Schetchiksg.ru

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

Схемы стабилизатор тока с регулируемым выходным напряжением

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

Мы в социальных сетях

Главное меню

  • Главная
  • Начинающим
  • Аудиотехника
  • Электроника в быту
  • Антенны и радиоприемники
  • Источники питания
  • Шпионские штучки
  • Световые устройства
  • Приборы и измерения
  • Светодиод и его применение
  • Авто-Мото- Вело электроника
  • Музыкальные центры, магнитолы
  • DVD и домашние кинотеатры
  • Автомагнитолы и прочий автозвук
  • Блоки питания и инверторы ЖК телевизоров
  • Схемы мониторов
  • Схемы телевизоров LCD
  • Схемы телевизоров LED
  • Схемы усилителей и ресиверов
  • Схемы спутниковых ресиверов
  • Инверторы сварочные
  • Справочные материалы
  • Сварка и сварочное оборудование
  • Отечественная техника 20 века
  • Программаторы
  • Устройства на микроконтроллерах
  • Для компьютера
  • Телефония
  • Медицина и здоровье
  • Радиоуправление
  • Бытовая автоматика
  • Бытовая техника
  • Оргтехника
  • Ноутбуки
  • Ардуино

Реклама на сайте

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока

Источники питания

Г. ФЕДУСОВ, г. Нижний Новгород
Радио, 2002 год, № 3

Предлагаемый блок питания позволяет использовать его и как источник напряжения и как источник постоянного тока. К несомненным плюсам этого блока, кроме универсальности, можно отнести и наличие управляемой защиты от замыкания в нагрузке «по умолчанию».

Источник питания, схема которого показана на рисунке, может удовлетворить большую часть запросов радиолюбителей-экспериментаторов. Более трех лет (и за это время блок питания ни разу не подвел) автор эксплуатирует его, применяя в экспериментах и налаживании аналоговых и цифровых устройств и заканчивая зарядкой автомобильных аккумуляторов.

Схема стабилизатора

Для увеличения кликните по картинке (откроется в новом окне)

Функционально блок питания представляет собой два взаимно независимых узла стабилизации тока и напряжения, работающих на общий элемент управления выходным сигналом.

Рассмотрим назначение элементов предлагаемого устройства. На диодах VD1—VD4 собран выпрямитель, а на конденсаторах С1— СЗ — сглаживающий фильтр напряжения питания. Транзисторы VT1—VT4 — мощный регулирующий элемент, который управляет выходным напряжением и током. Применение нескольких параллельно включенных транзисторов, кроме разделения между ними тока нагрузки, имеет смысл еще по ряду причин. Во-первых, такое решение позволяет разнести точки нагрева по теплоотводу, что повышает его эффективность, давая возможность уменьшить его размеры. Во-вторых, можно использовать дешевые транзисторы с максимальным допустимым током коллектора меньше максимального тока нагрузки без снижения эксплуатационной надежности устройства. Резисторы R4—R7 являются согласующими элементами для эмиттерных цепей параллельно включенных транзисторов, позволяя равномерно разделить суммарный ток нагрузки между транзисторами, имеющими большой разброс электрических параметров. Транзистор VT5 согласует входное сопротивление регулирующего элемента и выходное транзисторов VT6 и VT7.

На диодах VD5 и VD6, стабилитроне VD7, интегральном стабилизаторе DA1 и конденсаторах С4—С7 собран двупо-лярный стабилизатор напряжения для питания узла управления. Микросхемы DA2 и DA3 выполняют функцию источников образцового напряжения для узлов управления выходным напряжением и током соответственно. Выбор интегральных стабилизаторов напряжения серии КР142 для этой цели объясняется вполне достаточными для лабораторных целей параметрами этих микросхем, такими как температурный коэффициент напряжения менее 0,02%/°С и коэффициент сглаживания пульсаций более 30 дБ. А применение последовательной стабилизации еще больше улучшает параметры источников образцового напряжения. Кроме того, большое значение имеют простота схемотехнической реализации и доступность элементной базы.

