Напівпровідниковий прилад, про який йтиметься, призначений для стабілізації струму на необхідному рівні, має низьку вартість і дає можливість спростити розробку схем багатьох електронних приладів. Спробую трохи заповнити нестачу інформації про прості схемотехнічні рішення стабілізаторів постійного струму.

Трохи теорії

Ідеальне джерело струму має нескінченно великий ЕРС і нескінченно великий внутрішній опір, що дозволяє отримати необхідний струм в ланцюзі незалежний від опору навантаження.

Розгляд теоретичних припущень щодо параметрів джерела струму допомагає зрозуміти визначення ідеального джерела струму. Струм, створюваний ідеальним джерелом струму, залишається постійним при зміні опору навантаження від короткого замиканнядо нескінченності. Для підтримки величини струму постійної значення ЕРС змінюється від величини не рівної нулю до нескінченності. Властивість джерела струму, що дозволяє отримати стабільне значення струму: при зміні опору навантаження змінюється ЕРС джерела струму таким чином, що значення струму залишається незмінним.

Реальні джерела струму підтримують струм на необхідному рівні обмежений діапазон напруги, створюваного на навантаженні та обмеженому опір навантаження. Ідеальне джерело розглядається, а реальне джерело струму може працювати за нульового опору навантаження. Режим замикання виходу джерела струму не є винятком або функцією джерела струму, що важко реалізується, це один з режимів роботи, в який може безболісно перейти прилад при випадковому замиканні виходу і перейти на режим роботи з опором навантаження більше нуля.

Реальне джерело струму використовується разом із джерелом напруги. Мережа 220 вольт 50 Гц, лабораторний блокживлення, акумулятор, бензиновий генератор, сонячна батарея – джерела напруги, що постачають електроенергію споживачеві. Послідовно з одним із них включається стабілізатор струму. Вихід такого приладу сприймається як джерело струму.

Найпростіший стабілізатор струму являє собою двовивідний компонент, що обмежує струм, що протікає через нього, величиною і точністю відповідної даними фірми виробника. Такий напівпровідниковий прилад здебільшого має корпус, що нагадує діод малої потужності. Завдяки зовнішній подібності та наявності всього двох висновків компоненти цього класу часто згадуються у літературі як діодні стабілізатори струму. Внутрішня схема не містить діодів, така назва закріпилася лише завдяки зовнішній схожості.

Приклади діодних стабілізаторів струму

Діодні стабілізатори струму випускаються багатьма виробниками напівпровідників.

1N5296 Виробники: Microsemi та CDI Струм стабілізації 0,91мА ± 10% Мінімальна напруга на виводах у режимі стабілізації 1,29 В максимальне імпульсна напруга 100 В
E-103 Виробник Semitec Струм стабілізації 10 мА ± 10% Мінімальна напруга на виводах у режимі стабілізації 4,2 В
L-2227 Виробник Semitec Струм стабілізації 25 мА ± 10% Мінімальна напруга на виводах у режимі стабілізації 4 В Максимальна імпульсна напруга 50 В

Від теорії до практики

Застосування діодних стабілізаторів струму спрощує електричні схеми та знижує вартість приладів. Використання діодних стабілізаторів струму привабливе не лише своєю простотою, але й підвищенням стійкості роботи приладів, що розробляються. Один напівпровідник цього класу залежно від типу забезпечує стабілізацію струму на рівні від 0,22 до 30 міліампер. Найменування цих напівпровідникових приладів за ГОСТом та схемного позначення знайти не вдалося. У схемах статті довелося застосувати позначення звичайного діода.

При включенні в ланцюг живлення світлодіода діодний стабілізатор забезпечує потрібний режим та надійну роботу. Одна з особливостей діодного стабілізатора струму - робота в діапазоні напруги від 1,8 до 100 вольт, що дозволяє захистити світлодіод від виходу з ладу при впливі імпульсних і тривалих змін напруги. Яскравість і відтінок світіння світлодіода залежать від струму, що протікає. Один діодний стабілізатор струму може забезпечити режим роботи кількох послідовно увімкнених світлодіодів, як показано на схемі.

Цю схему легко перетворити залежно від світлодіодів та напруги живлення. Один або кілька паралельно включених діодних стабілізаторів струму в ланцюг світлодіодів зададуть струм світлодіодів, а кількість світлодіодів залежить від діапазону зміни напруги живлення.

За допомогою діодних джерел струму можна побудувати індикаторний або освітлювальний прилад, призначений для живлення від постійної напруги Завдяки живленню стабільним струмом джерело світла матиме постійну яскравість світіння при коливаннях напруги живлення.

Використання резистора в ланцюгу світлодіода індикатора напруги живлення двигуна постійного струму верстата свердловки друкованих плат призводило до швидкого виходу з ладу світлодіода. Застосування діодного стабілізатора струму дозволило отримати надійну роботу індикатора. Діодні стабілізатори струму допускається включати паралельно. Потрібний режим живлення навантажень можна отримати, змінюючи тип або включаючи паралельно потрібну кількість цих приладів.

При живленні світлодіода оптопари через резистор пульсації напруги живлення схеми призводять до коливань яскравості, що накладаються на фронт прямокутного імпульсу. Застосування діодного стабілізатора струму ланцюга живлення світлодіода, що входить до складу оптопари, дозволяє знизити спотворення цифрового сигналу, що передається через оптопару і збільшити надійність каналу інформації.

Застосування діодного стабілізатора струму, що задає режим роботи стабілітрона, дозволяє розробити простий джерело опорної напруги. При зміні струму живлення на 10 відсотків напруга на стабілітроні змінюється на 0,2 відсотка, а так як струм стабільний, то величина опорної напруги стабільна при зміні інших факторів.

Вплив пульсацій напруги живлення на вихідну опорну напругу зменшується на 100 децибел.

Внутрішня схема

Вольтамперна характеристика допомагає зрозуміти роботу діодного стабілізатора струму. Режим стабілізації починається за перевищення напруги на висновках приладу близько двох вольт. При напругах понад 100 вольт відбувається пробій. Реальний струм стабілізації може відхилятися від номінального струму до десяти відсотків. При зміні напруги від 2 до 100 вольт струм стабілізації змінюється на 5 відсотків. Діодні стабілізатори струму, які випускаються деякими виробниками, змінюють струм стабілізації при зміні напруги до 20 відсотків. Що струм стабілізації, то більше відхилення зі збільшенням напруги. Паралельне включення п'яти приладів, розрахованих на струм 2 міліампера, дозволяє отримати більш високі параметри, ніж один на 10 міліампер. Так як зменшується мінімальна напруга стабілізації струму, діапазон напруги в якому працює стабілізатор збільшується.

Основою схеми діодного стабілізатора струму є польовий транзистор p-n перехідом. Напруга затвор-витік визначає струм стоку. При напрузі затвор-витік рівному нулю струм через транзистор дорівнює початковому струму стоку, який тече при напрузі між стоком та витоком більшої напруги насичення. Тому для нормальної роботи діодного стабілізатора струму напруга, прикладена до висновків повинна бути більшою за деяке значення від 1 до 3 вольт.

Польовий транзистор має великий розкид початкового струму стоку, що цю величину передбачити не можна. Дешеві діодні стабілізатори струму є відібрані по струму польові транзистори, у яких затвор з'єднаний з витоком.

При зміні полярності напруги діодний стабілізатор струму перетворюється на звичайний діод. Ця властивість обумовлена ​​тим, що p-n перехід польового транзисторавиявляється зміщеним у прямому напрямку і струм тече по ланцюгу затвор-стік. Максимальний зворотний струмдеяких діодних стабілізаторів струму може досягати 100 міліампер.

Джерело струму 0.5А і більше

Для стабілізації струмів силою 0,5-5 ампер і більше застосовується схема, головний елемент якої потужний транзистор. Діодний стабілізатор струму стабілізує напругу на резисторі 180 Ом та на базі транзистора КТ818. Зміна резистора R1 від 0,2 до 10 Ом змінюється струм, що надходить у навантаження. За допомогою цієї схеми можна отримати струм, обмежений максимальним струмом транзистора або максимальним струмом джерела живлення. Застосування діодного стабілізатора струму з найбільш можливим номінальним струмомстабілізації покращує стабільність вихідного струму схеми, але при цьому не можна забувати про мінімально можливу напругу роботи діодного стабілізатора струму. Зміна резистора R1 на 1-2 Ом значно змінює величину вихідного струму схеми. Цей резистор повинен мати велику потужність розсіювання тепла, зміна опору через нагрівання призведе до відхилення вихідного струму від заданого значення. Резистор R1 краще зібрати з кількох паралельно увімкнених потужних резисторів. Резистори, застосовані у схемі, повинні мати мінімальне відхилення опору при зміні температури. При побудові регульованого джерела стабільного струмуабо для точного настроювання вихідного струму резистор 180 Ом можна замінити змінним. Для покращення стабільності струму транзистор КТ818 посилюється другим транзистором меншої потужності. Транзистори з'єднуються за схемою складеного транзистори. При використанні складеного транзистора мінімальна напруга стабілізації збільшується.

Цю схему можна використовувати для живлення соленоїдів, електромагнітів, обмоток крокових двигунів, в гальваніку, для заряджання акумуляторів та інших цілей. Транзистор обов'язково встановлюється на радіатор. Конструкція приладу повинна забезпечувати хороше тепловідведення.

У будь-якій мережі напруга не є стабільною і постійно змінюється. Залежить це насамперед споживання електроенергії. Таким чином, підключаючи прилади до розетки, можна значно зменшити напругу в мережі. У середньому відхилення становить 10%. Багато пристроїв, які працюють від електрики, розраховані на незначні зміни. Однак великі коливання призводять до перевантаження трансформаторів.

Як улаштований стабілізатор?

Основним елементом стабілізатора прийнято вважати трансформатор. Через змінний ланцюгвін з'єднується із діодами. У деяких системах їх є понад п'ять одиниць. В результаті вони утворюють міст у стабілізаторі. За діодами розташовується транзистор, яким встановлюється регулятор. Додатково у стабілізаторах є конденсатори. Вимкнення автоматики здійснюється за допомогою механізму замикання.

Усунення перешкод

Принцип роботи стабілізаторів побудовано методі зворотний зв'язок. На першому етапі напруга подається на трансформатор. Якщо його граничне значення перевищує норму, то роботу вступає діод. З'єднаний він безпосередньо з транзистором ланцюгом. Якщо розглядати систему, то напруга додатково фільтрується. У разі конденсатор виконує роль перетворювача.

Після того, як струм пройде резистор, він знову повертається на трансформатор. Внаслідок цього номінальна величина навантаження змінюється. Для стійкості процесу у мережі є автоматика. Завдяки їй конденсатори не перегріваються в колекторному ланцюзі. На виході струм проходить по обмотці через інший фільтр. Зрештою напруга стає випрямленою.

Особливості мережевих стабілізаторів

Принципова схемастабілізатора напруги даного типує набір транзисторів, а також діодів. У свою чергу, механізм замикання в ній відсутній. Регулятори у своїй є звичайного типу. У деяких моделях встановлюється система індикації.

Вона здатна показати потужність стрибків у мережі. За чутливістю моделі досить сильно відрізняються. Конденсатори, як правило, у ланцюзі є компенсаційного типу. Система захисту у них відсутня.

Пристрої моделей із регулятором

Для холодильного обладнання затребуваним є регульований Схемайого має на увазі можливість налаштування приладу перед початком використання. У цьому випадку це допомагає усунення високочастотних перешкод. У свою чергу, електромагнітне поле проблем для резисторів не представляє.

Конденсатори також включаються до регульованого стабілізатора напруги. Схема його не обходиться без транзисторних мостів, які з'єднуються між собою колекторним ланцюжком. Безпосередньо регулятори можуть встановлювати різні модифікації. Багато чого у разі залежить від граничного напруги. Додатково враховується тип трансформатора, який є у стабілізаторі.

Стабілізатори "Ресанта"

Схема стабілізатора напруги "Ресанта" є набір транзисторів, які взаємодіють між собою по колектору. Для охолодження системи є вентилятор. З високочастотними навантаженнями у системі справляється конденсатор компенсаційного типу.

Також схема стабілізатора напруги "Ресанта" включає діодні мости. Регулятори у багатьох моделях встановлюються звичайні. Обмеження щодо навантаження у стабілізаторів "Ресанта" є. У цілому нині перешкоди ними сприймаються все. До недоліків слід віднести високу гучність трансформаторів.

Схема моделей із напругою 220 В

Схема стабілізатора напруги 220 відрізняється від інших пристроїв тим, що в ній є Даний елемент з'єднується безпосередньо з регулятором. Відразу за системою фільтрації є діодний міст. Для стабілізації коливань додатково передбачено ланцюг із транзисторів. На виході після обмотки розміщується конденсатор.

З перевантаженням у системі справляється трансформатор. Перетворення струму здійснюється ним. У цілому нині діапазон потужності у даних пристроїв досить високий. Працювати ці стабілізатори здатні і за мінусової температури. По шумності вони відрізняються від моделей інших типів. Параметр чутливості залежить від виробника. Також її впливає тип встановленого регулятора.

Принцип роботи імпульсних стабілізаторів

Схема електрична стабілізатора напруги даного типу схожа на модель релейного аналога. Проте відмінності в системі все ж таки є. Головним елементом у ланцюзі прийнято вважати модулятор. Займається цей пристрій тим, що зчитує показники напруги. Далі сигнал переноситься однією із трансформаторів. Там відбувається повне опрацювання інформації.

Для зміни сили струму є два перетворювачі. Однак у деяких моделях він встановлений один. Щоб упоратися з електромагнітним полем, задіюється випрямляючий дільник. У разі підвищення напруги він знижує граничну частоту. Щоб струм надійшов на обмотку, діоди передають сигнал на транзистори. На виході стабілізована напруга проходить по вторинної обмотки.

Високочастотні моделі стабілізаторів

Порівняно з релейними моделями, високочастотний стабілізатор напруги (схема показана нижче) є складнішим, і діодів у ньому задіяно більше двох. Відмінною особливістюприладів цього типу прийнято вважати високу потужність.

Трансформатори в ланцюзі розраховані великі перешкоди. В результаті дані прилади здатні захистити будь-яку побутову технікув будинку. Система фільтрації в них налаштована різні стрибки. За рахунок контролю напруги величина струму може бути змінена. Показник граничної частоти при цьому збільшуватиметься на вході і зменшуватиметься на виході. Перетворення струму у цьому ланцюзі здійснюється у два етапи.

Спочатку задіяний транзистор з фільтром на вході. На другому етапі включається діодний міст. Щоб процес перетворення струму завершився, системі потрібен підсилювач. Встановлюється він, зазвичай, між резисторами. Таким чином, температура пристрою підтримується на належному рівні. Додатково в системі враховується Використання блоку захисту залежить від його роботи.

Стабілізатори на 15 В

Для пристроїв з напругою 15 В використовується мережевий стабілізаторнапруги, схема якого за своєю структурою досить проста. Поріг чутливості приладів знаходиться на малому рівні. Моделі із системою індикації зустріти дуже складно. Фільтрів вони не потребують, оскільки коливання в ланцюгу незначні.

Резистори у багатьох моделях є лише на виході. За рахунок цього процес перетворення відбувається досить швидко. Вхідні підсилювачі встановлюються найпростіші. Багато чого в цьому випадку залежить від виробника. Використовуються стабілізатор напруги (схема показана нижче) цього найчастіше в лабораторних дослідженнях.

Особливості моделей на 5 В

Для пристроїв з напругою 5 використовують спеціальний мережевий стабілізатор напруги. Схема їх складається з резисторів, як правило, трохи більше двох. Застосовують такі стабілізатори виключно для нормального функціонування вимірювальних приладів. Загалом вони досить компактні, а працюють тихо.

Моделі серії SVK

Моделі цієї серії відносяться до стабілізаторів латерного типу. Найчастіше їх використовують на виробництві для зменшення стрибків від мережі. Схема підключення стабілізатора напруги цієї моделі передбачає наявність чотирьох транзисторів, що розташовані попарно. За рахунок цього струм долає менший опір у ланцюзі. На виході система має обмотка для зворотного ефекту. Фільтрів у схемі передбачено два.

За рахунок відсутності конденсатора процес перетворення відбувається швидше. До недоліків слід віднести більшу чутливість. На електромагнітному полі прилад реагує дуже гостро. Схема підключення стабілізатора напруги серії SVK регулятор передбачає, як систему індикації. Напруга максимум пристроєм сприймається до 240, а відхилення при цьому не може перевищувати 10%.

Автоматичні стабілізатори "Лігао 220 В"

Для систем сигналізації є затребуваним від компанії Лігао стабілізатор напруги 220В. Схема його побудована на роботі тиристорів. Використовувати ці елементи здатні виключно в напівпровідникових ланцюгах. На сьогоднішній день типів тиристорів існує чимало. За рівнем захищеності вони поділяються на статичні, і навіть динамічні. Перший вид використовується із джерелами електрики різної потужності. У свою чергу динамічні тиристори мають свою межу.

Якщо говорити про фірму "Лігао" стабілізатор напруги (схема показана нижче), то в ньому є активний елемент. Більшою мірою він призначений для нормального функціонування регулятора. Він являє собою набір контактів, які здатні з'єднуватися. Необхідно це для того, щоб збільшувати або зменшувати граничну частоту в системі. В інших моделях тиристорів може бути кілька. Встановлюються вони між собою за допомогою катодів. В результаті пристрою можна значно збільшити.

Низькочастотні пристрої

Для обслуговування пристроїв із частотою менше 30 Гц існує такий стабілізатор напруги 220В. Схема його ідентична зі схемами релейних моделей крім транзисторів. У разі вони є з емітером. Іноді додатково встановлюється спеціальний контролер. Багато залежить від виробника, а також моделі. Контролер у стабілізаторі необхідний передачі сигналу на блок управління.

Для того, щоб зв'язок був якісним, виробники використовують підсилювач. Встановлюється він, як правило, на вході. На виході в системі зазвичай є обмотка. Якщо говорити про межу напруги 220 В, конденсаторів можна знайти два. Коефіцієнт передачі струму таких пристроїв досить низький. Причиною цього вважають малу граничну частоту, що є наслідком роботи контролера. Однак коефіцієнт насичення знаходиться на високій позначці. Певною мірою це пов'язано саме з транзисторами, які встановлюються з емітерами.

Навіщо потрібні ферорезонансні моделі?

Ферорезонансні стабілізатори напруги (схема показана нижче) використовуються на різних промислових об'єктах. Поріг чутливості у них досить високий завдяки потужним блокам живлення. Транзистори переважно встановлюються попарно. Кількість конденсаторів залежить від виробника. В даному випадку це впливатиме на кінцевий поріг чутливості. Для стабілізації напруги тиристори не використовуються.

У цій ситуації з цим завданням може впоратися колектор. Коефіцієнт посилення вони дуже високий завдяки прямий передачі сигналу. Якщо говорити про вольтамперні параметри, то опір в ланцюзі підтримується на рівні 5 МПа. В даному випадку це позитивно впливає на граничну частоту стабілізатора. На виході диференціальний опір вбирається у 3 МПа. Від підвищеної напруги у системі рятують транзистори. Таким чином, перевантажень по струму вдається уникнути здебільшого.

Стабілізатори латерного типу

Схема у стабілізаторів латерного типу відрізняється підвищеним коефіцієнтом корисної дії. Вхідна напруга у своїй становить середньому 4 МПа. У разі пульсація витримується великої амплітуди. У свою чергу вихідна напруга стабілізатора дорівнює 4 МПа. Резистори у багатьох моделях встановлюються серії "МР".

Регулювання струму в ланцюзі відбувається постійно і завдяки цьому граничну частоту вдається знизити до позначки 40 Гц. Дільники в підсилювачах цього типу працюють спільно з резисторами. У результаті всі функціональні вузли пов'язані між собою. Підсилювач зазвичай встановлюється після конденсатора перед обмотуванням.

Для деяких електричних ланцюгів та схем цілком вистачає звичайного блоку живлення, що не має стабілізації. Джерела струму такого типу зазвичай складаються з понижуючого трансформатора, діодного випрямного моста і фільтруючого конденсатора. Вихідна напруга блоку живлення залежить від кількості витків вторинної обмотки на понижувальному трансформаторі. Але як відомо мережна напруга 220 вольт нестабільно. Воно може коливатись у деяких межах (200-235 вольт). Відтак і вихідна напруга на трансформаторі теж «плаватиме» (у місце допустимо 12 вольт буде 10-14, або близько того).

Електротехніка, яка особливо не примхлива до невеликих змін живильної постійної напруги може обійтися таким ось простим блокомхарчування. Але чутливіша електроніка вже це не терпить, вона від цього навіть може вийти з ладу. Так що виникає необхідність у додатковій схемі стабілізації постійної вихідної напруги. У цій статті я наводжу електричну схему досить простого стабілізатора постійної напруги, який має стабілітрон та транзистор. Саме стабілітрон виступає в ролі опорного елемента, який визначає та стабілізує вихідну напругу блоку живлення.

Тепер давайте перейдемо до безпосереднього розбору електричної схемипростого стабілізатора постійної напруги. Отже, наприклад у нас є знижуючий трансформатор з вихідною змінною напругою 12 вольт. Ці 12 вольт ми подаємо на вхід нашої схеми, а саме на діодний міст і фільтруючий конденсатор. Діодний випрямляч VD1 з змінного струмуробить постійний (але стрибкоподібний). Його діоди повинні бути розраховані на ту максимальну силу струму (з невеликим запасом приблизно 25%), який може видавати блок живлення. Ну, і напруга їх (зворотне) має бути не нижчою від вихідного.

Фільтруючий конденсатор C1 згладжує ці стрибки напруги, роблячи форму постійної напруги більш рівною (хоч і не ідеальною). Його ємність має бути від 1000 мкф до 10000 мкф. Напруга, також більша за вихідний. Врахуйте, що є такий ось ефект - змінна напругапісля діодного мосту та фільтруючого конденсатора електроліту збільшується приблизно на 18%. Отже, у результаті ми вже отримаємо на виході не 12 вольт, а десь 14,5.

Тепер починається частина стабілізатора постійної напруги. Основним функціональним елементом є сам стабилитрон. Нагадаю, що стабілітрони мають здатність у деяких межах стабільно тримати на собі певну постійну напругу (напругу стабілізації) при зворотному включенні. При подачі на стабілізатор напруги від 0 до напруги стабілізації воно просто буде збільшуватися (на кінцях стабілітрона). Дійшовши до рівня стабілізації напруга залишатиметься незмінною (з незначним зростанням), а рости почне сила струму, що протікає через нього.

У нашій схемі простого стабілізатора, який на виході повинен видавати 12 вольт, стабілітрон VD2 розрахований на напругу 12,6 (поставимо стабілізатор на 13 вольт, це відповідає Д814Д). Чому 12,6 вольт? Тому що 0,6 вольт осядуть на транзисторному переході емітер-база. А на виході вийде рівно 12 вольт. Ну а оскільки ми ставимо стабілітрон на 13 вольт, то на виході БП буде десь 12,4 В.

Стабілітрон VD2 (що створює місце опорної постійної напруги) потребує обмежувача струму, який захищатиме його від надмірного перегріву. На схемі цю роль виконує резистор R1. Як видно, він підключений послідовно стабілітрону VD2. Ще один фільтруючий конденсатор електроліт C2 стоїть паралельно стабілітрону. Його завдання також згладжувати надлишки пульсацій напруги. Можна обійтися і без нього, але все ж таки краще буде з ним!

Далі на схемі бачимо біполярний транзистор VT1, який підключений за схемою загальний колектором. Нагадаю, схеми підключення біполярних транзисторівза типом загальний колектор (це ще називається емітерний повторювач) характеризуються тим, що вони значно посилюють силу струму, але при цьому немає ніякого посилення по напрузі (навіть воно трохи менше вхідного, саме на ті 0,6 вольт). Отже ми на виході транзистора отримуємо ту постійну напругу, яка є на його вході (а саме напруга опорного стабілітрона, що дорівнює 13 вольтам). І оскільки емітерний перехід залишає на собі 0,6 вольта, то і на виході транзистора вже буде не 13, а 12,4 вольта.

Як ви повинні знати, щоб транзистор почав відкриватись (пропускати через себе керовані струми по колу колектор-емітер) йому потрібен резистор для створення зміщення. Це завдання виконує той самий резистор R1. Змінюючи його номінал (у певних межах) можна змінювати силу струму на виході транзистора, отже, і на виході нашого стабілізованого блоку живлення. Тим, хто хоче з цим поекспериментувати раджу на місце R1 поставити підстроювальний опір номіналом близько 47 кілоом. Підстроюючи його дивіться, як змінюватиметься сила струму на виході блоку живлення.

Ну, і на виході схеми простого стабілізатора постійної напруги стоїть ще один невеликий конденсатор, що фільтрує, електроліт C3, що згладжує пульсації на виході стабілізованого блоку живлення. Паралельно йому припаяний резистор навантаження R2. Він замикає емітер транзистора VT1 мінус схеми. Як бачимо, схема досить проста. Містить мінімум компонентів. Вона забезпечує цілком стабільну напругу на своєму виході. Для живлення багатої електротехніки даного стабілізованого блоку живлення цілком вистачатиме. Цей транзистор розрахований на максимальну силу струму 8 ампер. Отже для такого струму потрібен радіатор, який відводитиме надлишок тепла від транзистора.

P.S. Якщо паралельно стабілітрону поставити ще змінний резистор номіналом 10 кілоом (середній висновок приєднуємо до бази транзистора), то в результаті ми отримаємо вже регульований блокхарчування. На ньому можна плавно змінювати вихідну напругу від 0 до максимуму (напруга стабілітрона мінус ті самі 0,6 вольт). Думаю, така схема вже буде більш затребувана.

Схеми стабілізаторів напруги

Для живлення пристроїв, що не вимагають високої стабільності напруги живлення, застосовують найбільш прості, надійні та дешеві стабілізатори – параметричні. У такому стабілізаторі регулюючий елемент при впливі на вихідну напругу не враховує різниці між ним та заданою напругою.

У найпростішому вигляді параметричний стабілізаторце регулюючий компонент (стабілітрон), що приєднується паралельно навантаженню. Сподіваюся ви пам'ятаєте , адже, на відміну від діода, він включається до електричний ланцюгу зворотному напрямку, т. е. на анод слід негативний, але в катод - позитивний потенціал напруги джерела. В основі принципу дії такого стабілізатора лежить властивість стабілітрона підтримувати на своїх висновках постійну напругу при істотних змін сили струму, що протікає в схемі. Баластне опір R, включене послідовно зі стабілітроном і навантаженням, обмежує протікає струм через стабілітрон, якщо відключити навантаження.

Для живлення пристроїв, з напругою 5, у цій схемі стабілізаторі можна застосувати стабілітрон типу КС 147. Номінал опору резистора R береться таким, щоб при максимальному рівні вхідної напруги і від'єднаного навантаження струм через стабілітрон не був більше 55 мА. Так як у робочому режимі через цей опір протікає струм стабілітрона та навантаження, його потужність має бути як мінімум 1-2 Вт. Струм навантаження цього стабілізатора повинен лежати в інтервалі 8-40 мА.

Якщо вихідний струм стабілізатора малий для живлення, збільшити його потужність можна, додавши підсилювач, наприклад, на основі транзистора.

Його роль у цій схемі виконує транзистор VT1, колектор колектор - емітер якого включається послідовно з навантаженням стабілізатора. Вихідна напруга такого стабілізатора дорівнює різниці вхідної напруги стабілізатора та падіння напруги в ланцюзі колектор - емітер транзистора і визначається напругою стабілізації стабілітрона VD1. Стабілізатор забезпечує навантаження струм до 1 А. Як VT1 можна використовувати транзистори типу КТ807, КТ815, КТ817.

П'ять схем простих стабілізаторів

Класичні схеми, які неодноразово описані у всіх підручниках та довідниках з електроніки.

Рис.1. Стабілізатор з класичній схемібез захисту від КЗ у навантаженні. 5В, 1А.

Рис.2. Стабілізатор за класичною схемою без захисту від КЗ у навантаженні. 12В, 1А.

Рис.3. Стабілізатор за класичною схемою без захисту від КЗ у навантаженні. Регульована напруга 0..20В, 1А

Стабілізатор на 5V 5A побудований на основі статті "П'ятивольтовий із системою захисту", Радіо №11 за 84г стор. 46-49. Схема справді виявилася вдалою, що не завжди буває. Легко повторювана.

Особливо гарна ідея тиристорного захисту навантаження при виході з ладу стабілізатора. Якщо ж він (стабілізатор) погорить, то ремонтувати що він дорожчав собі. Транзистор стабілізатора струму VT1 германієвий для зменшення залежності вихідної напруги від температури. Якщо це не важливо, можна і кремнієвий застосувати. Інші транзистори підійдуть будь-які відповідні за потужністю. При виході з ладу регулюючого транзистора VT3 напруга на виході стабілізатора перевищує поріг спрацьовування стабілітрона VD2 типу КС156А (5.6V), відкривається тиристор і коротить вхід і вихід, горить запобіжник. Просто та надійно. Призначення елементів регулювання вказано на схемах.

Рис.4. Принципова схема стабілізатора із захистом від короткого замикання у навантаженні та тиристорною схемою захистом при виході з ладу схеми самого стабілізатора.

Номінальна напруга – 5В, струм – 5А.
RP1 - встановлення струму спрацьовування захисту, RP2 - встановлення вихідної напруги

Наступна схема стабілізатора на 24V 2A

Усе існуючі джерелахарчуваннявідносять до однієї з двох груп: первинного та вторинного електроживлення. До джерел первинного електроживлення відносять системи, що переробляють хімічну, світлову, теплову, механічну або ядерну енергію на електричну. Наприклад, хімічну енергію перетворює на електричну сольовий елемент або батарея елементів, а світлову енергію - сонячна батарея.

До складу джерела первинного електроживлення може входити не тільки сам перетворювач енергії, але і пристрої та системи, що забезпечують нормальне функціонування перетворювача. Найчастіше безпосереднє перетворення енергії утруднене, і тоді вводять проміжне, допоміжне перетворення енергії. Наприклад, енергія внутрішньоатомного розпаду на атомній електростанції може бути перетворена на енергію перегрітої пари, що обертає турбіну електромашинного генератора, механічну енергію якого перетворюють на електричну енергію.

До джерел вторинного електроживлення відносять такі системи, які з електричної енергії виду виробляють електричну енергію іншого виду. Так, наприклад, джерелами вторинного електроживлення є інвертори та конвертори, випрямлячі та помножувачі напруги, фільтри та стабілізатори.

Класифікують джерела вторинного електроживлення за номінальною робочою вихідною напругою. При цьому розрізняють низьковольтні джерела живлення з напругою до 100 В, високовольтні з напругою більше 1 кВ і джерела живлення з середньою вихідною напругою від 100 до 1 кВ.

Будь-які джерела вторинного електроживлення класифікують за потужністю Рн, яку вони здатні дати навантаження. При цьому виділяють п'ять категорій:

мікропотужні (РН< 1 Вт);
малопотужні (1 Вт< Рн < 10 Вт);
середньої потужності (10 Вт< Рн < 100 Вт);
підвищеної потужності (100 Вт< Рн < 1 кВт);
великої потужності (Рн > 1 кВт)

Джерела живлення можуть бути стабілізованими та нестабілізованими. За наявності ланцюга стабілізації вихідної напруги стабілізовані джерела володіють меншою флюктуацією даного параметра, щодо нестабілізованих. Підтримка постійної вихідної напруги може бути досягнута у різний спосібПроте всі ці способи можна звести до параметричного або компенсаційного принципу стабілізації. У компенсаційних стабілізаторах є ланцюг зворотного зв'язку для відстеження змін регульованого параметра, а в параметричних стабілізаторах така Зворотній зв'язоквідсутній.

Будь-яке джерело живлення по відношенню до мережі має такі основні параметри:

мінімальна, номінальна і максимальна напруга живлення або відносна зміна номінальної напругиу бік підвищення чи зниження;
вид струму живлення: змінний або постійний;
число фаз змінного струму;
частота змінного струму та діапазон її флюктуації від мінімуму до максимуму;
коефіцієнт споживаної від мережі потужності;
коефіцієнт форми споживаного від мережі струму, що дорівнює відношенню першої гармоніки струму до його чинного значення;
сталість напруги живлення, що характеризується незмінністю параметрів у часі

По відношенню до навантаження джерело живлення може мати ті ж параметри, що і по відношенню до мережі живлення, і додатково характеризутися такими параметрами:

амплітуда пульсації вихідної напруги чи коефіцієнт пульсації;
величина струму навантаження;
тип регулювань вихідних струму та напруги;
частота пульсації вихідної напруги джерела живлення, в загальному випадку не дорівнює частоті змінного струму мережі живлення;
нестабільність вихідних струму та напруги під впливом будь-яких факторів, що погіршують стабільність.

Крім того, джерела живлення характеризуються:

ККД;
масою;
габаритними розмірами;
діапазоном температур довкіллята вологості
рівнем шуму, що генерується при використанні вентилятора в системі охолодження;
стійкістю до перевантажень та до ударів з прискоренням;
надійністю;
тривалістю напрацювання на відмову;
часом готовності до роботи;
стійкістю до перевантажень у навантаженнях, і, як окремий випадок, коротким замиканням;
наявністю гальванічної розв'язки між входом та виходом;
наявністю регулювань та ергономічністю;
ремонтопридатністю.

Блок живлення "Простіше не буває". Частина друга

Ага, таки зайшов? Що, цікавість замучило? Але я дуже радий. Ні правда. Розташуйся зручніше, зараз ми разом зробимо деякі нехитрі розрахунки, які потрібні, щоб сварганити блок живлення, який ми вже зробили в першій частині статті. Хоча треба сказати, що ці розрахунки можуть стати в нагоді і в більш складних схемах.

Отже, наш блок живлення складається з двох основних вузлів - це випрямляч, що складається з трансформатора, діодів, що випрямляють, і конденсатора і стабілізатор, що складається з усього іншого. Як справжні індіанці почнемо, мабуть, з кінця і розрахуємо спочатку стабілізатор.

Стабілізатор

Схема стабілізатора показана малюнку.

Це так званий параметричнийстабілізатор. Складається він із двох частин:
1 - сам стабілізатор на стабілітроні D з баластним резистором Rб
2 - емітерний повторювач на транзисторі VT.

Безпосередньо за тим, щоб напруга залишалася тим, яким нам треба, слідкує стабілізатор, а емітерний повторювач дозволяє підключати потужне навантаженнядо стабілізатора. Він грає роль ніби підсилювача або якщо завгодно - умощувача.

Два основних параметри нашого блоку живлення – напруга на виході та максимальний струм навантаження. Назвемо їх:
Uвих- це напруга
і
Imax- Це струм.

Для блоку живлення, який ми відгрохали в минулій частині, Uвих = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Спочатку нам необхідно визначити, яку напругу Uвх ми повинні подати на стабілізатор, щоб на виході отримати необхідне Uвх.
Ця напруга визначається за формулою:

Uвх = Uвих + 3

Звідки взялася цифра 3? Це падіння напруги на переході колектор-емітер транзистора VT. Таким чином, для роботи нашого стабілізатора на його вхід ми повинні подати щонайменше 17 вольт.

Транзистор

Визначимо, який нам потрібний транзистор VT. Для цього нам треба визначити, яку потужність він розсіюватиме.

Pmax=1.3(Uвх-Uвих)Imax

Тут треба зважити на один момент. Для розрахунку ми взяли максимальну вихідну напругу блоку живлення. Проте, у цьому розрахунку, треба навпаки брати мінімальну напругу, яку видає БП. А воно у нашому випадку становить 1,5 вольта. Якщо цього не зробити, транзистор може накритися мідним тазом, оскільки максимальна потужність буде розрахована невірно.
Дивись сам:

Якщо ми беремо Uвых=14 вольтам, то отримуємо Pmax = 1.3 * (17-14) * 1 = 3.9 Вт.
Якщо ж ми приймемо Uвых=1.5 вольта, то Pmax = 1.3 * (17-1.5) * 1 = 20,15 Вт

Тобто, якби не врахували цього, то вийшло б, що розрахункова потужність у П'ЯТЬ разів менша за реальну. Зрозуміло, транзисторові це не сподобалося б.

Ну от тепер ліземо в довідник і вибираємо собі транзистор.
Крім щойно отриманої потужності, треба врахувати, що гранична напруга між емітером і колектором має бути більше Uвх, а максимальний струм колектора повинен бути більше Imax. Я вибрав КТ817 - цілком пристойний транзистор.

Вважаємо сам стабілізатор.

Спочатку визначимо максимальний струм бази свіжовибраного транзистора (а ти як думав? у нашому жорстокому світі споживають усі - навіть бази транзисторів).

Iб max =Imax/h21Е min

h21Е min- це мінімальний коефіцієнт передачі струму транзистора і береться він із довідника. Ну, у мене в довіднику написано лише одне число - 25, з ним і рахуватимемо, а що ще залишається?

Iб max =1/25=0.04 А (або 40 мА). Чимало.

Ну давайте тепер шукатимемо стабілітрон.
Шукати його треба за двома параметрами - напрузі стабілізації та струму стабілізації.

Напруга стабілізації має дорівнювати максимальному вихідному напрузі блоку живлення, тобто 14 вольтам, а струм - щонайменше 40 мА, тобто тому, що ми порахували.
Полізли знову до довідника.

По напрузі нам страшно підходить стабілітрон Д814Д, До того ж він у мене був під рукою. Але струм стабілізації ... 5 мА нам ніяк не годиться. Що робитимемо? Зменшуватимемо струм бази вихідного транзистора. А для цього додамо до схеми ще один транзистор. Дивимось на малюнок. Ми додали до схеми транзистор VT2. Ця операція дозволяє нам знизити навантаження на стабілітрон в h21Е разів. h21Е, зрозуміло, того транзистора, який ми щойно додали до схеми. Особливо не думаючи, я взяв із купи залізняк КТ315. Його мінімальний h21Е дорівнює 30, тобто ми можемо зменшити струм до 40/30 = 1.33 мАщо нам цілком підходить.

Тепер порахуємо опір і потужність баластного резистора Rб.

Rб = (Uвх-Uст) / (Iб max + Iст min)

де Uст - напруга стабілізації стабілітрона,
Iст min – струм стабілізації стабілітрона.

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

Тепер визначимо потужність цього резистора

Prб = (Uвх-Uст) 2/Rб.

Prб = (17-14) 2/470 = 0,02 Вт.

Власне, і все. Таким чином, з вихідних даних - вихідної напруги та струму, ми отримали всі елементи схеми та вхідну напругу, яка має бути подана на стабілізатор.

Проте не розслаблюємося - на нас чекає випрямляч. Вже рахувати так рахувати, я так вважаю (каламбур однак).

Отже, дивимося на схему випрямляча.

Ну, тут все простіше та майже на пальцях. Зважаючи на те, що ми знаємо, яку напругу нам треба подати на стабілізатор - 17 вольт, обчислимо напругу на вторинній обмотці трансформатора. Для цього підемо, як і на початку – з хвоста. Отже, після конденсатора фільтра ми повинні мати напругу 17 вольт.

Враховуючи те, що конденсатор фільтра збільшує випрямлену напругу в 1,41 рази, отримуємо, що після випрямляючого мосту у нас має вийти 17/1,41 = 12 вольт.
Тепер врахуємо, що на випрямному мосту ми втрачаємо близько 1,5-2 вольт, отже, напруга на вторинній обмотці має бути 12+2=14 вольт. Цілком може статися так, що такого трансформатора не знайдеться, не страшно – в даному випадку можна застосувати трансформатор з напругою на вторинній обмотці від 13 до 16 вольт.

Cф =3200Iн/Uн Kн

де Iн - максимальний струм навантаження,
Uн - напруга на навантаженні,
Kн – коефіцієнт пульсацій.

У нашому випадку
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтів,
Kн = 0,01.

Cф = 3200 * 1 / 17 * 0,01 = 18823.

Однак, оскільки за випрямлячем йде ще стабілізатор напруги, ми можемо зменшити розрахункову ємність у 5...10 разів. Тобто 2000 мкф буде цілком достатньо.

Залишилося вибрати випрямні діоди чи діодний міст.

Для цього нам треба знати два основні параметри - максимальний струм, що пливе через один діод і максимальну зворотну напругу, так само через один діод.

Необхідна максимальна зворотна напруга вважається так

Uобр max = 2Uн, тобто Uобр max = 2 * 17 = 34 Вольта.

А максимальний струм, для одного діода повинен бути більшим або дорівнює струму навантаження блока живлення. Ну а для діодних складання в довідниках вказують загальний максимальний струм, який може протікати через це складання.

Ну от начебто б і все про випрямлячі та параметричні стабілізатори.
Попереду у нас стабілізатор для найледачіших – на інтегральній мікросхемі та стабілізатор для найпрацьовитіших – компенсаційний стабілізатор.

ID: 667

Як вам ця стаття?