Раздел 6 Стабилизаторы постоянного напряжения общего назначения
Схемы стабилизаторов напряжения с защитой от КЗ
Схемы двух простых и надежных стабилизаторов напряжения с защитой от короткого замыкания, способных обеспечить постельное и отрицательное напряжение на выходе, показаны на рис. 6.23 и 6.24.
Рис. 6.23. Схема стабилизатора положительного напряжения с защитой от короткого замыкания
Рис. 6.24. Схема стабилизатора отрицательного напряжения с защитой от короткого замыкания
Коэффициент стабилизации устройств — около 125. Выходное сопротивление — не более 0,035 Ом. В первоисточнике для схемы на рис. 6.23 использованы элементы: транзистор VT1 — П214, VT2 — МП38А, VD1 — Д814В, VD2 — Д7Ж, С1=С2=500 мкФ. Во второй схеме (рис . 6.24) использованы транзисторы: VT1 — П702, VT2 — МП40. В качестве современных аналогов полупроводниковых элементов этих схем можно применять не только германиевые, но и кремниевые транзисторы соответствующей структуры. Например, для первой схемы допустимо использование транзисторов типа КТ837 и КТ315 соответственно стабилитрона КС133 — КС191, диода КД102. Для второй — КТ805 и КТ361, соответственно.
Ток, при котором срабатывает защита, составляет 1,1 А. величина устанавливается подбором резистора R2 и диода VD2.
Наиболее часто применяются стабилизаторы последовательного типа. Более редко используют стабилизаторы, в которых нагрузка включается параллельно регулирующему (управляемому ) элементу. Это обусловлено, главным образом, тем, что КПД, стабилизаторов параллельного типа невысок. Преимуществом таких стабилизаторов является то, что короткие замыкания в нагрузке для них не опасны. Кроме того, ток, потребляемый устройством от источника питания, при изменении сопротивления нагрузки изменяется незначительно.
Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – это диод с малым внутренним сопротивлением которое при изменении тока практический не меняется. 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.
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
УПРОЩЕННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ДВОЙНОЙ ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ
Стабилизатор напряжения с двойной защитой от КЗ в нагрузке, описанным в , вызвал немалый интерес радиолюбителей Однако, суля по откликам, ему присущ существенный недостаток: движок
регулятора выходною напряжения необходимо установить в нулевое положение после устранения перегрузки но току до нажатия кнопки SB! «Пуск* В связи с этим и появились предложения по устранению этого недостатка . На вход стабилизатора налают от выпрямителя ностоднное напряжение 40...44 В. Выходное стабилизированное напряжение от 0,2 до 28 В устанавливают резистором R2 и контролируют вольтметром PU1. Максимальный ток нагрузки - 2 А.
Внешний вид лабораторного блока питания, в котором установлен описываемый стабилизатор напряжения, показан в заголовке статьи. Детали стабилизатора смонтированы на плате из фольги- роваиного стеклотекстолита
(рис. 2) и на лицевой панели корпуса блока питания. Регулирующий транзистор VT2 установ¬
лен на теплоотводе - задней стенке прибора.
Транзистор КТ608 (с буквенным индексом А или Б) можно заменить на КТ815 (Б, В, Г),
KT8I7 (В. Г). КТ801 (А Б), а КТ803А - на КТ802А. КТ805 (А. Б), КТ808А, КТ819 (В. Г). Тринистор КУ202К заменим на КУ201В-КУ201Л, К У202 В- КУ202Н, стабилитрон Д816Б - на Д816В или КС533А (можно включить последовательно дна стабилитрона Д815 Д816 на суммарное напряжение стабилн зацин 28 ...36 В) Вместо диода Д220А (VD2) подойдут Д219, Д220,
Д223, КД102, КД ЮЗ с любыми буквенными индексами, а вместо диода КД105Б (VD3) КД106А или любой другой кремниевый с прямым током до 300 мА и обратным напряжением не менее 50 В.
Переменный резистор R2 (6.8... 15 кОм) любого типа с характеристикой А. Реле К1 - РЭС9 (паспорт РС4.524 200) или другое с двумя группами контактов на переключение, срабатывающие при напряжении не более 30 В.
Резистор R4 - несколько витков константа ново о, пихромового или маигининового провода, намотанного на корпус резистора МЛТ-1. Ею сопротивление определяется значением тока выбранного предела срабатывания, что, в свою очередь, зависит от напряжения на управляющем электроде установленного тринистора, при котором этот ключ стабилизатора открывается Так. например, если за максимальный ток срабатывания системы принять 2 А, а трннн- стор открывается при напряжении на управляющем электроде около 1 В, сопротивление резистора R4 должно быть (по закону Ома) близко к 0,5 Ома.
Более точно сопротивление резистора подгоняют под выбранный предел срабатывания защиты а таком порядке. К выходу стабилизатора подключают соединенные последовательно амперметр и проволочный переменный резистор сопротивлением 25-30 Ом На вход стабилизатора подают соответствующее напряжение от выпрямителя и резистором R2 устанивливают на выходе напряженке
10... 15 В. Затем переменным резистором, выполняющим функцию эквивалента naiрузки установли-
В данной статье будет рассмотрена схема простого, но эффективного стабилизатора напряжения с защитой от короткого замыкания на выходе. Основой стабилизатора служит интегральный стабилизатор К157ХП2, в качестве управляющего транзистора используется n-p-n транзистор КТ808А. Схема стабилизатора представлена на рисунке 1.
Для начала рассмотрим внутреннюю структуру микросхемы К157ХП2. Ее схема представлена на рисунке 2.
Помимо собственно самого стабилизатора микросхема имеет еще две отдельных транзисторных структуры, это транзисторы VT29 и VT30. Их, в параллельном включении, мы и будем использовать, как предварительный каскад усиления для управляющего транзистора VT1 КТ808А. Микросхема имеет функцию плавного включения стабилизатора. Время нарастания выходного напряжения зависит от емкости конденсатора С5 рисунок 1, подключенного к выводу 8 DA1. Наличие плавного нарастания напряжения позволяет намного уменьшить амплитуду импульса тока заряда при работе стабилизатора на емкостную нагрузку. Микросхема имеет внутреннюю защиту от превышения тока нагрузки. Датчиком тока в этом случае является резистор R12. Порог ограничения равен 200мА. И еще одна очень полезная опция у данной микросхемы, это – Вкл\Выкл. Если на вывод 9 DA1 подать напряжение более двух вольт, то стабилизатор включится, если убрать напряжение, то стабилизатор выключится практически полностью. Выходное напряжение закрытого стабилизатора составляет лишь несколько десятков милливольт.
Еще один плюс, это тепловая защита. Защита кристалла от перегрева осуществляется транзистором VT18, на базу которого подана часть образцового напряжения, недостаточная для его открывания при нормальной температуре. При повышении температуры кристалла до +165...180°С транзистор VT18 открывается и шунтирует базовую цепь транзистора VT22.
Работа схемы стабилизатора
При подаче напряжения на схему стабилизатора, это напряжение попадает на коллектора транзисторов VT1, рисунок 1, VT29 и VT30 выводы 12 и 3 микросхемы DA1. Так же это напряжение подается на конденсатор С4, который находится в цепи запуска схемы стабилизатора. В момент подачи напряжения на схему ток заряда этого конденсатора включает стабилизатор микросхемы. На выходе стабилизатора микросхемы, вывод 11, появляется открывающее напряжение, которое через ограничивающий резистор R3 подается на базы транзисторов VT29 и VT30 микросхемы DA1. С эмиттеров, вывод 1 DA1, этих транзисторов сигнал подается на базу мощного транзистора VT1 рисунок 1. Напряжение появится на выходе полной схемы стабилизатора. Часть этого напряжения через резистор R3, величиной более 2В поступит на вывод 9 DA1- On/Off. Теперь уже стабилизатор во включенном состоянии будет удерживаться не током заряда конденсатора С4, а током протекающим через резистор обратной связи R3. Исходя из выше сказанного, становиться понятно, как работает схемы защиты стабилизатора от режима короткого замыкания. При замыкании выходных клемм стабилизатора, верхний вывод резистора R3 оказывается замкнутым на общий провод устройства, напряжение на выводе 9 DA1 пропадает, стабилизатор выключается. Вернуть схему в рабочее состояние можно будет отключением и повторным включением стабилизатора. Можно поставить кнопку «Перезапуск» параллельно конденсатору запуска С4.
Регулировка выходного напряжения осуществляется при помощи переменного резистора R4. Минимальное выходное напряжение стабилизатора равно напряжению внутреннего ИОН и соответствует 1,3 В. Максимальное напряжение зависит естественно от величины входного, но не более 40 вольт, падения напряжения на схеме стабилизатора и величины резистора R5. Если вам не нужно ограничение выходного напряжения, то этот резистор из схемы можно исключить.
Детали и конструкция
В качестве мощного управляющего транзистора VT1 использован транзистор n-p-n структуры КТ808А
Его можно заменить любыми подходящими транзисторами КТ819, КТ827, КТ829, импортными транзисторами из серии ТИР и т.д. и т.п. Конденсатор фильтра С3 лучше использовать танталовый, типа ЭТО, но за неимением можно поставить и обычный электролит. Конденсатор С1 любой. Он стоит параллельно входным клеммам схемы, но физически он должен находиться непосредственно у микросхемы DA1. Как и конденсатор С2, по схеме он стоит параллельно выходу, но так же должен находиться рядом с микросхемой. Усилитель ошибки данной микросхемы имеет большой коэффициент усиления, чем больше Кус, тем больше склонность к возбуждению. Поэтому, как вы выполните монтаж стабилизатора, зависит устойчивость его работы. В конечном счете, от этого зависит надежность работы тех устройств, которые будут питаться от этого стабилизатора.
Внешний вид экспериментального модуля стабилизатора показан на фото 1.
На фото показана экспериментальная плата, но вы, когда будете делать свою, то обязательно придерживайтесь показанной компоновки. Резистор R1 можно расположить на плате, а можно припаять прямо к выводам транзистора VT1. Что бы уменьшить выходное сопротивление стабилизатора, верхний и нижний выводы регулирующей цепочки R4 и R5 необходимо подключать к выходным клемма устройства, чтобы исключить влияние падения напряжения на монтажных проводах, да и о сечении проводов для соответствующего тока нагрузки не забывайте.
Успехов, удачи. К.В.Ю.