Повторитель на ОУ DA4.1 компенсирует падение напряжения на датчике выходного тока R17R18 и позволяет исключить ошибку установки выходного тока, связанную с возможным протеканием через эти резисторы суммарного тока вольтметра PV1, резистивного делителя выходного напряжения R14R15, выходного делителя источника образцового напряжения R11R12 и тока, потребляемого стабилизатором DA2. Кроме того, применение весьма мощного ОУ DA4.1 предоставляет широкие возможности в выборе схемы источника образцового напряжения. Впрочем, ошибка установки выходного тока в этом случае незначительна и составляет менее 20 мА. Если такая ошибка не является принципиальной, ею допустимо пренебречь, исключив ОУ DA4.1 и соединив проводники, идущие к его входам. Применение этого ОУ может стать необходимым в случае пересчета источника на другие выходные напряжение и ток (а следовательно, и пересчета сопротивления резисторов R17 и R18), когда напряжение ошибки на датчике тока становится заметным.

На ОУ DA4.2 и DA5.1 собраны узлы управления выходным напряжением и током соответственно. Подобные узлы хорошо представлены и рассмотрены в радиолюбительской литературе и реализованы стандартно. Сигналы управления с них поступают на транзисторы VT6 и VT7, включенные каскадно. Принцип их работы рассмотрим на примере стабилизатора тока. Пока выходной ток блока питания меньше установленного переменным резистором R12 (сравнивается с напряжением на датчике тока R17R18), блок находится в режиме стабилизации напряжения, поскольку транзистор VT7 полностью открыт и на работу не влияет. При попытке превышения установленного уровня тока выходное напряжение снижается, так как ОУ DA5.1 переходит в режим управления, уменьшая ток базы транзистора VT7. При этом ОУ DA4.2 переходит из активного режима в режим компаратора, открывая транзистор VT6 и отключая его тем самым от цепи управления.

На ОУ DA5.2 и светодиодах HL1 и HL2 собран узел индикации режима работы блока питания. В зависимости от уровня напряжения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1 компаратор DA5.2 коммутирует выходное напряжение, включая соответствующий светодиод. А поскольку включенный блок питания всегда находится в каком-либо режиме работы, о чем свидетельствует свечение одного из светодиодов, то отпадает необходимость в индикаторе включения.

Детали описываемого блока питания рассчитывались и подбирались под имеющийся у автора трансформатор. При указанной на схеме элементной базе блок обеспечивает регулировку выходного напряжения от 0 до 18 В и тока нагрузки от 0 до 14 А. При выходном напряжении 15 В и токе 12 А двойная амплитуда пульсаций не превышает 5 мВ. Элементы источника можно легко пересчитать под собственные возможности или желания.

Конструкция устройства

Все детали блока, за исключением сетевого трансформатора Т1, выпрямительных диодов VD1— VD4, транзисторов регулирующего элемента VT1 — VT4 и VT5, светодиодов индикации режимов стабилизации HL1 и HL2, переменных резисторов R10 и R12, токовыравнивающих резисторов R4—R7 и фильтрующих конденсаторов С1—СЗ, смонтированы на печатной плате размерами 100×80 мм, выполненной из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. В качестве теплоотвода для транзисторов VT1— VT5 и диодов VD1— VD4 в оригинальном блоке питания использован кожух устройства, изготовленный из листового алюминия толщиной 1,8 мм. Кожух имеет П-образную форму с верхней крышкой. Его габариты — 190x170x350 мм. Транзисторы и диоды закреплены на его задней стенке через изолирующие прокладки из слюды толщиной 0,05 мм, предварительно смазанные теплопроводящей пастой КПТ-8. Токовыравнивающие резисторы R4—R7 установлены рядом с транзисторами навесным монтажом на изолированных от корпуса прибора монтажных площадках. На передней панели размещены сетевой выключатель SA1, предохранители FU1 и FU2, амперметр РА1 и вольтметр PV1, над ними установлены светодиоды HL1 и HL2 соответственно. Под измерительными приборами установлены регуляторы стабилизаторов выходного тока и напряжения — переменные резисторы R12 и R10. Сетевой трансформатор Т1 и фильтрующие конденсаторы С1—СЗ установлены на шасси блока питания.

Читайте так же:
Ne555 в стабилизаторах тока

Сетевой трансформатор Т1 — заводского изготовления, имеющий серийный номер 4.540.176. Магнитопровод трансформатора набран из Ш-образных пластин ПБ 40-80. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 1,25 и содержит 296 витков. Вторичная обмотка II выполнена медной шиной ПСД 1,8×5 и состоит из двух одинаковых обмоток по 14 витков, включенных последовательно. Обмотка III содержит 17 витков провода ПЭВ-2 1,0. Самодельный трансформатор рассчитывают на максимальную мощность, потребляемую нагрузкой, плюс четыре ватта для узла управления. Надо учесть, что в режиме холостого хода выходное напряжение обмотки III должно быть в пределах от 12,6 до 14 В и обеспечивать указанную выше мощность (4 Вт) под нагрузкой.

