Транзисторний регулятор. Регулятор напруги схема

Регулятор напруги служить для автоматичної підтримки в заданих межах напруги автомобільного генератора, що працює в широкому діапазоні зміни швидкостей обертання ротора та струму навантаження Основним технічною вимогоюрегулюючим пристроєм є підтримка у дуже вузьких межах вихідної напруги генератора, що у свою чергу диктується надійністю роботи та довговічність різних споживачів.

Регулювання напруги донедавна здійснювали вібраційні регулятори. В останні рокина автомобілях встановлюють контактно-транзисторні та безконтактні регулятори, виконані як на дискетних елементах, так і за інтегральною технологією.

У контактно-транзисторних регуляторах напруги функцію регулюючого елемента, включеного в ланцюг обмотки збудження генератора, виконує транзистор, а керуючого та вимірювального – вібраційне реле. Безконтактні регулятори в дискретному та інтегральному виконанні в якості регулюючого та керуючого елементів використовують транзистори та тиристори, а вимірювального – стабілізатори. Заміна вібраційних регуляторів напруги транзисторними дозволила задовольнити вимоги до електроустаткування.

Стало можливим збільшити збудження генераторів до 3 А та більше; досягти високої точності та стабільності регульованої напруги; підвищити термін служби регулятора напруги; спростити технічне обслуговуваннясистеми електроживлення автомобіля. В даний час застосовують транзисторні реле – регулятори напруги РР-362 та РР-350 у схемах з генераторами типу Г 250. Транзисторний регулятор напруги РР-356 призначений для роботи з генератором Г272. Інтегральні регулятори напруги Я 112А призначені для роботи з 14-вольтовим генератором.

Інтегральний регулятор напруги Я 120 призначений до генератора Г272 великовантажних автомобілів. На рис. 1 показано схема контактно-транзисторного регулятора. Регулятор складається з транзистора Т (регулюючий елемент), вібраційного реле-регулятора напруги РН (керуючий елемент) та реле захисту РЗ. Реле-регулятор має одну шунтову обмотку РНо, включену на випрямлену напругу генератора через замикаючий діод Д2, що прискорює резистор Rу та резистор термокомпенсації Rт. Реле має нормально розімкнені контакти, що включені в ланцюг управління транзистора. Коли швидкість обертання ротора генератора не велика і напруга генератора ще не досягла заданої величини, контакти РН розімкнені, транзистор Т відперт. База транзистора з'єднується з полюсом джерела живлення та транзистор замикається. В цьому випадку струм збудження проходить через додатковий Rд і прискорює Rу резистори, що шунтують транзистор, що викликає зниження струму збудження і, отже, напруга генератора.

Рис.1.

Контакти реле-регулятора знову розмикаються та транзистор відмикається. Далі процес повторюється з певною частотою. Rу – дозволяє збільшити частоту спрацьовування та відпускання реле-регулятора напруги РН через зміну падіння напруги на резисторі при відчиненому і замкненому стані транзистора, що призводить до більш різкої зміни напруги на обмотці РНо. Діод Д2, включений в ланцюг емітера транзистора Т, служить для активного замикання вихідного транзистора, яке необхідне забезпечення надійної роботи транзистора при підвищеній температурі.

Замикання здійснюється за рахунок того, що падіння напруги на Д2 від струму, що протікає через Rу і Rд, коли транзистор замкнений, прикладено до переходу емітер - база транзистора в напрямі, що замикає. Термокомпенсаційний резистор Рт необхідний підтримки напруги на заданому рівні умовах широкого зміни температури. Діод Дг служить для гасіння ЕРС самоіндукції обмотки збудження та захисту транзистора від перенапруги в момент його замикання. Реле захисту РЗ призначене для захисту транзистора від великих струмів, що виникають у разі короткого замиканнязатиску Ш на корпус генератора чи регулятора. Реле має основну обмотку РЗо, включену послідовно з ОВГ, допоміжну РЗв, включену паралельно ОВГ та утримуючу РЗу, РЗо та РЗв включені зустрічно.

