но и при изменениях тока нагрузки от нескольких миллиампер до 2…3 ампер и более!

Рассмотрим подробнее устройство этого блока питания…

Включение в сеть производится с помощью вилки ХР1. Сетевое напряжение через предохранитель FU1 поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1.

 Со вторичной обмотки напряжение поступает на диоды VD1-VD4включенные по мостовой схеме. Чтобы выпрямленное напряжение было более «чистым», на выходе выпрямителя установлен оксидный конденсатор С1 большой емкости (2000 мкФ).

 Выпрямленное и очищенное от пульсаций напряжение поступает на несколько цепей:  R2, VD5, VT1; R3, VD6, R4; VT2, VT3, R5.  Детали VD6 –это стабилитрон с балластным резистором. Они составляют параметрический стабилизатор. Н зависимо от колебаний выпрямленного напряжения  на стабилитроне будет строго определенное напряжение, равное напряжению стабилизации данного типа стабилитрона ( в нашем случае 11 -14 В). Параллельно стабилитрону включен переменный резистор R4, с помощью которого и регулируют выходное напряжение блока питания.

 С движка переменного резистора напряжение подается на усилительный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Можно считать, что это усилитель  мощности, обеспечивающий нужный ток через нагрузку при заданном выходном напряжении.

 Резистор R7 имитирует нагрузку блока питания, когда к выходу блока питания ничего не подключено. Для контроля выходного напряжения в блок введен вольтметр состоящий из микроамперметра и добавочного резистора.

Трансформатор должен обеспечивать на вторичной обмотке переменное напряжение около 14-18 В при токе потребления до 0,5 А.   Транзисторы   VT1-VT2  из серии КТ 816 или подобные им. Транзистор VT3 любой из серии КТ837 и его нужно установить на радиатор средних размеров.

Для расширения предельных выходных напряжения и тока можно сделать следующее: для увеличения предельного уровня напряжения подберите стабилитрон VD6 с большим напряжением стабилизации; установите трансформатор с большим выходным напряжением на вторичной обмотке.  Для увеличения мощности блока питания достаточно установить более мощный трансформатор и транзисторы.  Особенно это касается транзистора VT3! Его лучше установить на мощный радиатор.  Если сделать все выше перечисленное, то таким блоком питания с регулировкой напряжения можно легко заряжать даже автомобильные аккумуляторы! Успехов!

Рекомендуем посмотреть:

Схема стабилизатора для блока питания

Схема стабилизатора 2в 30мкА


РАДИО для ВСЕХ — ЛБП однополярный

Однополярный лабораторный блок питания 0-30В/0-3А с «грубой» и «плавной» регулировками выходного напряжения, регулировкой выходного тока (ограничения по току) и индикацией режима работы — регулировка напряжения или включение ограничения тока. В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZ44N.

Наконец вытравил и просверлил отверстия в плате ЛБП, чтобы убедиться в работоспособности схемы — всё заработало почти сразу ;-(… Платы будут изготовлены с маской и маркировкой в двух вариантах: ЛБП с питанием напряжением постоянного тока — без выпрямительного моста и переменного резистора «плавно» для регулировки выходного напряжения, ЛБП с питанием напряжением переменного тока — выпрямительный мост установлен на плате и для регулировки выходного напряжения предусмотрен переменный резистор «плавно», а в остальном всё без изменений. Если диодный мост не нужен (будет применён внешний), то на плате вместо него необходимо просто установить перемычки. Обе схемы приведены ниже. Покупайте печатные платы, наборы для сборки, собирайте и пользуйтесь 😉

Технические характеристики:

Входное напряжение (для платы с диодным мостом):  7. ..32В переменного тока

Входное напряжение (для платы без диодного моста): 9…45В постоянного тока

Ток нагрузки: 0-3А (с индикацией включения режима ограничения тока)

Нестабильность выходного напряжения: не более 1%


Краткое описание конструкциии:

Для однополярного блока питания разработаны две печатные платы размерами 62х59 мм и 92х59 мм. Фотовид печатных плат приведен ниже. На печатных платах предусмотрены отверстия диаметром 3 мм. В верхней части платы, для крепления радиатора и в нижней части для, крепления самой платы в корпусе блока питания. Регулирующий транзистор необходимо установить на большой 😉 радиатор с площадью поверхности не менее 300 см кв. Транзистор Q1 необходимо закрепить с применением теплопроводящей пасты и, при необходимости, с применением изолирующих теплопроводящих подложек. Переменные резисторы регулировки тока и напряжения можно закрепить на передней панели блока питания непосредственно при помощи штатных гаек.

 

Примечание к схемам блока питания:

После сборки и опробования блока питания покупателем, было замечено, что при отключении от сети блока питания с небольшой нагрузкой или без нагрузки наблюдается некоторое уменьшение напряжения, а потом его всплеск до 12-15В и затем снижение до нуля. Как оказалось, это происходит из-за того, что напряжение, запирающее полевой транзистор, пропадает раньше, чем разрядится конденсатор фильтра CF. При проверке блока питания под нагрузкой мощной лампой такого замечено не было (по понятным причинам). Для устранения броска напряжения необходимо подключить электролитический конденсатор С5 470мкФх6,3В с вывода 8 м/сх на общий провод (припаять сверху над микросхемой между выводами 8 и 11) — см. схемы.

 

Работа схемы:

Схема стабилизации напряжения собрана на U1.3 и U1.4. На U1.4 собран дифференциальный каскад, усиливающий напряжение делителя обратной связи, образованного резисторами R14 и R15. Усиленный сигнал поступает на компаратор U1.3, сравнивающий выходное напряжение с образцовым, сформированным стабилизатором U2 и потенциометром RV2. Полученная разница напряжений поступает на транзистор Q2, управляющий регулирующим элементом Q1. Ограничение тока осуществляется  компаратором U1.1, который сравнивает падение напряжения на шунте R16 с опорным, сформированным потенциометром RV1. При превышении заданного порога, U1.1 изменяет опорное напряжение для компаратора U1.3, что приводит к пропорциональному изменению выходного напряжения. На операционном усилителе U1.2 собран узел индикации режима работы устройства. При понижении напряжения на выходе U1.1 ниже напряжения сформированного делителем R2 и R3, светится светодиод D1, сигнализирующий о переходе схемы в режим стабилизации тока.

Примечание:

В случае работы устройства от питающего напряжения ниже 23В, стабилитрон D3 необходимо заменить перемычкой. Так же, возможно питать слаботочную часть схемы от отдельного источника, подав напряжение 9-35В непосредственно на вход стабилизатора U3 и удалив стабилитрон D3.


ВОЛЬТМЕТРЫ и АМПЕРМЕТРЫ с семисегментными LED индикаторами

Выложены здесь >>> Это не китайские измерительные приборы! Made in Donetsk


Сделанные на скорую руку видео работы блока питания можно посмотреть по ссылкам приведенным ниже. На одном видео заснято опробование цифрового вольтметра на недорогой специализированной м/сх ICL7107. 




Стоимость печатной платы размерами 62х59 мм под два переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость печатной платы размерами 92х59 мм под три переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на два резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на три резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Краткое описание, схема и перечень деталей набора здесь >>> и здесь >>>

 



Спасибо за уделённое внимание! Всем удачи, мира, добра, 73!

 

Регулируемый блок питания на TL494

Большинство блоков питания (БП) изготавливается нерегулируемыми. Это удобно и просто для производителей, а также для самих пользователей. Если вам нужно напряжение 5 В, то вы просто подключите нужный источник питания и не будете думать о совместимости напряжений или других параметров.

В противном случае, если, например, с предыдущего включения было выставлено другое напряжение, пусть 30 В, то схема потребителя, рассчитанного максимум на 5В, может легко выйти из строя.

Поэтому регулируемый БП – достаточно специфичное устройство. Оно может пригодиться, например, для:

  • Проведения опытов и лабораторных работ в школе или других учебных заведениях;
  • Исследовательских центров и других организаций, занимающихся научной деятельностью;
  • Радиомастерских и точек ремонта бытовой или цифровой техники.
  • Радиолюбителей.

 

В зависимости от предполагаемых нагрузок и степени точности выходных параметров есть большое количество специальных готовых блоков питания. Но все они имеют один минус – кусающийся ценник.

Можно собрать аналогичный прибор за более приемлемую стоимость.

Проектирование БП – сложный процесс, требующий знаний и навыков. Есть два сильно отличающихся подхода к формированию напряжения:

  • На силовых трансформаторах;
  • На импульсных трансформаторах (ИБП).

 

Оба имеют свои плюсы и минусы. ИБП традиционно имеют сильно меньшие габариты и хорошие характеристики, но требуют защиты цепей от ВЧ-помех и не могут работать без нагрузки.

 

TL494

Основная идея импульсного преобразования заключается в том, чтобы повысить колебания тока так, чтобы ввести трансформатор в режим насыщения. В этом случае снижаются потери в сердечнике и КПД преобразования существенно возрастает (собственно, по этой причине и становится возможным уменьшение габаритов).

Соответственно, для создания колебаний нужен колебательный контур. Его можно построить на классических RC-элементах, а можно взять готовые таймеры.

Одним из самых широко распространённых и проверенных временем является ШИМ-контроллер TL494, он же КР1114ЕУ4.

Есть масса других аналогов – как полных, так и улучшенных.

К ключевым характеристикам микросхемы можно отнести следующие:

  • Поддерживается напряжение на входе и выходе – от 7 до 40 В;
  • Сила тока – рабочая до 200, максимальная – не более 250 мА.

 

Схемы блока питания

Проверенная и точно рабочая схема.

Рис. 1. Схемы блока питания

 

На выходе получаются следующие параметры:

  • Постоянное напряжение – от 0 до 30 В.
  • Ток – до 15 А.
  • Питание – от сети переменного тока.
  • Есть режим стабилизации напряжения.
  • Встроенная защита от КЗ.
  • Компактные размеры.

 

Основная сложность здесь заключается в расчёте и намотке трансформатора. Если вы проектируете свою схему – используйте специальное ПО (например, ExcellentIT). Для всех остальных – мы обозначили готовые модели, которые подойдут для сборки.

Перечень элементов указан на схеме.

 

Переделка имеющегося блока

Если у вас уже есть БП на базе TL494, но он не регулируется, схему можно доработать. Пример с регулируемыми напряжением и силой тока.

Рис. 2. Схема переделонного блока питания

 

Как это будет выглядеть на практике. Вы выпаиваете имеющуюся микросхему и собираете с ней новую обвязку, обозначенную на приведённой выше схеме. Теперь можно подключить обвязку вместо микросхемы.

За регулировку тока будет отвечать резистор R10, за напряжение отвечает R4.

Если обвязка будет устанавливаться в схемы с высокими напряжениями, то нужно заменить диоды и конденсаторы на подходящие по параметрам.

 

БП на базе понижающих трансформаторов

Достаточно простые в реализации. Используются доступные элементы.

Схема первая.

Рис. 3. БП на базе понижающих трансформаторов

 

Схема вторая.

Рис. 4. БП на базе понижающих трансформаторов


Автор: RadioRadar

Управляемый стабилитрон TL431 и Линейный Лабораторный блок питания 0-35В 0-1А (можно сделать и на 10А)

Всем добрый день дорогие Муськовчане. Долго думал, писать этот обзор или нет. Но все же решил написать, что бы рассказать Вам, как можно сделать Лабораторный линейный блок питания с широкой регулировкой напряжения (грубо и точно) и ограничением тока. Главным электронным компонентом будет широко распространенный управляемый стабилитрон TL431. Я несколько раз покупал на Али эти радиодетали, как в в корпусе ТО-92, так и в SMD исполнении, так как данная деталь очень широко используется в радиотехнике. В общем, всех неравнодушных к электронике, любителей самоделок прошу под Кат…

Немного истории, это была первая схема которую я собрал после 25 летнего перерыва. Пришлось все осваивать заново, тем более технологии продвинулись, появилась возможность изготавливать печатные платы по технологии ЛУТ, о чем я даже не мог мечтать в далекой юности… И сразу же стал Вопрос №1 — кроме паяльника, авометра и канифоли любому радиолюбителю нужен Линейный лабораторный блок питания. Который я решил изготовить самостоятельно. Можно было бы, конечно, что -то сколхозить на LM317, и т. п свою первую поделку, но… Это не наш метод… ©, потому я решил сколхозить что-то посложнее…
Нашел форум «Паяльник», выбрал там схему… И пошло-поехало… Сразу предупреждаю схема не моя, а замечательного автора, моего ныне друга Владимира 65, я как раз попал на начало обсуждения этой схемы, которая была проверена только в мультисиме, и в железе, я и еще пару форумчан собирали и проходили все возможные грабли, загубив кучу радиодеталей… Все печатные платы были нарисованы самостоятельно, понятно, что очень далеки до совершенства, но тем не менее блок питания работает больше 3-х лет, давая очень чистое от помех выходное напряжение… Потом была изготовлена 2 и 3 версия, но у меня на столе до сих пор работает именно этот первый мой «колхозный» блок питания.
Я дам прямую ссылку на тему, желающие повторить данный блок питания могут выбрать кучу вариантов под любые свои нужды, там же есть архивы с печатными платами разных авторов (и моя в том числе), потому выбор есть… Вот ссылка на тему: forum. cxem.net/index.php?/topic/123103-лабораторный-бп-на-tl431
Поскольку обзор про управляемый стабилитрон TL431 то дам популярное описание, что это такое. Желающие пополнить свой багаж знаний могут пройти по этой ссылке и прочитать про микросхему самостоятельно: vprl.ru/publ/tekhnologii/nachinajushhim/tl431_chto_ehto_za_quot_zver_quot_takoj/9-1-0-17
Мы же не будем отвлекаться и будем собирать Лабораторный блок питания.
Схема первой версии Лабораторного блока питания на TL431 была такая, там присутствует 2 варианта силовой платы на 1 (или 1.5) Ампера и на 10 Ампер. Я вообще не понимаю ЛабБП на 10-20А… Это уже что угодно, но не Лабораторный блок питания… Но по многочисленным просьбам трудящихся, пусть будет 2 варианта:

Я же решил собрать вариант 0-35В и возможность ограничения тока 0-1А. И пока еще не было ни одного случая, когда мне бы не хватило возможностей моего блока питания, именно как источника «чистого» питания без помех. Потому я буду рассказывать про свою версию.
Вот краткое описание схемы от автора Владимира65

под спойлером


Конструктивно источник питания состоит из 2-х плат, условно их назовем:
1. Плата управления

2. Силовая плата (на этой же плате расположен трансформатор для питания платы управления)

Увы, один силовой трансформатор нельзя использовать одновременно для силового напряжения и питания платы управления (если конечно не использовать отдельную, гальванически развязанную обмотку). У меня силовой трансформатор ТН-36, и я задействовал его все обмотки, потому пришлось купить небольшой трансформатор для питания платы управления.
Трансформатор ТН36 (Трансформатор Накальный) имеет мощность 30W и 4 независимые обмотки по 6.3В способные выдать ток 1.2А каждая. И это очень удобно, т. к позволяет ввести ручное (или автоматическое) переключение обмоток, что бы минимизировать тепловыделение на силовом транзисторе. Линейный блок питания, не смотря на замечательную чистоту выходного напряжения от помех, имеет такую особенность, что все «лишнее» напряжение падает на силовом транзисторе вызывая сильный нагрев… Рассмотрим на примере, скажем, вы на вход подали с трансформатора 30В, и выставили напряжение на выходе 5В. Грубо скажем, что 25В будут падать на силовом транзисторе и вызывать его сильный нагрев. Если же есть модуль переключения обмоток, то можно подать на выход не полное напряжение трансформатора, а скажем задействовать только одну обмотку с которой снимется 6В (а не 30), соотвественно на силовом транзисторе в тепло перейдет только 1В (а не 25В как выше было описано)…
Переключение обмоток было сделано на галетном переключателе. Схема ниже…

На рынке купил металлическую коробку от ЗУ «Ромашка», на его основе будет корпус моего ЛабБП На фото видно трансформатор и радиатор силового транзистора.

Пытаемся все собрать в кучу… Слабонервным не смотреть…))))

Колхозинг



Изготовил переднюю стенку из белого пластика… Получился вот такой симпатичный прибор…

Прибор имеет 3 ручки: 1. Регулировка ограничения тока; 2. Регулировка напряжения грубо; 3. Регулировка напряжения точно. Два светодиода, красный горит, когда блок находится в режиме ограничения тока, зеленый, когда блок находится в режиме стабилизации напряжения. Кроме того имеется ручка переключения обмоток, выключатель сетевого напряжения и 2 измерительных прибора: амперметр и Вольтметр.
В дальнейшем аналоговый прибор измерения напряжения был заменен электронным вольтметром с Али, т.к на шкале 0-30В точно выставить напряжение весьма проблематично.
Лицевая панель стала выглядеть так:

Колхозинг внутри под спойлером

колхозинг


Как можно заметить добавился еще один маленький трансформатор, для питания вольтметра, там же навесом распаян диодный мост и конденсатор. Вольтметр не прихотлив к питанию, потому подойдет любой трансформатор на 5-20В…
Вольтметр достаточно точный, и имеет небольшую погрешность…

Уже значительно позже, я купил осциллограф и замерил помехи на выходе при нагрузке 1А и напряжении 15В

Я до сих пор не очень умею читать осциллограммы, потому не буду комментировать результат, но мне кажется, что помех нет…
В общем в итоге у меня вышел отличный Лабораторный линейный блок питания, напряжение регулируется от 200мВ

и до 39В (без нагрузки или с слабой нагрузкой), при нагрузке 1А напряжение просаживается до 35В.

Мое животное прочитало обзор, судя по фото ему было ОЧЕНЬ интересно… Надеюсь Вам тоже…

Животное

Конструкция блока питания постоянного тока

Регулировка напряжения

Для многих целей будет достаточно правильно спроектированного простого выпрямленного и сглаженного источника питания. Однако для многих приложений требуется более точно контролируемый выход. На следующих страницах рассматривается конструкция источников питания со все более требовательными требованиями к регулированию выходного напряжения.

Все основаны на уже рассмотренной простой поставке. Базовая конструкция представляет собой «Серийный регулятор» и одинакова для всех моих проектов, как показано на этой блок-схеме.

(см. Ниже безальтернативное эффективное — шунтирующее регулирование)

Выход нерегулируемого источника питания обеспечивает питание для опорного напряжения. Выходной сигнал сравнивается с выходным напряжением Vout +.

Если Vout> Vref, на последовательный регулятор подается сигнал для уменьшения Vout. Если Vout Стабилизированные источники питания серии

всегда требуют более высокого напряжения на входе регулятора, которое затем снижается до требуемого выхода.Это называется «выпадение». Из-за этого последовательный регулятор потребляет мощность, равную (Vint — Vout) * Iout, поэтому регулятор должен быть спроектирован так, чтобы справляться с выделяемым теплом.

Регулировка нагрузки нерегулируемой подачи

Помните, что для нашего нерегулируемого источника питания напряжение падает, а пульсации нарастают по мере увеличения нагрузки. Ваша конструкция должна обеспечивать «запас прочности» по превышению напряжения, чтобы это учесть.

Vint (макс. Нагрузка) — Vpk пульсации (макс. Нагрузка) — Vdrop out> Vout

Производительность регулятора серии

Любой источник питания можно описать в терминах эквивалентной схемы Тевенина.