Максимально допустимый прямой ток выпрямительных диодов VD1—VD4 должен превышать максимальный ток нагрузки. При снижении тока менее 10 А возможно применение диодов серий КД213, КД243 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы фильтра С1—СЗ — К50-18, но допустимо применение и других, более современных. Большая емкость этих конденсаторов вызвана исключительно большим допустимым током нагрузки. Их емкость можно изменять пропорционально этому току.

Транзисторы регулирующего элемента КТ819АМ заменимы на КТ808 или аналогичные с допустимым током коллектора от 10 А и достаточной рассеиваемой мощностью. Транзистор КТ818АМ (VT5) можно заменить любым из серии КТ816, а КТ817В (VT6, VT7) — любыми из серий КТ815, КТ807. Вместе диодов КД212А (VD5, VD6) допустимс применить КД226 с любым буквенным индексом или аналогичные. Конденсаторы С4—С7, С10 — К50-35, С8, С9 -К50-16, С11—С15 — любые подходящей емкости на номинальное напряжение не менее 25 В.

Выбор микросхем К157УД2 (DA4 DA5) обусловлен их большим допустимым выходным током, что особенно актуально для ОУ DA4.1, поскольку через него протекает ток стабилизатора DA2 и резистивного делителя R14R15. Если число микросхем не лимитируется, вместо этих микросхем подойдут К553УД2 с соответствующими цепями коррекции. Важно, чтобы, кроме допустимого выходного тока не менее 20 мА, микросхемы имели цепи частотной коррекции. Это связано с тем, что из-за большого фазового сдвига в цепи ООС необходимо снижать частоту среза для повышения запаса устойчивости.

Токовыравнивающие резисторы R4— R7 и датчик тока R17, R18 — проволочные С5-16М, переменные R10 и R12 — СП-1 или любые другие, удобные для установки на переднюю панель блока питания. Измерительные приборы PV1 и РА1 — любые с током полного отклонения от 0,05 до 1 мА и удобной шкалой. В авторском варианте использованы измерительные головки М4248.3 с током полного отклонения 0,1 мА.

Налаживание устройства, собранного из заведомо исправных деталей, сводится в основном к проверке правильности монтажа. После этого движки переменных резисторов R10 и R12 устанавливают в нижнее по схеме положение и проверяют устройство на отсутствие самовозбуждения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1. Устраняют его в случае появления подбором конденсаторов С12 и С13 в сторону увеличения их емкости. Далее, используя образцовые вольтметр и амперметр, резисторами R9 и R11 устанавливают верхние пределы регулирования напряжения и тока, а резисторами R13 и R16 калибруют вольтметр PV1 и амперметр РА1. Необходимо также убедиться в отсутствии генерации на нагрузке в различных допустимых режимах работы.

Устройство выдерживает замыкания в нагрузке, но не стоит этим злоупотреблять при токах ограничения, близких к максимальным. Следует отметить, что мощность, выделяемая на транзисторах регулирующего элемента, прямо пропорциональна разности между напряжением на выходе диодного моста VD1—VD4 и напряжением на выходе блока питания (падению напряжения на регулирующем элементе) и току нагрузки. Если на выходе напряжение небольшое и ток, близкий к максимальному, на корпусе—теплоотводе выделяется мощность около 300 Вт. Для защиты от перегрева (когда размеры корпуса недостаточны для хорошего охлаждения) следует предусмотреть дополнительный узел, отключающий блок питания от сети. Это может быть как несложное электронное, так и электромеханическое (термореле на основе биметаллической пластины) устройство.

Регулируемый стабилизатор напряжения

Для получения переменного питающего напряжения обычно применяются различные интегрированные схемы, типичной представительницей которых является схема на регулируемый стабилизатор тока на lm317. Он выполняется в виде корпусной микросхемы с тремя выводами и рассчитан на выходные напряжения от 1,2 до 37 Вольт. Общий вид возможных вариантов его исполнения приводится на рисунке ниже.