При КЗ струм через РЗо збільшується, одночасно шунтується РЗв, замикаються контакти РЗ, замикається транзистор і включається обмотка, що утримує РЗу. Резистори Rу та Rд, обмежують струм короткого замикання до 0.3 А. Тільки після усунення короткого замикання та відключення АБ РЗу відключить РЗ. Діод Д1 застосований для виключення спрацьовування РЗ при замиканні контактів регулятора напруги РН, так як за відсутності цього діода РЗ буде включена на напругу генератора. Надійність регулятора обумовлена ​​зниженням розривної потужності контактів. Проте знос, підгар та ерозія контактів, наявність пружинної та коливальних систем часто спричиняє вихід їх ладу. На рис. 2 показаний безконтактний регулятор напруги типу РР-350, який застосовується до автомобілів ГАЗ «Волга».

Рис. 2.

Безконтактний регулятор напруги складається з транзисторів Т2 та Т3 – германієвих; Т1 – кремнієвого, резисторів R6 – R9 та діодів Д2 та Д3, стабілітрона Д1, вхідного дільника напруги R1, R2, R3, Rт та дроселя Др. Якщо випрямлена напруга генератора, прикладена до вхідного дільника, менша за величину, на яку налаштований регулятор, то стабілітрон Д1 замкнув, а транзистори Т2 і Т3 відчинені і по ланцюгу (+) випрямляча – діод Д3 – перехід емітер – колектор транзистора ТЗ – обмотка збудження ОВГ – (--) протікає максимальний струм збудження. Як тільки випрямлена напруга досягає заданого рівня, стабілітрон "пробивається" і транзистор Т1 відмикається. Опір цього транзистора стає мінімальним і шунтує еммітерно-базові переходи транзисторів Т2 та Т3, що призводить до їх замикання. Струм ОВГ починає спадати. Перемикання схеми проводиться з певною частотою і створюється така величина струму збудження, коли середня величина регульованої напруги підтримується на заданому рівні.

Для підвищення чіткості перемикання транзисторів та зменшення часу переходу схеми з одного стану в інший у ній передбачено ланцюжок зворотнього зв'язку, Що включає резистор R4 При підвищенні вхідної напруги, то (+) випрямляча – діод Д3 – перехід емітер – база транзистора Т3 – діод Д2 – перехід емітер – колектор транзистора Т2 – резистор R4 – обмотка дроселя Др – (-), зменшується, що призводить до зменшення падіння напруги на Др. В цьому випадку падіння напруги на стабілітроні Д1 збільшується, викликаючи зростання базового струмуТ1 і швидше переключення цього транзистора. При зниженні вхідної напруги ланцюжок зворотний зв'язок сприяє швидкому замиканню транзистора Т1.

Для активного замикання вихідного транзистора Т3 і надійної роботи при підвищеній температурі навколишнього в еммітерний ланцюг транзистора Т3 включений діод Д3. Падіння напруги на діоді вибирається за допомогою резистора R9. Діод Д2 служить поліпшення замикання транзистора Т2 при отпертом транзисторі Т1 завдяки додатковому падіння напруги цьому діоді. Для фільтрації вхідної напруги застосований дросель Др. Терморезистор Rт компенсує зміну падіння напруги на переході емітер – база транзистора Т1 та стабілізатора Д1 від температури довкілля. Регулятор напруги для великовантажних автомобілів МАЗ, КАМАЗ, КРАЗ виконується на кремнієвих транзисторах (рис. 3).

Рис. 3.

Схему регулятора спрощено порівняно з РР-350, зменшено кількість транзисторів. Діоди Д2 і Д3, включені в базовий ланцюг транзистора Т2, уможливлюють застосування транзисторів з більш широкими допусками на параметри, зокрема на величину напруги насичення Т1. При живленні 24 передбачено застосування в дільнику напруги додаткового ланцюжка включає термістор Rт і резистор R7. На рис. 4 представлена ​​схема регулятора напруги РР132А, що застосовуються на УАЗ.

Рис. 4. Схема регулятора напруги РР 132А:

1 – дросель; 2, 3, 4, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 23, 24 – резистори; 7 – діод; 8, 9, 17 – транзистори; 10, 11, 12, 19 – стабілітрони. Ця схемає безконтактним транзисторним регулятором напруги, який має три діапазони налаштування регульованої напруги. Зміна діапазонів регульованої напруги здійснюється перемиканням 25 розташованим на верхній частині корпусу регулятора. Регульована напругапри частоті обертання ротора генератора – 35 хв-1, навантаженні 14 А, температурі 20 o