Voc — напряжение холостого хода; Vout выходное напряжение при подаче тока на нагрузку; и Rint thevenin Equivalent resistancce — выходное сопротивление нашего источника питания.

Запомните регулировку нагрузки Reg = (Voc — Vrated) / Vrated

Voc = Vrated + Irated * Rint

Reg = (Vrated + Irated * Rint — Vrated) / Vrated = Irated * Rint / Vrated

Итак, для хорошего регулирования нам нужно, чтобы Rint был как можно ниже.

Регулировка шунта

Иногда последовательное регулирование не подходит (например, при чрезвычайно высоких нагрузках сопротивления), и в этом случае можно использовать шунтирующий регулятор.Хотя он менее эффективен, чем серийный регулятор, он, однако, проще. Эта форма очень распространена для цепей опорного напряжения.

При отсутствии нагрузки ток, протекающий в цепи, равен

.

I = Vin — Vout / R

, когда нагрузка подключена, ток через шунтирующий регулятор (показанный здесь стабилитроном) падает. По мере увеличения тока нагрузки ток через регулятор падает. Регулирование поддерживается до тех пор, пока ток через регулятор не упадет до нуля, после чего выходное напряжение Vout упадет.

Шунтирующие регуляторы

работают очень хорошо при небольшой, постоянной и хорошей нагрузке.

Другие примеры шунтирующих реакторов

9.2: Цепи питания — рабочая сила LibreTexts

Существует три основных типа источников питания: нерегулируемый (также называемый грубой силой ), линейный регулируемый и переключающий . Четвертый тип схемы источника питания, называемый с регулируемой пульсацией , представляет собой гибрид между схемами «грубой силы» и «переключением» и заслуживает отдельного раздела.

Нерегулируемый

Нерегулируемый источник питания — это самый примитивный тип, состоящий из трансформатора, выпрямителя и фильтра нижних частот. Эти источники питания обычно демонстрируют большое количество пульсаций напряжения (то есть быстро меняющуюся нестабильность) и другие «шумы» переменного тока, накладываемые на мощность постоянного тока. Если входное напряжение изменяется, выходное напряжение будет изменяться пропорционально. Преимущество нерегулируемых поставок в том, что они дешевы, просты и эффективны.

Линейно-регулируемый

Линейный регулируемый источник питания — это просто «грубый» (нерегулируемый) источник питания, за которым следует транзисторная схема, работающая в «активном» или «линейном» режиме, отсюда и название « линейный стабилизатор ».(В ретроспективе это очевидно, не так ли?) Типичный линейный регулятор предназначен для вывода фиксированного напряжения для широкого диапазона входных напряжений, и он просто сбрасывает любое избыточное входное напряжение, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение на нагрузку. Это чрезмерное падение напряжения приводит к значительному рассеиванию мощности в виде тепла. Если входное напряжение станет слишком низким, транзисторная схема потеряет стабилизацию, что означает, что она не сможет поддерживать постоянное напряжение. Он может только снизить избыточное напряжение, но не восполнить недостаток напряжения в цепи грубой силы.Следовательно, вы должны поддерживать входное напряжение как минимум на 1–3 вольт выше желаемого выходного напряжения, в зависимости от типа регулятора. Это означает, что эквивалент мощности не менее от 1 до 3 вольт, умноженный на ток полной нагрузки, будет рассеиваться схемой регулятора, выделяя много тепла. Это делает источники питания с линейной регулировкой неэффективными. Кроме того, чтобы избавиться от всего этого тепла, они должны использовать большие радиаторы, которые делают их большими, тяжелыми и дорогими.

Переключение

Импульсный регулируемый источник питания («переключатель») — это попытка реализовать преимущества схем с прямым и линейным регулированием (компактность, эффективность и дешевизна, но также «чистое» стабильное выходное напряжение).Импульсные источники питания работают по принципу выпрямления входящего напряжения сети переменного тока в постоянное, преобразования его в высокочастотный прямоугольный переменный ток через транзисторы, работающие как переключатели включения / выключения, повышая или понижая это напряжение переменного тока с помощью легкого веса. трансформатор, затем выпрямляет выход переменного тока трансформатора в постоянный ток и фильтрует его для конечного выхода. Регулировка напряжения достигается путем изменения «рабочего цикла» инверсии постоянного тока в переменный на первичной стороне трансформатора. Помимо меньшего веса из-за меньшего сердечника трансформатора, коммутаторы имеют еще одно огромное преимущество перед двумя предыдущими конструкциями: этот тип источника питания может быть сделан настолько независимым от входного напряжения, что он может работать в любой системе электроснабжения в мире. ; они называются «универсальными» источниками питания.

Обратной стороной коммутаторов является то, что они более сложны и из-за своей работы имеют тенденцию генерировать много высокочастотных «шумов» переменного тока в линии электропередачи. Большинство коммутаторов также имеют на своих выходах значительные пульсации напряжения. У более дешевых типов этот шум и пульсации могут быть такими же сильными, как и для нерегулируемого источника питания; такие коммутаторы начального уровня не бесполезны, потому что они по-прежнему обеспечивают стабильное среднее выходное напряжение, и есть «универсальные» входные возможности.

Дорогие коммутаторы не имеют пульсаций и имеют почти такой же низкий уровень шума, как и некоторые линейные типы; эти переключатели обычно столь же дороги, как и линейные источники питания.Причина использования дорогого коммутатора вместо хорошего линейного в том, что вам нужна универсальная совместимость с энергосистемой или высокая эффективность. Высокая эффективность, легкий вес и небольшие размеры — вот причины, по которым импульсные источники питания почти повсеместно используются для питания цифровых компьютерных схем.

Регулируемая пульсация

Источник питания с пульсирующим регулированием является альтернативой линейно регулируемой проектной схеме: источник питания «грубой силы» (трансформатор, выпрямитель, фильтр) составляет «входной конец» схемы, но транзистор работает строго в его включенном состоянии. В режимах выключения (насыщение / отсечка) мощность постоянного тока передается на большой конденсатор по мере необходимости для поддержания выходного напряжения между высоким и низким заданным значением.Как и в переключателях, транзистор в стабилизаторе пульсаций никогда не пропускает ток, находясь в «активном» или «линейном» режиме в течение значительного промежутка времени, что означает, что очень мало энергии будет потрачено впустую в виде тепла. Однако самым большим недостатком этой схемы регулирования является необходимое присутствие некоторой пульсации напряжения на выходе, поскольку напряжение постоянного тока изменяется между двумя уставками управления напряжением. Кроме того, частота пульсаций напряжения изменяется в зависимости от тока нагрузки, что затрудняет окончательную фильтрацию постоянного тока.

Цепи регулятора пульсаций

имеют тенденцию быть немного проще, чем схемы переключателя, и им не нужно обрабатывать высокие напряжения в линии питания, с которыми должны работать переключающие транзисторы, что делает их более безопасными в эксплуатации.

Регулировка напряжения

АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРНО-ВХОДНОГО ФИЛЬТРА LC. — Шунтирующие конденсаторы подлежат на обрыв цепи, короткое замыкание и чрезмерную утечку; индукторы серии подлежат обрыв обмоток и иногда короткое замыкание витков или короткое замыкание на сердечник.

Входной конденсатор (С1) имеет наибольшее пульсирующее напряжение, приложенное к нему, является наибольшим чувствителен к скачкам напряжения и обычно имеет более высокое среднее приложенное напряжение. Как В результате входной конденсатор часто подвержен пробоям напряжения и короткому замыканию. В выходной конденсатор (C2) менее подвержен скачкам напряжения из-за последовательного включения защита обеспечивается последовательным дросселем (L1), но конденсатор может стать разомкнутым, негерметичным, или закорочены.

Закороченный конденсатор, открытый дроссель фильтра или дроссельная обмотка, замкнутая на core приводит к индикации отсутствия вывода. Закороченный конденсатор в зависимости от величины короткого замыкания может вызвать короткое замыкание выпрямителя, трансформатора или дросселя фильтра, что может привести к в перегоревшем предохранителе в первичной обмотке трансформатора. Открытый дроссель фильтра приводит к аномально высокое постоянное напряжение на входе в фильтр и отсутствие напряжения на выходе из фильтра. фильтр.Негерметичный или открытый конденсатор в цепи фильтра приводит к низкому выходному постоянному току. Напряжение. Это состояние обычно сопровождается чрезмерной амплитудой пульсаций. Закороченный витки в обмотке дросселя фильтра уменьшают эффективную индуктивность дросселя и снизить его эффективность фильтрации. В результате амплитуда пульсаций увеличивается.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

В идеале выход большинства блоков питания должен иметь постоянное напряжение.К несчастью, этого трудно добиться. Есть два фактора, которые могут вызвать повышение выходного напряжения. изменение. Во-первых, напряжение в сети переменного тока непостоянно. Так называемые 115 вольт переменного тока могут варьироваться примерно от 105 вольт переменного тока до 125 вольт переменного тока. Это означает, что пиковое напряжение переменного тока, до которого Выпрямитель отвечает примерно от 148 вольт до 177 вольт. Только сетевое напряжение переменного тока может быть причиной почти 20-процентного изменения выходного напряжения постоянного тока. Секунда Фактором, который может изменить выходное напряжение постоянного тока, является изменение сопротивления нагрузки.В сложное электронное оборудование, нагрузка может меняться при включении и выключении цепей. В телевизионный приемник, нагрузка на тот или иной блок питания может зависеть от яркости экрана, настроек управления или даже выбранного канала.

Эти изменения сопротивления нагрузки приводят к изменению приложенного постоянного напряжения, поскольку блок питания имеет фиксированное внутреннее сопротивление. Если сопротивление нагрузки уменьшается, внутреннее сопротивление блока питания падает больше напряжения.Это вызывает уменьшение напряжение на нагрузке.

Многие схемы предназначены для работы с определенным напряжением питания. Когда поставка изменения напряжения могут отрицательно повлиять на работу схемы. Как следствие, у некоторых типов оборудования должны быть блоки питания с одинаковым выходным напряжением. независимо от изменений сопротивления нагрузки или изменения сетевого напряжения переменного тока. Этот постоянное выходное напряжение может быть достигнуто добавлением схемы, называемой РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ. на выходе из фильтра.Сегодня используется множество различных типов регуляторов и обсуждение всех из них выходит за рамки данной главы.

ПРАВИЛА НАГРУЗКИ

Обычно используемым показателем достоинства источника питания является его ПРОЦЕНТ РЕГУЛИРОВАНИЯ. В добротность дает нам представление о том, насколько выходное напряжение изменяется в диапазоне значений сопротивления нагрузки. Процент регулирования помогает в определении типа регулирования нагрузки необходимо.Процент регулирования определяется по формуле:

Это уравнение сравнивает изменение выходного напряжения при двух крайних значениях нагрузки с напряжение вырабатывается при полной нагрузке. Например, предположим, что блок питания производит 12 вольт при нулевом токе нагрузки. Если выходное напряжение упадет до 10 вольт при полном ток нагрузки протекает, тогда процент регулирования составляет:

В идеале выходное напряжение не должно изменяться во всем рабочем диапазоне.Что То есть, блок питания на 12 вольт должен выдавать 12 вольт на холостом ходу, при полной нагрузке и при всех точки между ними. В этом случае процент регулирования будет:

Таким образом, регулирование нагрузки с нулевым процентом является идеальной ситуацией. Это означает, что на выходе напряжение постоянно при всех условиях нагрузки. Пока надо стремиться к нулю процентов регулирование нагрузки, в практических схемах вы должны довольствоваться чем-то менее идеальным.Несмотря на это, Используя регулятор напряжения, вы можете удерживать процент регулирования на очень низком уровне.

РЕГУЛЯТОРЫ

Вы должны знать, что выходная мощность блока питания зависит от изменений входного напряжения. и требования к току нагрузки схемы. Поскольку для многих электронных устройств требуется рабочие напряжения и токи, которые должны оставаться постоянными, некоторая форма регулирования необходимо. Цепи, поддерживающие напряжение источника питания или токовые выходы в пределах указанные пределы или допуски называются РЕГУЛЯТОРАМИ.Они обозначаются как напряжение постоянного тока. или регуляторы постоянного тока, в зависимости от их конкретного применения.

Цепи регулятора напряжения являются дополнениями к основным цепям питания, которые производятся состав ректификованной и фильтрующей секций (рисунок 4-30). Назначение регулятора напряжения — для обеспечения выходного напряжения с небольшими изменениями или без них. Цепи регулятора чувствуют изменения выходных напряжений и компенсировать изменения. Регуляторы, поддерживающие напряжение в пределах плюс или минус () 0.1 процент — довольно распространенное явление.

Рисунок 4-30. — Структурная схема источника питания и регулятора.

Серии

и шунтирующие регуляторы напряжения

Существует два основных типа регуляторов напряжения. Базовые регуляторы напряжения: классифицируется как SERIES или SHUNT, в зависимости от расположения или положения регулирующий элемент (ы) по отношению к сопротивлению нагрузки цепи. Рисунок 4-31 (вид A и вид B) иллюстрирует эти два основных типа регуляторов напряжения.На практике схемотехника регулирующих устройств может быть довольно сложной. Пунктирные линии использовались в рисунок, чтобы выделить различия между последовательными и шунтирующими регуляторами.

Рисунок 4-31A. — Простые серийные и шунтирующие регуляторы. ШУНТ-РЕГУЛЯТОР

Рисунок 4-31B. — Простые серийные и шунтирующие регуляторы. РЕГУЛЯТОР СЕРИИ

Схематический чертеж в виде А представляет собой шунтирующий регулятор.Это называется регулятор шунтового типа, поскольку регулирующее устройство подключено параллельно нагрузке сопротивление. Схематический чертеж в виде B представляет собой серийный регулятор. Это называется последовательный регулятор, потому что регулирующее устройство подключено последовательно с нагрузкой сопротивление. Рисунок 4-32 иллюстрирует принцип последовательного регулирования напряжения. Как ты изучите рисунок, обратите внимание, что регулятор включен последовательно с сопротивлением нагрузки (R L ) и что постоянный резистор (R S ) включен последовательно с сопротивлением нагрузки.

Рисунок 4-32. — Последовательный регулятор напряжения.

Вы уже знаете, что падение напряжения на постоянном резисторе остается постоянным , если не ток, протекающий через него, меняется (увеличивается или уменьшается). В шунтирующем регуляторе, поскольку как показано на рисунке 4-33, регулирование выходного напряжения определяется током через параллельное сопротивление регулирующего устройства (R V ), сопротивление нагрузки (R L ), и последовательный резистор (R S ).А пока предположим, что схема работает. в нормальных условиях, что входное напряжение составляет 120 вольт постоянного тока, и что желаемый регулируемый выходное напряжение 100 вольт постоянного тока. Для поддержания выхода 100 вольт необходимо сбросить 20 вольт. через последовательный резистор (R S ). Если предположить, что значение R S составляет 2 Ом, у вас должно быть 10 ампер тока через R V и R L . (Помните: E = IR.) Если значения сопротивления R V и R L равны равное, через каждое сопротивление будет протекать 5 ампер тока (R V и R L ).

Рисунок 4-33. — Шунтирующий регулятор напряжения.

Теперь, если сопротивление нагрузки (R L ) увеличивается, ток через R L уменьшится. Например, предположим, что ток через R L теперь составляет 4 ампера. и что полный ток через R S составляет 9 ампер. С этим падением тока, падение напряжения на R S составляет 18 вольт; следовательно, выход регулятор увеличился до 102 вольт.В это время регулирующее устройство (R V ) сопротивление уменьшается, и через это сопротивление протекает ток 6 ампер (R V ). Таким образом, общий ток R S снова составляет 10 ампер (6 ампер через R V ; 4 ампера через R L ). Следовательно, на R S падает 20 вольт. заставляя выходное напряжение снова уменьшаться до 100 вольт. К настоящему времени вы должны знать, что если нагрузка сопротивление (R L ) увеличивается , регулирующее устройство (R V ) уменьшается его сопротивление, чтобы компенсировать изменение.Если R L уменьшается, наоборот эффект возникает и R V увеличивается.

Теперь рассмотрим схему, когда происходит уменьшение сопротивления нагрузки. Когда R L уменьшается, ток через R L впоследствии увеличивается до 6 ампер. Этот В результате через R S проходит в общей сложности 11 Ампер, который затем падает на 22 вольт. В итоге на выходе 98 вольт. Однако регулирующее устройство (R V ) чувствует это изменение и увеличивает свое сопротивление, так что протекает меньший ток (4 ампера) через R V .Общий ток снова становится 10 ампер, и выход снова 100 вольт.

Из этих примеров вы должны теперь понять, что шунтирующий регулятор поддерживает желаемое выходное напряжение сначала путем измерения текущего изменения параллельного сопротивления цепи, а затем путем компенсации изменения.

Снова обратитесь к схеме, показанной на рисунке 4-33, и рассмотрите, как напряжение регулятор работает, чтобы компенсировать изменения входных напряжений.Вы, конечно, знаете, что входное напряжение может изменяться, и любые отклонения должны компенсироваться регулирующее устройство. Если происходит увеличение входного напряжения , сопротивление R В автоматически уменьшается для поддержания правильного деления напряжения между R В и Р С . Таким образом, вы должны увидеть, что регулятор работает в обратном направлении. для компенсации уменьшения входного напряжения .

До сих пор были объяснены только регуляторы напряжения, в которых используются переменные резисторы .Однако у этого типа регулирования есть ограничения. Очевидно, переменный резистор не может достаточно быстро отрегулировать, чтобы компенсировать частые колебания напряжения. С входное напряжение часто и быстро колеблется, переменный резистор составляет , а не А. практический метод регулирования напряжения. Регулятор напряжения, который работает непрерывно и автоматически регулировать выходное напряжение без внешних манипуляций не требуется для практического регулирования.

Q.28 Цепи, поддерживающие постоянное напряжение или ток на выходе, называются постоянным напряжением. или постоянный ток ___.
Q.29 Назначение регулятора напряжения — обеспечить выходное напряжение с небольшим или нулевым ___.
Q.30 Двумя основными типами регуляторов напряжения являются ___ и ___.
Q.31 Когда для управления выходными напряжениями используется последовательный регулятор напряжения, любое увеличение входное напряжение приводит к увеличение / уменьшение (какое именно) сопротивления регулирующего устройства.
Q.32 Шунтирующий регулятор напряжения подключен к последовательно / параллельно (какой именно) с нагрузочным сопротивлением.

Цепи источника питания

— ОСНОВЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ



Одной из наиболее важных характеристик источника питания является регулировка его напряжения. Как было указано в предыдущей главе, напряжение регулирование относится к тому, как изменяется выходное напряжение источника питания с вариациями тока нагрузки.Источник питания с хорошим напряжением регулирование поддерживает практически постоянное выходное напряжение с разумным изменения тока нагрузки.

Регулирование напряжения источника питания обычно выражается в процентах. который можно рассчитать следующим образом:

[формула скоро появится]

Таким образом, если источник питания имеет выходное напряжение холостого хода 275 вольт и выходное напряжение полной нагрузки 250 вольт, его процент регулирования это:

= 10%

В идеале блок питания должно иметь идеальное регулирование напряжения, оставшееся выходное напряжение постоянная для изменения выходного (нагрузочного) тока.Практическая сила расходные материалы никогда не достигают совершенства, хотя блоки питания лабораторного типа были произведены с регулировкой напряжения 0,001% или выше.

Регулировка напряжения обычного источника питания, такого как показанный на фиг. 1, будет относительно плохим по нескольким причинам.