Общий вид стабилизатора

Для самостоятельной сборки регулируемого стабилизатора напряжения достаточно к ножкам размещённого на печатной плате или радиаторе корпуса микросхемы подпаять несколько дискретных радиоэлектронных компонентов.

Технические характеристики

Управляемый стабилизатор напряжения трехвыводной имеет следующие рабочие характеристики:

  • Номинальный ток в цепи нагрузки – 100 мА;
  • Выходное стабилизированное напряжение – от 1,2 до 37 Вольт (с погрешностью не более 0,1%);
  • Максимальный выходной ток – 1,5 Ампера (с учётом размещения корпуса на радиаторе площадью не менее 7-9 кубических сантиметров);
  • Рассеиваемая на приборе мощность – не более 2-х Ватт (без радиатора);
  • Предельно допустимая температура корпуса микросхемы во всех режимах работы – от -25 до +125 градусов;
  • Тип корпуса – ТО-200 (ТО200 FP, ТО-3);
  • Число ножек для подключения внешних элементов – 3.
Читайте так же:
Схемы защиты стабилизаторов напряжения по току

Важно! Помимо всего перечисленного, в устройстве имеется встроенная защита от короткого замыкания.

При рассмотрении номинальных параметров следует исходить из того, что в нормальных условиях его ток имеет ограниченное значение (не более 100 миллиампер). Рассеиваемая при этом мощность очень мала и не обеспечивает требуемые управляющие режимы без угрозы выхода прибора из строя.

Во избежание этого корпус LM317 практически всегда устанавливается на радиатор, крепящийся на общей плате или отдельно от неё (на корпусе изделия, например).

LM317 на радиаторе

Особенности включения стабилизатора

Подключение в питающую цепь осуществляется посредством запайки в схему трёх ножек микросхемы, разводка которой представлена ниже:

  • Значком «ADJUST» обозначают «регулирующую» ножку, используемую одновременно для входной и выходной цепи;
  • OUTPUT – это выходная ножка, с которой снимается стабилизированное регулируемое напряжение;
  • INPUT – вход нестабилизированного питающего напряжения.

Спецификой монтажа изделий этого класса является обязательность использования дополнительных дискретных элементов, а также переменного резистора, используемого для регулировки выходного напряжения. Кроме того, при его монтаже обязателен расчёт предельных режимов работы устройства, по результатам которых можно сделать вывод о необходимости специального охлаждающего элемента.

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока обеспечивает нормальные условия эксплуатации в течение длительного времени лишь при условии определенных токовых ограничений, задаваемых площадью теплоотводящего радиатора. Вот почему грамотный выбор качественного радиатора при монтаже LM317 – это половина успеха дела.

Обратите внимание! В отдельных случаях (при очень больших нагрузках или в критических режимах работы), помимо радиатора, в конструкцию вводится миниатюрный вентилятор от ноутбука.

В нормальных условиях работы этот прибор может включаться в схему без входного фильтрующего конденсатора (смотрите схему включения).

Но в ситуации, когда регулируемый модуль находится на значительном удалении от источника нестабилизированного питания, входная ёмкость примерно на 100-1000 микрофарад должна устанавливаться обязательно. На выходе микросхемы также монтируется фильтрующий конденсатор, номинал которого может быть чуть меньше, чем у входного изделия (10-22 микрофарады).

Использование этих элементов позволяет снизить пульсации питающего напряжения до минимально возможных значений. И, наконец, между выходным и земляным контактом размещается набор резисторов, состоящий из постоянного и переменного элементов. Изменяя их значение, удаётся регулировать величину напряжения на выходе схемы.

Варианты использования в электронных схемах

Регулируемые источники питания находят широкое применение в различных сферах прикладной электроники и радиолюбительстве. Как правило, они устанавливаются в устройствах, нуждающихся в управлении посредством изменяющегося по величине напряжения. Это могут быть самые различные электронные цепи, но чаще всего потребность в таких источниках возникает в следующих случаях:

  • При необходимости стабилизации выходного тока в цепях питания LED: светодиодов и других радиоэлементов;
  • Если нужен регулируемый стабилизатор напряжения, используемый для настройки электронных схем;
  • При потребности в питающем модуле с переменными характеристиками, обеспечивающем получение на выходе целого ряда фиксированных (образцовых) напряжений.

Отметим также, что модуль LM317 широко применяется в схемах с большими девиациями питающего напряжения, используемыми при проведении различных экспериментов и опытов.