Регулятор діє в такий спосіб. Після включення живлення тумблером Q1 мережна напруганадходить одночасно на діоди VD1, VD2 та первинну обмотку трансформатора Т1. При цьому випрямляч, що складається з діодного блоку VD6-VD9, конденсатора С1 та змінного резистора R1, формує керуюча напругащо надходить на базу транзистора і відкриває його. Якщо в момент увімкнення регулятора в мережі виявилося напруження негативної полярності, струм навантаження протікає по ланцюгу VD2 - емітер-колектор VT1-VD3. Якщо полярність напруги позитивна, струм протікає по ланцюгу VD1 - колектор-емітер VT1-VD4. Значення струму навантаження залежить від величини керуючого напруги з урахуванням VT1. Обертаючи двигун R1 і змінюючи значення керуючого напруги, керують величиною струму колектора VT1. Цей струм, а отже, і струм, що протікає в навантаженні, буде тим більше, чим вищий рівень керуючого напруги, і навпаки. При крайньому правому за схемою положенні двигуна змінного резистора транзистор виявиться повністю відкритий і "доза" електроенергії, що споживається навантаженням, буде відповідати номінальній величині. Якщо двигун R1 перемістити в крайнє ліве положення, VT1 виявиться замкненим і струм через навантаження не потече.
Керуючи транзистором, ми фактично регулюємо амплітуду змінної напругита струму, що діють у навантаженні. Транзистор при цьому працює в безперервному режимі, завдяки чому такий регулятор позбавлений недоліків, властивих тиристорним пристроям.
Тепер перейдемо до конструкції приладу. Діодні блоки, конденсатор, резистор R2 та діод VD6 встановлюються на монтажній платі розміром 55х35 мм, виконаної з фольгованого гетинаксу або текстоліту завтовшки 1-2 мм (рис.2).
У пристрої можна використовувати такі деталі. Транзистор - КТ812А (Б), КТ824А (Б), КТ828А (Б), КТ834А (Б, В), КТ840А (Б), КТ847А або КТ856А. Діодні блоки: VD1-VD4-KЦ410B або КЦ412В. VD6-VD9 - КЦ405 або КЦ407 з будь-яким буквеним індексом; діод VD5 – серії Д7, Д226 або Д237. Змінний резистор – типу СП, СПО, ППБ потужністю не менше 2 Вт, постійний – ВС, МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Оксидний конденсатор – К50-6, К50-16. Мережевий трансформатор - ТВ3-1-6 від лампових радіоприймачів та підсилювачів, ТС-25, ТС-27 - від телевізора "Юність" або будь-який інший малопотужний з напругою вторинної обмотки 5-8 В. Запобіжник розрахований на максимальний струм 1 А. Тумблер - Т3-С або будь-який інший мережевий. ХР1 – стандартна мережева вилка, XS1 – розетка.
Всі елементи регулятора розміщуються у пластмасовому корпусі з габаритами 150х100х80 мм. На верхній панелі корпусу встановлюються тумблер і змінний резистор, з декоративною ручкою. Розетка для підключення навантаження та гніздо запобіжника кріпляться на одній із бічних стінок корпусу. З того ж боку зроблено отвір для шнура. На дні корпусу встановлені транзистор, трансформатор та монтажна плата. Транзистор необхідно забезпечити радіатором з площею розсіювання не менше 200 см 2 і товщиною 3-5 мм.
Регулятор не потребує налагодження. При правильному монтажі та справних деталях він починає працювати відразу після включення до мережі.
Тепер кілька рекомендацій для тих, хто захоче вдосконалити пристрій. Зміни здебільшого стосуються збільшення вихідної потужності регулятора. Так, наприклад, при використанні транзистора КТ856 потужність, споживана навантаженням від мережі, може становити 150 Вт, КТ834 - 200 Вт, а для КТ847-250 Вт. Якщо необхідно ще більше збільшити вихідну потужність приладу, як регулюючий елемент можна застосувати кілька паралельно включених транзисторів, з'єднавши їх відповідні висновки. Ймовірно, в цьому випадку регулятор доведеться забезпечити невеликим вентилятором для інтенсивнішого повітряного охолодження напівпровідникових приладів. Крім того, діодний блок VD1-VD4 потрібно замінити на чотири більш потужні діоди, розраховані на робоча напругане менше 250 В і величину струму відповідно до споживаного навантаження. Для цієї мети підійдуть прилади серій Д231-Д234, Д242, Д243, Д245-Д248. Необхідно також замінити VD5 на потужніший діод, розрахований на струм до 1 А. Також більший струм повинен витримувати запобіжник.

Зібраний одного разу найпростіший регулятор напруги на одному транзисторі був призначений для певного блоку живлення та конкретного споживача, нікуди більше його підключати було звичайно не потрібно, але як завжди настає момент, коли правильно надходити ми перестаємо. Наслідком цього є клопіт та роздуми як жити-бути далі і прийняття рішення відновлювати створене раніше або продовжувати творити.

Схема номер 1

Був стабілізований імпульсний блокживлення, що дає на виході напругу 17 вольт і струм 500 міліампер. Потрібна періодична зміна напруги в межах 11 - 13 вольт. І загальновідома на одному транзисторі із цим чудово справлялася. Від себе додав до неї лише світлодіод індикації та обмежувальний резистор. До речі, світлодіод тут це не тільки «світлячок», що сигналізує про наявність вихідної напруги. При правильно підібраному номіналі обмежувального резистора навіть невелика зміна вихідної напруги відбивається на яскравості світіння світлодіода, що дає додаткову інформацію про його підвищення або зниження. Напруга на виході можна було змінювати від 1,3 до 16 вольт.

КТ829 - потужний низькочастотний кремнієвий складовий транзистор, був встановлений на потужний металевий радіатор і здавалося, що при необхідності він цілком може витримати велике навантаження, але трапилося коротке замикання в схемі споживача і він згорів. Транзистор відрізняється високим коефіцієнтом посилення і застосовується в підсилювачах низької частоти - видно його місце там а не в регуляторах напруги.

Ліворуч зняті електронні компоненти, праворуч приготовані ним заміну. Різниця за кількістю у два найменування, а за якістю схем, колишньої і тієї, що вирішено було зібрати, вона непорівнянна. Напрошується питання - "Чи варто збирати схему з обмеженими можливостями, коли існує більш просунутий варіант "за ті ж гроші", у прямому та переносному значенні цього вислову?"

Схема номер 2

У новій схемі також присутній трививідний ел. компонент (але це вже не транзистор) постійний та змінний резистори, світлодіод зі своїм обмежувачем. Додано лише два електролітичні конденсатори. Зазвичай на типових схемахвказані мінімальні значення C1 та C2 (С1=0,1 мкФ та С2=1 мкФ) які необхідні для стійкої роботи стабілізатора. Насправді значення ємностей становлять від десятків до сотень мікрофарад. Ємності повинні розташовуватися якомога ближче до мікросхеми. При великих ємностях обов'язково умова C1>>C2. Якщо ємність конденсатора на виході буде перевищувати ємність конденсатора на вході, виникає ситуація при якій вихідна напруга перевищує вхідне, що призводить до псування мікросхеми стабілізатора. Для її виключення встановлюють захисний діод VD1.

Ця схема має зовсім інші можливості. Вхідна напруга від 5 до 40 вольт, вихідна 1,2 – 37 вольт. Так, є падіння напруги вхід - вихід дорівнює приблизно 3,5 вольтам, але троянд без шипів немає. Зате мікросхема КР142ЕН12А, що називається лінійним регульованим стабілізаторомнапруги має непоганий захист по перевищенню струму навантаження та короткочасний захист від короткого замикання на виході. Її робоча температура до + 70 градусів за Цельсієм, працює із зовнішнім дільником напруги. Вихідний струм навантаження до 1 А при тривалій роботі та 1,5 А при нетривалій. Максимально допустима потужність під час роботи без тепловідведення 1 Вт, якщо мікросхему встановити на радіатор достатнього розміру (100 см. кв.), то Р макс. = 10 Вт.

Що вийшло

Сам процес оновленого монтажу зайняв часу не більше ніж попередній. При цьому отриманий не простий регулятор напруги, який підключається до блоку живлення стабілізованої напруги, зібрана схема при підключенні навіть до мережевого трансформатора з випрямлячем на виході сама дає необхідну стабілізовану напругу. Природно, що вихідна напруга трансформатора має відповідати допустимим параметрам вхідної напруги мікросхеми КР142ЕН12А. Замість неї можна використовувати і імпортний аналог інтегральний стабілізатор. Автор Babay iz Barnaula.

Обговорити статтю ДВА ПРОСТИХ РЕГУЛЯТОРА НАПРУГИ