Содержание:

В электрических цепях постоянно возникает необходимость в стабилизации тех или иных параметров. С этой целью применяются специальные схемы управления и слежения за ними. Точность стабилизирующих действий зависит от так называемого эталона, с которым и сравнивается конкретный параметр, например, напряжение. То есть, когда значение параметра будет ниже эталона, схема стабилизатора напряжения включит управление и отдаст команду на его увеличение. В случае необходимости выполняется обратное действие - на уменьшение.

Данный принцип работы лежит в основе автоматического управления всеми известными устройствами и системами. Точно так же действуют и стабилизаторы напряжения, несмотря на разнообразие схем и элементов, используемых для их создания.

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

При идеальной работе электрических сетей, значение напряжения должно изменяться не более чем на 10% от номинала в сторону увеличения или уменьшения. Однако на практике перепады напряжения достигают гораздо больших значений, что крайне отрицательно сказывается на электрооборудовании, вплоть до его выхода из строя.

Защититься от подобных неприятностей поможет специальное стабилизирующее оборудование. Однако из-за высокой стоимости, его применение в бытовых условиях во многих случаях экономически невыгодно. Наилучшим выходом из положения становится самодельный стабилизатор напряжения 220в, схема которого достаточно простая и недорогая.

За основу можно взять промышленную конструкцию, чтобы выяснить, из каких деталей она состоит. В состав каждого стабилизатора входят трансформатор, резисторы, конденсаторы, соединительные и подключающие кабели. Самым простым считается стабилизатор переменного напряжения, схема которого действует по принципу реостата, повышая или понижая сопротивление в соответствии с силой тока. В современных моделях дополнительно присутствует множество других функций, обеспечивающих защиту бытовой техники от скачков напряжения.

Среди самодельных конструкций наиболее эффективными считаются симисторные устройства, поэтому в качестве примера будет рассматриваться именно эта модель. Выравнивание тока этим прибором будет возможно при входном напряжении в диапазоне 130-270 вольт. Перед началом сборки необходимо приобрести определенный набор элементов и комплектующих. Он состоит из блока питания, выпрямителя, контроллера, компаратора, усилителей, светодиодов, автотрансформатора, узла задержки включения нагрузки, оптронных ключей, выключателя-предохранителя. Основными рабочими инструментами служат пинцет и паяльник.

Для сборки стабилизатора на 220 вольт в первую очередь потребуется печатная плата размером 11,5х9,0 см, которую нужно заранее подготовить. В качестве материала рекомендуется использовать фольгированный стеклотекстолит. Схема размещения деталей распечатывается на принтере и переносится на плату с помощью утюга.

Трансформаторы для схемы можно взять уже готовые или собрать самостоятельно. Готовые трансформаторы должны иметь марку ТПК-2-2 12В и соединяться последовательно между собой. Для создания первого трансформатора своими руками потребуется магнитопровод сечением 1,87 см2 и 3 кабеля ПЭВ-2. Первый кабель применяется в одной обмотке. Его диаметр составит 0,064 мм, а количество витков - 8669. Оставшиеся провода используются в других обмотках. Их диаметр будет уже 0,185 мм, а число витков составит 522.

Второй трансформатор изготавливается на основе тороидального магнитопровода. Его обмотка выполняется из такого же провода, как и в первом случае, но количество витков будет другим и составит 455. Во втором устройстве делаются отводы в количестве семи. Первые три изготавливаются из провода диаметром 3 мм, а остальные из шин, сечением 18 мм2. За счет этого предотвращается нагрев трансформатора во время работы.

Все остальные комплектующие рекомендуется приобретать в готовом виде, в специализированных магазинах. Основой сборки является принципиальная схема стабилизатора напряжения, заводского изготовления. Вначале устанавливается микросхема, выполняющая функцию контроллера для теплоотвода. Для ее изготовления используется алюминиевая пластина площадью свыше 15 см2. На эту же плату производится монтаж симисторов. Теплоотвод, предназначенный для монтажа, должен быть с охлаждающей поверхностью. После этого сюда же устанавливаются светодиоды в соответствии со схемой или со стороны печатных проводников. Собранная таким образом конструкция, не может сравниваться с заводскими моделями ни по надежности, ни по качеству работы. Такие стабилизаторы используются с бытовыми приборами, не требующими точных параметров тока и напряжения.

Схемы стабилизаторов напряжения на транзисторах

Качественные трансформаторы, применяемые в электрической цепи, эффективно справляются даже с большими помехами. Они надежно защищают бытовую технику и оборудование, установленные в доме. Настроенная система фильтрации позволяет бороться с любыми скачками напряжения. За счет контроля над напряжением происходят изменения величины тока. Предельная частота на входе увеличивается, а на выходе - уменьшается. Таким образом, ток в цепи преобразуется в течение двух этапов.

В начале на входе задействуют транзистор с фильтром. Далее происходит включение в работу . Для завершения преобразования тока в схеме применяется усилитель, чаще всего устанавливаемый между резисторами. За счет этого в устройстве поддерживается необходимый уровень температуры.