Тестирование микросхемы

Рассмотрим пример тестирования приобретённого в китайском магазине стабилизатора на предмет соответствия указанным в паспорте характеристикам. С этой целью прибор включается по типовой схеме и проверяется на стабильность выходных параметров (тока и напряжения). Схема включения контрольных приборов приводится на размещённом ниже рисунке.

Порядок включения при тестировании

Для проверки качества стабилизации входное напряжение изменялось в пределах от одного до 30 Вольт. При этом эксперимент предполагал учёт следующих ситуаций:

  • Измерение напряжения при отсутствии нагрузки (выходные контакты просто висят в воздухе);
  • Те же измерения, но при наличии подключенной к выходу контролируемой схемы нагрузочного резистора 25 Ом (40 Ватт);
  • Всё то же, но только для случая, когда LM317 управляет токовой составляющей.

Дополнительная информация. Тестирование проводилось при фиксированном значении регулировочного резистора.

По итогам тестирования, проведённого согласно рассмотренной ранее схемы, удалось получить следующие результаты:

  • При отсутствии нагрузки говорить о каких-либо признаках стабилизации (как по напряжению, так и по току) не приходится;
  • В случае, когда стабилизатор LM317 нагружен на внешний резистор, параметры стабилизации полностью соответствуют тем, что заявлены в его характеристиках.

На основании полученных после тестирования данных сам собой напрашивается следующий вывод: заявленные характеристики стабилизатора LM317 проявляются лишь в том случае, когда он включён на внешнюю нагрузку, то есть работает в активном режиме.

Зависимость его выходных параметров от изменения входного напряжения (проходная характеристика) в этом случае выглядит, как положено, поскольку на ней чётко просматривается горизонтальная ветвь.

По итогам этих исследований не остаётся никаких сомнений в эффективности работы этого устройства (в каких бы целях оно ни применялось).

Настройка и ремонт

После того, как стабилизатор размещён на радиаторе или запаян в рабочую схему, следует проверить режимы его работы, воспользовавшись любым подходящим для этих целей инструментом (тестером, мультиметром или подобными им приборами).

Для этого, в первую очередь, нужно подключить на выход стабилизатора нагрузочный резистор номиналом 25 Ом и мощностью порядка 30-40 Ватт (при значениях тока в пределах до 0,5 Ампера этот элемент будет нагружен в половину). Далее, после подачи на вход микросхемы напряжения от любого нестабилизированного источника питания (2-45 Вольт), следует убедиться в наличии на соответствующих ножках выходного сигнала.

Обратите внимание! Это напряжение при вращении ручки переменного резистора должно изменяться в заданных характеристиками прибора пределах (от 1,2 до 37 Вольт).

Если на выходных контактах сигнала совсем нет, или он не меняется при вращении регулировочного резистора, это «говорит» о том, что неисправна или сама микросхема, или была допущена ошибка при монтаже дискретных элементов (резисторов, в частности). Многие невнимательные исполнители нередко путают местами ножки, что также может привести к выходу LM317 из строя.

Читайте так же:
Схема стабилизатора ток 3 а при напряжении

Независимо от того, какая ошибка была допущена при монтаже стабилизатора, этот элемент следует выпаять из платы и попытаться установить его в заведомо рабочую аналогичную схему. Если после его установки она перестаёт функционировать, это однозначно указывает на неисправность проверяемого изделия.

В завершение обзора отметим, что современным стабилизированным регуляторам напряжения по-прежнему отдают предпочтение как профессиональные разработчики аппаратуры, так и любители. Можно надеяться, что заложенные в них технические возможности позволят применять эти изделия ещё не один десяток лет.

Видео

Схемы стабилизатор тока с регулируемым выходным напряжением

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока

В радиолюбительской практике во время экспериментальных работ нередко возникает необходимость иметь под рукой универсальный блок питания. Если суммировать требования, предъявляемые к источнику питания при разработке и налаживании аналоговых и цифровых устройств, то, кроме высоких требований к качеству выходного напряжения и широкого интервала его регулирования, очень важно, чтобы он совмещал в себе функции высококачественных источников тока и напряжения. Один из вариантов такого устройства предлагаем вниманию наших читателей.

Предлагаемый блок питания позволяет использовать его и как источник напряжения и как источник постоянного тока. К несомненным плюсам этого блока, кроме универсальности, можно отнести и наличие управляемой защиты от замыкания в нагрузке «по умолчанию».

Источник питания, схема которого показана на рисунке, может удовлетворить большую часть запросов радиолюбителей-экспериментаторов. Более трех лет (и за это время блок питания ни разу не подвел) автор эксплуатирует его, применяя в экспериментах и налаживании аналоговых и цифровых устройств и заканчивая зарядкой автомобильных аккумуляторов.


(нажмите для увеличения)

Функционально блок питания представляет собой два взаимно независимых узла стабилизации тока и напряжения, работающих на общий элемент управления выходным сигналом.

Рассмотрим назначение элементов предлагаемого устройства. На диодах VD1-VD4 собран выпрямитель, а на конденсаторах С1- C3 — сглаживающий фильтр напряжения питания. Транзисторы VT1-VT4 — мощный регулирующий элемент, который управляет выходным напряжением и током. Применение нескольких параллельно включенных транзисторов, кроме разделения между ними тока нагрузки, имеет смысл еще по ряду причин. Во-первых, такое решение позволяет разнести точки нагрева по теплоотводу, что повышает его эффективность, давая возможность уменьшить его размеры. Во-вторых, можно использовать дешевые транзисторы с максимальным допустимым током коллектора меньше максимального тока нагрузки без снижения эксплуатационной надежности устройства. Резисторы R4-R7 являются согласующими элементами для эмиттерных цепей параллельно включенных транзисторов, позволяя равномерно разделить суммарный ток нагрузки между транзисторами, имеющими большой разброс электрических параметров. Транзистор VT5 согласует входное сопротивление регулирующего элемента и выходное транзисторов VT6 и VT7.

На диодах VD5 и VD6, стабилитроне VD7, интегральном стабилизаторе DA1 и конденсаторах С4-С7 собран двупо-лярный стабилизатор напряжения для питания узла управления. Микросхемы DA2 и DA3 выполняют функцию источников образцового напряжения для узлов управления выходным напряжением и током соответственно. Выбор интегральных стабилизаторов напряжения серии КР142 для этой цели объясняется вполне достаточными для лабораторных целей параметрами этих микросхем, такими как температурный коэффициент напряжения менее 0,02%/°С и коэффициент сглаживания пульсаций более 30 дБ. А применение последовательной стабилизации еще больше улучшает параметры источников образцового напряжения. Кроме того, большое значение имеют простота схемотехнической реализации и доступность элементной базы.

Повторитель на ОУ DA4.1 компенсирует падение напряжения на датчике выходного тока R17R18 и позволяет исключить ошибку установки выходного тока, связанную с возможным протеканием через эти резисторы суммарного тока вольтметра PV1, резистивного делителя выходного напряжения R14R15, выходного делителя источника образцового напряжения R11R12 и тока, потребляемого стабилизатором DA2. Кроме того, применение весьма мощного ОУ DA4.1 предоставляет широкие возможности в выборе схемы источника образцового напряжения. Впрочем, ошибка установки выходного тока в этом случае незначительна и составляет менее 20 мА. Если такая ошибка не является принципиальной, ею допустимо пренебречь, исключив ОУ DA4.1 и соединив проводники, идущие к его входам. Применение этого ОУ может стать необходимым в случае пересчета источника на другие выходные напряжение и ток (а следовательно, и пересчета сопротивления резисторов R17 и R18), когда напряжение ошибки на датчике тока становится заметным.

Читайте так же:
Стабилизаторы напряжения постоянного тока п36

На ОУ DA4.2 и DA5.1 собраны узлы управления выходным напряжением и током соответственно. Подобные узлы хорошо представлены и рассмотрены в радиолюбительской литературе и реализованы стандартно. Сигналы управления с них поступают на транзисторы VT6 и VT7, включенные каскадно. Принцип их работы рассмотрим на примере стабилизатора тока. Пока выходной ток блока питания меньше установленного переменным резистором R12 (сравнивается с напряжением на датчике тока R17R18), блок находится в режиме стабилизации напряжения, поскольку транзистор VT7 полностью открыт и на работу не влияет. При попытке превышения установленного уровня тока выходное напряжение снижается, так как ОУ DA5.1 переходит в режим управления, уменьшая ток базы транзистора VT7. При этом ОУ DA4.2 переходит из активного режима в режим компаратора, открывая транзистор VT6 и отключая его тем самым от цепи управления.