Сначала будут отражены любые изменения входного напряжения линии переменного тока. при изменении выходного напряжения. Если напряжение в сети должно увеличиться, выходное напряжение будет увеличиваться пропорционально, и наоборот.

Во-вторых, при увеличении нагрузки мощность источника питания будет уронить. Одна из причин этого — фильтр (упомянутый в последней главе). В случае конденсаторного входного фильтра, такого как показанный на фиг. 1, небольшая нагрузка приведет к выходному напряжению источника питания почти равняется пиковому значению выходного напряжения выпрямителя. В выходное напряжение падает при увеличении нагрузки. Регламент может можно улучшить за счет использования входного дроссельного фильтра, который вызовет подачу выходное напряжение должно оставаться близким к среднему выходному напряжению выпрямителя при различные условия нагрузки.Однако выходное напряжение все равно изменится. при изменении тока нагрузки.


РИС. 1. Типичный двухполупериодный источник питания.


РИС. 2. Влияние внутреннего сопротивления источника питания.

В-третьих, падение выходного напряжения блока питания вызвано внутренним сопротивление выпрямителя и силового трансформатора. Любой выпрямитель, будь то высоковакуумный диод, газовый диод или полупроводник диод, имеющий внутреннее сопротивление (или импеданс); этот внутренний импеданс вызывает падение напряжения в выпрямителе.Эффект такой же, как если бы резистор был включен последовательно с выпрямителем, как показано на фиг. 2. Как и в случае с любым резистором, когда ток через него увеличивается, падение напряжения на нем увеличивается. Таким образом, поскольку ток, взятый из электропитание увеличено, падение напряжения из-за внутреннего сопротивления выпрямителя снижает выходное напряжение.

Кроме того, обмотки силового трансформатора имеют сопротивление, которое эффективно последовательно с выходом источника питания, что еще больше снижает выходное напряжение источника питания при увеличении тока нагрузки.

РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ ОТКЛЮЧЕНИЯ

При регулировке напряжения стандартной конфигурации блока питания выпрямителя и фильтра обычно более чем достаточно для большинства приложений, Бывают случаи, когда требуется более эффективное регулирование.

Существует ряд методов повышения напряжения источника питания. регулирование. Возможно, самый простой предполагает использование газонаполненного шунта. трубка регулятора напряжения.


РИС. 3. Принцип регулирования шунтирующего напряжения.

РИС. 3 показана основная концепция шунтирующего регулятора напряжения.

Шунтирующий элемент регулирования напряжения R1 и последовательный резистор R2 образуют напряжение делитель, при этом внешняя нагрузка источника питания подключена к стык R1 и R2. Когда ток нагрузки увеличивается, напряжение на нагрузка падает из-за повышенного падения напряжения на R2. Предполагая на мгновение, когда значение R1 можно изменить вручную, затем напряжение по нагрузке можно вернуть в норму, увеличив значение R1, так как это уменьшит ток через R2 и, следовательно, падение напряжения на нем.И наоборот, при уменьшении тока нагрузки увеличится напряжение на нагрузке. Это можно компенсировать уменьшением значение R1. Через R2 будет больше тока, в результате чего большее падение напряжения на нем и меньшее напряжение, приложенное к нагрузке.

Все, что требуется, это заменить переменный шунтирующий резистор R1 на устройство, которое автоматически регулирует свое сопротивление в соответствии с при изменении нагрузки, чтобы поддерживать постоянное напряжение на нагрузке.

Таким устройством является газонаполненная трубка регулятора напряжения. Имеет свойство действует как саморегулирующийся резистор, который автоматически изменяет значение чтобы поддерживать на себе постоянное напряжение.

РИС. 4 показана физическая конструкция газонаполненного регулятора напряжения. трубка. Он состоит всего из двух электродов — катода и анода. В цилиндрический катод окружает анод, который состоит просто из одного провод.Оболочка заполнена аргоном или неоном.


РИС. 4. Газонаполненная трубка регулятора напряжения. (А) Строительство. (Обозначение B1.


РИС. 5. Характеристики газонаполненного регулятора напряжения.

РИС. 5 показаны электрические характеристики газонаполненного напряжения. трубка регулятора. Поскольку напряжение, приложенное к трубке, через ток ограничивающий резистор, увеличивается от нуля до точки A, на трубке появляется напряжение.Причина в том, что трубка не проводит, нет тока, который мог бы вызвать падение напряжения на Это.

Когда напряжение достигает значения, указанного точкой А, трубка внезапно ионизирует или «зажигает». В это время напряжение на трубке падает до точки Б. Ток через трубку может продолжать увеличиваться, но напряжение на трубке остается практически постоянным, как указано линией от B до C. Если приложенное напряжение сильно увеличивается, ток через трубку будет продолжать увеличиваться до точки достигается там, где между катодом и пластиной разовьется дуга.

На этом этапе трубка будет серьезно повреждена с безвозвратной потерей. исходных регулирующих характеристик.

РИС. 6 показано, как газовый регулятор напряжения используется на практике. схема. Выход от блока питания подается на регулятор. трубку (трубку v-r) через токоограничивающий резистор R 1. Величина этого резистор выбран, чтобы ограничить ток через трубку v-r до его рекомендуемое значение. Регулируемое напряжение снимается с анода v-r трубка и заземление.


РИС. 6. Практическая схема регулятора напряжения.

Большинство коммерческих ламп для регуляторов напряжения предназначены для обеспечения регулируемого напряжение от 75 до 150 вольт, в зависимости от конкретной трубки тип. Например, YR-75 обеспечит стабилизированное напряжение 75 вольт, YR-105 будет подавать 105 вольт и т.д. работать в диапазоне токов от 5 до 40 мА.

Ранее отмечалось, что необходимо установить токоограничивающий резистор. между выходом источника питания и трубкой v-r, чтобы ограничить ток через трубку до номинального значения.Номинал этого резистора будет зависеть от выходного напряжения блока питания, номинального напряжения трубки v-r и ее текущий рейтинг. Легко определить по следующей формуле: где,

R — номинал последовательно падающего резистора, Es — выходное напряжение. источника питания, ET — падение напряжения на трубке v-r, I — ток холостого хода через трубку. Это значение обычно составляет 40 мА для лампы типа YR-75, YR-90, VR-105, YR-150, OA2, OB2, OC2 и т. д.

СЕРИЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОВЫХ ТРУБ V-R

Возможно последовательное соединение двух или более трубок v-r для получить более высокое значение регулируемого напряжения. ИНЖИР. 7 показаны V-образные трубки, расположенные таким образом. Регулируемое выходное напряжение теперь является суммой индивидуальных рейтинги. Таким образом, значение регулируемого напряжения на рис. 7 А составляет 75 + 150, или 225 вольт. На фиг. 7В, регулируемое напряжение 105 + 75 + 150, или 330 вольт.

При определении номинала резистора последовательного понижения соединенных трубок v-r, применяется та же формула, что и в случае одиночного трубки, за исключением того, что используется сумма индивидуальных рейтингов v-r трубки для ET в формуле.

РИС. 7 также показано, как отдельные выходные напряжения могут быть получены из последовательно соединенные трубки v-r. В этой схеме желаемое напряжение снимается с места соединения трубок v-r.


РИС.7. Последовательно соединенные трубки регулятора напряжения. (A) Два последовательно. (В) Три подряд.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Следующие схемы иллюстрируют практическое применение газонаполненных элементы регулятора. Когда эти цепи подключены к выходу нерегулируемый источник питания, они обеспечат стабилизацию напряжения приблизительно два процента.


РИС. 8. Простая схема регулятора напряжения.


РИС. 9. Инвертированный регулятор напряжения.

РИС. 8 показан простой газовый регулятор напряжения, полезный в таких приложениях. как обеспечение стабильного напряжения для гетеродина в системе связи приемник или для экранных сеток выходных ламп в Hi-Fi аудио усилитель звука.

Как показано на фиг. 8, схема состоит просто из газонаполненного регулятора напряжения. лампу VI и последовательно понижающий резистор R1. Величина регулируемой мощности напряжение будет зависеть от выбора трубки регулятора.Для регулируемого выходное напряжение 75 вольт, используйте OA3 / VR-75 или OC2, если хотите. лучше использовать миниатюрную трубку. Для регулируемого выхода 90 вольт используйте ОБ3 / ВР-90. Для 105 вольт можно использовать OC3 / VR 105. Для вывода 150 вольт, используйте OD3 / VR150 или его миниатюрный аналог, OA2.

Значение последовательного резистора не указано, так как оно зависит от выходное напряжение источника питания, с которым должен работать этот регулятор использовал.Правильное значение последовательно падающего резистора можно легко рассчитать. по формуле:

R = Es — ET I

где,

R — номинал резистора последовательного включения, Es — нерегулируемый выходное напряжение источника питания, ET — номинальное рабочее напряжение трубки v-r, I — это ток холостого хода лампы v-r.

Если требуется отрицательное регулируемое выходное напряжение, например, источник отрицательного смещения — схема на фиг.8 можно «перевернуть», так как показанный на фиг. 9.

Из-за своей простоты эту схему можно легко спрятать в сбоку от существующего оборудования.


См. Также:

Как построить электричество и электронику Проекты

Основы электричества и электроники с проектами

Learning Регулируемый источник питания и его конструкция [Простое объяснение]

Привет. Надеюсь, вы хорошо проводите время.В этом посте я делюсь своими знаниями о регулируемом источнике питания.

Регулируемый — это общий термин, используемый для обозначения любого типа источника питания, который имеет стабильное выходное напряжение или ток независимо от входа или нагрузки. Это может быть линейный источник питания, регулируемый источник питания или регулируемый источник питания.

Единственное условие: он должен иметь выходное напряжение или ток независимо от входа (напряжения) или выходной нагрузки (сопротивления или тока).

Если вы искали просто, чтобы узнать, что такое регулируемый источник питания, я уже дал вам ответ.Но если вы хотите изучить его полностью, вы можете следить за моим обучением вместе со мной.

Будет весело.

Почему регулируемый источник питания?

В основном блоки питания рассчитаны на определенную нагрузку и среду. Но иногда основное напряжение питания, нагрузка и температура окружающей среды продолжают изменяться, изменяя параметры компонентов и, следовательно, изменяя выходное напряжение. Изменения выходного напряжения нежелательны.

Позвольте мне объяснить, почему изменение выходного напряжения нежелательно.Устройства имеют минимальное и максимальное входное напряжение и пороговые значения тока. И вы должны соблюдать эти пороговые значения, иначе вы можете повредить устройство.

Если выходное напряжение вашего источника питания изменится, есть вероятность, что оно превысит эти пороговые значения. Вот почему нам нужно постоянное выходное напряжение. И это достигается за счет регулируемого источника питания.

Стабилизированным источником питания может быть любой источник питания, как я уже сказал, качество, которым он должен обладать, — это постоянное выходное напряжение. Линейный источник питания, регулируемый источник питания или регулируемый источник питания могут быть регулируемым источником питания.Он может иметь любое значение напряжения, например 5 В, 10 В, 12 В и многие другие.

Важно помнить, что стабилизированный источник питания не всегда рассчитан только на постоянное выходное напряжение, он может быть рассчитан на постоянный выходной ток.

Таким образом, вы сможете понять, в чем разница между регулируемыми и нерегулируемыми источниками питания. Позвольте мне похвалить его за ваши примечания:

Нерегулируемый источник питания не имеет выходного напряжения или выходного тока независимо от входного основного напряжения или нагрузки.

Генеральный проект регулируемого источника питания

Если вы попросите меня разработать регулируемый блок питания. Сразу спрошу, это регулируемый линейный источник питания с фиксированным напряжением, или регулируемый источник питания, или переменный источник питания?

В общем, изучение было бы идеальным решением для этого, поскольку основной принцип работы всех регулируемых источников питания одинаков.

Общая блок-схема

Проектирование любой схемы начинается с хорошо составленной общей блок-схемы.Это помогает нам спроектировать отдельные участки схемы, а затем, в конце концов, собрать их вместе, чтобы получить полную схему, готовую к использованию.

Общая блок-схема этого проекта представлена ​​ниже. Все очень просто. Вам нужно понимать, какой блок что делает.

Сначала мы спроектируем каждую секцию, а затем соберем каждую из них, чтобы наш источник питания постоянного тока был готов для наших проектов.

Входной трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое может повышать или понижать уровни напряжения в соответствии с законом передачи энергии.В зависимости от вашей страны переменный ток, поступающий в ваш дом, имеет уровень напряжения 220/120 В.

Нам нужен входной трансформатор для понижения входящего переменного тока до требуемого уровня.

Будьте осторожны, играя с этим устройством. Поскольку вы используете сетевое напряжение, которое может быть слишком опасным. Никогда не прикасайтесь к клеммам голыми руками или плохими инструментами.

Имейте хороший и достойный бесконтактный тестер напряжения и используйте его, чтобы всегда быть уверенным в том, какие провода находятся под напряжением, идущие к трансформатору.

Схема выпрямителя

Если вы думаете, что трансформатор просто снизил напряжение до желаемого регулируемого постоянного напряжения.

Извините, вы ошибаетесь, как когда-то и я.

Пониженное напряжение все еще равно переменному току. Чтобы преобразовать его в постоянный ток, нужна хорошая выпрямительная схема.

Схема выпрямителя преобразует переменное напряжение в постоянное. В основном, существует два типа выпрямительной схемы; полуволна и полная волна.

Однако нас интересует полный выпрямитель, так как он более энергоэффективен, чем полупрямой.

Сглаживающий конденсатор / фильтр

В практической электронике нет ничего идеального. Схема выпрямителя преобразует входящую сеть в постоянный ток, но, к сожалению, не может сделать ее чистым постоянным током.

Выпрямленный постоянный ток не очень чистый и имеет рябь. Задача фильтра — отфильтровывать эти колебания и обеспечивать совместимость напряжения для регулирования.

Практическое правило: напряжение постоянного тока должно иметь пульсации менее 10 процентов, чтобы можно было точно регулировать.

Лучший фильтр в нашем случае — конденсаторный.Вы, наверное, слышали, конденсатор — это устройство для накопления заряда.

Но на самом деле его лучше всего использовать как фильтр. Это самый недорогой фильтр для нашей базовой конструкции блока питания 5 В.

Регулятор

Стабилизатор — это линейная интегральная схема, в которой используется стабилизированное постоянное выходное напряжение.

Регулировка напряжения очень важна, потому что нам не нужно изменение выходного напряжения при изменении нагрузки. Всегда требуется нагрузка, не зависящая от выходного напряжения.

ИС регулятора не только делает выходное напряжение независимым от переменных нагрузок, но также и от изменений напряжения в сети.

Надеюсь, вы разработали базовую концепцию конструкции регулируемого источника питания.

давайте продолжим с реальной принципиальной схемой нашего конкретного регулируемого источника питания 5 В, чтобы вы могли получить очень четкое представление о проектировании.

Я буду использовать программу NI Multisim, надеюсь, вы с ней знакомы. Если вы не знакомы с этим, нет проблем.Это не обязательно. Вы можете использовать любое программное обеспечение. Основная цель — изучить программное обеспечение для проектирования, а не для моделирования.

Конструкция регулируемого источника питания (с фиксированным напряжением)

Следующие этапы проектирования охватывают проектирование регулируемого источника питания с фиксированным выходным напряжением или регулируемого / регулируемого источника питания. С помощью этих шагов вы можете разработать свой регулируемый источник питания.

Я использую конкретный пример 5V, потому что я думаю, что таким образом было бы лучше всего понять весь процесс проектирования.

Вы думаете, я бы начал объяснение с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Ниже представлена ​​принципиальная схема указанного проекта. Вы получаете сетевое питание, напряжение и частота могут зависеть от вашей страны; предохранитель для защиты цепи; трансформатор, выпрямитель, конденсаторный фильтр, светодиодный индикатор и стабилизатор IC.

Блок-схема реализована в NI Multisim, хорошем программном обеспечении для моделирования для студентов и начинающих электронщиков.Я рекомендую потратить немного времени на то, чтобы поиграть с ним. Поскольку, на мой взгляд, вы должны хорошо разбираться в программном обеспечении для моделирования, чтобы получать удовольствие от изучения базовой электроники.

Пошаговый метод проектирования источника питания постоянного тока 5 В

Вы думаете, я бы начал объяснение конструкции с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Шаг 1: Выбор регулятора IC

Выбор микросхемы регулятора зависит от вашего выходного напряжения.В нашем случае мы проектируем для выходного напряжения 5 В, мы выберем ИС линейного регулятора LM7805.

Далее нам нужно знать номинальные значения напряжения, тока и мощности выбранной ИС регулятора.

Это делается с помощью паспорта регулятора IC. Ниже приведены номинальные характеристики и схема контактов для LM7805.

Спецификация 7805 также предписывает использовать конденсатор 0,1 мкФ на выходной стороне, чтобы избежать переходных изменений напряжения из-за изменений нагрузки.

И 0,1 мкФ на входе регулятора, чтобы избежать пульсаций, если фильтрация находится далеко от регулятора.

Шаг 2: Выбор трансформатора

Правильный выбор трансформатора означает экономию денег. Мы узнали, что минимальный вход для выбранной нами микросхемы регулятора составляет 7 В. Итак, нам нужен трансформатор для понижения основного переменного тока, по крайней мере, до этого значения.

Но между регулятором и трансформатором тоже стоит выпрямитель на диодном мосту.Выпрямитель имеет собственное падение напряжения, то есть 1,4 В. Нам также необходимо компенсировать это значение.

Математически:

Это означает, что мы должны выбрать трансформатор со значением вторичного напряжения, равным 9 В или как минимум на 10% больше, чем 9 В.

Исходя из этого, для конструкции источника питания 5 В постоянного тока мы можем выбрать трансформатор с номинальным током 1 А и вторичным напряжением 9 В или 12 В.

Шаг 3: Выбор диодов для моста

Видите ли, выпрямитель сделан из диодов, расположенных по некоторой схеме.Для изготовления выпрямителя необходимо подобрать для него подходящие диоды. При выборе диода для мостовой схемы.

Имейте в виду выходной ток нагрузки и максимальное пиковое вторичное напряжение трансформатора i-e 9В в нашем случае. Вместо отдельных диодов вы также можете использовать один отдельный мост, который входит в комплект IC.

Но я не хочу, чтобы вы использовали здесь только для обучения и игры с отдельными диодами.

Выбранный диод должен иметь номинальный ток больше, чем ток нагрузки.И пиковое обратное напряжение (PIV) больше пикового вторичного напряжения трансформатора.

Мы выбрали диод IN4001, потому что он имеет номинальный ток на 1 А больше, чем мы желаем, и пиковое обратное напряжение 50 В.

Шаг 4: Выбор сглаживающего конденсатора и расчеты

При выборе подходящего конденсаторного фильтра необходимо учитывать его напряжение, номинальную мощность и значение емкости. Т

Номинальное напряжение рассчитывается от вторичного напряжения трансформатора.Практическое правило: номинальное напряжение конденсатора должно быть как минимум на 20% больше, чем вторичное напряжение.

Итак, если вторичное напряжение составляет 17 В (пиковое значение), то номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 50 В.

Во-вторых, нам нужно рассчитать правильное значение емкости. Это зависит от выходного напряжения и выходного тока. Чтобы найти правильное значение емкости, используйте формулу ниже:

Где,

Io = ток нагрузки i-e 500 мА в нашей конструкции, Vo = выходное напряжение i-e в нашем случае 5 В, f = частота

В нашем случае:

Частота 50 Гц, потому что в нашей стране переменный ток 220 @ 50 Гц.У вас может быть сеть переменного тока 120 В при 60 Гц. Если да, то укажите значения соответственно. Затем, используя формулу конденсатора, практический стандарт, близкий к этому значению, i-e 3.1847E-4, составляет 470 мкФ.

Еще одна важная формула из книги «Электронные устройства Томаса Л. Флойда» приведена ниже. Это также можно использовать для расчета емкости конденсатора.

В данном случае R — сопротивление нагрузки. А Rf — это коэффициент пульсации, который для хорошей конструкции должен быть менее 10%. На этом мы заканчиваем проектирование блока питания на 5 В.

Сделайте блок питания безопасным

Каждая конструкция должна иметь защитные приспособления для защиты от возгорания. Точно так же в нашем простом источнике питания должен быть предохранитель на входе. Входной предохранитель защитит наш источник питания в случае перегрузки. Например, наша желаемая нагрузка может выдерживать ток 500 мА.

Если в случае, если наша нагрузка начнет работать неправильно, есть вероятность заусенцев компонентов. Предохранитель защитит нашу поставку. Практическое правило при выборе номинала предохранителя: он должен быть как минимум на 20% больше, чем ток нагрузки.

Разработанный нами простой блок питания способен выдавать ток 1 А, что в некоторых случаях можно использовать для этого. Если вы решили использовать его для таких случаев, то не забудьте прикрепить к микросхеме регулятора радиатор.

Комплект блока питания 5 В (DIY)

Итак, мы получили базовые знания о том, как устроен простой блок питания на 5 В.

Для меня, если вы любитель электроники или новичок, изучаете основы электроники, я бы порекомендовал вам разработать собственный лабораторный источник питания.Было бы очень хорошее решение.

Он поможет вам изучить электронику, а также предоставит вам лучший лабораторный источник питания.

Я называю его лучшим, потому что вы сделаете его сами. И я не могу выразить словами, насколько весело играть с электроникой в ​​безопасной среде. Это похоже на обучение на собственном опыте.

Я рекомендую для начала комплект источника питания Elenco (Amazon Link). Он доступен по цене, высокого качества и хорошо документирован, чтобы направлять вас на каждом этапе. Поверьте, вы многому научитесь.Вы узнаете, как паять, собирать и изготавливать конечный продукт, который вы всегда видите в разных магазинах.

Конструкция регулируемого источника питания (с регулируемым / регулируемым выходом)

В большинстве случаев нам не требуется фиксированное напряжение. Иногда нам нужен регулируемый источник питания.

Например, чтобы проверить токи коллектора транзистора при различных базовых напряжениях, нам понадобится регулируемый источник питания. И это переменное напряжение необходимо регулировать.

Процедура проектирования такая же, как я объяснил выше, с небольшими изменениями в регуляторах мощности.

На этот раз нам потребуется переменный резистор, чтобы, изменяя его сопротивление, мы получали разные напряжения. Ниже приведена схема регулируемого источника питания или регулируемого источника питания:

До светодиодной части схема такая же, как и для стабилизированного источника питания 5 В при 500 мА. Схема усложняется после светодиодной части, не так ли? Не бойся. Все очень просто. Переменный резистор предназначен для изменения выходного напряжения.

Диоды используются для защиты схемы от обратного тока.Теперь давайте посмотрим на следующем видео, как изменение резистора изменяет выходное напряжение.

Преимущества регулируемого источника питания

Источник питания с регулируемым выходом имеет много преимуществ. Следующее имеет ключевое значение.

  • низкий уровень шума
  • по низкой цене
  • простота
  • надежность

Регулируемые блоки питания очень просты в конструкции, вы могли почувствовать это в этом посте. Простой дизайн делает его очень экономичным.Эти блоки питания имеют невысокую стоимость и очень надежны.

Они относительно бесшумны. ИС линейных регуляторов, которые используются на выходе, имеют низкие пульсации выходного напряжения, что делает их наиболее подходящими для приложений, где важна чувствительность к шуму.

Заключение

Проектный блок питания подойдет для поддержки других ваших небольших проектов или принесет вам хорошие оценки / деньги, если вас назначат на аналогичный проект. Я не знаю почему, но я уверен, что если вы выполните те же простые шаги со мной, вы получите свой первый разработанный блок питания.

Пожалуйста, не указывайте это только на 500 мА. Это может быть ваш источник питания 5 В постоянного тока с допустимым током до 500 мА.

Для дополнительной информации, для вывода положительного напряжения используйте LM78XX. XX указывает значение выходного напряжения, а 78 указывает положительное выходное напряжение. Для выхода с отрицательным напряжением используйте LM79XX, 79 указывает отрицательное напряжение, а XX указывает значение выхода.

На этом конструирование регулируемого источника питания подошло к концу. Надеюсь, вам понравилось.

Спасибо и удачной жизни.


Другие полезные сообщения:

Регуляторы и блоки питания

Регуляторы и блоки питания

Есть несколько способов получить низкое напряжение, необходимое для запуска небольших проектов. от розетки электросети. Самый простой способ — купить формованный блок заводского изготовления, который предназначен для подключения непосредственно к розетке. Некоторые такие расходные материалы имеют внутренний стабилизатор напряжения и не требует дополнительных деталей, другие обеспечивают нерегулируемое постоянное напряжение а многие — просто трансформаторы переменного тока в коробке.Регулируемые типы предлагают меньшую выходную мощность для данного размера с токами, ограниченными парой сотен миллиампер, но переменный ток Типы трансформаторов могут обеспечивать несколько ампер. Несомненным преимуществом формованного питания является что не требуется проводка для сетевого напряжения, и их легко найти в местных магазинах. Некоторые модели Deluxe имеют клемму для заземления, которую можно использовать для заземления корпуса. вашего проекта. При обнаружении у блох такие припасы нужно быстро хватать. рынок или в излишках каталога! Недорогие компьютерные принадлежности предлагают большие токи за счет использования технологии импульсного регулятора, но эти источники часто требуют довольно высокого минимальный ток нагрузки (обычно на выходе 5 В), поэтому используйте этот тип питания с осторожностью.

Трехконтактные регулируемые регуляторы

Нерегулируемый источник постоянного тока — очень распространенный тип, и простой регулятор, показанный на рис. 1 может быть добавлен для проектов, требующих стабильного напряжения.

Выберите литой источник питания с выходным напряжением на несколько вольт выше требуемого регулируемого. напряжение, но помните, что чем больше напряжение падает на регуляторе, тем больше он нагревается. получать.К регулятору может быть добавлен радиатор, но металлический язычок регулятора подключен. выходному напряжению, поэтому может потребоваться изоляция. Подбирается резистор набора напряжения из следующего графика.

Напряжение 1,25 1,5 3 5 10 12 15 24
Сопротивление 0 47 300 680 1.5k 2k 2,5 тыс. 4k

Потенциометр 5k может использоваться для установки напряжения или просто для поиска оптимального значения для фиксированный резистор. Два наиболее распространенных пакета для LM317 называются TO-220 и TO-202. которые имеют черный пластиковый корпус с металлическими язычками радиатора. В металле предусмотрено отверстие. язычок для монтажа, но этот язычок электрически соединен с центральным штифтом, который является выходной контакт.Входной штифт находится с правой стороны, а регулировочный штифт — слева, когда устройство удерживают так, чтобы можно было прочитать маркировку (выводы вниз, металлический язычок назад):

Фиксированные регуляторы, такие как LM7812 (12 В), не нуждаются в резисторах и могут быть механически заземлен без изоляции, так как вывод имеет внутреннее заземление. В любом случае эти трехконтактные регуляторы работают хорошо и предлагают встроенное ограничение тока. и схемы тепловой перегрузки.Убедитесь, что входные и выходные конденсаторы включены как как показано, и установите их достаточно близко к микросхеме регулятора.

Чтобы преобразовать трансформатор переменного тока в нерегулируемый источник постоянного тока, просто добавьте двухполупериодный мост и большой электролитический конденсатор, как показано на рис. 1. Размер конденсатор будет зависеть от тока нагрузки и величины допустимого напряжения пульсации, но стандартный конденсатор 1000 мкФ с номинальным напряжением, значительно превышающим выходное напряжение, является хорошим отправная точка.Измерьте напряжение на конденсаторе без нагрузки, чтобы убедиться, что его номинальное напряжение достаточно высокое. Вот несколько уравнений для выбора трансформатора вторичное напряжение и конденсатор фильтра:

VRMS = 0,815 (В постоянного тока + 1,4) (предполагается, что двухполупериодный мост)

C = (макс. Постоянный ток) / (60 x 2 x Vp-p), где Vp-p — пульсации напряжения при полной нагрузке.

Это уравнение для 60 Гц, другие частоты могут быть учтены заменяя 60 в знаменателе.

Трехконтактные регуляторы также могут использоваться для снижения и регулирования напряжения аккумуляторной батареи. но помните, что регуляторам обычно требуется падение минимум на 2 вольта для правильной регулировки. (Доступны версии с малым падением напряжения, для которых требуется падение напряжения менее 1 В.)

LM317 также можно использовать в качестве ограничителя тока, что удобно при экспериментах с новая схема, так как простая ошибка может привести к катастрофе, если доступна неограниченная мощность от источника питания.На рис.2 показан простой ограничитель тока для испытательного стенда, который просто подключается последовательно к настольному источнику питания или батарее.

Установите ограничитель тока перед регулятор напряжения, чтобы ограничитель не понижал регулируемое напряжение, подаваемое на нагрузка. Потенциал 100 Ом может быть заменен на фиксированное значение, если регулировка не требуется. Значение выбрано:

R = 1.2 / I

При показанном потенциале 100 Ом наименьшее значение тока будет около 12 мА. Ниже токам потребуются дополнительные схемы, так как LM317 должен обеспечивать минимальное количество ток нагрузки для правильной работы. После этого тока можно добавить регулятор напряжения. ограничитель для изготовления ограничителя тока, настольного источника переменного напряжения.

Этот ограничитель тока может быть выполнен без радиатора, чтобы добавить функцию медленного возврата. Когда ток ограничен, LM317 нагревается и его внутренний тепловой предел электрическая схема снизит ток ниже заданного значения.Устройство должно остыть перед полный ток снова будет доступен.

Получите максимальную отдачу от трансформаторов постоянного тока типа 2

Большинство любителей накопили большой ящик энергии. переходники (настенные бородавки), в том числе простые типы, состоящие из плавленых трансформатор, мостовой выпрямитель и большой конденсатор выходного фильтра. Такой к расходным материалам следует обращаться с уважением, несмотря на их размер, вес и ограниченность. выходной ток.Основное преимущество использования такого старомодного источника питания в том, что они не производят значительных радиопомех из-за внутреннего высокочастотного переключения регулятор. Добавьте малошумящий, стабильный регулятор напряжения, и ваш проект будет извлеките выгоду из тихой подачи. Ниже представлена ​​простая схема таких трансформаторы. Синусоидальный генератор представляет собой вторичный источник питания. трансформатора, внутреннее сопротивление представляет собой комбинацию элементов и является «поведенческая» модель. Внутренний конденсатор — большой электролитический, обычно в тысячи микрофарад.Просто используйте 1N4002s для выпрямителей. LTSpice файл для регулятора ниже также включает эту схему.

Для более простой модели, только источник постоянного тока последовательно с резистор выполните следующие действия:

1) Загрузите выход резистором большого номинала, скажем 4,7 кОм и измерить выходное постоянное напряжение; назовите это Vunloaded.

2) Рассчитайте эквивалентное последовательное сопротивление по формуле: (V Без нагрузки — Vrated) / Irated, где Vrated и Irated — это номинальные значения, указанные на этикетке источника питания.Например, у меня есть несколько трансформаторов, которые выдают 17 вольт без нагрузки и рассчитаны на 12 В при 800 мА. Я бы посчитал R = (17-12) / 0,8 = 6,25 Ом. Модель представляет собой источник постоянного тока 17 В с последовательно включенным резистором 6,25 Ом.

Полную модель Spice легко создать, выполнив следующие действия. эти разные шаги после шага 1:

2) Уменьшите сопротивление нагрузки (обычно с помощью реостат) до тех пор, пока не будет достигнут номинальный ток (должен быть примерно Напряжение).Или загрузите источник питания подходящим номиналом силового резистора. рассчитывается путем деления номинального выходного напряжения на номинальный выходной ток. Выберите резистор, который может выдерживать мощность, вырабатываемую продуктом этих рейтинговые значения. Для моих источников питания 12 В, 0,8 А я бы использовал резистор 10 Вт, 15 Ом.

3) Измерьте пульсации напряжения p-p при включенной полной нагрузке. Мне нравится прицел для работы, но мультиметр поможет вам достаточно близко; просто умножьте среднеквадратичное значение на 2.8.

Теперь значения на схеме могут быть установлены. Генератор пиковое напряжение установлено на 1,5 В плюс выходное напряжение при небольшой нагрузке в шаг 1. Например, если ваш трансформатор выдает 17,2 В на первом шаге, генератор будет установлен на пиковое значение 18,7 вольт (и установите частоту в соответствии с вашей линией частота).

В специи подключите нагрузочный резистор, рассчитанный по номинальной V / номинальное значение I или используйте значение реостата из шага 2. Отрегулируйте внутренний значение сопротивления, чтобы получить номинальное напряжение и ток и отрегулировать емкость чтобы получить наблюдаемую рябь.Чтобы приблизить вас, при 60 Гц внутренний C близок до (0,0125 x постоянный ток) / Впик. Если ваше внутреннее сопротивление выше примерно 1 Ом, вы можете немного поднять напряжение, чтобы оно лучше соответствовало измерениям. Это ваша модель.

Моя пульсация составляет 1,5 В (размах) при 0,8 А, поэтому внутренняя емкость составляет (0,0125 x 0,8 / 1,5 = 6600 мкФ (вероятно, 6800 мкФ).

При чтении значений DC в LTSpice выберите середину осциллограммы (или щелкните левой кнопкой мыши, удерживая клавишу Control, на имени тока или напряжения в верхней части график, чтобы увидеть среднее значение).Как только вы узнаете эту емкость, вы можете подумать добавление еще одного аналогичного значения параллельно, чтобы, когда внутренний высыхает, вашему проекту все равно. Вы можете следовать этой технике с помощью кондиционера. трансформатор, добавив свой собственный мостовой выпрямитель и большой конденсатор.

Наиболее частым отказом таких источников постоянного тока является конденсатор теряет свою емкость. Простое лекарство — добавить дополнительный внешний конденсатор рассчитан как указано выше. Эта дополнительная емкость не мала, но сохраняет проект работает после того, как иссякнет недостижимый внутренний конденсатор.Самый проекты не облагают налогом поставку на полную текущую мощность, поэтому вы можете рассчитайте меньший конденсатор для более легкой нагрузки, около 1000 мкФ на 100 мА Текущий.

Добавление стабилизатора с малым падением напряжения и рекомендуемых конденсаторов подайте чистое выходное напряжение, близкое к номинальному, для тока немного ниже рейтинг трансформатора. Трансформатора «12 вольт» хватит. напряжение для работы 12-вольтного стабилизатора с малым падением напряжения примерно от 80 до 90% номинального Текущий.

Высокопроизводительный регулятор для линейных 12 В бородавок

Вот штатный регулятор на 12 вольт нерегулируемый. линейные адаптеры питания. Одна особенность, которая мне очень нравится, это то, что текущий лимит составляет автоматически устанавливается самим адаптером питания. Когда напряжение падает близко к 12 вольт источник питания достигает точки, где должно произойти ограничение тока и стабилитрон на 11 вольт (D3) перестает проводить, вызывая фолдбэк. текущий предел для срабатывания.Будь то адаптер на 200 мА или 1 А, ток ограничение срабатывает при 12 вольт; возможно, это следует назвать ограничителем падения напряжения. (D3 включен последовательно с диодом база-эмиттер, поэтому напряжение в месте его начала выключение составляет около 12 вольт.) Foldback предохраняет силовой транзистор от перегрева. если выход постоянно закорочен; с моими мясными припасами, которые могут быть как аж 10 ватт. (Обидно иметь огромный радиатор, который обслуживает только Назначение, когда выход регулятора замкнут на длительное время.) Точку возврата можно изменить, заменив резистор на 82 Ом (R15). Более высокое значение увеличит текущий уровень фолдбэка; пробовать значения примерно до 100 Ом. Слишком высокий, и ваш силовой транзистор может стать слишком горячим во время продолжительного шорты на выходе. Если слишком низкий контур может не запуститься, где-то около 47 Ом. Если не хочешь текущий фолдбэк вообще не учитывает R15 и опционально подключает 470 Ом в последовательно со светодиодом от самого левого коллектора транзистора к плюсу для свет ограничения тока (это был мой оригинальный дизайн).Примечание: текущий предел Функция работает от тока, подаваемого D2, пусковым стабилитроном. Если стабилитрон напряжение находится в пределах одного или двух вольт от выходного напряжения ограничения тока схема может не работать. Выберите стабилитрон для D2, который на несколько вольт ниже номинального. напряжение питания от бородавок, но на несколько вольт выше напряжения ненагруженного адаптера. напряжение минус выходное напряжение. В моем случае это будет 17-12 = 5, поэтому я выбрал стабилитрон на 9 вольт, значительно выше 5 вольт и намного ниже 12 вольт.(Для лучшего шум, который вы хотите, чтобы D2 перестал проводить после повышения напряжения, чтобы цепь регулятора работает от собственного чистого выходного напряжения через R7.)

LTSpice Схема малошумящего стабилизатора напряжения 12 В постоянного тока

Еще одна приятная особенность — довольно низкий уровень шума по сравнению с до трехполюсных регуляторов, может быть, в 10 раз ниже с более быстрым откликом значения в скобках и примерно в 100 раз ниже значений по умолчанию.

Увеличение C2 от быстрого конденсатора 0,01 мкФ до 10 мкФ (электролитический с плюсом до коллектор) и меняя более быструю сеть стабилизации с 68 Ом (R10) и 4700 пФ (C2) для более медленных 150 Ом и 0,01 мкФ улучшает шум примерно на 20 дБ. Но переходная характеристика на выходе немного ухудшена из-за сопротивления 0,1 Ом. (R8) выходное сопротивление, которое теперь видно на низкой частоте. Но даже с внезапное изменение нагрузки 100 мА, напряжение изменится только на 10 мВ, а затем вернется обратно к исходному значению.Импеданс регулятора будет иметь вид 0,1 Ом для частоты выше нескольких Гц, поэтому обратная связь по рельсу может возникнуть, если присутствует сильноточная нагрузка переменного тока (выходной каскад аудиоусилителя, для пример). С другой стороны, шумовое напряжение на частоте 10 кГц упадет примерно с 50 нВ / корень-Гц до 5 нВ / корень-Гц. Это довольно тихо! Но даже при 50 нВ / корень-Гц это схема в десять раз лучше многих 3-х полюсных регуляторов. Так что не стесняйтесь используйте более быстрые значения, но для большинства приложений я бы использовал вариант с более низким уровнем шума и, возможно, увеличить емкость непосредственно на нагрузке, если есть сильноточный каскад переменного тока.

Еще одна особенность — стабилитрон 6,8 В (D1) с компенсацией температуры с помощью крайнего правого диода база-эмиттер транзистора. В Температурный резистор можно настроить, чтобы уменьшить дрейф напряжения до нескольких милливольт. в широком диапазоне температур. Если у вас хватит терпения, вы сможете стабилизатор в высокопроизводительный источник опорного напряжения. Или просто используйте значения показаны для превосходной стабильности напряжения при повышении температуры и настройки верхнего резистора установить напряжение.Spice показывает отклонение на 3 мВ от коммерческой температуры. диапазон, используя эти стандартные значения 1%, но ваши результаты будут немного отличаться, возможно 10 мВ. Просто подправьте резисторы, если вам нужно лучше.

Еще одна «особенность» — в схеме используются четыре NPN малосигнальные транзисторы (подойдут практически любые). Так что я решил, что это было возможность использовать старый MPQ3904, то есть четыре независимых транзистора в Пакет DIP (Примечание: они не подходят для одной подложки, но на самом деле четыре независимых транзистора, что не имеет значения в данном приложении.) Получилась интересная на вид плата:

Та же самая компоновка позволит разместить четыре отдельных ТО92 транзисторы (коллекторы на концах, эмиттеры к центру и отверстия для контакты 4 и 11 не используются).

Примечание: резистор (R15), протянутый поперек панели ИС, был модификация, чтобы добавить ограничение по току фолдбэка. Эта особенность и небольшая радиатор сохраняет транзистор достаточно холодным, даже когда выход закорочен надолго.Изменения были внесены в схему LTSpice, указанную выше. Файл макета ExpressPCB включен в заархивированная папка. Я уменьшил отверстия для клемм, так как мои клеммы не так распространены. Напрямую припаять провода к плате нормально.

Разное. Цепи регулятора

Этот простой регулятор обеспечивает отличные характеристики при входном напряжении в несколько раз. вольт выше выходного напряжения.Простая схема обеспечивает превосходный шум по сравнению с трехполюсный регулятор; при 100 Гц 78L05A измерял 300 нВ / корень-Гц, тогда как эта схема показала только 30 нВ / корень-Гц (на 20 дБ лучше). Шум на 10 кГц падает до 15 нВ и до 8 нВ с добавлением 47 мкФ через стабилитрон (1N750A с R2 = 330 Ом). Низковольтные стабилитроны довольно тихие без фильтрация.

Выходное напряжение устанавливается стабилитроном и составляет примерно на 0,6 вольт выше номинала стабилитрона.Выберите R2, чтобы установить ток стабилитрона от следующее уравнение:

R2 = 0,6 / Из

Резистор на 600 Ом даст стабилитрон около 1 мА. Управление стабилитроном ниже расчетного тока приведет к более низкому выходному напряжению. Используя 330 Ом резистор (около 2 мА) с 1N750 дает выходное напряжение около 5 вольт (вместо этого прогнозируемых 5,3 вольт).

Выберите R1, чтобы обеспечить достаточный базовый ток для проходного транзистора.Хороший первый разрез — это найдено из:

R1 = (Vin — Vout — 0,7) / (0,1 Iout)

Регулятор 15 В с питанием от 24 В и током 30 мА Максимум. следует использовать:

R1 = (24 — 15 — 0,7) / (0,1 x 0,03)

R1 = 2,8 к

Можно использовать более высокое значение, поскольку это уравнение предполагает проход с низким коэффициентом усиления. транзистор. Для большинства транзисторов разработчик может умножить значение на 3.

Эта версия использует N-канальный JFET в качестве проходного элемента для добиться отличного подавления линейного шума и немного защиты от тока короткого замыкания, но он подходит только для легких нагрузок. Выберите JFET с достаточно высоким Idss для питания. нагрузку и выберите R2, как и раньше. Выходное напряжение должно быть выше напряжения отсечки JFET, но большинство JFET будет работать, если регулируемое напряжение выше 5 вольт.

Простой импульсный регулятор

Когда батареи используются для питания цепей низкого напряжения, включается импульсный стабилизатор. желательно для экономии заряда батареи. Существуют отличные микросхемы, которые отлично справляются со своей задачей. эффективность и небольшие размеры. Примером может служить Maxim (www.maximic.com) MAX639, который преобразует входы от 5,5 до 11,5 вольт до 5 вольт до 225 мА. Единственные дополнительные детали представляют собой индуктор, выпрямитель Шоттки и пару конденсаторов.Следующая схема представляет собой дискретный коммутатор, аналогичный по мощности передачи MAX639. Спектакль несколько уступает IC-переключателям, но подходящие компоненты можно найти в большинстве утиль коробки.

Есть несколько соображений по выбору компонентов:

Входные и выходные конденсаторы должны иметь низкое ESR. Танталы или специальные рекомендуются электролиты, предназначенные для переключения источников питания.(Extralytic — торговая марка для алюминиевого электролита с низким ESR.)

Проходной транзистор должен иметь хорошее усиление при максимальном токе нагрузки. В MPS6726 хорошо работает при токе 200 мА, а 2N4403 — примерно до 150 мА. Первый симптом беда в том, что на коллекторе начинает скатываться вершина прямоугольной волны.

Дроссель 100 мкГн может быть обычного литого типа с сопротивлением постоянному току не более чем на пару ом.Схема работает с довольно широким диапазоном значений.

1N5818 может быть практически любым выпрямителем Шоттки, поскольку оба напряжения и ток низкие.

КПД составляет около 80% при 200 мА и падает примерно до 75% при 100 мА из-за ток в цепи покоя. Влияние на срок службы батареи может быть значительным, так как небольшой батареи более эффективны при более низкой скорости разряда.

Примером приложения является самодельный медицинский термометр, в котором используется 3 1/2 цифры. Светодиодный индикатор панели в качестве показания. Большую часть времени измеритель потребляет около 120 мА, а Коммутатор снижает этот ток потребления примерно до 80 мА от 9-вольтовой батареи. Текущий сток будет меньше для батареи более высокого напряжения. Схема была построена на небольшом кусочке перфорации. доска, многие части которой выступают за максимальную плотность:

Верх формованного дросселя можно увидеть между большим желтым конденсатором. и черный транзистор.

Плавающий источник питания для ЖК-панели Метр

Вы когда-нибудь устанавливали один из этих недорогих ЖК-измерителей в проект только для того, чтобы обнаружить, что он требует плавающего источника питания? Я только что сделал! Измеритель не может использовать заземление постоянного тока с измеряемым напряжением. Над Схема пришла на помощь. Он потребляет около 4 или 5 мА от источника питания 9 В и может подавать до 2 мА при 9 В на ЖК-индикатор или другую нагрузку, но два конденсаторы изолируют землю.Работает как чемпион! Также см Крейга регулируемая версия.

регуляторы напряжения и тока

регуляторы напряжения и тока
Elliott Sound Products Регуляторы напряжения и тока
© 20013, Род Эллиотт верхний
Основной индекс Указатель статей
Содержание
Введение

Потребность в регулировании источника питания является обычным требованием, но не все знают, почему необходимо регулировать источник питания или когда цепь может безопасно работать от нерегулируемого источника питания.Есть много неправильных представлений о регуляторах в целом и много дезинформации о том, что необходимо, а что просто чрезмерно. К сверхстабильным регулируемым источникам питания предъявляются некоторые требования, но в подавляющем большинстве приложений это бывает редко.

Необходимость регулирования часто понимается неправильно, утверждая, что основные схемы операционных усилителей в аудиосистеме (например) должны работать от строго регулируемых источников питания, иначе звуковая сцена пострадает, или будет потеряна « авторитетность » низких частот (что бы это ни могло среднее), или, возможно, высокие частоты будут «завуалированы», а средние частоты будут «загромождены».По большей части это ерунда, но эти мифы широко распространяются до тех пор, пока они каким-то образом не становятся «самоочевидными» из-за количества ссылок, перекрестных ссылок и людей, ссылающихся на сайты, на которых есть информация, которая, по их мнению, «подтверждает» их точку зрения.

Регуляторы напряжения

можно найти практически в каждом элементе электронного оборудования и варьируются от типов с очень низким напряжением (например, 3,3 В для многих микропроцессоров) до сотен вольт, используемых в некоторых ламповых усилителях и другом оборудовании, которое использует высокое напряжение.

Не каждое напряжение нужно регулировать. Обычно операционные усилители, используемые в аудиосистеме, поставляются с регулируемыми источниками питания (обычно ± 15 В), но в первую очередь это делается для обеспечения низких пульсаций (100 или 120 Гц) и шума. Операционные усилители не особо заботятся о том, есть ли шум в источнике питания, и они совершенно счастливы, даже если напряжения питания немного изменяются во время работы. При условии, что их максимальное рабочее напряжение не превышено, а источники питания остаются достаточно высокими, чтобы пропускать сигнал без искажений, колебания напряжения питания не приведут к значительным изменениям выходного сигнала.

Однако обычно это считается неприемлемым. Подача на операционные усилители должна регулироваться , потому что ни один операционный усилитель не имеет бесконечного PSRR , и он ухудшается на высоких частотах, поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура падает из-за внутренней (или внешней) частотной компенсации. Во многих случаях может быть достаточно простого стабилизатора на стабилитроне, но он неэффективен и считается очень «низкотехнологичным» по современным стандартам.

Стабилизаторы напряжения

IC очень недорогие и дают отличные результаты.Конечно, есть ограничения. Дифференциальное напряжение входа-выхода никогда не должно превышаться, некоторые из них сравнительно шумны, и необходим радиатор, если они используются для передачи выходного тока от умеренного до высокого. До регуляторов IC люди обычно использовали дискретные версии, и их можно было заставить работать очень хорошо. Естественно, высокая производительность требует большей сложности схемы, и в наши дни мало случаев, когда дискретный стабилизатор является лучшим предложением, чем версия IC.

Эту статью следует читать вместе с блоками питания малой мощности.Эти две статьи охватывают схожие области, но эта версия больше нацелена на полное понимание концепции , а не на предоставление идей для конструкторов.

У стабилитронов

тоже есть своя страничка. Примечание по применению AN008 — Как использовать стабилитроны описывает многие из основных характеристик стабилитронов, а также некоторые основные характеристики и другую полезную информацию. Особый интерес представляет динамическое сопротивление, которое представляет собой спецификацию, указывающую, насколько хорошо стабилитрон может уменьшить пульсации и шум.Чем ниже динамическое сопротивление, тем лучше стабилитрон будет регулировать и подавлять шум.

Существует ряд терминов, которые используются для описания работы любого регулятора. Приведенная ниже таблица взята из статьи «Источники питания малой мощности» и включает краткие пояснения.

Параметр Пояснение
Регулировка нагрузки Процент, представляющий собой изменение напряжения при заданном изменении выходного тока
Линейное постановление Процент.являющееся изменением выходного напряжения для данного изменения входного напряжения
Падение напряжения Минимальный перепад напряжения между входом и выходом, прежде чем регулятор больше не сможет поддерживать приемлемую производительность
Максимальное входное напряжение Абсолютное максимальное напряжение, которое может быть приложено к входной клемме регулятора относительно земли
Подавление пульсаций Выражается в дБ, отношение пульсаций на входе (от нерегулируемого источника постоянного тока) к пульсации на выходе
Шум Где указано, количество случайных (тепловых) шумов, присутствующих в регулируемом выходном напряжении постоянного тока.
Переходная характеристика Обычно отображается графически, показывает мгновенную производительность с изменениями линейного напряжения или тока нагрузки

Не все из вышеперечисленных спецификаций будут даны, и не все они важны для многих приложений.Переходный отклик важен для любого регулятора, который подает быстро меняющуюся нагрузку, например логику TTL. Пульсации и шум важны для низкоуровневых аудиоприложений, особенно тех, которые используют дискретные транзисторы, где схема может иметь относительно низкое подавление шума источника питания.

Иногда думают, что простого резистивного делителя напряжения достаточно, чтобы обеспечить «регулируемое» напряжение. Если выход не буферизован с помощью повторителя (интегрированного или дискретного), это , а не .Делитель напряжения чувствителен к нагрузке, поэтому он может выдавать номинальное напряжение только в разомкнутой цепи (без нагрузки). Как только вы потребляете ток, напряжение упадет. Кроме того, любой шум (гул, гудение и т. Д.) На питании, питающем делитель, также попадет на выход. Простые делители были обычным явлением в ламповых усилителях, где основной источник питания может проходить через несколько резисторов с конденсаторами для заземления на каждом переходе, и клапанные каскады, образующие нагрузку.Это не «регулирование» ни в каком виде, это просто фильтрация, и здесь не рассматривается, кроме как часть надлежащего регулятора (где такие схемы фильтрации также довольно распространены).


Зачем регулировать?

Итак, зачем нам стабилизированное напряжение?

При большом количестве источников напряжения и во множестве схемных топологий мы этого не делаем. Однако теперь это так просто сделать и дает столько преимуществ, что было бы почти глупо не сделать этого. Основное преимущество заключается в том, что пульсации источника питания (при 100 или 120 Гц) почти полностью устраняются, и мы можем работать с операционными усилителями при напряжении, близком к их максимальному напряжению, не беспокоясь о низких напряжениях в сети, вызывающих преждевременное ограничение, или о высоких напряжениях, вызывающих сбои.Нерегулируемый источник питания будет изменять свое напряжение при изменении напряжения сети (что обычно изменяется на величину от + 10% до -15%). Многие люди живут в районах, где напряжение изменяется сильнее, и если подача не регулируется, оно будет колебаться примерно на тот же процент, что и входящая сеть.

Нерегулируемый источник питания также изменяет свое выходное напряжение с нагрузкой, поэтому по мере того, как схема потребляет энергию, напряжение падает. Точно так же, когда нагрузка уменьшается, напряжение возрастает. Это называется регулированием нагрузки, и при нерегулируемом питании включает отклонений от сети.Небольшая нагрузка при максимальном напряжении сети означает, что питаемые цепи будут получать максимально возможное напряжение, которое может превышать абсолютное максимальное значение, указанное производителем ИС. Логические ИС TTL имеют очень ограниченную устойчивость к перенапряжению, и они откажутся от , если будет превышено максимальное значение. Рекомендуемое напряжение 5 В с допустимым диапазоном от 4,5 до 5,5 В. Каждый использует регулируемое питание для ИС TTL просто потому, что было бы глупо (и рискованно) поступать иначе.КМОП-логика обычно будет вполне довольна очень простым стабилизатором шунта Зенера, потому что потребление тока очень низкое. Электропитание должно быть должным образом шунтировано с соответствующей емкостью.

Во многих ранних транзисторных усилителях мощности использовались стабилизированные источники питания, поскольку они использовали один источник питания, а колебания напряжения могли создавать дозвуковой выходной сигнал. Кроме того, во многих из этих ранних усилителей использовались транзисторы, которые работали при напряжении, близком к предельному, и если бы напряжение увеличивалось слишком сильно, они выходили из строя.В наши дни почти никто не использует регулируемые источники питания для усилителей мощности, потому что это увеличивает стоимость и значительную тепловую нагрузку и, как правило, бесполезно. В некоторых ламповых усилителях используются регулируемые напряжения экранной сетки для получения максимальной мощности без нагрузки на клапаны. Другие просто подчеркнули клапаны (и даже во многих последних разработках это до сих пор так).

Очень редко можно увидеть какой-либо предусилитель, использующий операционные усилители или дискретные транзисторы, который не использует , а не стабилизированные источники питания. Большинство людей используют регуляторы IC, но есть и те, кто считает, что дискретный регулятор даст лучшую производительность.Я не буду вступать в дебаты о предполагаемой «слышимости» регулятора и «звуке постоянного тока», потому что, насколько я понимаю, это в основном принятие желаемого за действительное, без научных оснований или подтверждения правильным проведением слепого AB-тестирования. По определению, постоянный ток — это постоянный ток, поэтому его не слышно. В некоторых случаях может быть слышен шум , наложенный на на DC.

Большинство импульсных источников питания (SMPS) регулируются и могут использоваться напрямую, без дополнительных действий.Тем не менее, они почти всегда относительно шумные, имея существенное свидетельство частоты коммутации (и ее гармоник) в источнике постоянного тока. Хотя эти артефакты переключения почти всегда неслышны, они сбивают с толку и могут сильно затруднить разумные измерения в цепи.

Далее, зачем нам стабилизированный ток?

Помимо источников тока, раковин и зеркал (см. Статью), регуляторы тока раньше были больше диковинкой, чем что-либо еще. Они использовались во многих областях в течение многих лет, но только недавно стали повсеместными — светодиодное освещение.Подавляющее большинство из них работают в импульсном режиме, потому что в противном случае потери энергии будут чрезмерными, что снижает общую эффективность светодиодного источника света. Тем не менее, все еще есть примеры, когда линейный регулятор имеет больше смысла.

В частности, простой линейный стабилизатор тока легко подключить к плате Veroboard, что нелегко сделать с любой схемой переключения. Требования к линейным регуляторам тока незначительны по сравнению с регуляторами напряжения, но вы никогда не узнаете, когда он вам понадобится.В некоторых случаях вам понадобится регулировка как напряжения , так и тока , и зарядка аккумулятора — один из наиболее очевидных случаев, когда они будут совмещены.

В целом потребность в прецизионном регуляторе тока (в отличие от источника тока как части схемы усилителя, например) очень ограничена, но, поскольку принципы и результаты во многом одинаковы для регулирования как напряжения, так и тока, они заслуживают внимания. .


1 — Базовый дискретный регулятор напряжения

Первыми использованными регуляторами были газоразрядные трубки [1] .Питание трубки осуществлялось через резистор, и напряжение разряда было достаточно стабильным при условии, что ток не слишком сильно менялся. Если требовался большой ток, то для его подачи в качестве катодного повторителя использовался традиционный мощный вентиль (вакуумная трубка). Добавление дополнительных клапанов позволило получить хорошо регулируемое питание, на которое не повлияли изменения тока нагрузки или колебания входного напряжения.

Современный эквивалент газоразрядной трубки — стабилитрон. Они по-прежнему очень часто используются для регулирования либо в качестве простого шунтирующего регулятора (например, газоразрядная трубка), либо с дополнительными частями для формирования дискретного регулятора.Поскольку основной шунтирующий регулятор является самым простым, на него стоит обратить внимание в первую очередь. Более подробная информация об использовании стабилитронов представлена ​​на странице Application Note 008 на веб-сайте ESP.


Рисунок 1 — Шунтирующий стабилизатор на базовом стабилитроне

Одним из основных недостатков простого шунтирующего стабилитрона является то, что он постоянно потребляет максимально допустимый ток от источника питания. Как показано выше, напряжение питания составляет 15 В, и это только один источник питания. Я буду использовать эту же общую компоновку для большинства диаграмм, потому что это делает их менее загроможденными и более легкими для понимания.Если требуется отрицательный источник питания, обычно это просто обратное значение, указанное для положительного напряжения. Сам источник питания (трансформатор и конденсатор фильтра) используется в большинстве примеров, но не будет показан, если только понимание схемы не является важным.

В вышеупомянутом источнике питания R1 должен обеспечивать достаточный ток, чтобы всегда оставаться в оптимальном диапазоне стабилитрона, а также обеспечивать нагрузку. Стабилитроны не рекомендуются для любых схем, в которых ток изменяется более чем на несколько процентов.Ток стабилитрона должен составлять (примерно) от 10% до 50% от максимального тока стабилитрона, который очень просто получается из напряжения и номинальной мощности. Стабилитрон 15 В 1 Вт может выдерживать максимальный ток …

I = P / V
I = 1/15 = 66,7 мА

Ток стабилитрона не должен превышать 50% от максимального, чтобы поддерживать повышение температуры стабилитрона до разумного значения. Кроме того, при таком токе он будет довольно горячим, и на напряжение не будет сильно влиять температура окружающей среды.Таким образом, мы должны стремиться к 33 мА и не менее 7 мА, чтобы гарантировать, что динамическое сопротивление стабилитрона достаточно низкое, чтобы быть полезным. Поскольку номинальное входное напряжение составляет около 21 В, это означает, что сопротивление резистора должно быть около 180 Ом (R = V / I). 180 Ом дает ток стабилитрона 33 мА, но только когда ток нагрузки равен нулю, а напряжение в сети составляет точно 230 В (или 120 В), и при условии, что выходное напряжение трансформатора равно 15 В RMS.

На самом деле ничего из вышеперечисленного обычно не соответствует действительности. Нет смысла иметь стабилизированное напряжение, но без нагрузки, поэтому нам нужно знать, какой ток потребляет цепь с питанием.Это может быть доступно в таблицах данных (для операционных усилителей), или вам, возможно, придется либо рассчитать, либо измерить фактический потребляемый ток. Для этих упражнений мы предполагаем, что ток нагрузки составляет 20 мА.

Теперь, если нагрузка потребляет 20 мА, это означает, что ток стабилитрона теперь снижен до 13 мА (33–20 мА), что находится в желаемом диапазоне. Чтобы сохранить значение 33 мА, которое мы рассмотрели вначале, общий ток , потребляемый от источника питания, будет равен необходимому току стабилитрона (33 мА) плюс ток нагрузки (20 мА), всего 53 мА.R1 теперь нужно пересчитать, и он становится 113 Ом. 120 Ом в этом случае вполне нормально. Поскольку общий потребляемый ток выше ожидаемого, на конденсаторе фильтра будет больше пульсаций, чем мы ожидали. Из-за избыточного тока напряжение будет меньше запланированного нами 21 В (нерегулируемого), но, к счастью, эти ошибки обычно не настолько велики, чтобы вызвать катастрофу. Если нагрузка отключена, теоретический ток стабилитрона будет 33 мА (нормальный ток стабилитрона) плюс 20 мА, которые потребляла бы нагрузка — всего 53 мА.Стабилитрон сильно нагреется до , и этот тип простого шунтирующего регулятора обычно не следует использовать без нагрузки.

Показанные характеристики поставки должны быть разумными. Симулятор сообщает мне, что при входном среднеквадратичном напряжении 15 В мы получаем 19,4 В постоянного тока после выпрямителя и фильтра с пульсацией 94 мВ RMS (300 мВ P-P) на частоте 100 Гц. Регулируемое напряжение составляет 15,1 В с пульсацией 4,9 мВ (16 мВ P-P). Ток нагрузки составляет 20 мА, но ток стабилитрона намного ниже запланированного, всего 15.7 мА. Хотя R1 можно уменьшить, чтобы обеспечить больший ток в стабилитрон, это также вызовет повышение напряжения пульсаций и немного снизит исходное напряжение постоянного тока. Суммарный ток от выпрямителя и фильтра составляет 35,7 мА … 20 мА на нагрузку и 15,7 мА на стабилитрон. R1 рассеивает 152,7 мВт, а рассеивание стабилитрона составляет 235,5 мВт (15 В x 15,7 мА). Как выяснилось, это безопасная общая конфигурация, и стабилитрон выживет, даже если входное напряжение сети повысится до максимально возможного.

Ток трансформатора составляет немногим более 113 мА (среднеквадратичное значение), состоящий из резких пиков ± 480 мА. Обратите внимание, что ток трансформатора с мостовым выпрямителем более чем в 3 раза превышает постоянный ток в этом примере, но он может быть выше или ниже в зависимости от выходного импеданса трансформатора (я использовал значение 0,2 Ом для моделирования). Если импеданс увеличивается, среднеквадратичное значение и пиковый ток уменьшаются, но вместе с тем уменьшается и напряжение постоянного тока.

Как видно из вышеизложенного, необходимо учитывать несколько взаимосвязанных факторов.Когда также принимаются во внимание обычные отклонения от электросети, количество возможностей резко возрастает. К счастью, ошибки и отклонения от теоретических значений всегда будут, но пока проектировщик делает поправки, конечный результат будет удовлетворительным. Важно знать, что почти никогда все не будет так просто, как кажется на первый взгляд.

Если R1 разделен на два резистора равного номинала (2 x 56 Ом будет работать), то второй конденсатор от центрального отвода до земли уменьшит пульсации напряжения.При всего лишь 220 мкФ пульсации сокращаются до менее четверти (около 1,2 мВ RMS). Два резистора необходимы для отделения дополнительной емкости от основной крышки фильтра и стабилитрона, оба из которых имеют очень низкий импеданс (вы также увидите, как этот трюк используется ниже). Возможно, неожиданно, пульсации напряжения немного больше при подключенной нагрузке. Это связано с тем, что стабилитрон пропускает меньше тока и его динамическое сопротивление немного увеличивается.

Обратите внимание, что на Рисунке 1 показан конденсатор оконечного фильтра, и это очень важно в большинстве случаев.Он не так эффективен, как можно было бы надеяться, потому что он подключен параллельно стабилитрону с низким сопротивлением, но он немного снизит шум и (что более важно) обеспечит мгновенный пиковый ток, который может потребоваться некоторым схемам. Фактически, очень и очень мало регуляторов любого типа следует использовать без разумной емкости на выходе. 10 мкФ часто бывает достаточно, но более высокие значения в большинстве случаев не вызовут никаких проблем.


2 — Следующий шаг к регулированию напряжения

Шунтирующее регулирование, описанное выше, по-прежнему является очень полезным инструментом, и во многих случаях это, безусловно, самый простой и дешевый способ получить, например, слаботочный стабилизированный источник питания для вспомогательных цифровых схем.Однако регулирование линии и нагрузки не очень хорошее, поэтому этот метод не подходит для нагрузок, которые имеют быстрые (или большие) изменения тока. Следующая разработка — это простой последовательный транзистор, добавляемый к стабилитрону, и это описано в статье о малых источниках питания. Здесь это повторяться не будет. Когда ток нагрузки регулятора проходит через транзистор, схема называется «последовательным» регулятором, потому что активное выходное устройство включено последовательно с током нагрузки.

Ниже показан базовый дискретный регулятор.Раньше это была очень распространенная схема до появления 3-контактных IC-регуляторов. Производительность может быть неплохой, но это ни в коем случае не точный регулятор. В основную форму схемы внесено несколько хитрых дополнений, которые описаны ниже. Трансформатор и мостовой выпрямитель точно такие же, как на рис. 1. C4 часто требуется для предотвращения высокочастотных колебаний, и его значение обычно находится где-то между 47 пФ и 1 нФ. Более высокие значения замедлят схему, и она не сможет достаточно быстро отреагировать на быстрые изменения нагрузки (плохая переходная характеристика).


Рисунок 2 — Простой дискретный регулятор серии

Несмотря на то, что показанная схема имеет (почти) такое же выходное напряжение, что и шунтирующий стабилизатор, показанный выше, она потребляет меньше тока от выпрямителя. При той же подключенной нагрузке 20 мА (750 Ом) он потребляет 29,8 мА (вместо непрерывных 35,7 мА, подключена нагрузка или нет). Уменьшение тока означает, что входная пульсация уменьшается, а обратная связь, используемая в цепи, помогает еще больше.

В частности, обратите внимание, что есть два резистора (R1 и R2) для обеспечения тока базы для последовательного каскада Дарлингтона.Центральный отвод подключается к C2, и это снижает пульсации напряжения с ~ 78 мВ RMS на C1 до примерно 500 мкВ на C2 и менее 100 мкВ на базе Q1. Пульсации на выходе составляют всего 28 мкВ — на 70 дБ меньше пульсаций на C1. Сравните это с рисунком 1, который позволяет подавить пульсацию только около 25 дБ.

Следующий хитрый трюк использует R6. Если бы этого не было, ток стабилитрона был бы максимум ~ 630 мкА, что слишком мало для обеспечения стабильной работы. R1 и R2 можно было бы уменьшить, но тогда C2 нужно было бы больше.Таким образом, регулируемое и сглаженное выходное напряжение используется для подачи тока, достаточного для правильной работы стабилитрона. Он добавляет немного более 8,7 мА стабилитрона (в моделировании общее значение составляет 9,4 мА). Это превышает минимум 5%, необходимый для стабильности (стабилитрон 6,2 В 1 Вт может потреблять до 161 мА при 25 ° C).

Чтобы учесть допуск стабилитрона (до ± 10%), было принято делать R5 переменным. В показанном примере вы можете использовать банк в 20k (что было бы довольно грубо) или R5 можно было бы уменьшить до 8.2к с банком 5к последовательно. Эта схема имеет обратную связь, а коэффициент усиления регулятора устанавливается R4 и R5. Стабилитрон является опорным напряжением. Этот регулятор представляет собой ту же базовую схему, которую я использовал для Project 96, источника фантомного питания 48 В для микрофонов.

Опорное напряжение (стабилитрон) должно быть близко к 1/2 выходного напряжения, если это возможно, но может быть и меньше 1/4. Так что, если вам нужен выход 100 В, вы можете использовать стабилитрон на 24 В.

R4 и R5 образуют цепь обратной связи и определяют коэффициент усиления схемы.Если они равны, коэффициент усиления схемы равен 2. Напряжение база-эмиттер Q3 добавляется к опорному напряжению, так что на самом деле это не 6,2 В, а 6,85 В для схемы, показанной на рисунке 2. Это также добавляет ошибку из-за до температуры перехода Q3, которая обычно принимается равной -2 мВ / ° C. При условии, что температура Q3 не сильно изменится, ошибка не имеет большого значения.

Выходное напряжение может быть определено следующим образом …

Усиление = (R4 / R5) + 1
Усиление = (12/10) + 1 = 2.2
В ВЫХ = В REF × усиление
В ВЫХ = 6,85 × 2,2 = 15,07 В постоянного тока

Для разработки дискретного регулятора, такого как показанный на рисунке 2, есть несколько общих рекомендаций. R1 + R2 должны обеспечивать достаточный базовый ток для последовательной комбинации Q1 и Q2. Необходимый базовый ток определяется коэффициентом усиления пары (предположим, 1000 для типичной комбинации), и должен быть абсолютным минимумом удвоенных , который необходим при максимальном выходном токе.Если оно меньше этого, Q3 (усилитель ошибки) не будет иметь достаточного тока для работы, и вы потеряете регулирование. Согласно общепринятому практическому правилу, базовый ток последовательного транзистора (транзисторов) в наихудшем случае может быть в 5–10 раз больше. Однако это можно смягчить, если вам не нужна идеальная регулировка.

Итак, для приведенной выше схемы мы можем использовать следующие основные уравнения для R1 и R2 …

R1 + R2 = V IN — V OUT / I B × 10 — где I B определяется…
I B = I OUT / h FE (Q1 × Q2) … (предположим усиление 1000), поэтому …
I OUT = 20 мА
I B = 20 мкА × 10 = 200 мкА
В IN — V OUT = 19,4 — 15 = 4,4 В
R1 + R2 = 4,4 В / 200 мкА = 22 кОм, поэтому R1 = R2 = 11 кОм

Хотя это можно было бы заставить работать, это было бы довольно глупо, потому что регулятор мог бы выдавать только 20 мА, если вы придерживаетесь рекомендаций по проектированию. Уменьшая значения R1 и R2 до 2.2k, схема будет отлично работать с выходным током не менее 100 мА. При 100 мА выходное напряжение упадет до 14,99 В, а пульсации увеличатся до 115 мкВ. Учитывая относительную простоту схемы, производительность неплохая!

Обратите внимание, что устройство последовательного прохода показано как пара транзисторов, соединенных в конфигурации Дарлингтона, но транзистор Дарлингтона и N-канальный полевой МОП-транзистор также будут работать. Стабилитрон должен быть подключен между затвором и истоком полевого МОП-транзистора — 4.Стабилитрон 7 В обеспечит более чем достаточный ток при использовании полевого МОП-транзистора IRF540 (или аналогичного), а также обеспечит базовое ограничение тока очень . Поскольку коэффициент усиления полевого МОП-транзистора не такой высокий, как у пары Дарлингтона, регулирование и характеристики пульсации не так хороши. Однако затвор не потребляет ток, поэтому значения R1 и R2 могут быть выше, чем это требуется для биполярных транзисторов.

Добавив некоторую сложность, схему можно заставить работать еще лучше, но для 99% приложений в этом нет никакого смысла.Единственное, чего нет у , так это защиты от короткого замыкания. Если выход закорочен, последовательные транзисторы (Q1 и Q2) выйдут из строя. Если мы просто ограничим ток до заранее установленного максимума, мы можем обнаружить, что рассеивание Q2 выходит за пределы допустимой безопасной области. При 20 В на входе (достаточно близко) и (скажем) на выходе 100 мА и закороченном выходе рассеивание в Q2 будет 20 * 0,1 = 2 Вт. Очевидно, это не проблема при низком входном напряжении и малом токе регулятора, но становится серьезной проблемой при увеличении напряжения или тока.


Рисунок 3 — Простой дискретный серийный регулятор с ограничением тока

Добавляя Q4 и R7, мы можем применить базовую защиту от короткого замыкания с помощью простого ограничения тока. Когда напряжение на R7 достигает 0,6–0,7 В, Q4 будет проводить и «отбирать» ток из последовательно проходящих транзисторов. Это только самая простая форма защиты, и хотя она работает, это определенно не высокотехнологичное решение проблемы. Как показано, ток ограничен примерно 130 мА, а рассеивание в Q2 составляет примерно 2.4 Вт (радиатор будет обязательно). Показанная компоновка ни в коем случае не единственный метод, но он работает достаточно хорошо. Дополнительное сопротивление снижает характеристики регулирования, и при приближении к пределу тока наблюдается заметный провал напряжения.

Более продвинутое ограничение тока включает в себя так называемое «обратное ограничение», когда доступный ток постепенно уменьшается по мере падения выходного напряжения. Например, пока выходное напряжение близко к 15 В, предел может быть установлен на (скажем) 1 А, но если выход закорочен, максимальный доступный ток может быть уменьшен до 100 мА.Ограничение обратного тока является более сложным и в некоторых случаях может привести к отказу источника питания от запуска — например, если схема с питанием потребляет ток, превышающий нормальный, при низких входных напряжениях. Поскольку эта статья посвящена общим принципам, ограничение тока обратной связи не будет включаться.


2.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Дискретная схема по-прежнему имеет преимущества, когда вам нужен источник питания с более высокими требованиями к напряжению, чем могут удовлетворить стандартные 3-контактные ИС.Хотя доступны версии с высоким напряжением, их бывает трудно получить, и они по-прежнему имеют ограниченный перепад входного-выходного напряжения. Вы можете представить, что LM317HV (например) подойдет, так как он имеет максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе 60 В.

Легко упустить из виду тот факт, что максимальное входное напряжение для LM317HV на самом деле составляет всего 60 В, потому что при первом включении выходной конденсатор разряжен и близок к короткому замыканию. Точно так же регуляторы серии 317/337 имеют защиту от короткого замыкания, но если входное напряжение превышает максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе, есть большая вероятность того, что ИС выйдет из строя.

Можно сделать дискретную схему с любым входным напряжением, которое вам нравится, ограниченное только выбором последовательно проходных транзисторов и других необходимых компонентов. Если вам нужен стабилизированный источник питания на 250 В, то вам просто не повезло, если вы попытаетесь использовать любой доступный стабилизатор IC. Если вы знаете, как построить дискретный регулятор, то (почти) нет ограничений на входное или выходное напряжение.

При разработке регуляторов высокого напряжения необходимо учитывать множество факторов, особенно защиту от короткого замыкания.Если у вас есть нерегулируемое напряжение (скажем) 500 В и вам нужно регулируемое 400 В, представьте мгновенное рассеивание мощности в устройстве последовательного прохода, если выход закорочен! Без продуманных мер защиты короткое замыкание вызовет мгновенный отказ устройства последовательного прохода, и чрезвычайно сложно обеспечить какую-либо достаточно быструю схему защиты. Это можно сделать, но здесь мы не будем рассматривать, поскольку для этого потребуется обширное тестирование, чтобы убедиться, что схема защиты работает должным образом (это не конструкторская статья — она ​​предназначена только для объяснения принципов).


Рисунок 4 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Схема слева на Рисунке 4 (A) выглядит безопасной, но в момент включения выходная крышка разряжается и представляет собой кратковременное короткое замыкание. Колпачок большего размера в течение некоторого времени может выглядеть как очень низкий импеданс, как показано справа (B). Таким образом, дифференциальное напряжение представляет собой полное входное напряжение (45 В), которое может значительно превышать номинальные значения для регулятора и вызвать отказ. Если выход закорочен (возможно, в оборудовании есть танталовые конденсаторы для развязки источника питания ¹), регулятор будет иметь полное входное напряжение на нем до тех пор, пока не будет отключено питание или он не выйдет из строя!

Примечание 1: Танталовые конденсаторы (и всегда были) самые ненадежные конденсаторы из когда-либо созданных.Они совершенно не переносят сильные импульсные токи, и уникальны тем, что их режим отказа — короткое замыкание (которое может быть прерывистым). Как известно постоянным читателям, я никогда не рекомендую танталовые крышки для чего-либо.

Очень важно, чтобы дифференциальное напряжение между входом и выходом не превышалось, и для регуляторов IC оно указано в спецификации (обычно как абсолютное максимальное значение). Для дискретного регулятора это максимальное напряжение на последовательном и других транзисторах, которое ограничивается напряжением пробоя коллектор-эмиттер или напряжением сток-исток для полевого МОП-транзистора.

Вы вполне можете спросить, а зачем на регуляторе диод. В некоторых случаях общая емкость на выходе регулятора может быть такой, что он сохраняет заряд дольше, чем крышка основного фильтра (C1). Это особенно верно, если перед регулятором берется дополнительная нерегулируемая нагрузка. Если регулятор должен быть смещен в обратном направлении, он почти наверняка выйдет из строя, поэтому вы не сможете подключить настольный источник питания напрямую к цепи, не повредив регулятор.Добавление диода означает, что любое напряжение на выходе передается на вход регулятора, что предотвращает возможное повреждение внутренней цепи. Диод также следует добавить к дискретным регуляторам, если есть вероятность, что на выходе может быть напряжение, но не на входе.


2.2 — Требования к дифференциальному напряжению ввода-вывода

Хотя важно гарантировать, что максимальный дифференциал ввода-вывода никогда не будет превышен, также важно обеспечить наличие дифференциала , достаточного для предотвращения проблем.Минимум обычно указывается в даташите, и это не относится к среднему значению! Мгновенное входное напряжение никогда не должно падать настолько (из-за пульсаций напряжения), чтобы регулятор больше не мог поддерживать выходное напряжение. Например, если регулятору требуется минимум 2 В дифференциала для поддержания регулирования, мгновенное входное напряжение всегда должно быть более чем на 2 В выше выходного напряжения.

Сюда входят пульсации напряжения и любое снижение сетевого напряжения, которое находится в пределах обычно ожидаемого диапазона для входящего источника переменного тока.Некоторые люди спрашивали, почему я рекомендую трансформатор 15–0–15 В для источников постоянного тока ± 15 В, когда я знаю, что напряжение трансформатора обычно выше, чем указано при небольшой нагрузке. В общем, вы можете ожидать на входе регулятора около 25 В постоянного тока, что может показаться чрезмерным. Тем не менее, это включает в себя значительную поправку на низкое напряжение в сети, пульсации и дополнительное сглаживание.


Рисунок 5 — Пульсация входного напряжения относительно напряжения. Регулируемая мощность

На рисунке 5 вы можете увидеть, что произойдет, если входящий постоянный ток упадет ниже минимума, необходимого для поддержания регулирования.Поскольку крышка входного фильтра слишком мала, пульсации позволяют входному напряжению упасть ниже предела, при котором регулятор может поддерживать выходное напряжение на уровне 15 В. В результате пульсация передается от входа к выходу.

В случае, показанном выше, очевидным ответом является увеличение емкости фильтрующего конденсатора, чтобы пульсации были уменьшены до разумного значения, и проблема была решена. Однако вам все же нужно рассмотреть случай, когда напряжение в сети падает — это может иметь точно такой же эффект.Если напряжение сети упадет на 20% (с 230 В до 184 В или с 120 до 96 В), то же самое произойдет и с выходом трансформатора. Это означает, что вместо номинальных 15 В переменного тока выходная мощность будет снижена до 12 В переменного тока, и этого недостаточно, чтобы позволить ИС поддерживать регулирование — даже при условии, что ноль пульсации напряжения!

Неважно, является ли регулятор дискретным или на основе ИС — результаты будут одинаковыми. Единственным решением было бы либо использовать трансформатор с более высоким напряжением (например, 18 В RMS), либо использовать конструкцию стабилизатора с малым падением напряжения (LDO), либо в виде интегральной схемы, либо в виде дискретного.У регуляторов LDO могут быть проблемы со стабильностью из-за их конструкции, и, как правило, их следует избегать, если нет другого варианта. См. Регуляторы LDO, если вы хотите узнать о них больше.


3 — Регуляторы IC Регуляторы

IC (3-полюсные) в настоящее время являются наиболее распространенными из всех аналоговых / линейных типов. В течение многих лет у нас были регуляторы 78xx (положительный) и 79xx (отрицательный), а также множество аналогичных устройств с разными номерами деталей, и было доступно несколько стандартных напряжений.Были доступны версии на 5, 8, 12, 15, 18 и 24 В, но они (в основном) рационализированы до 3–5 В, 12 В и 15 В. Некоторые из странных напряжений все еще могут быть доступны, если вы внимательно присмотритесь. Регулируемые регуляторы (LM317 / 337) позволяют людям создавать источники питания практически для любого напряжения, которое им нравится, от 1,25 В до 50 В, если вы используете версии с высоким напряжением.

Они удобны, фиксированные регуляторы также доступны в маломощных версиях в корпусе TO-92. 78L05 особенно распространен, поскольку он может обеспечивать регулируемое питание для небольших микроконтроллеров, проектов на основе PIC и других логических схем с низким энергопотреблением.Внутренняя схема этих микросхем в настоящее время довольно развита, и они обладают очень хорошими характеристиками. Все они имеют защиту от короткого замыкания и включают внутренние предохранители от перегрева, поэтому они практически неразрушимы … почти!

Многие аудиоэнтузиасты часто считают обычные регуляторы серий 78xx / 79xx «низшими», но это неоправданно. Да, они несколько шумные, но типичный выходной шум низкий и очень редко вызывает проблемы со схемами операционных усилителей, но это может быть проблема с простыми схемами с плохим отклонением источника питания.Стоит отметить, что выходной конденсатор нужен в первую очередь для стабильности, и без него регулятор, вероятно, будет колебаться. Неважно, 10 мкФ или 1000 мкФ, пульсация на выходе не изменится.

Это явно странное поведение связано с выходным сопротивлением регулятора. Согласно таблице данных на 7815, он имеет выходное сопротивление 0,008 Ом (8 миллиом) на частотах до 1 кГц, после чего оно возрастает до 6 дБ / октаву. На частоте 100 Гц конденсатор 1 мФ (1000 мкФ) имеет реактивное сопротивление равное 1.59 Ом, и это абсолютно не влияет на 8 миллиомов регулятора. Выходное сопротивление остается ниже 1 Ом на любой частоте до 1 МГц, и на крайних частотах конденсатор будет иметь некоторое влияние.

Подавление пульсаций заявлено как минимум 54 дБ (7815) при типичном значении 70 дБ. Типичный выходной шум составляет 90 мкВ. Простой способ снизить уровень шума и пульсаций напряжения — это добавить на выходе регулятора простой резистивно-конденсаторный фильтр. Для выходных токов 100 мА или менее резистор на 10 Ом и конденсатор на 1000 мкФ снизят выходное напряжение на 1 В при 100 мА, но уменьшат пульсации 100 Гц еще на 16 дБ (минимум).Это также уменьшит широкополосный шум. На частоте 1 кГц любой шум регулятора уменьшается на 36 дБ, а на частоте 10 кГц — на 56 дБ. В сочетании с уже и без того низким уровнем шума и пульсации остаточная величина незначительна. Как и следовало ожидать, эту технику можно успешно использовать только при сравнительно небольших токах.

Также можно использовать фильтр, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, но необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы частота -3 дБ была значительно ниже частоты пульсаций, иначе вы можете легко получить больше пульсаций вместо меньших! Например, LC-фильтр, состоящий из индуктора 1 мГн и конденсатора 1 мФ (1000 мкФ), имеет частоту 159 Гц и увеличит пульсации на 4 дБ.Увеличение индуктивности до 10 мГн приводит к уменьшению пульсации на 10 дБ, а также к быстрому ослаблению всех частот выше 50 Гц. В идеале катушка индуктивности (или конденсатор) должна быть больше, а любой LC-фильтр чувствителен к импедансу нагрузки и может вызывать переходные колебания при изменении нагрузки — рекомендуется соблюдать особую осторожность!

Многие люди также думают, что добавление большого конденсатора к выходу уменьшит шум и пульсации. Как отмечалось выше, это не работает. Ясно, что параллельное включение емкостного реактивного сопротивления более 1 Ом и менее 20 мОм не даст многого.На более высоких частотах выходное сопротивление регулятора будет расти, поэтому емкость от 10 мкФ до 100 мкФ имеет смысл для ограничения ВЧ-шума и обеспечения стабильности регулятора.

Обратите внимание, что LDO (регуляторы с низким падением напряжения) часто имеют строгие критерии стабильности, поэтому я предлагаю вам прочитать статью, в которой рассматриваются эти потенциально сварливые ИС. В основном они ведут себя прилично, но это не гарантируется, если вы не все сделаете правильно.


3.1 — Регулируемые регуляторы IC

LM317 / 337 рекомендуются для замены фиксированных регуляторов и обеспечивают гораздо большую гибкость.Они стабильны и хорошо работают. Самое главное, у них нет вредных привычек, и это важный фактор для любого дизайна. Project 05 — это пример двойного регулятора, использующего эти универсальные ИС. При использовании, как показано в проекте, производительность примерно такая же, как у фиксированного регулятора. Это можно улучшить, но для этого потребуется несколько дополнительных деталей. Дополнительные конденсаторы включены в плату Project 05.

Выходное напряжение устанавливается с помощью пары резисторов. Нормальный ток от вывода «Adj» (регулировочный) может варьироваться от ~ 50 до 100 мкА, и необходимо обеспечить больший постоянный ток, который, по крайней мере, на порядок больше, чем нормальный ток от этого вывода.Обычно это делается путем добавления резистора между выходом и регулировочным контактом, обычно 100 или 120 Ом. Опорное напряжение номинально составляет 1,25 В, но оно может варьироваться от 1,2 В до 1,3 В от одной микросхемы к другой. Предполагая, что 1,25 В, ток через внешний резистор на 100 Ом составляет 12,5 мА, что значительно превышает ток регулировочного штыря. Полная схема подключения показана ниже.


Рисунок 6 — Регулируемый регулятор, показан LM317

Как отмечалось выше, внутреннее опорное напряжение равно 1.25 В, поэтому через R1 проходит 12,5 мА. Мы можем игнорировать ток регулировочного штыря, потому что он будет не более 0,1 мА, и хотя это вызывает небольшую ошибку, это меньше, чем изменение опорного напряжения. Значение R1 довольно важно. Если он слишком велик, внутренний рабочий ток ИС приведет к увеличению выходного напряжения без нагрузки. Максимальное значение зависит от устройства — отрицательная версия требует меньшего сопротивления. Большинство дизайнеров используют значения от 100 до 220 Ом.Минимальный выходной ток для LM317 составляет около 5 мА или 10 мА для LM337. Использование резисторов 100 Ом гарантирует стабильный выходной сигнал как для положительных, так и для отрицательных регуляторов.

Легко вычислить значение R2, потому что мы знаем, что он передает 12,5 мА и всегда будет на 1,25 В меньше выходного напряжения. Следовательно, на выходе 15В получаем …

I R2 = 12,5 мА
V R2 = V OUT — 1,25 = 13,75
R2 = V / I = 13,75 / 12.5 = 1,1 тыс.

Это сильно отличается от формулы, представленной в таблице данных, и хотя процесс немного дольше, по крайней мере, вы можете вспомнить, как это делать, потому что он основан на простой математике (закон Ома), которую гораздо легче запомнить, чем формула. Из-за допуска опорного напряжения (1,2 — 1,3 В) фактическое выходное напряжение может варьироваться от 14,4 В до 15,6 В (± 1%), хотя большинство ИС будут ближе к расчетному значению. Разница напряжений не имеет значения для схем операционных усилителей.Формула, представленная в таблице (ах): …

V ВЫХ = 1,25 × (1 + R2 / R1) + I ADJ × R2

Это учитывает ток регулировочного штыря (обычно 50 мкА), который прибавит около 55 мВ при использовании резисторов 1,1 кОм. В общем, нет смысла стремиться к такому уровню точности, потому что IC представляет собой стабилизатор напряжения , а не прецизионный эталон. Если вам нужна точность, вы должны использовать прецизионный источник опорного напряжения, такой как TL431, LM336, LT1009, или решение, описанное в SLYT183 — Прецизионные источники опорного напряжения от Texas Instruments.

Назначение D1 такое же, как описано выше — он предотвращает повреждение, подаваемое на выход регулятора. D2 должен разрядить C2. Если этот диод не установлен, регулировочный штифт может на мгновение стать больше, чем выходное значение (например, если выход закорочен), что приведет к повреждению ИС. D3 немного сложнее.

Если вы построите один регулятор, D3 можно не устанавливать. Однако, если вы собираете источник питания с двойной полярностью (например, ± 15 В), D3 должен быть включен (на оба источника).Это защитный диод, который не позволяет стабилизатору получить отрицательный выход, что может привести к отключению микросхемы … , и она не восстановится! Но как это может случиться? Когда используются два источника питания, неизбежно, что один будет немного быстрее другого. Нагрузка (операционные усилители или другие схемы) обычно использует только заземление в качестве опорного, поэтому мощность потребляется между источниками, а , а не , от каждого источника к земле. Тот, который появляется первым, может принудить выход более медленного регулятора к противоположной полярности, и это может вызвать фиксацию ИС в состоянии неисправности, из которого она не может восстановиться.

Это реальная проблема, и диоды (D3 и его противоположный номер на отрицательном питании) должны быть включены. Это можно увидеть на принципиальной схеме Project 05. Что может еще больше усугубить, так это то, что проблема может быть периодической, и ее трудно отследить, если вы не знаете, что искать.


4 — Повышение тока от регуляторов IC

Совсем не редкость, что вам может потребоваться намного больший выходной ток, чем вы можете получить от микросхемы трехконтактного стабилизатора.Существуют версии TO-3, которые имеют более высокий ток, но этого может быть недостаточно, например, если вы запитываете большой микшерный пульт. Существует очень распространенный прием, который используется для увеличения выходной мощности, а для положительного регулятора требуется просто добавить один резистор и силовой транзистор PNP. Если вы используете TIP36C (самый доступный и самый дешевый силовой транзистор, который вы можете получить), легко получить до 10 А, хотя вам нужно установить очень хороший радиатор и тщательно управлять входным напряжением, чтобы обеспечить безопасную рабочую зону. не превышено.


Рисунок 7 — Регулируемый регулятор с усилением, использующий LM317 и TIP36C

ИС регулятора будет обеспечивать ток до предела, определенного R3. Как только напряжение на R3 превысит 0,7 В, Q1 и Q2 включатся и подадут столько тока, сколько потребует нагрузка. Входное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить правильное регулирование при более высоком токе, и крышка основного фильтра также должна иметь соответствующий размер, чтобы минимизировать входные пульсации. Вышеупомянутая схема обычно требует обмотки на трансформаторе 20 В RMS, а диоды также должны выдерживать максимальный непрерывный ток.

Будьте осторожны — здесь нет защиты от короткого замыкания, потому что регулятор не сможет отключить добавленные транзисторы в случае неисправности. Вы, , могли бы, , спасти транзисторы, включив предохранитель, как показано, но не рассчитывайте на это. Несмотря на очевидные ограничения, это очень полезная схема, и ее часто рекомендуют в технических описаниях и примечаниях к применению. В показанной конфигурации и при условии, что на входе 25 В постоянного тока, стабилизатор будет обеспечивать максимум около 320 мА плюс базовый ток транзисторов, а два TIP36C обеспечивают остальное.Рассеивание на Q1 и Q2 будет почти 50 Вт при выходном токе 5 А, поэтому радиатор и монтаж должны быть отличными. Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором всего 0,5 ° C / Вт вызовет повышение температуры каждого транзистора на 12,5 ° C, поэтому использование транзисторов с параллельным проходом абсолютно необходимо.

В некоторых примечаниях к применению предлагается использовать драйверный транзистор и транзисторы с параллельным проходом, но это необходимо только в том случае, если регулятор не может обеспечить ток, достаточный для обеспечения необходимого тока базы.Если учесть в техническом описании TIP35C / 36C h FE 25, стабилизатор на 1 А может запитать достаточно транзисторов, чтобы получить выходной ток 25 А. У кого-нибудь есть схема, на которую нужно 10 000 операционных усилителей?


5 — Базовый регулятор тока

«Самый простой» регулятор тока — это просто высоковольтный источник питания и резистор. Например, если у вас есть источник питания постоянного тока 1 кВ и резистор 1 кОм, это даст вам 1 А при нагрузке от нуля до примерно 20 Ом (при регулировке 2%). Хотя концепция проста, реализация совсем не похожа — источник питания 1 кВ при 1 А — действительно серьезная проблема, и для резистора потребуется номинальная мощность 1000 Вт (1 А при 1 кВ — это 1 кВт).Итак, хотя концепция проста, реализация трудна, дорога и опасна.

В отличие от регулирования напряжения не существует простого диода, который мог бы регулировать ток. «Диоды» регулятора тока существуют, но на самом деле это не диоды — это микросхемы (обычно содержащие полевой транзистор и резистор). Номинальная мощность обычно очень ограничена, и они подходят только для работы с довольно низким током. Любой полевой транзистор с режимом истощения (JFET) можно использовать в качестве простого регулятора тока, но доступный ток будет довольно низким, как и максимальное напряжение.В отличие от стабилитронов, стабильность невелика, и они действительно полезны только там, где точность не требуется. Большинство из них ограничены до ~ 20 мА или около того и при относительно низких напряжениях (<50 В). Рассеиваемая мощность обычно не превышает 500 мВт.

Однако пару транзисторов можно использовать для получения очень точного регулирования тока, а приложенное напряжение ограничивается только напряжением пробоя транзисторов. Максимальный доступный ток в основном определяется безопасной рабочей зоной проходного транзистора.Как и в случае с регулятором напряжения, вам необходимо знать требования перед тем, как начать. Как и в случае со всем электронным, необходимо идти на компромиссы, и вам нужно знать основные параметры, прежде чем переходить на кремний.


6 — Более продвинутый регулятор тока

Не существует по-настоящему простого регулятора тока, который можно было бы использовать при токе, который может потребоваться для светодиодов — наиболее распространенной нагрузки, которую вы можете найти на данный момент. Ток, необходимый для типичных мощных светодиодов, составляет от 350 мА до 700 мА с прямым напряжением ~ 3.5V для каждого серийного белого светодиода. Если у нас есть 5 светодиодов по 1 Вт последовательно, нам потребуется минимальное напряжение 17,5 В (мы будем использовать источник постоянного тока 22 В) при токе 300 мА.

Схема на дискретных транзисторах, использующая дешевый полевой МОП-транзистор, будет работать на удивление хорошо, и ее довольно просто реализовать. У него есть небольшая проблема с термической стабильностью, но мы можем использовать это в наших интересах. Схема показана ниже, и это просто мощная версия очень распространенного источника тока. MOSFET рассеивает чуть больше 1.2 Вт, и эта мощность полностью тратится (радиатор для полевого МОП-транзистора необходим). Однако это не намного больше, чем мы ожидаем в потерях от импульсного регулятора тока, работающего при том же напряжении и токе, а в некоторых случаях могут быть даже меньше.

D5 (стабилитрон 12 В) является дополнительным и защищает затвор от перенапряжения. Схема регулирования достаточно быстрая, чтобы гарантировать, что напряжение на затворе никогда не будет превышать примерно 6 В, даже если повышение напряжения питания происходит мгновенно.Однако включение стабилитрона обеспечивает защиту затвора, если нагрузка отключена (или становится разомкнутой), или если цепь подключена неправильно (если вы ее построите).


Рисунок 8 — Дискретный источник тока на базе полевого МОП-транзистора

Почему я решил использовать MOSFET, а не биполярный транзистор для Q2? В этом случае все сводится к минимизации потерь тока в базе проходного транзистора, а MOSFET не требует тока затвора. Резистор 10 кОм подает ток коллектора ~ 2 мА на Q1, и это необходимо, чтобы транзистор мог функционировать и обеспечивать напряжение затвора.Ток контролируется Q1, который включается, когда напряжение на R2 достигает ~ 0,7 В. Когда Q1 включается, Q2 выключается (частично), потому что напряжение затвора уменьшается. Состояние равновесия наступает за микросекунды, и система устойчива. Если изменяется импеданс нагрузки или входное напряжение, схема будет компенсировать. Если бы компенсация была идеальной, не было бы пульсаций тока через нагрузку — это был бы чистый постоянный ток. Показанная схема генерирует пульсацию на нагрузке примерно 380 мкА (117 мкА, среднеквадратичное значение) со средним током 308 мА.

Q1 имеет нормальный отрицательный температурный коэффициент 2 мВ / ° C любого кремниевого транзистора, поэтому, если он нагревается, ток будет падать. Мы можем использовать это, чтобы определить, нагреваются ли светодиоды, и уменьшить ток для компенсации. Если Q1 имеет температуру 50 ° C, ток снижается до 290 мА. Хотя это нельзя считать полным уровнем компенсации, это все же лучше, чем вообще ничего. Эта общая форма линейного регулятора тока может использоваться везде, где требуется, чтобы ток оставался постоянным независимо от колебаний нагрузки.Вы должны знать о температурной зависимости Q1, потому что она есть, полезна она или нет.

Цепь регулятора тока не будет иметь значительных отклонений между нагрузкой с нулевым сопротивлением и максимальной (16,7 В, что при 300 мА эквивалентно 55,5 Ом). Его можно использовать с любыми светодиодами мощностью от 1 до 5 мощностью 1 Вт без изменения тока, хотя рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора, естественно, увеличится при использовании менее 5 светодиодов. На самом деле, это настолько хорошо, что даже измерить текущее изменение в симуляторе сложно.Однако, если объединенное напряжение на MOSFET и R2 меньше ~ 1,5 В, он больше не сможет обеспечивать номинальный ток. Кроме того, имейте в виду, что современные полевые МОП-транзисторы не подходят для использования в линейных схемах , но вы можете обойтись без этого, если ток низкий (как в случае здесь).

У схемы на Рисунке 8 есть одна проблема в том, что выходной ток зависит от напряжения питания. Это связано с переменным током через Q1 (через R1). Однако изменение невелико и становится довольно линейным, когда напряжение превышает необходимое для регулирования.Ток варьируется от 308 мА (вход 19 В) до 312 мА (вход 30 В). Это более чем приемлемо, но это можно улучшить, запитав Q1 от источника тока. Это добавляет сложности, которую трудно оправдать, но для некоторых других приложений это может быть требованием.

В показанной схеме «опорное напряжение» составляет 0,7 В и представляет собой просто напряжение база-эмиттер Q1. Чтобы сделать источник тока, который не меняется в зависимости от температуры, необходимо использовать прецизионный эталон с температурной компенсацией.Само собой разумеется, что это добавляет сложности с небольшой выгодой в реальном выражении.


6.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Стабилизатор тока ничем не отличается от регулятора напряжения в том, что он должен иметь достаточно «запасного» напряжения для правильной работы. В случае схемы, показанной выше, полевой МОП-транзистор почти ничего не требует (около 200 милливольт), а на R2 должно быть напряжение — 650-700 мВ. Как только входное напряжение падает ниже этих комбинированных напряжений (около 1 В), либо из-за низкого напряжения в сети, либо из-за слишком высокого напряжения пульсаций, схема больше не может регулироваться.Ток через нагрузку никогда не может быть выше, чем предполагалось, но он может быть намного ниже при низком уровне сети или высокой пульсации.

Величина необходимого дополнительного напряжения зависит от схемы, но неразумно ожидать, что схема будет регулировать ток в узких пределах, если запас по напряжению недостаточен. Если напряжение слишком велико, рассеивание в устройстве последовательного прохода увеличивается и энергия расходуется в виде тепла. Если предполагается, что нагрузка представляет собой резистор, потребляющий тот же ток, что и нормальная нагрузка, закон Ома гласит, что доступное напряжение должно быть на выше, чем необходимое для проталкивания желаемого тока через резистор.

Например, как указано выше, для 5 светодиодов мощностью 1 Вт при 300 мА потребуется напряжение ~ 16,7 В, что эквивалентно резистору на 55,5 Ом. Мгновенное напряжение питания всегда должно быть не менее 17,7 В, чтобы МОП-транзистор мог регулировать ток обратно до 300 мА. Стоит отметить, что со стандартным импульсным источником питания с регулируемым током ситуация не отличается — входное напряжение всегда должно быть больше, чем максимальное напряжение на нагрузке в худшем случае. Пониженно-повышающие импульсные регуляторы могут изменять свой режим работы в зависимости от входного напряжения.

Импульсный стабилизатор выигрывает, когда входное напряжение намного больше, чем требуется для нагрузки, так как эффективность будет намного выше. При том же токе нагрузки ток от источника с импульсным стабилизатором фактически уменьшается с увеличением напряжения питания. С линейным регулятором ток остается прежним, а потери мощности (в виде тепла) увеличиваются. Однако переключение регуляторов выходит за рамки этой статьи.


7 — IC Регулятор тока

ИС обычных регулируемых регуляторов также могут использоваться в качестве регуляторов тока.В таблицах данных (и ниже) показаны примеры, и они работают достаточно хорошо. Эти схемы полагаются на опорное напряжение 1,25 В, поэтому резистор, чувствительный к току, должен понижать это напряжение во время нормальной работы ограничителя тока. В отличие от версии, показанной выше, в которой используется чувствительный резистор 2,2 Ом на 300 мА (резистор рассеивает ~ 200 мВт), если вы, например, используете LM317, чувствительный резистор должен быть около 4,2 Ом и рассеивать ближе к 400 мВт. Конечно, в этом нет ничего страшного, но это также означает, что на регуляторе требуется немного более высокий перепад напряжения.

Стандартный LM317, используемый в качестве регулятора тока, имеет отличные характеристики. Обратной стороной является то, что опорное напряжение составляет 1,25 В, в то время как «опорное» напряжение для дискретной версии, показанной выше, составляет всего 0,7 В. Это означает, что LM317 требует большего запаса по напряжению. Моделирование показывает, что показанная ниже схема не будет регулировать ток должным образом, пока входное напряжение не превысит 19,8 В, включая минимальный уровень пульсаций напряжения. C2 используется, чтобы гарантировать, что цепь не колеблется.


Рисунок 9 — LM317 как источник тока

Разницу в опорном напряжении легко увидеть, посмотрев на резистор измерения тока — R1 на Рисунке 9 и R2 на Рисунке 8. Хотя 2,2 Ом достаточно для схемы на Рисунке 8, для LM317 необходим резистор 4,15 Ом, который должен быть иметь номинальную мощность 1 Вт. LM317 интересует только одно — напряжение на R1. При условии, что это напряжение может поддерживаться на уровне внутреннего опорного напряжения (1,25 В), выходной ток фиксируется на уровне 300 мА.Ток равен …

I = V REF / R1
I = 1,25 / 4,15 = 301,2 мА

Если у вас есть запасное напряжение, R1 может быть 4,7 Ом, с резистором и подстроечным резистором, подключенными параллельно, как показано на рисунке 10. Стеклоочиститель подключается к регулировочной клемме LM317, позволяя изменять ток. Показанная схема позволяет изменять ток от 267 мА до 340 мА с помощью VR1.


Рисунок 10 — LM317 как регулируемый источник тока

Вы можете использовать LM317 как регулируемый регулятор тока до максимально допустимого тока и рассеиваемой мощности.Он далеко не так эффективен, как импульсный стабилизатор тока, но легко собирается на макетной плате или даже на бирках. Его можно использовать для создания прототипов и проверки концепции, или даже в качестве автономного тестового источника для управления мощными светодиодами при тестировании радиаторов и схем освещения (например). Как и в схеме на Рисунке 8, ток будет практически одинаковым независимо от количества используемых светодиодов мощностью 1 Вт. Это предполагает, что прямое напряжение светодиодов примерно на 4-5 В меньше, чем напряжение питания.


8 — Отрицательные регуляторы

В этой статье рассматриваются только положительные регуляторы, но отрицательные регуляторы легко изготовить с использованием тех же основных схем, но с частями противоположной полярности (обратные стабилитроны, PNP вместо транзисторов NPN и наоборот). Таким образом, негативные регуляторы не рассматриваются сами по себе. Отрицательным эквивалентом регуляторов 78xx является серия 79xx, а LM317 соответствует LM337.

Однако есть одна конфигурация, которая на первый взгляд не выглядит так, как будто она будет работать, но она настолько полезна, что показана здесь.Требуется немного нестандартного мышления, чтобы понять, что если одна сторона источника питания регулируется (например, положительная), то по определению другая сторона (отрицательная) должна также регулироваться. Если бы было иначе, электроника в целом просто не имела бы смысла и не работала бы.


Рисунок 11 — Положительное и отрицательное напряжение с использованием только положительных регуляторов

Фактически, источники питания могут быть полностью отдельными и просто подключаться к минусу верхнего регулятора / источника питания, соединенному с плюсом нижнего.Таким образом могут быть подключены два отдельных импульсных источника питания, и он работает с любым типом источника питания, при условии, что между их вторичными источниками нет другого соединения, кроме того, которое вы делаете сами. Вы даже можете иметь разные напряжения для источников питания + ve и -ve, если хотите (но это не всегда полезно).


9 — Методы опорного напряжения

Для всех регуляторов напряжения и тока требуется источник опорного напряжения, поскольку он используется в качестве фиксированной точки, с которой можно сравнивать выходное напряжение или ток.Идеальное опорное напряжение будет совершенно нечувствительным к дрейфу, связанному с возрастом, изменениям температуры и входного напряжения, поэтому всегда будет оставаться на одном и том же напряжении. Излишне говорить, что идеального эталона не существует, но некоторые хитрости схемы действительно подходят.

Как отмечалось во введении, в схеме клапана используются газоразрядные трубки, и они не являются ни особенно точными, ни стабильными. С появлением кремниевых полупроводников ситуация значительно улучшилась, и стабилитроны стали предпочтительным выбором.Стабилитрон 6,2 В имеет дополнительный положительный и отрицательный температурный коэффициент (tempco) и довольно стабилен в разумном диапазоне температур. Однако напряжение изменяется с током, поэтому простой резистор не обеспечит опорное напряжение с желаемой стабильностью. Это препятствие обычно преодолевается за счет питания стабилитрона от источника постоянного тока — обычно два, причем один обеспечивает эталонный ток для второго.

Если бы можно было создать источник тока, нечувствительный как к приложенному напряжению, так и к температуре, то самым простым известным источником опорного напряжения был бы резистор.Если определенный (и идеально регулируемый) ток проходит через резистор с очень низкой температурой, то напряжение на этом резисторе должно быть постоянным. Конечно, вы не можете потреблять ток нагрузки, и для создания прецизионного источника тока вам понадобится прецизионный источник опорного напряжения. Совершив полный круг, очевидно, что нужно что-то более практичное.

Стабилитроны

с напряжением пробоя около 6,2 В могут работать при определенном токе и будут показывать очень близкую к нулю температуру, если ток правильный.К сожалению, это не указано в технических данных, и оптимальный ток варьируется от одного диода к другому. Точный необходимый ток можно найти экспериментально, но этот метод требует много времени, и мало кто будет так склонен (в том числе и я). Это особенно верно, когда прецизионные эталонные диоды можно получить легко и дешево.

В µA723 (и LM723) используется стабилитрон 5,7 В с низкой температурой. Еще лучше стабилитрон 5,6 В с температурой + 2 мВ / ° C (типовая), включенный последовательно с диодом, смещенным в прямом направлении, с температурой -2 мВ / ° C — результат равен нулю.Никогда не получится добиться идеального результата, и прямой ток по-прежнему должен строго контролироваться, чтобы получить стабильное напряжение.

В современных ИС наиболее распространенным эталоном является запрещенная схема. Обратите внимание, что хотя схема и называется запрещенной зоной, на самом деле она не зависит от ширины запрещенной зоны кремния (около 1,205 эВ — электрон-вольт), а просто имеет примерно такое же эффективное напряжение. Да, я знаю, что это не имеет особого смысла и сбивает с толку, но так оно и есть.Существует много различных версий, которые широко используются, и большинство из них в значительной степени зависят от методов обработки IC. Если бы вы построили его из отдельных частей, его почти наверняка нельзя было бы использовать. Находясь на едином куске кремния и все части находятся в непосредственной близости, означает, что все переходы имеют одинаковую температуру друг с другом. В эталонных значениях ширины запрещенной зоны используются схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами — точно так же, как стабилитрон и диод, описанные выше, но при более низком и более полезном напряжении.«Стандартное» (если такое есть) опорное напряжение запрещенной зоны имеет напряжение от 1,2 до 1,5 В — например, номинальное опорное напряжение для LM317 составляет 1,25 В.

Если вы хотите точно знать, как делается ссылка на запрещенную зону, в сети есть много информации. Однако большая часть из них не особенно полезна, потому что она очень техническая, и большинство статей посвящено методам изготовления ИС. Конечно, в этом есть смысл, потому что для создания работоспособного эталона запрещенной зоны необходимо изготовить ИС.Однако для полноты картины ниже показана типовая схема. Идея состоит в том, что есть две взаимодополняющие части схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами. Ток часто жестко регулируется, и это не редкость для схем с запрещенной зоной внутри ИС, чтобы использовать опорное напряжение запрещенной зоны для стабилизации тока питания, который питает опорную цепь!


Рисунок 12 — Концептуальная схема эталонной ширины запрещенной зоны

Некоторые примеры прецизионных источников опорного напряжения включают LM113 (первый, датированный 1971 годом и разработанный Бобом Видларом), TL431 и LM336 (оба регулируемые), а также многие другие.Концептуальная схема LM113 показана выше. Обратите внимание, что физическая площадь Q2 сделана в 16 раз больше, чем Q1, и это один из нескольких факторов, которые заставляют схему работать. Большинство используют похожую технику.

Интересно отметить, что если вам понадобится прецизионный источник тока, вам понадобится прецизионный источник опорного напряжения. В идеале, особенно если входное напряжение может изменяться более чем на небольшую величину, лучший способ питания прецизионного опорного напряжения — через источник тока.Однако это не должно создавать головоломки, потому что эталонный источник тока должен быть только хорошим, а не идеальным. Мир прецизионных источников (будь то напряжение или ток) требует большого внимания к деталям, и необходимо минимизировать колебания входного напряжения, тока нагрузки и температуры. Операционные усилители часто необходимы, потому что они имеют близко согласованные входные транзисторы, которые будут оставаться при практически одинаковых температурах.

Там, где требуется максимальная точность , всегда было обычной практикой использовать печь с электронным управлением для повышения температуры окружающей среды схемы настолько, чтобы изменения температуры окружающей среды имели минимальное влияние или не влияли на температуру схемы.Излишне говорить, что это необходимо только тогда, когда выполняются измерения с гораздо более высокой точностью, чем обычно — такие методы были обычными для счетчиков с очень высокой точностью, но не являются необходимыми для большинства повседневных приложений. Современный эталон ширины запрещенной зоны часто обеспечивает точность, необходимую для большинства измерений.


10 — Змеиное масло

Прискорбно, но неизбежно, что некоторые люди будут ассоциировать регуляторы напряжения с «магическими» свойствами, способными каким-то образом влиять на «темп, ритм, время и пространство» (и нет, я тоже не знаю, что это должно означать). как звуковая сцена, басовый «авторитет», высокие «воздух» и, в более широком смысле, вкус и ощущение во рту хлопьев для завтрака.Это последнее утверждение (к сожалению) не глупее любых других. Почти все без исключения, это вопиющая чушь, и никогда не будет подкреплен результатами двойного слепого тестирования.

Есть несколько «особых» дизайнов, которые, кажется, привлекли внимание, но я не собираюсь придавать им какое-либо значение, называя имена. Есть несколько (очень немного!) Конструкций, которые требуют лучшего, чем обычно, регулирования, обычно требующего более низкого уровня шума, чем можно достичь с помощью стандартных ИС регуляторов.Часто это происходит потому, что конструкция схемы также сильно пропитана змеиным маслом и может иметь особенно плохое отклонение от источника питания или быть чрезмерно чувствительной к сопротивлению источника питания.

Нет сомнений в том, что некоторые из «специальных» регуляторов могут иметь превосходные характеристики с гораздо более низким уровнем шума, чем обычные типы ИС. Если вы хотите поэкспериментировать, они могут быть очень полезными и могут доставить массу удовольствия, пока вы экспериментируете с ними. Однако они , а не сделают любой грамотный звуковой дизайн «лучше» или даже «иначе» — особенно те, которые используют операционные усилители.

Все, что я скажу или другие разумные дизайнеры, конечно, никого не изменит. Если люди склонны верить в «волшебный» аспект звука, они почти наверняка услышат разницу, и это мнение не будет оспорено двойным слепым тестированием, что укрепляет веру в то, что мы можем слышать вещи, которые нельзя измерить или количественно оценить с помощью наука или физика.


Выводы

Регулируемые источники питания используются повсюду и во многих случаях считаются необходимыми, даже если схемы могут работать достаточно хорошо без регулирования.Простой факт заключается в том, что регулировка источников питания дает нам свободу использовать схемы, которые в противном случае вносили бы в схемы большое количество шума. Обычно дешевле (и конечный результат меньше) использовать регулятор, чем пытаться использовать более продвинутые фильтры для удаления гула и шума 100/120 Гц из источника питания.

В первые дни, когда вентили (вакуумные лампы) были единственными доступными усилителями, регулирование было трудным и дорогостоящим. Клапанные регуляторы использовались только в случае крайней необходимости из-за соображений стоимости и дополнительной надежности.По сегодняшним меркам стабильность регулирования была довольно обычной, но ее было достаточно для приложений того времени. В большинстве случаев разработчики пошли на все, чтобы использовать фильтрацию для удаления гула (100 Гц или 120 Гц) от источников питания. В фильтрах использовались катушки индуктивности, резисторы и конденсаторы для удаления шума из наиболее чувствительных частей цепи, а регулируемые источники питания были практически неслыханными для потребительского оборудования.

Сегодня у нас есть огромное количество ИС стабилизаторов, ИС точного опорного напряжения и доступ к схемам, которые было бы невероятно дорого реализовать всего 50 лет назад.Одной из самых первых микросхем регуляторов была почтенная микросхема µA723, которая была произведена рядом компаний после ее появления. Впервые он был выпущен Fairchild в 1967 году и сохранился до сих пор. Сомнительно, что многие люди потрудились бы использовать его больше, чем для ремонта существующего продукта, и поэтому я не включил схему, использующую его. Несмотря на свой возраст, это все еще очень хорошая ИС, и ее часто используют, например, в настольных источниках питания.

Для повышения точности в некоторых случаях вы найдете один регулятор, обеспечивающий напряжение для второго регулятора — это схема с двойным регулированием, иногда известная как «суперрегулятор».Это только изолирует второй регулятор от колебаний входного напряжения, но если шум, регулировка нагрузки или температурная стабильность второго регулятора менее чем идеальны, конечный результат, вероятно, не стоит затраченных усилий. Вы, вероятно, получите очень хорошее неприятие гула, но этого в любом случае легко добиться. Имейте в виду, что один слегка смещенный провод или заземление корпуса в источнике питания может легко нейтрализовать влияние регуляторов с точки зрения уменьшения шума / гудения.

Существует множество различных ИС регуляторов напряжения от разных производителей, и было бы сложно попытаться включить их все.Прецизионные эталоны также используются в АЦП и ЦАП , особенно в тех, которые предназначены для точных функций измерения. Вы также должны включить микросхемы импульсных регуляторов как напряжения, так и тока — некоторые оптимизированы для одного или другого. Количество устройств огромно, особенно с коммутационными типами. Каждый год в каталоги поставщиков добавляется больше, и большая часть спроса на новые устройства обусловлена ​​требованиями к «твердотельному» (светодиодному) освещению.

Линейные регуляторы

намного проще спроектировать и построить, чем любые регуляторы импульсного режима, потому что в них не задействованы высокие частоты и нет магнитных компонентов, о которых следует беспокоиться.Это делает линейный вариант разумным выбором для тестирования конструкции, даже если заранее известно, что конечный источник питания будет переключателем. Необходимо завершить проектирование и в первую очередь установить требуемые требования к напряжению, току и температуре. Когда все они известны, пора работать над окончательной конструкцией режима переключения.


Список литературы
  1. Трубки газоразрядного регулятора — Википедия
  2. Таблицы данных 78xx и 79xx (включая версии с низким энергопотреблением)
  3. LM317 / 337 Листы данных
  4. Постоянный диод — Википедия
  5. Current Regulator (Regulative [sic]) диоды — Semitec
  6. Искусство электроники, Пол Горовиц, Cambridge University Press (© 1989)
  7. Эталонные значения ширины запрещенной зоны — Аналоговые инновации
  8. Дизайн ссылок на запрещенную зону: испытания и невзгоды — Боб Пиз


Основной индекс Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Схем

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.