Схема выпрямления действует следующим образом. Выпрямление переменного напряжения с вторичной обмотки трансформатора происходит с помощью диодного моста (VD1-VD4). Сглаживание напряжения выполняет конденсатор С1, после чего оно попадает в систему компенсационного стабилизатора. Действие резистора R1 задает стабилизирующий ток на стабилитроне VD5. Резистор R2 является нагрузочным. При участии конденсаторов С2 и С3 происходит фильтрация питающего напряжения.

Значение выходного напряжения стабилизатора будет зависеть от элементов VD5 и R1 для выбора которых существует специальная таблица. VT1 устанавливается на радиаторе, у которого площадь охлаждающей поверхности должна быть не менее 50 см2. Отечественный транзистор КТ829А может быть заменен зарубежным аналогом BDX53 от компании Моторола. Остальные элементы имеют маркировку: конденсаторы - К50-35, резисторы - МЛТ-0,5.

Схема линейного стабилизатора напряжения 12в

В линейных стабилизаторах используются микросхемы КРЕН, а также LM7805, LM1117 и LM350. Следует отметить, что символика КРЕН не является аббревиатурой. Это сокращение полного названия микросхемы стабилизатора, обозначаемой как КР142ЕН5А. Таким же образом обозначаются и другие микросхемы этого типа. После сокращения такое название выглядит по-другому - КРЕН142.

Линейные стабилизаторы или стабилизаторы напряжения постоянного тока схемы получили наибольшее распространение. Их единственным недостатком считается невозможность работы при напряжении, которое будет ниже заявленного выходного напряжения.

Например, если на выходе LM7805 нужно получить напряжение в 5 вольт, то входное напряжение должно быть, как минимум 6,5 вольт. При подаче на вход менее 6,5В, наступит так называемая просадка напряжения, и на выходе уже не будет заявленных 5-ти вольт. Кроме того, линейные стабилизаторы очень сильно нагреваются под нагрузкой. Это свойство лежит в основе принципа их работы. То есть, напряжение, выше стабилизируемого, преобразуется в тепло. Например, при подаче на вход микросхемы LM7805 напряжения 12В, то в этом случае 7 из них уйдут для нагрева корпуса, и лишь необходимые 5В поступят потребителю. В процессе трансформации происходит настолько сильный нагрев, что данная микросхема просто сгорит при отсутствии охлаждающего радиатора.

Регулируемый стабилизатор напряжения схема

Нередко возникают ситуации, когда напряжение, выдаваемое стабилизатором, необходимо отрегулировать. На рисунке представлена простая схема регулируемого стабилизатора напряжения и тока, позволяющая не только стабилизировать, но и регулировать напряжение. Ее можно легко собрать даже при наличии лишь первоначальных познаний в электронике. Например, входное напряжение составляет 50В, а на выходе получается любое значение, в пределах 27 вольт.

В качестве основной детали стабилизатора используется полевой транзистор IRLZ24/32/44 и другие аналогичные модели. Данные транзисторы оборудуются тремя выводами - стоком, истоком и затвором. Структура каждого из них состоит из металла-диэлектрика (диоксида кремния) - полупроводника. В корпусе расположена микросхема-стабилизатор TL431, с помощью которой и настраивается выходное электрическое напряжение. Сам транзистор может оставаться на радиаторе и соединяться с платой проводниками.

Данная схема может работать с входным напряжением в диапазоне от 6 до 50В. Выходное напряжение получается в пределах от 3 до 27В и может быть отрегулировано с помощью подстрочного резистора. В зависимости от конструкции радиатора, выходной ток достигает 10А. Емкость сглаживающих конденсаторов С1 и С2 составляет 10-22 мкФ, а С3 - 4,7 мкФ. Схема сможет работать и без них, однако качество стабилизации будет снижено. Электролитические конденсаторы на входе и выходе рассчитываются примерно на 50В. Мощность, рассеиваемая таким стабилизатором, не превышает 50 Вт.

Схема симисторного стабилизатора напряжения 220в

Симисторные стабилизаторы работают по аналогии с релейными устройствами. Существенным отличием является наличие узла, переключающего обмотки трансформатора. Вместо реле используются мощные симисторы, работающие под управлением контроллеров.

Управление обмотками с помощью симисторов - бесконтактное, поэтому при переключениях нет характерных щелчков. Для намотки автотрансформатора используется медный провод. Симисторные стабилизаторы могут работать при пониженном напряжении от 90 вольт и высоком - до 300 вольт. Регулировка напряжения осуществляется с точностью до 2%, отчего лампы совершенно не моргают. Однако во время переключений возникает ЭДС самоиндукции, как и в релейных устройствах.

Симисторные ключи обладают повышенной чувствительностью к перегрузкам, в связи с чем они должны иметь запас по мощности. Данный тип стабилизаторов отличается очень сложным температурным режимом. Поэтому установка симисторов осуществляется на радиаторы с принудительным вентиляторным охлаждением. Точно так же работает схема тиристорного стабилизатора напряжения 220В своими руками.

Существуют устройства с повышенной точностью, работающие по двухступенчатой системе. На первой ступени выполняется грубая регулировка выходного напряжения, а на второй ступени этот процесс осуществляется значительно точнее. Таким образом, управление двумя ступенями выполняется с помощью одного контроллера, что фактически означает наличие двух стабилизаторов в едином корпусе. Обе ступени имеют обмотки, намотанные в общем трансформаторе. При наличии 12 ключей, эти две ступени позволяют регулировать выходное напряжение в 36 уровнях, чем и обеспечивается его высокая точность.

Стабилизатор напряжения с защитой по току схема

Данные устройства обеспечивают питание преимущественно для низковольтных устройств. Такой стабилизатор тока и напряжения схема отличается простотой конструкции, доступной элементной базой, возможностью плавных регулировок не только выходного напряжения, но и тока, при котором срабатывает защита.
Основой схемы является параллельный стабилизатор или регулируемый стабилитрон, а также с высокой мощностью. С помощью так называемого измерительного резистора контролируется ток, потребляемый нагрузкой.

Иногда на выходе стабилизатора возникает короткое замыкание или ток нагрузки превышает установленное значение. В этом случае на резисторе R2 падает напряжение, а транзистор VT2 открывается. Происходит и одновременное открытие транзистора VT3, шунтирующего источник опорного напряжения. В результате, значение выходного напряжения снижается практически до нулевого уровня, и регулирующий транзистор оказывается защищенным от перегрузок по току. Для того чтобы установить точный порог срабатывания токовой защиты, применяется подстроечный резистор R3, включаемый параллельно с резистором R2. Красный цвет светодиода LED1 указывает на срабатывание защиты, а зеленый LED2 - на выходное напряжение.

После правильно выполненной сборки схемы мощных стабилизаторов напряжения сразу же включаются в работу, достаточно всего лишь выставить необходимое значение выходного напряжения. После загрузки устройства реостатом выставляется ток, при котором срабатывает защита. Если защита должна срабатывать при меньшем токе, для этого необходимо увеличить номинал резистора R2. Например, при R2 равном 0,1 Ом, минимальный ток срабатывания защиты будет составлять около 8А. Если же нужно, наоборот, увеличить ток нагрузки, следует параллельно включить два и более транзисторов, в эмиттерах которых имеются выравнивающие резисторы.

Схема релейного стабилизатора напряжения 220

С помощью релейного стабилизатора обеспечивается надежная защита приборов и других электронных устройств, для которых стандартный уровень напряжения составляет 220В. Данный стабилизатор напряжения 220В, схема которого всем известна. Пользуется широкой популярностью, благодаря простоте своей конструкции.

Для того чтобы правильно эксплуатировать это устройство, необходимо изучить его устройство и принцип действия. Каждый релейный стабилизатор состоит из автоматического трансформатора и электронной схемы, управляющей его работой. Кроме того, имеется реле, помещенное в надежный корпус. Данный прибор относится к категории вольтодобавочных, то есть с его помощью лишь добавляется ток в случае низкого напряжения.

Добавление необходимого количества вольт осуществляется путем подключения обмотки трансформатора. Обычно для работы используется 4 обмотки. В случае слишком высокого тока в электрической сети, трансформатор автоматически уменьшает напряжение до нужного значения. Конструкция может быть дополнена и другими элементами, например, дисплеем.

Таким образом, релейный стабилизатор напряжения имеет очень простой принцип работы. Ток измеряется электронной схемой, затем, после получения результатов, он сравнивается с выходным током. Полученная разница в напряжении регулируется самостоятельно путем подбора необходимой обмотки. Далее, подключается реле и напряжение выходит на необходимый уровень.

Стабилизатор напряжения и тока на LM2576

Доброго времени суток. Сегодня мой пост о стабилизаторах напряжения . Что же это такое? Прежде всего, любой радиоэлектронной схеме для работы необходим источник питания. Источники питания бывают разные: стабилизированные и нестабилизированные, постоянного тока и переменного тока, импульсные и линейные, резонансные и квазирезонансные. Такое большое разнообразие обусловлено различными схемами, от которых будут работать электронные схемы. Ниже приведена таблица сравнения схем источников питания.

Для питания электронных схем, которые не требуют высокой стабильности питающего напряжения постоянного тока или большой выходной мощности, целесообразно применять простые, надёжные и дешевые линейные источники напряжения. Основой любого линейного источника напряжения является параметрический стабилизатор напряжения . Основой таких устройств является элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, у которого напряжение на электродах мало зависит от протекающего через элемент тока. Одним из таких элементов является стабилитрон .

Стабилитрон представляет собой особую группу , режим работы которых характеризуется обратной ветвью вольт-амперной характеристики в области пробоя. Рассмотрим поподробнее вольт-амперную характеристику диода.

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении U пор , а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь ток I обр , который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать обратное напряжение U обр на диоде до определённого значения U обр.max произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в области же прямой ветви стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом

Основные параметры стабилитрона

Рассмотрим основные параметры стабилитрона по его вольт-амперной характеристике.

Напряжение стабилизации U ст определяется напряжением на стабилитроне при протекании тока стабилизации I ст . В настоящее время выпускаютя стабилитроны с напряжением стабилизации от 0,7 до 200 В.

Максимально допустимый постоянный ток стабилизации I ст.max ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности P max , зависящей в свою очередь от температуры окружающей среды.

Минимальный ток стабилизации I ст.min определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором ещё полностью сохраняется работоспособность прибора. Между значениями I ст.max и I ст.min вольт-амперная характеристика стабилитрона наиболее линейна и напряжение стабилизации изменяется незначительно.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона r СТ – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на приборе ΔU CT к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации Δi CT .

Стабилитрон, включённый в прямом направлении, как обычный диод, характеризуется значениями постоянного прямого напряжения U пр и максимально допустимого постоянного прямого тока I пр.max .

Параметрический стабилизатор

Основная схема включения стабилитрона, которая является схемой параметрического стабилизатора , а также источником опорного напряжения в стабилизаторах других типов приведена ниже.

Данная схема представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 и стабилитрона VD , параллельно которому включено сопротивление нагрузки R Н. Такой стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания U П и тока нагрузки I Н.

Рассмотрим принцип работы данной схемы. Увеличении напряжения на входе стабилизатора приводит к увеличению тока который проходит через резистор R1 и стабилитрон VD. За счёт своей вольт-амперной характеристики напряжение на стабилитроне VD практически не изменится, а соответственно напряжение на сопротивлении нагрузки R н тоже. Таким образом практически всё изменение напряжение будет приложено к резистору R1. Таким образом достаточно легко подсчитать необходимые параметры схемы.

Расчёт параметрического стабилизатора.

Исходными данными для расчёта для расчёта простайшего параметрического стабилизатора напряжения являются:

входное напряжение U0 ;

выходное напряжение U1 = U st – напряжение стабилизации;

выходной ток I H = I ST ;

Для примера возьмём следующие данные: U0 = 12 В, U1 = 5 В, I H = 10 мА = 0,1 А.

1. По напряжению стабилизации выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL (U st = 5,1 В, дифференциальное сопротивление r st = 10 Ом).

2. Определяем необходимое балластное сопротивление R1:

3. Определяем коэффициент стабилизации:

4. Определяем коэффициент полезного действия

Увеличение мощности параметрического стабилизатора

Максимальная выходная мощность простейшего параметрического стабилизатора напряжения зависит от значений I ст.max и P max стабилитрона. Мощность параметрического стабилизатора может быть увеличена, если в качестве регулирующего компонента использовать транзистор, который будет выступать в качестве усилителя постоянного тока.

Параллельный стабилизатор

Схема ПСН с параллельным включением транзистора

Схема представляет собой эмиттерный повторитель, параллельно транзистору VT включено сопротивление нагрузки R H . Балластный резистор R1 может быть включён как в коллекторную, так ив эмиттерную цепи транзистора. Напряжение на нагрузке равно

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор R H , а соответственно и напряжения (U1 = U CT) на выходе стабилизатора, происходит увеличение напряжения база-эмиттер (U EB) и коллекторного тока I K , так как транзистор работает в области усиления. Возрастание коллекторного тока приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе R1, что компенсирует рост напряжения на выходе стабилизатора (U1 = U CT). Поскольку ток I СТ стабилитрона является одновременно базовым током транзистора, очевидно, что ток нагрузки в этой схеме может быть в h 21e раз больше, чем в простейшей схеме параметрического стабилизатора. Резистор R2 увеличивает ток через стабилитрон, обеспечивая его устойчивую работу при максимальном значении коэффициента h21e, минимальном напряжении питания U0 и максимальном токе нагрузки I Н.

Коэффициент стабилизации будет равен

где R VT – входное сопротивление эмиттерного повторителя

где R e и R b – сопротивления эмиттера и базы транзистора.

Сопротивление R e существенно зависит от эмиттерного тока. С уменьшением тока эмиттера сопротивление R e быстро возрастает и это приводит к увеличению R VT , что ухудшает стабилизирующие свойства. Уменьшить значение R e можно за счёт применения мощных транзисторов или составных транзисторов.

Последовательный стабилизаттор

Параметрический стабилизатор напряжения , схема которого представлена ниже, представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с последовательно включённым сопротивлением нагрузки R H . Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон VD.

Схема ПСН с последовательным включением транзистора

Выходное напряжение стабилизатора:

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор R H , а соответственно и напряжения (U1 = U ST) на выходе стабилизатора происходит уменьшение отпирающего напряжения UEB транзистора и его базовый ток уменьшается. Это приводит к росту напряжения на переходе коллектор – эмиттер, в результате чего выходное напряжение практически не изменяется. Оптимальное значение тока опорного стабилитрона VD определяется сопротивлением резистора R2, включённого в цепь источника питания U0. При постоянном значении входного напряжения U0 базовый ток транзистора I B и ток стабилизации связаны между собой соотношением I B + I ST = const.

Коэффициент стабилизации схемы

где R k – сопротивление коллектора биполярного транзистора.

Обычно k ST ≈ 15…20.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения может быть существенно увеличен при введении в его схему отдельного вспомогательного источника с U’0 > U1 и применении составного транзистора.

Схема ПСН с составным транзистором и питанием стабилитрона от отдельного источника напряжения

Теория это хорошо, но теория без практики - это просто сотрясание воздуха.

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.

Параметрический стабилизатор

Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.

Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой. Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением. При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.

На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.

Компенсационный стабилизатор

Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.

Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:

Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.

Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:

В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет. Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится. Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.

При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.

Стабилизаторы на микросхемах

Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.

Последовательный стабилизатор

• 1 – источник напряжения;
• 2 – Элемент регулировки;
• 3 – усилитель;
• 5 – определитель напряжения выхода;
• 6 – сопротивление нагрузки.

Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.

Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.

Параллельный стабилизатор

• 1 – источник напряжения;
• 2 –элемент регулирующий;
• 3 – усилитель;
• 4 – источник основного напряжения;
• 5 – измерительный элемент;
• 6 – сопротивление нагрузки.

Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.

1. U вх – необработанное напряжение входа;
2. U вых –напряжение выхода.

Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.

Микросхема имеет вид:

Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.

Стабилизаторы на транзисторах

На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.

На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.

При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.

• 6 В - напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
• 7,5 В - напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
• 9 В - напряжение выхода, R1=180, Vd=10

На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно . Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.

В этой статье пойдёт речь о стабилизаторах постоянного напряжения на полупроводниковых приборах. Рассмотрены наиболее простые схемы стабилизаторов напряжения, принципы их работы и правила расчёта. Изложенный в статье материал полезен для конструирования источников вторичного стабилизированного питания.

Начнём с того, что для стабилизации любого электрического параметра должна быть схема слежения за этим параметром и схема управления этим параметром. Для точности стабилизации необходимо наличие "эталона", с которым стабилизируемый параметр сравнивается. Если в ходе сравнения оказывается, что параметр больше эталонного значения, то схема слежения (назовём её схемой сравнения) даёт команду на схему управления "уменьшить" значение параметра. И наоборот, если параметр оказывается меньше эталонного значения, то схема сравнения даёт команду на схему управления "увеличить" значение параметра. На этом принципе работают все схемы автоматического управления всех устройств и систем, которые нас окружают, от утюга, до космического аппарата, разница лишь в способе контроля и управления параметром. Точно так же работает стабилизатор напряжения.

Структурная схема такого стабилизатора изображена на рисунке.

Работу стабилизатора можно сравнить с регулировкой воды, бегущей из водопроводного крана. Человек подходит к крану, открывает его, а потом, наблюдая за потоком воды, регулирует его подачу в большую, или меньшую сторону, добиваясь оптимального для себя потока. Сам человек выполняет функцию схемы сравнения, в качестве эталона выступает представление человека о том, какой поток воды должен быть, а в качестве схемы управления выступает водопроводный кран, который управляется схемой сравнения (человеком). Если человек изменит своё представление об эталоне, решив, что поток воды, бегущий из крана недостаточный, то он откроет его больше. В стабилизаторе напряжения точно так же. Если у нас появляется желание изменить выходное напряжение, тогда мы можем изменить эталонное (опорное) напряжение. Схема сравнения, заметив изменение эталонного напряжения, самостоятельно изменит и выходное напряжение.

Резонным будет вопрос: Зачем нам такое нагромождение схем, если можно на выходе использовать источник уже "готового" эталонного напряжения? Дело в том, что источник эталонного (далее по тексту – опорного) напряжения – слаботочный (низкоамперный), поэтому не способен питать мощную (низкоомную) нагрузку. Такой источник опорного напряжения можно использовать в качестве стабилизатора для питания схем и устройств, потребляющих малый ток – КМОП-микросхем, слаботочных усилительных каскадов и др.

Схема источника опорного напряжения (слаботочного стабилизатора) изображена ниже. По своей сути – это специальный делитель напряжения, описанный в статье , отличие его в том, что в качестве второго резистора используется специальный диод – стабилитрон. В чём особенность стабилитрона? Простыми словами, стабилитрон, это такой диод, который в отличие от обычного выпрямительного диода, при достижении определённого значения обратно приложенного напряжения (напряжения стабилизации) пропускает ток в обратном направлении, а при его дальнейшем повышении, уменьшая своё внутреннее сопротивление, стремится удержать его на определённом значении.

На вольтамперной характеристике (ВАХ) стабилитрона режим стабилизации напряжения изображен в отрицательной области прикладываемого напряжения и тока.

По мере увеличения обратного напряжения, прикладываемого к стабилитрону, он сначала "сопротивляется" и ток, протекающий через него минимален. При определённом напряжении, ток стабилитрона начинает увеличиваться. Достигается такая точка вольтамперной характеристики (точка 1 ), после которой дальнейшее увеличение напряжения на делителе "резистор – стабилитрон" не вызывает увеличения напряжения на p-n переходе стабилитрона. На этом участке ВАХ происходит увеличение напряжения лишь на резисторе. Ток, проходящий через резистор и стабилитрон продолжает расти. От точки 1 , соответствующей минимальному току стабилизации, до определённой точки 2 вольтамперной характеристики, соответствующей максимальному току стабилизации стабилитрон работает в требуемом режиме стабилизации (зелёный участок ВАХ). После точки 2 вольтамперной характеристики стабилитрон теряет свои "полезные" свойства, начинает греться и может выйти из строя. Участок от точки 1 до точки 2 является рабочим участком стабилизации, на котором стабилитрон выступает в качестве регулятора.

Зная, как рассчитывается простейший делитель напряжения на резисторах можно элементарно рассчитать цепь стабилизации (источник опорного напряжения). Как и в делителе напряжения, в цепи стабилизации протекают два тока – ток делителя (стабилизатора) I ст и ток нагрузочной цепи I нагр . В целях "качественной" стабилизации последний должен быть на порядок меньше первого.

Для расчётов цепи стабилизации используются значения параметров стабилитронов, публикуемые в справочниках:

• Напряжение стабилизации U ст ;
• Ток стабилизации I ст (обычно - средний);
• Минимальный ток стабилизации I ст.min ;
• Максимальный ток стабилизации I ст.max .

Для расчёта стабилизатора, как правило, используются только два первых параметра - U ст , I ст , остальные применяются для расчёта схем защиты по напряжению, в которых возможно значительное изменение входного напряжения.

Для повышения напряжения стабилизации можно использовать цепочку из последовательно соединённых стабилитронов, но для этого, допустимый ток стабилизации таких стабилитронов должен быть в пределах параметров I ст.min и I ст.max , иначе существует вероятность выхода стабилитронов из строя.

Следует добавить, что простые выпрямительные диоды также обладают свойствами стабилизации обратно приложенного напряжения, только значения напряжений стабилизации лежат на более высоких значениях обратно приложенного напряжения. Значения максимального обратно приложенного напряжения выпрямительных диодов обычно указывается в справочниках, а напряжение при котором проявляется явление стабилизации обычно выше этого значения и для каждого выпрямительного диода, даже одного типа, различно. Поэтому, используйте выпрямительные диоды в качестве стабилитрона высоковольтного напряжения только в самом крайнем случае, когда не сможете найти необходимый Вам стабилитрон, или сделать цепочку из стабилитронов. В этом случае, напряжение стабилизации определяется экспериментально. Необходимо соблюдать осторожность при работе с высоким напряжением.

Порядок расчёта стабилизатора напряжения (источника опорного напряжения)

Расчет простейшего стабилизатора напряжения мы проведём с рассмотрением конкретного примера.
Исходные, предъявляемые к схеме параметры:

1. Входное напряжение делителя - U вх (может быть стабилизированным, а может и нет). Допустим, что U вх = 25 вольт;

2. Выходное напряжение стабилизации - U вых (опорное напряжение). Допустим, что нам необходимо получить U выx = 9 вольт. Решение:

1. Исходя из необходимого напряжения стабилизации, по справочнику подбирают необходимый стабилитрон. В нашем случае это Д814В .

2. Из таблицы находят средний ток стабилизации - I ст . По таблице он равен 5 мА.

3. Вычисляют напряжение, падающее на резисторе - U R1 , как разность входного и выходного стабилизированного напряжения. U R1 = U вx - U выx ---> U R1 = 25 – 9 = 16 вольт

4. По закону Ома делят это напряжение на ток стабилизации, протекающий через резистор, и получают значение сопротивления резистора. R1 = U R1 / I ст ---> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ом = 3,2 кОм

Если полученного значения нет в резистивном ряде, выберите ближайший по номиналу резистор. В нашем случае это резистор номиналом 3,3 кОм .

5. Вычисляют минимальную мощность резистора, помножив падение напряжения на нём на протекающий ток (ток стабилизации). Р R1 = U R1 * I ст ---> Р R1 = 16 * 0,005 = 0,08 Вт

Учитывая, что через резистор кроме тока стабилитрона протекает ещё и выходной ток, поэтому выбирают резистор, мощностью не менее, чем в два раза больше вычисленной. В нашем случае это резистор мощностью не меньшей 0,16 Вт . По ближайшему номинальному ряду (в большую сторону) это соответствует мощности 0,25 Вт .

Вот и весь расчёт.

Как было написано ранее, простейшую цепочку стабилизатора постоянного напряжения можно использовать для питания схем, в которых используют малые токи, а для питания более мощных схем они не годятся.

Одним из вариантов повышения нагрузочной способности стабилизатора постоянного напряжения является использование эмиттерного повторителя. На схеме изображён каскад стабилизации на биполярном транзисторе. Транзистор "повторяет" приложенное к базе напряжение.

Нагрузочная способность такого стабилизатора возрастает на порядок. Недостатком такого стабилизатора, как и простейшей цепочки состоящей из резистора и стабилитрона, является невозможность регулировки выходного напряжения.

Выходное напряжение такого каскада будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона на значение падения напряжения на p-n переходе "база – эмиттер" транзистора. В статье , я писал, что для кремниевого транзистора оно равно – 0,6 … 0,7 вольта, для германиевого транзистора – 0,2 … 0,3 вольта. Обычно грубо считают – 0,65 вольта и 0,25 вольта.

Поэтому, например при использовании кремниевого транзистора, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет на 0,65 вольта меньше, т.е – 8,35 вольта.

Если вместо одного транзистора использовать составную схему включения транзисторов, то нагрузочная способность стабилизатора возрастёт ещё на порядок. Здесь также, как и в предыдущей схеме следует учитывать уменьшение выходного напряжения за счёт его падения на p-n переходах "база – эмиттер" транзисторов. В данном случае, при использовании двух кремниевых транзисторов, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет уже на 1,3 вольта меньше (по 0,65 вольт на каждый транзистор), т.е – 7,7 вольта. Поэтому, при проектировании подобных схем необходимо учитывать такую особенность и подбирать стабилитрон с учётом потерь на переходах транзисторов.

Рассчитанное таким образом сопротивление позволяет более эффективно гасить реактивную составляющую выходного транзистора и полноценно использовать мощностные способности обоих транзисторов. Не забывайте производить расчёт требуемой мощности резисторов, иначе всё сгорит в неподходящий момент. Выход из строя резистора R2 может привести к выходу из строя транзисторов и того, что Вы подключите в качестве нагрузки. Расчёт мощности стандартный, описанный на страничке .

Как выбрать транзистор для стабилизатора?

Основные параметры для транзистора в стабилизаторе напряжения: максимальный ток коллектора, максимальное напряжение "коллектор-эмитер" и максимальная мощность. Все эти параметры всегда имеются в справочниках.
1. При выборе транзистора необходимо учитывать, что паспортный (по справочнику) максимальный ток коллектора должен быть не менее, чем в полтора раза больше максимального тока нагрузки, который вы хотите получить на выходе стабилизатора. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по току нагрузки при случайных кратковременных бросках нагрузки (например короткого замыкания). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

2. Максимальное напряжение "коллектор-эмитер" характеризует способность транзистора выдерживать определённое напряжение между коллектором и эмитером в закрытом состоянии. В нашем случае этот параметр должен также превышать не менее, чем в полтора раза напряжение подводимое к стабилизатору от цепи "трансформатор-выпрямитель-фильтр питания" вашего блока стабилизированного питания.

3. Паспортная выходная мощность транзистора должна обеспечивать работу транзистора в режиме "полуоткрытого" состояния. Всё напряжение, которое вырабатывается цепочкой "трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания" делится на две нагрузки: собственно нагрузка вашего блока стабилизированного питания и сопротивление коллекторно-эмитерного перехода транзистора. По обоим нагрузкам течёт один и тот же ток, поскольку они подключены последовательно, а вот напряжение делится. Из этого следует, что необходимо выбрать такой транзистор, который при заданном токе нагрузки способен выдерживать разницу между напряжением, вырабатываемым цепочкой "трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания" и выходным напряжением стабилизатора. Мощность вычисляется как произведение напряжения на ток (из учебника физики средней школы).

Например: На выходе цепи "трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания" (а значит на входе стабилизатора напряжения) напряжение равно 18 вольт. Нам необходимо получить выходное стабилизированное напряжение 12 вольт, при токе нагрузки 4 ампера.

Находим минимальное значение необходимого паспортного тока коллектора (Iк max):
4 * 1,5 = 6 ампер

Определяем минимальное значение необходимого напряжения "коллектор-эмитер" (Uкэ):
18 * 1,5 = 27 вольт

Находим среднее напряжение, которое в рабочем режиме будет "падать" на переходе "коллектор-эмитер", и тем самым поглощаться транзистором:
18 - 12 = 6 вольт

Определяем потребную номинальную мощность транзистора:
6 * 4 = 24 ватт

При выборе типа транзистора необходимо учитывать, что паспортная (по справочнику) максимальная мощность транзистора должна быть не менее, чем в два - три раза больше номинальной мощности падающей на транзисторе. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по мощности при различных бросках тока нагрузки (а следовательно и изменения падающей мощности). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.

В нашем случае необходимо выбрать транзистор с паспортной мощностью (Рк) не менее:
24 * 2 = 48 ватт

Выбираете любой транзистор, удовлетворяющий этим условиям, с учётом, что чем паспортные параметры будут намного больше расчётных, тем меньше по размерам потребуется радиатор охлаждения (а может и вообще не нужен будет). Но при чрезмерном превышении этих параметров учитывайте тот факт, что чем больше выходная мощность транзистора, тем меньше его коэффициент передачи (h21), а это ухудшает коэффициент стабилизации в источнике питания.

В следующей статье мы рассмотрим . В нём используется принцип контроля выходного напряжения мостовой схемой. Он обладает меньшей пульсацией выходного напряжения, чем "эмиттерный повторитель", кроме того, он позволяет регулировать выходное напряжение в небольших пределах. На его основе будет рассчитана простая схема стабилизированного блока питания.

Для некоторых электрических цепей и схем вполне хватает обычного блока питания, не имеющего стабилизации. Источники тока такого типа обычно состоят из понижающего трансформатора, выпрямительного диодного моста и фильтрующего конденсатора. Выходное напряжение блока питания зависит от количества витков вторичной обмотки на понижающем трансформаторе. Но как известно сетевое напряжение 220 вольт нестабильно. Оно может колебаться в некоторых пределах (200-235 вольт). Следовательно и выходное напряжение на трансформаторе тоже будет «плавать» (в место допустим 12 вольт будет 10-14, или около того).

Электротехника, которая особо не капризна к небольшим изменения питающего постоянного напряжения может обойтись таким вот простым блоком питания. Но вот более чувствительная электроника уже это не терпит, она от этого даже может выйти из строя. Так что возникает необходимость в дополнительный схеме стабилизации постоянного выходного напряжения. В этой статье я привожу электрическую схему достаточно простого стабилизатора постоянного напряжения, который имеет стабилитрон и транзистор. Именно стабилитрон выступает в роли опорного элемента, который определяет и стабилизирует выходное напряжения блока питания.

Теперь давайте перейдем к непосредственному разбору электрической схемы простого стабилизатора постоянного напряжения. Итак, к примеру у нас имеется понижающий трансформатор с выходным переменным напряжением в 12 вольт. Эти самые 12 вольт мы подаем на вход нашей схемы, а именно на диодный мост и фильтрующий конденсатор. Диодный выпрямитель VD1 из переменного тока делает постоянный (но скачкообразный). Его диоды должны быть рассчитаны на ту максимальную силу тока (с небольшим запасом где-то 25%), который может выдавать блок питания. Ну, и напряжение их (обратное) должно быть не ниже выходного.

Фильтрующий конденсатор C1 сглаживает эти скачки напряжения, делая форму постоянного напряжения более ровной (хотя и не идеальной). Его емкость должна быть от 1000 мкф до 10 000 мкф. Напряжение, также больше выходного. Учтите, что есть такой вот эффект - переменное напряжение после диодного моста и фильтрующего конденсатора электролита увеличивается примерно на 18%. Следовательно в итоге мы уже получим на выходе не 12 вольт, а где-то 14,5.

Теперь начинается часть стабилизатора постоянного напряжения. Основным функциональным элементом тут является сам стабилитрон. Напомню, что стабилитроны имеют способность в некоторых пределах стабильно держать на себе определенное постоянное напряжение (напряжение стабилизации) при обратном своем включении. При подачи на стабилитрон напряжения от 0 до напряжения стабилизации оно просто будет увеличиваться (на концах стабилитрона). Дойдя до уровня стабилизации напряжение будет оставаться неизменным (с незначительным ростом), а расти начнет сила тока, протекающего через него.

В нашей схеме простого стабилизатора, который на выходе должен выдавать 12 вольт, стабилитрон VD2 рассчитан на напряжение 12,6 (поставим стабилитрон на 13 вольт, это соответствует Д814Д). Почему 12,6 вольт? Потому, что 0,6 вольт осядут на транзисторном переходе эмиттер-база. А на выходе получится ровно 12 вольт. Ну, а поскольку мы ставим стабилитрон на 13 вольт, то на выходе БП будет где-то 12,4 В.

Стабилитрон VD2 (создающим место опорного постоянного напряжения) нуждается в ограничителе тока, который будет предохранять его от чрезмерного перегрева. На схеме эту роль выполняет резистор R1. Как видно он подключен последовательно стабилитрону VD2. Еще один фильтрующий конденсатор электролит C2 стоит параллельно стабилитрону. Его задача также сглаживать излишки пульсаций напряжения. Можно обойтись и без него, но все же лучше будет с ним!

Далее на схеме мы видим биполярный транзистор VT1, который подключен по схеме общий коллектором. Напомню, схемы подключения биполярных транзисторов по типу общий коллектор (это еще называется эмиттерный повторитель) характеризуются тем, что они значительно усиливают силу тока, но при этом нет никакого усиления по напряжению (даже оно немного меньше входного, именно на те самые 0,6 вольт). Следовательно мы на выходе транзистора получаем то постоянное напряжение, которое имеется на его входе (а именно напряжение опорного стабилитрона, равное 13 вольтам). И поскольку эмиттерный переход на себе оставляет 0,6 вольта, то и на выходе транзистора уже будет не 13, а 12,4 вольта.

Как вы должны знать, чтобы транзистор начал открываться (пропускать через себя управляемые токи по цепи коллектор-эмиттер) ему нужен резистор для создания смещения. Эту задачу выполняет все тот же резистор R1. Изменяя его номинал (в определенных пределах) можно менять силу тока на выходе транзистора, а значит и на выходе нашего стабилизированного блока питания. Тем, кто желает с этим поэкспериментировать советую на место R1 поставить подстроечное сопротивление номиналом около 47 килоом. Подстраивая его смотрите, как будет изменяться сила тока на выходе блока питания.

Ну, и на выходе схемы простого стабилизатора постоянного напряжения стоит еще один небольшой фильтрующий конденсатор электролит C3, сглаживающий пульсации на выходе стабилизированного блока питания. Параллельно ему припаян резистор нагрузки R2. Он замыкает эмиттер транзистора VT1 на минус схемы. Как видим схема достаточно проста. Содержит минимум компонентов. Она обеспечивает вполне стабильное напряжение на своем выходе. Для питания многой электротехники данного стабилизированного блока питания будет вполне хватать. Данный транзистор рассчитан на максимальную силу тока в 8 ампер. Следовательно для такого тока нужен радиатор, который будет отводить излишек тепла от транзистора.

P.S. Если параллельно стабилитрону поставить еще переменный резистор номиналом 10 килоом (средний вывод подсоединяем к базе транзистора), то в итоге мы получим уже регулируемый блок питания. На нем можно плавно изменять выходное напряжение от 0 до максимума (напряжение стабилитрона минус те самые 0,6 вольт). Думаю такая схема уже будет более востребована.

Похожие статьи