На ОУ DA5.2 и светодиодах HL1 и HL2 собран узел индикации режима работы блока питания. В зависимости от уровня напряжения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1 компаратор DA5.2 коммутирует выходное напряжение, включая соответствующий светодиод. А поскольку включенный блок питания всегда находится в каком-либо режиме работы, о чем свидетельствует свечение одного из светодиодов, то отпадает необходимость в индикаторе включения.

Детали описываемого блока питания рассчитывались и подбирались под имеющийся у автора трансформатор. При указанной на схеме элементной базе блок обеспечивает регулировку выходного напряжения от 0 до 18 В и тока нагрузки от 0 до 14 А. При выходном напряжении 15 В и токе 12 А двойная амплитуда пульсаций не превышает 5 мВ. Элементы источника можно легко пересчитать под собственные возможности или желания.

Все детали блока, за исключением сетевого трансформатора Т1, выпрямительных диодов VD1- VD4, транзисторов регулирующего элемента VT1 — VT4 и VT5, светодиодов индикации режимов стабилизации HL1 и HL2, переменных резисторов R10 и R12, токовыравнивающих резисторов R4-R7 и фильтрующих конденсаторов С1-C3, смонтированы на печатной плате размерами 100×80 мм, выполненной из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. В качестве теплоотвода для транзисторов VT1- VT5 и диодов VD1- VD4 в оригинальном блоке питания использован кожух устройства, изготовленный из листового алюминия толщиной 1,8 мм. Кожух имеет П-образную форму с верхней крышкой. Его габариты — 190x170x350 мм. Транзисторы и диоды закреплены на его задней стенке через изолирующие прокладки из слюды толщиной 0,05 мм, предварительно смазанные теплопроводящей пастой КПТ-8. Токовыравнивающие резисторы R4-R7 установлены рядом с транзисторами навесным монтажом на изолированных от корпуса прибора монтажных площадках. На передней панели размещены сетевой выключатель SA1, предохранители FU1 и FU2, амперметр РА1 и вольтметр PV1, над ними установлены светодиоды HL1 и HL2 соответственно. Под измерительными приборами установлены регуляторы стабилизаторов выходного тока и напряжения — переменные резисторы R12 и R10. Сетевой трансформатор Т1 и фильтрующие конденсаторы С1-C3 установлены на шасси блока питания.

Сетевой трансформатор Т1 — заводского изготовления, имеющий серийный номер 4.540.176. Магнитопровод трансформатора набран из Ш-образных пластин ПБ 40-80. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 1,25 и содержит 296 витков. Вторичная обмотка II выполнена медной шиной ПСД 1,8×5 и состоит из двух одинаковых обмоток по 14 витков, включенных последовательно. Обмотка III содержит 17 витков провода ПЭВ-2 1,0. Самодельный трансформатор рассчитывают на максимальную мощность, потребляемую нагрузкой, плюс четыре ватта для узла управления. Надо учесть, что в режиме холостого хода выходное напряжение обмотки III должно быть в пределах от 12,6 до 14 В и обеспечивать указанную выше мощность (4 Вт) под нагрузкой.

Максимально допустимый прямой ток выпрямительных диодов VD1-VD4 должен превышать максимальный ток нагрузки. При снижении тока менее 10 А возможно применение диодов серий КД213, КД243 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы фильтра С1-C3 — К50-18, но допустимо применение и других, более современных. Большая емкость этих конденсаторов вызвана исключительно большим допустимым током нагрузки. Их емкость можно изменять пропорционально этому току.

Транзисторы регулирующего элемента КТ819АМ заменимы на КТ808 или аналогичные с допустимым током коллектора от 10 А и достаточной рассеиваемой мощностью. Транзистор КТ818АМ (VT5) можно заменить любым из серии КТ816, а КТ817В (VT6, VT7) — любыми из серий КТ815, КТ807. Вместе диодов КД212А (VD5, VD6) допустимс применить КД226 с любым буквенным индексом или аналогичные. Конденсаторы С4-С7, С10 — К50-35, С8, С9 -К50-16, С11-С15 — любые подходящей емкости на номинальное напряжение не менее 25 В.

Выбор микросхем К157УД2 (DA4 DA5) обусловлен их большим допустимым выходным током, что особенно актуально для ОУ DA4.1, поскольку через него протекает ток стабилизатора DA2 и резистивного делителя R14R15. Если число микросхем не лимитируется, вместо этих микросхем подойдут К553УД2 с соответствующими цепями коррекции. Важно, чтобы, кроме допустимого выходного тока не менее 20 мА, микросхемы имели цепи частотной коррекции. Это связано с тем, что из-за большого фазового сдвига в цепи ООС необходимо снижать частоту среза для повышения запаса устойчивости.

Токовыравнивающие резисторы R4- R7 и датчик тока R17, R18 — проволочные С5-16М, переменные R10 и R12 — СП-1 или любые другие, удобные для установки на переднюю панель блока питания. Измерительные приборы PV1 и РА1 — любые с током полного отклонения от 0,05 до 1 мА и удобной шкалой. В авторском варианте использованы измерительные головки М4248.3 с током полного отклонения 0,1 мА.

Налаживание устройства, собранного из заведомо исправных деталей, сводится в основном к проверке правильности монтажа. После этого движки переменных резисторов R10 и R12 устанавливают в нижнее по схеме положение и проверяют устройство на отсутствие самовозбуждения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1. Устраняют его в случае появления подбором конденсаторов С12 и С13 в сторону увеличения их емкости. Далее, используя образцовые вольтметр и амперметр, резисторами R9 и R11 устанавливают верхние пределы регулирования напряжения и тока, а резисторами R13 и R16 калибруют вольтметр PV1 и амперметр РА1. Необходимо также убедиться в отсутствии генерации на нагрузке в различных допустимых режимах работы.

Читайте так же:
Повышающего преобразователя стабилизатор тока

Устройство выдерживает замыкания в нагрузке, но не стоит этим злоупотреблять при токах ограничения, близких к максимальным. Следует отметить, что мощность, выделяемая на транзисторах регулирующего элемента, прямо пропорциональна разности между напряжением на выходе диодного моста VD1-VD4 и напряжением на выходе блока питания (падению напряжения на регулирующем элементе) и току нагрузки. Если на выходе напряжение небольшое и ток, близкий к максимальному, на корпусе-теплоотводе выделяется мощность около 300 Вт. Для защиты от перегрева (когда размеры корпуса недостаточны для хорошего охлаждения) следует предусмотреть дополнительный узел, отключающий блок питания от сети. Это может быть как несложное электронное, так и электромеханическое (термореле на основе биметаллической пластины) устройство.

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Стабилизатор напряжения на транзисторах

Стабилизатор на одном стабилитроне

Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый прибор обладающий свойством стабилизации напряжения. В отличии от обычного диода работает в обратной полярности (на катод подается плюс), в режиме лавинного пробоя. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется. На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.

Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.

Принцип работы стабилизатора на стабилитроне

Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций по напряжению, называется он фильтрующим. Резистор нужен для сглаживания пульсаций по току и называется он гасящим. Стабилитрон стабилизирует напряжение на нагрузке. Для нормальной работы данной схемы напряжение питания должно быть больше 40…50 %. Стабилитрон следует подобрать под нужное нам напряжение и ток.

Стабилизатор на одном транзисторе

Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.

Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе

Цепочка из R1 и VT1 нам уже знакома из предыдущей схемы, это простейший стабилизатор, он задает стабилизированное напряжение на базе транзистора VT2. Транзистор в свою очередь выполняет функцию усилителя тока и является управляющим элементом в этой схеме. Например, при повышении входного напряжения, выходное напряжение будет стремится к возрастанию. Это приводит к понижению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, что приводит к его закрытию. При этом падение напряжения на участке эмиттер – коллектор возрастает на столько, что напряжение на стабилитроне уменьшается до исходного уровня. При понижении напряжения стабилизатор реагирует в обратном порядке.

Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ

В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.

Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.

Принцип работы защиты стабилизатора

Данная схема рассчитана на ток срабатывания от КЗ 250…300 мА, пока он не превышен, ток будет проходить через делитель напряжения состоящий из диода V7 и резистора R3. Путем подбора данного резистора можно регулировать порог срабатывания защиты. Диод V6 при этом будет закрыт и никакого влияния на работы оказывать не будет. При срабатывании защиты диод V7 закроется, а диод V6 откроется и зашунтирует подключений стабилитрон, при этом транзисторы V4 и V5 закроются. Ток на нагрузке упадет до 20…30 мА. Транзистор V5 следует устанавливать на теплоотвод.

Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением

В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.

Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения

Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение. При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод. При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.

Данные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке. Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию