Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простой стабилизатор тока транзисторе

Стабилизатор тока на транзисторе

В процессе работы электрических сетей постоянно возникает необходимость в стабилизации тока. Данная процедура осуществляется с помощью специальных приборов, в число которых входит стабилизатор тока на транзисторе. Они широко применяются в различных электронных устройствах, а также при зарядке аккумуляторов всех типов. Стабилизаторы используются в интегральных микросхемах в качестве генераторов тока, создавая преобразовательные и усилительные каскады.

  1. Простой стабилизатор тока на транзисторе
  2. Стабилизатор тока на полевом транзисторе схема
  3. Принцип действия полевого транзистора
  4. Сборка стабилизатора тока из двух транзисторов

Простой стабилизатор тока на транзисторе

Обычные стабилизаторы тока обладают большим выходным сопротивлением, исключая тем самым влияние факторов сопротивления нагрузки и входного напряжения на величину выходного тока. Основным недостатком этих устройств является необходимость использования источника питания с высоким напряжением. В этом случае стабильность тока достигается применением резисторов с большим сопротивлением. Поэтому мощность, выделяемая резистором (P = I2 x R) при больших значениях токов может стать неприемлемой для нормальной работы системы. Гораздо лучше зарекомендовали себя стабилизаторы тока на транзисторах, которые выполняют свои функции, независимо от величины входного напряжения.

Наиболее простыми устройствами считаются диодные стабилизаторы. Благодаря им, электрические схемы значительно упрощаются, что приводит к снижению общей стоимости приборов. Работа схем становится более устойчивой и надежной. Эти качества сделали диодные стабилизаторы просто незаменимыми в обеспечении питания светодиодов. Диапазон напряжений, в котором они могут нормально функционировать, составляет 1,8-100 вольт. За счет этого становится возможным преодолевать импульсные и продолжительные изменения напряжения.

Поэтому свечение светодиодов может быть разной яркости и оттенков, в зависимости от тока, протекающего в цепи. Несколько таких светильников, включенных последовательно, работают в нормальном режиме при участии всего лишь одного диодного стабилизатора. Данная схема может быть легко преобразована, в зависимости от количества светодиодов и питающего напряжения. Необходимый ток задается стабилизаторами, включенными параллельно в светодиодную цепь.

Такие стабилизаторы установлены во многих конструкциях светодиодных светильников, в том числе применяется и стабилизатор тока на биполярном транзисторе. Это связано со свойствами светодиодов, обладающих нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, когда на светодиоде изменяется напряжение, изменение тока происходит непропорционально. При постепенном увеличении напряжения, вначале наблюдается очень медленное возрастание тока и свечение светодиода отсутствует. После достижения напряжением порогового значения свет появляется и одновременно наблюдается очень быстрый рост тока.

Если напряжение продолжает увеличиваться, наступает критическое возрастание тока, что приводит к сгоранию светодиода. Поэтому значение порогового напряжения всегда указывается в числе характеристик светодиодных источников света. Светодиоды повышенной мощности выделяют много тепла и должны подключаться к специальным теплоотводам.

В связи с широким разбросом порогового напряжения, все светодиоды должны подключаться к источнику питания через стабилизатор. Даже у однотипных светодиодов может быть разное прямое напряжение. Следовательно, при параллельном подключении двух источников света, через них будет проходить разный ток. Отличие может быть настолько велико, что один из светодиодов раньше времени выйдет из строя или сразу сгорит.

С помощью стабилизатора для светодиода устанавливается значение заданного тока, независимо от напряжения, приложенного к схеме. Когда напряжение превышает пороговый уровень, ток, достигнув нужного значения, дальше уже не изменяется. При дальнейшем росте напряжения, оно остается неизменным на светодиоде, а возрастает лишь на стабилизаторе.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе схема

Скачки сетевого напряжения очень часто приводят к выходу из строя электроприборов, устройств и прочего оборудования. Для того чтобы предупредить возникновение подобных ситуаций применяются различные стабилизирующие устройства. Среди них широкой популярностью пользуются стабилизаторы тока на полевых транзисторах, обеспечивающие стабильную работу электрооборудования. В быту часто используется стабилизатор постоянного тока своими руками, схема которого позволяет решать основные задачи.

Основной функцией данных устройств является компенсация перепадов и скачков напряжения в сети. Стабилизаторы автоматически поддерживают точно заданные параметры тока. Помимо скачков тока, компенсируется изменение мощности нагрузки и температуры окружающей среды. Например, если мощность, потребляемая оборудованием, возрастет, то соответственно увеличится и потребляемый ток. Как правило это приводит к падению напряжения на сопротивлении проводов и источника тока.

Среди многих стабилизирующих устройств, наиболее надежной считается схема стабилизатора тока на полевике, в которой транзистор подключается последовательно с сопротивлением нагрузки. Это вызывает лишь незначительные изменения нагрузочного тока, тогда как значение входного напряжения постоянно меняется.

Для того чтобы знать, как работают такие стабилизаторы, нужно знать устройство и принцип действия полевых транзисторов. Данные элементы управляются электрическим полем, в связи с этим и возникло их название. Само электрическое поле возникает под действием приложенного напряжения, следовательно, все полевые транзисторы являются полупроводниковыми приборами, работающими под управлением напряжения, открывающего каналы этих устройств.

Принцип действия полевого транзистора

Полевой транзистор состоит из трех электродов – истока, стока и затвора. Вход заряженных частиц происходит через исток, а выход – через сток. Закрытие или открытие потока частиц осуществляется с помощью затвора, выполняющего функции крана. Заряженные частицы будут течь лишь при условии напряжения, которое должно быть приложено между стоком и истоком. Если напряжение отсутствует, то и тока в канале не будет. Следовательно, чем выше подаваемое напряжение, тем больше открывается кран. За счет этого ток в канале между стоком-истоком увеличивается, а сопротивление канала – уменьшается. Для источников питания предусмотрена работа полевых транзисторов в режиме ключа, обеспечивающая полное открытие или закрытие канала.

Данные свойства позволяют сделать расчет стабилизатора тока на транзисторе, обеспечивающего поддержание токовых параметров на определенном уровне. Использование полевых транзисторов определяет и принцип действия такого стабилизатора. Всем известно, что каждый идеальный источник тока обладает ЭДС, стремящейся к бесконечности и также бесконечно большим внутренним сопротивлением. Это позволяет получить ток с необходимыми параметрами, вне зависимости от сопротивления нагрузки.

Читайте так же:
7812 как стабилизатор тока

В таком идеальном источнике возникает ток, который остается на одном и том же уровне, несмотря на изменения сопротивления нагрузки. Поддержание тока на неизменном уровне требует постоянного изменения величины ЭДС в диапазоне свыше нуля и до бесконечности. То есть сопротивление нагрузки и ЭДС должны изменяться таким образом, чтобы ток при этом стабильно оставался на том же уровне.

Однако на практике такая идеальная микросхема стабилизатора тока не сможет обеспечить всеми необходимыми качествами. Это связано с тем, что диапазон напряжения на нагрузке сильно ограничен и не поддерживает требуемого уровня тока. В реальных условиях источники тока и напряжения используются совместно. В качестве примера можно привести обычную сеть, напряжением 220 вольт, а также другие источники в виде аккумуляторов, генераторов, блоков питания и других устройств, вырабатывающих электроэнергию. К каждому из них могут последовательно подключаться стабилизаторы тока на полевых транзисторах. Выходы этих устройств по сути являются источниками тока с нужными параметрами.

Таким образом, зависимость нагрузки и выходных характеристик полевого транзистора оказывает влияние на значение тока при минимальном и максимальном значении входного напряжения. Однако токовые изменения незначительны и не оказывают отрицательного влияния на потребителей.

Импульсные стабилизаторы напряжения построение и схемотехника

Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напря­жения получают в последнее время все более широкое распростра­нение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов. Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь ма­лая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходнью транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.

Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов явля­ется наличие на выходе вьюокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.

Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входно­го, можно собрать на трех транзисторах (рис. 6.1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (VT3) является усилителем сигнала рассогласования [6.1].

Рис. 6.1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%

Устройство работает в автоколебательном режиме. Напря­жение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора VT1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора VT2.

Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласова­ния является каскад на транзисторе VT3. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.

В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент ра­ботает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа. Включени­ем/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора VT3 управляет транзистор VT2. В моменты, когда транзистор VT1 от­крыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запа­сается электромагнитная энергия. После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульса­ции выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильт­ром L1, СЗ.

Характеристики стабилизатора целиком определяются свой­ствами транзистора VT1 и диода VD1, бьютродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, вы­ходном — 15 Б и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.

Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — око­ло 1 мГн.

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 6.2 [6.2]. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых кар­касах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ. Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена про­кладка толщиной 0,8 мм. Активное сопротивление обмотки дрос­селя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, актив­ное сопротивление обмотки — 13 мОм. Прокладки можно изгото­вить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, дол­жен быть из немагнитного материала.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5…7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 /4 и, подбирая величину кон­денсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно

Рис. 6.2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%

18…20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе СЗ минимальны.

Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8… 10 Б, увеличив величину резистора R7 и установив новое зна­чение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3, также увеличится.

В схемах импульсных стабилизаторов желательно ис­пользовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходи­мую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.

Основные технические характеристики:

Входное напряжение, Б— 15…25. Выходное напряжение, Б — 5. Максимальный ток нагрузки, А — 4.

Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мБ, не более — 50.

КПД, %, не ниже — 60.

Рабочая частота при входном напряжении 20 Б и токе нагрузки 3 А, кГц —-20.

В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стаби­лизатора [6.2] в новой ^конструкции А. А. Миронова (рис. 6.3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и ха­рактер переходного процесса при воздействии импульсной на­грузки [6.3].

Рис. 6.3. Схема импульсного стабилизатора напряжения

Оказалось, что при работе прототипа (рис. 6.2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзи­стор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительнью потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор тока lm2576 1

Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 6.2) был введен до­полнительный выходной LC-фильтр (L2, 05). Уменьшить неста­бильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2. Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью умень­шения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличит­ся пульсация выходного напряжения.

Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выход­ной фильтр, а емкость конденсатора 02 увеличить в 5… 10 раз (па­раллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею)..

Цепь R2, 02 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практиче­ски не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резисто­ра R3 увеличить до 820 Ом. Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 Б до 25 Б ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощ­ность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт). Подключением нижне­го по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсато­ра С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 6.3) должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключе­вой транзистор. Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достиг­нуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной. Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна пре­вышать 30 мкГч.

Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше бьютродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравне­нию с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Кон­денсатор 02 типа К52-1.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особен­ность работы мощного транзистора VT3 в исходном и улучшен­ном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет вьюокое значение коэффициента передачи тока и бьютро закрывается. Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рас­сеиваемая мощность в 1,5…2 раза превышает минимально дос­тижимое значение.

Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода пита­ния) напряжения смещения на эмиттер транзистора VT2 (см. рис. 6.3). Необходимую величину напряжения смещения подби­рают при налаживании стабилизатора. Если он питается от вы­прямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдель­ную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Для получения стабильного напряжения смещения стаби­лизатор надо доработать (рис. 6.4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBb,x+UvDi- Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незна­чительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямле­ния его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Рис. 6.4. Схема модифицированного импульсного стабилизато­ра напряжения

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработан­ного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позво­ляет им работать при токе нагрузки до 4 у4 без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 6.3) дроссель L1 содер­жит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из фер­рита 2000НМ. Между чашками нужно заложить прокладку из тек­столита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 6.4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дроссе­ля L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35. Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 6.5) [6.4] по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в [6.2], но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соеди­ненные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потреб­ляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзи­сторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор. VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происхо­дит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1. Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряже­ние на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, VT3 и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Рис. 6.5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%

Технические характеристики стабилизатора:

Входное напряжение — 15…25 Б. Выходное напряжение — 12 Б. Номинальный ток загрузки — 1 А.

Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки А — 0,2 Б. тЦ (при изх=18 Б, 1н=1 А) — 89%.

Потребляемый ток при Ubx=18 Б в режиме замыкания цепи на­грузки — 0,4 у4.

Выходной ток короткого замыкания (при Ubx=18 Б) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конден­сатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приве­дет к закрыванию транзисторов VT5, VT3 и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Читайте так же:
Импульсный блок питания с стабилизатором тока

Конденсатор СЗ, снижающий частоту колебательного про­цесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, от­крыванию транзистора VT4 и закрыванию ключевого элемента. Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки.

Транзистор VT1 следует установить на теплоотводе разме­рами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавлива­ют выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагруз­ки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора VT4 небольшого тока от от­дельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используе­мому в схеме на рис. 6.2.

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.6) состоит из узла запуска (R3, VD1, VT1, VD2), источника опорного напря­жения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянно­го тока (VT2, DD1.2, VT5), транзисторного ключа (VT3, VT4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4,

Рис. 6.6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69…72%

Рис. 6.7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малы­ми пульсациями

С5, L3, С6) [6.5]. Частота переключения индуктивного накопите­ля энергии в зависимости от тока нагрузки находится в преде­лах 1,3…48 кГц.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм. Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 Б и КПД преобразования 69…72%. Коэффи­циент стабилизации — 500. Амплитуда пульсаций выходного на­пряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теп-лоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при вход­ном напряжении 20…25 Б обеспечивает на выходе стабильное на­пряжение 12 Б при токе нагрузки 1,2 А [6.6]. Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.

Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А; ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.

Простой стабилизатор тока транзисторе

Очень простой стабилизатор, однако весьма эффективный поскольку используемый транзистор является мощным и способен пропускать большой ток, который у КТ805 может достигать 5А, а у КТ819 до 10 А.
Но это характеристический потолок, естественно, что предельную нагрузку ему давать не стоит.
Так же сам транзистор необходимо устанавливать на теплоотвод в случае подачи нагрузки более 0.5 А.

Cтабилизатор, что называется, проще некуда.
Здесь используются микросхемы стабилизаторов серии КР142ЕН или попросту КРЕН.
Даже конденсатор на выходе, ёмкость которого должна состовлять 10-50 мкФ, можно опустить и использовать одну только ИМС.
Максимальный ток нагрузки такой схемы состовляет 1.5 А.
Данную ИМС необходимо устанавливать на теплоотвод, поскольку микросхема при большой нагрузке довольно сильно греется, без теплоотвода ИМС можно включать в нагрузку не более 100 мА.

Еще один стабилизатор с использованием ИМС серии КР142. Здесь используется КР142ЕН12А.
Данный стабилизатор позволяет изменять выходное напряжение в пределах от 1.6 В до 36 В.
От номинала сопротивления реостата зависит чувствительность, чем меньше номинал, тем меньше чувствительность, тем больше шаг напряжения. Вообще документация к ИМС предлагает ставить реостат 4.7 КОм, но по опыту скажу, что регулировка напряжения с таким регулятором будет неточной, слишком большой шаг, я рекомендую ставить не менее 10 КОм.
Микросхему можно заменить на LM317 — это её полный аналог.
В случае, если фильтрующий конденсатор выпрямителя находится на некотором отдалении от схемы, рекомендуется поставить на входе конденсатор 100-1000 мкФ для стабилизации входного напряжения, на выходе тоже можно поставить конденсатор, но роль его незначительна.
Еще один немаловажный факт это то, что микросхема при нагрузке в свои предельные 1.5 жутко греется, так, что на эту имс нужен весьма не слабый радиатор.
Реально стабилизатору нагрузку более 1 А давать не стоит.

А вот другой вариант предыдущей схемы, но с добавлением мощного транзистора, который позволяет увеличить ток нагрузки в зависимости от применяемого транзистора до 10-15 А, стоит лишь учесть, что стабилизатор линеен и с такой нагрузкой транзистор будет очень сильно греться.
В данном случае необходимо будет установить на теплоотвод и ИМС и транзистор, но в случае установки их обоих на 1 радиатор необходимо сделать гальваническую развязку, дело в том что пластина вывода тепла ИМС соответствует ноге регулятора, а на транзисторе соответствует коллектору, поэтому чтобы не произошло КЗ их нельзя соединять вместе.
Важно, что резистор R3 должен быть мощностью не менее 5 Вт иначе он просто выгорит от большой на него нагрузки.
Увеличение тока нагрузки по сравнению со стандартным подключением ИМС это безусловно плюс, но есть и обратная сторона данной схемы:
в случае пробоя транзистора, через него потечёт полное напряжение, что может привести к выходу из строя подключенным к этому стабилизатору устройств.
Важно ещё то, что данная схема очень боится КЗ на выходе, в случае замыкания практически стопроцентно вылетит транзистор, будьте осторожны.

Читайте так же:
Микросхема стабилизатор тока для аккумулятора

Электронная нагрузка на базе стабилизатора тока на LM317 и PNP транзисторах

Схема построена вокруг стабилизатора тока на LM317.

Видео по теме:

Характеристики получилось весьма спорные, но для моих текущих задач хватает.

Основные характеристики:
• Стабилизация тока при изменении входного напряжения
• Нагрузка не требует отдельного питания
• Диапазон регулировки тока 1,8 — 10 А при входном напряжении 16,5В (максимальный ток ограничен в моем случае возможностями амперметра и характеристиками токового шунта, транзисторы позволяют рассеять до 200 Ватт мощности)
• Диапазон входного напряжения 5 – 20В (в принципе можно и больше до 30В, важно понимать какая мощность будет рассеиваться и следить за током, т.е. при 30В ток не должен превышать 6,5А )
• Стабилизация адекватно работает при напряжении от 13В (но об этом позже)
• Защита от переполюсовки

Дальнейшие тесты показали, что после 30 минут работы на 16,5В и токе 10А (165 Ватт), температура внутренних частей не превысила 50 градусов.

Дело осталось за малым: закрепить все элементы внутри корпуса и соединить всё проводами.
Диод Шоттки я закрепил через изолирующие прокладку и втулку. Фланец стабилизатора 7812 покрыт пластиком, поэтому дополнительная изоляция не требуется. Выход LM317 по схеме соединен с коллекторами транзисторов, поэтому можно смело крепить LM317 с ними на один радиатор без дополнительной изоляции.

Нихромовый шунт я закрепил на кусках из макетки, чтобы изолировать его от основного корпуса.

Далее протестировал нагрузку с разными блоками питания. То, как ведет себя нагрузка при разных условиях было описано выше.

В заключении хотелось бы сказать, что это был для меня интересный опыт. С одной стороны я понимаю, что до электронной нагрузки мечты, моему изделию далеко. С другой стороны она закрывает 80% моих текущих потребностей (т.к. большинство тестов я провожу в диапазоне напряжений 12-20В и токов 2-7А) и имеет потенциал для доработки. Также интересно было понять, на что способен стабилизатор тока на LM317.

Нагрузкой данной пользуюсь уже пол года сказать могу следующее: в целом штука рабочая, но есть недостатки:
• Регулировка тока не от нуля
• Иногда не хватает тока (пару раз нужно было больше 10А)
• Стабилизации на напряжении до 13В слабенькая

Сначала хотел её доработать, но потом сделал новый «лабораторник» (правильнее наверное будет сказать регулируемый блок со стабилизацией тока и напряжения) на 400 Ватт и понял, что нужна новая нагрузка на такую же мощность, как и у блока питания, и в текущий корпус от счетчика она не поместится. Поэтому собрал новую нагрузку.

При ее проектировании использовал ряд решений, которые могут пригодится тем, кто захочет доработать эту версию нагрузки или сделать свою:

• Нужно использовать операционный усилитель, я использовал LM358. Дает нормальный диапазон регулировки и приемлемую стабилизацию.
• Есть способ запитать операционный усилитель и вольтамперметр от входа нагрузки. На вход ставим повышающий преобразователь МТ3608, настраиваем на 27В, на его выход ставим 7812 + фильтры из конденсаторов. Получаем стабильное питание операционного усилителя при напряжениях от 2 до 24В. Мне этого более чем достаточно.
• Вентиляторы снабжаем ещё одним 7812, подключаем через 6 контактный выключатель: питание либо со входа нагрузки, либо со входа для отдельного источника питания для вентиляторов. Логика следующая: если на входе нагрузки больше 13В переключаем вентиляторы на питание от входа. При этом напряжении потребление тока стабильно и 12Ватт пойдут, не на нагрев, а наоборот на охлаждение. Если меньше, то переключаем на отдельный источник питания, чтобы не портить стабилизацию.
• И не стоит использовать шунты с большим сопротивлением (больше 0,1 Ома), особенно при больших токах.

В общем вот такие вот идеи. Всем спасибо за внимание! Надеюсь, мой опыт и идеи будут кому-то интересны. И как всегда жду с нетерпением вопросов, комментариев и конструктивной критики от старожил данного сайта).

Простой стабилизатор напряжения на 12В

Практический эксперимент подтвердил самые худшие предположения. Переменное напряжение на вход исследуемой схемы автор подключить не рискнул. Но даже при подаче на ее вход постоянного напряжения 17В схема отказывалась запускаться. При кратковременном соединении эмиттера и коллектора транзистора VT1 через резистор МЛТ-1 номиналом 51 Ом выходное напряжение появилось, но оно оказалось примерно равным входному.

Стабилизатор напряжения 12 вольт

Ко всему прочему оно совершенно не регулировалось. После кратковременного выключения питания все повторилось. При замене транзистора VT1 «древним» германиевым типа П210Ш схема без подключенной нагрузки запустилась (автор думает, что это произошло лишь благодаря относительно большому обратному току его коллектора), но выходное напряжение стабилизироваться все равно упорно не желало и оставалось на максимально возможном уровне.

При внимательном взгляде становится совершенно очевидно, что выходное напряжение стабилизатора через резисторный делитель R3R4R5 [1] поступает на базу транзистора VT3 (первый каскад усиления), а с его коллектора приходит на базу составного регулирующего транзистора VT2-VT1 (второй каскад).

Каждый каскад, собранный по схеме с общим эмиттером, переворачивает фазу усиливаемого напряжения на 180 градусов. В результате этого образуется положительная обратная связь, и вместо стабилизатора мы получаем обычный триггер. Не запускается схема потому, что при отсутствии напряжения на выходе устройства транзистор VT3 надежно заперт, так как напряжение между его базой и эмиттером отсутствует, а, следовательно, выходной составной регулирующий транзистор VT2-VT1 также закрыт.

При кратковременной принудительной подаче через резистор небольшого номинала (можно просто обойтись и проволочной перемычкой проверено) на выход стабилизатора напряжения оба каскада полностью открываются, и на выходе появляется выходное напряжение, почти не отличающееся от входного. Отсюда и все наблюдаемые нами на практике побочные эффекты.
Каскад на транзисторе VT4 свою функцию по плавному увеличению напряжения на опорном стабилитроне выполнять будет, но в свете вышесказанного все это становится совершенно бессмысленным.

Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор тока журнал радио

Да и совсем не обязательно было в данной схеме зачем-то использовать инверсное включение транзистора VT4. Давно известно, что критиковать кого-то. даже приводя при этом вполне разумные аргументы, легче всего. Намного труднее предложить какое-то достаточно простое работоспособное альтернативное решение. Чтобы не быть голословным, автор предлагает свой вариант простого стабилизатора напряжения. Его схема, в отличие от прототипа, имеет встроенный мостовой выпрямитель переменного напряжения со сглаживающим пульсации электролитическим конденсатором большой емкости.

В основном она построена. разумеется, “по мотивам” схемы в [1], иначе и огород не следовало бы городить, но все ее ошибки, конечно же, исправлены. Аппарат (рис.1) не содержит в своем составе стандартного стабилизатора опорного напряжения на стабилитроне. Роль стабилитрона выполняет обратно смещенный переход база-эмиттер транзистора VT3. Напряжение пробоя эмиттерного p-n перехода транзистора КТ315 составляет порядка 7,5 В и мало зависит от его буквенного индекса. В отличие от стабилизатора напряжения на стабилитроне он является значительно более экономичным и начинает нормально работать уже при токе через переход база-эмиттер менее 0.1 мА.

Узел на транзисторе VT3. стабилитроне VD5, резисторе R2 служит только для начального запуска стабилизатора и в дальнейшей работе участия не принимает. Без этого узла стабилизатор запускаться не будет. Правда, есть альтернативный вариант. Для запуска стабилизатора можно также использовать кнопку с нормально разомкнутыми не фиксирующимися контактами, включенную последовательно с двухваттным резистором номиналом 43…51 Ом между коллектором и эмиттером транзистора VT1. Но при этом в момент запуска на выходе стабилизатора при его малой нагрузке возможно появление напряжения свыше 12В, что не всякая аппаратура сможет безболезненно вынести.

Для обеспечения плавного запуска стабилизатора нужно зашунтировать эмиттерный переход транзистора VT5 и стабилитрон VD5 малогабаритными электролитическими конденсаторами емкостью по 220…470 мкФ на рабочее напряжение не ниже 10 В. Попутно эта мера заметно уменьшит коэффициент пульсаций выходного напряжения. При самовозбуждении стабилизатора в случае неудачного монтажа коллекторный переход транзистора VT4 шунтируется керамическим конденсатором емкостью порядка 1000…3300 пФ.

Данный стабилизатор нормально работает при входном напряжении в пределах 13…25 В (при номинальном выходном напряжении 12 В). Разумеется, максимальный КПД стабилизатора достигается при минимальном входном напряжении. Изменяя номинал резистора R4, нетрудно получить другие выходные напряжения в интервале 9…20В без изменения параметров остальных деталей.

При этом входное напряжение на конденсаторе СЗ должно быть больше выходного не менее чем на 1В. Транзисторы VT1 и VT3 устанавливаются на общий алюминиевый или медный радиатор с площадью охлаждающей поверхности не менее 300 см². Радиатор изолируется от корпуса прибора, а транзистор VT3 закрепляется через тонкую слюдяную пластинку. Контактирующие поверхности транзисторов смазывают тонким слоем термопасты КПТ-8.

Произведение коэффициентов передачи токов базы транзисторов VT1 и VT2 должно составлять не менее 1000… 1100, что позволит получить максимальный выходной ток порядка 1.2А. Увеличивать его свыше этой величины также не стоит, что позволит стабилизатору при перегрузке по току или коротком замыкании выхода безопасно перейти в режим запуска, ограничив тем самым ток короткого замыкания на уровне не выше 200…300 мА. Если вместо резистора R2 установить стабилизатор тока на полевом транзисторе (на ток 1,5…2 мА), то ток короткого замыкания еще снизится не менее чем в 2 раза.

Для увеличения коэффициента стабилизации напряжения подобным стабилизатором тока (на ток 2…2,2 мА) можно заменить резистор R3. Возможные схемы включения полевых транзисторов показаны на рис.2. Коэффициент передачи тока базы транзисторов VT3 и VT4 должен составлять соответственно 50…100 и 200…500. В предложенной схеме можно применять транзисторы указанных типов с любыми буквенными индексами. Напряжение стабилизации стабилитрона VD5 может быть от 7,5 до 11 В. Здесь также можно использовать в качестве стабилитрона обратно смещенный эмиттерный переход транзистора КТ315Б.

Схему можно несколько упростить, заменив транзисторы VT1 и VT2 одним мощным составным КТ853А. Резистор R1 в этом случае тоже исключается из схемы. Если нет мощных регулирующих транзисторов прямой проводимости КТ818, можно несколько модернизировать схему. Измененная часть схемы показана на рис.3. Параметры прибора при этом практически не изменятся.

Для проверки функционирования описанный стабилизатор напряжения был изготовлен на макетной плате. Печатный монтаж не применялся, выводы деталей соединялись между собой оголенным одножильным монтажным проводом диаметром по меди около 0,6 мм. При изменении сетевого напряжения в интервале от 198 до 242 при токе нагрузки 1А отклонение выходного напряжения от номинала 12В не более 0.8%.

В указанном интервале изменения входного напряжения и изменении тока нагрузки от 0,1А до 1,2А выходное сопротивление не превысило 0,3 Ом. Параметры, разумеется, далеко не рекордные, но для подавляющего большинства случаев использования прибора более чем достаточные. Все измерения проводились с помощью поверенного цифрового мультиметра типа DT-830B.

Если использовать два параллельно включенных трансформатора ТВК110ЛМ, то легко можно увеличить выходной ток примерно до 2,2А. В этом случае произведение коэффициентов передачи токов базы транзисторов VT1 и VT2 должно составлять не менее 2000, а площадь охлаждающей поверхности радиатора следует довести до 550 см². Сопротивление резистора R2 при плохом запуске при максимальной нагрузке следует уменьшить до 2.2 кОм.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию