Site Loader

Содержание

Характеристики 78L05, схема включения стабилизатора, распиновка, datasheet

Маломощный линейный стабилизатор 78L05 по техническим характеристикам является устройством положительной полярности. Благодаря простой схеме включения и дешевизне 78l05 нашел широкое применение во многих электрических приборах. Преимущественно используется в небольших источниках питания для слаботочных систем, которым для работы требуется постоянные и стабильные 5 вольт. С этой задачей данная микросхема справляется на ура.

Технические характеристики

Первые версии (как можно было определить из различных datasheet на 78L05), были разработаны в 1970-х американской Fairchild Semiconductor. Их внешний вид напоминал обычный транзистор, так как у неё было три ножки и на этом сходство заканчивалось. Внутри небольшого корпуса размещалось чудо инженерной мысли, содержащее целый набор электронных компонентов.

Маркировка

В маркировке зашифрована минимальная информация об электрических параметрах. Цифры «78» указывают на положительную полярность, далее «L» — на небольшой ток (до 0,1 мА) и «05» — напряжение (до 5 В) в подключаемой нагрузке. В конце обозначения следуют символы, по которым определяют точность стабилизации, диапазон рабочих температур и тип корпуса.

В настоящее время производство полных копий 78L05 освоили многие компании. С таким обозначением её выпускает китайская Wing Shing Computer Components (WS). На мировом рынке в основном распространены модификации американских Texas Instruments, Fairchild (LM78L05) и STMicroelectronics (L78L05). В России наиболее часто встречаются версии от STM, их и рассмотрим в этой статье.

Цоколевка

Особый интерес представляет распиновка 78l05 в smd-исполнении (SO-8), так как он имеет 8 ножек. В тоже время классический вариант этой микросхемы в корпусе ТО-92 оснащен только тремя выводами, с назначением: input (вход), ground (земля), output (выход). При этом их количество не должно смущать, так как некоторые из них ни к чему не подключены или электрически соединены между собой внутри пластиковой упаковки.

Чтобы разобраться с цоколевкой, лучше посмотреть на рисунок ниже, так как она у некоторых производителей не совпадает с общепринятой.

Как видно цоколевка 78l05 (ТО-92) от WS зеркальная, этим она отличается от стандартов STM и Texas Instruments. У многих китайских производителей она совпадает с WS, например у Changjiang Electronics Tech (cj 78l05). Стоит учитывать эту особенность, так как она может стать причиной неработоспособности схемы.

Максимальные параметры

В подавляющем большинстве схем L78L05 выполняет роль фиксированного регулятора напряжения на 5 В. При этом, для его устойчивой работы, на вход должно подаваться на 2-3 В большее (от 7 В), чем получаемое на выходе. Если предусмотреть хороший теплоотвод, то он способен выдерживать выходной ток до 100 мА. Приведем перечень максимальных параметров этой микросхемы.

  • входное напряжение до 30 В;
  • ток на выходе до 0.1 А;
  • нагрев кристалла до +125ОС;
  • температура хранения -65 … +150ОС;
  • мощность рассеивания – ограничена внутренней защитой.

78l05 конструктивно защищена от перегрева и короткого замыкания.

Электрические параметры

Номинальные электрические характеристики на L78L05 приводятся для типовой схемы тестирования.  В столбце «Test conditions» указаны условия тестирования при нормальной температуре кристалла (TJ) до 25 ОС. Она должна находиться в допустимых пределах, в зависимости от модификации устройства. Ниже представлена сводная таблица электрических параметров, наиболее часто встречающихся микросхем серии L78L05.

Типовая схема тестирования содержит конденсаторы на 0,33 мкФ и 0,1 мкФ. При этом используется напряжение в VO=10 В. Если не указано иного, то ток на выходе IO составляет 40 мА.

Как видно из представленных данных, L78L05 немного отличаются между собой отдельными значениями. Есть некоторые особенности модификаций, которые стоит отметить. Например, если в обозначении присутствует символ «B», то устройство способно работать при низких температурах окружающей среды (от -40ОС). L78L05A, с дополнительной буквой «A» в конце маркировки, имеют повышенную точность стабилизации выходного напряжения ±4%. А у обычных «С» этот разброс в два раза больше и составляет ±8%.

Схема включения

Классическая схема включения L78l05 (она же тестовая) достаточно проста. Не требует профессиональных знаний в области электроники и схемотехники. Она содержит саму микросхему и два сглаживающих конденсатора на 0.33 и 0.1 мкФ. На входе всегда ставиться большая ёмкость, чем на выходе. Первая для подавления колебаний от внешнего источника питания, а вторая подавляет высокочастотные пульсации.

Сглаживающие конденсаторы производитель рекомендует напаивать как можно ближе к ножкам, чтобы уменьшить уровень влияния помех и нестабильность в работе.

Проверка мультиметром

Перед применением 78L05 лучше проверить мультиметром, прозвонив на наличие короткого замыкания между контактами. Если КЗ нет, то можно проверять дальше. На вход, нужно подать напряжение не менее 7 В или больше, но в пределах максимально допустимого.

Для этого можно использовать обычную крону на 9 В. К выходу желательно подцепить нагрузку, например резистор 1 кОм.

При подаче питания необходимо соблюдать полярность. Минус следует соединить с общим выводом (Gnd), а плюс с входом (VIN). Выходное напряжение снимается с Gnd и VOUTОно должно составлять 5 В (±8%), в зависимости от модификации микросхемы.

Аналоги и производители

Помимо уже названных в статье аналогов 78L05, существуют и другие варианты стабилизатора: UA78L05 (Texas Instruments), MC78L05 (ON Semiconductor), TS78L05 (Taiwan Semiconductor), NJM78L05 (NJR), TA78L05F, TE12L (Toshiba). Наиболее известными отечественными копиями в России является микросхемы АО «Группа Кремний ЭЛ» (КР1157ЕН502) и белорусской компании «Интеграл» (КР1181ЕН5). Скачайте datasheet на рассмотренный в статье стабилизаторы, кликнув по наименованию компании-производителя: Texas Instruments, STM, Wing Shing,  Changjiang Electronics Tech.

Полезные статьи, радиосхемы, конструкции, разработки, рабочие и готовые к повторению

 

Схема источника напряжения на к142ен5, кр142ен5 и типовая схема включения

Описание

Микросхемы представляют собой мощные стабилизаторы напряжения с фиксированными выходными напряжениями положительной полярности 5 и 6 В и током нагрузки 2 и 3 А. Имеют встроенную защиту от короткого замыкания, защиту от перегрузок по току и от перегрева кристалла. Содержат 39 интегральных элементов. Корпус К142ЕН5(А — Г) типа 4116.4-2, масса не более 3г, КР142ЕН5(А — Г)- типа КТ28-2, масса не более 2,5 г. Назначение выводов: 2 — выход; 8 — общий; 17 — вход.

Общие рекомендации по применению

Крепление ИМС осуществляется непосредственно к печатной плате или через переходные элементы методом распайки выводов корпуса на печатную плату. При этом радиатор крепится винтами:
к металлической теплоотводящей шине, закрепленной на печатной плате, — в случае использования дополнительного теплоотвода; к печатной плате — без использования дополнительного теплоотвода.
В качестве вывода »общий» наряду с выводом 8 рекомендуется использовать корпус ИМС.
Разрешается производить монтаж 2 раза, демонтаж 1 раз. Допускается подача напряжения на выход ИМС до 8 В при отсутствии напряжения на входе.

При включении ИМС на повышенные значения выходного напряжения (см. соответствующую схему включения) допускается увеличение входного напряжения до 20 В при условии, что разность напряжений между входом и выходом находится в пределах 2,5: 10 В и Ррас = Pрас,mах.

Схема кристалла К145ен5

Тип корпусов микросхемы

Типовая схема включения ИМС К142ЕН5(А — Г), КР142ЕН5(А — Г)

Схема включения ИМС К142ЕН5(А — Г), КР142ЕН5(А-Г) на повышенные значения выходного напряжения

Принципиальные схемы (рабочие схемы) включения микросхем к145ен5

Схема с подстройкой выходного напряжения

Для защиты микросхемы от повреждения в подобных случаях используют диоды. В устройстве, выполненном по схеме на рис. 1, диод VD1 защищает микросхему DA1 от разрядного тока конденсатора С2, а диод VD2 — от разрядного тока конденсатора СЗ при замыкании на входе СН.

Выходное напряжение устройства U,<=Um<.Uct+ + IR2R2, где UBblxCT — выходное напряжение микросхемы, 1R2 — ток через резистор R2.

Сопротивление резисторов R1 и R2 рассчитывают по формулам: RI = U /IR2+In; R2=  Uвых-Uюх.ст/1К2, где In — ток потерь в микросхеме, равный 5… 10 мА. Для нормальной работы устройства ток IR2 должен быть, как минимум, вдвое больше тока Iп. Приняв 1R2=20 мА, в рассматриваемом случае (UBbIX=10 В, Uвыхст= = 5 В) получаем Rl=5/ (0,02 + +0,01) = 333 Ом, R2= (10- -5) /0,02=250 Ом. Поскольку выбор сопротивлений этих резисторов из стандартного ряда номиналов приводит к отклонению выходного напряжения от расчетного значения, резистор R2 рекомендуется выбирать подстроечным. Это позволит в определенных пределах регулировать выходное напряжение.

Мощность Ррас, рассеиваемая микросхемой при максимальной нагрузке.

Конденсатор СI необходим только в том случае, если длина проводов, соединяющих СН с конденсатором фильтра выпрямителя, больше 100 мм; С2 сглаживает переходные процессы, и его рекомендуется устанавливать при наличии длинных соединительных проводов (печатных проводников) и в тех случаях, когда недопустимы броски напряжения и тока в цепи питания нагрузки. Что касается конденсатора СЗ, то он служит для дополнительного уменьшения пульсаций напряжения на выводе 8 микросхемы DA1.

Наиболее подходят для использования в стабилизаторах танталовые оксидные конденсаторы, обладающие (конечно, при необходимой емкости) малым полным сопротивлением даже на высоких частотах: здесь танталовый конденсатор емкостью 1 мкФ эквивалентен алюминиевому оксидному конденсатору емкостью примерно 25 мкФ.

При соответствующем выборе микросхемы и сопротивления резисторов Rl, R2 выходное напряжение может быть более 25 В.

Емкость конденсаторов С2, СЗ — не менее 25 мкФ.

Схема со ступенчатым включение выходного напряжения

СН со ступенчатым включением (рис. 2). Функции «коммутирующего» элемента в этом устройстве выполняет транзистор VT1. В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор СЗ, поэтому транзистор открыт и шунтирует нижнее плечо делителя RIR2. При этом напряжение на выводе 8 микросхемы DAI близко к 0 (оно равно напряжению насыщения транзистора VT1), и выходное напряжение СН лишь ненамного превышает напряжение Uст. По мере установления выходного напряжения зависит от постоянной времени цепи R3C3. Транзистор закрывается, и перестает шунтировать резистор R2. Напряжение повышается. Назначение конденсаторов С1 и С2 — то же, что и в СН по схеме на рис. 1.

Схема СН повышенной стабильности, напряжение выхода равно напряжению К142 плюс напряжению стабилизации стабилитрона

СН с выходным напряжением повышенной стабильности (рис. 3). Как видно из схемы, отличие этого СН от устройства по схеме на рис. 1 (кроме отсутствия защитных диодов и конденсатора СЗ) заключается в замене резистора R2 стабилитроном VD1. Последний поддерживает более стабильное напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 и тем самым дополнительно уменьшает колебания напряжения на нагрузке.

Недостаток устройства — невозможность плавной регулировки выходного напряжения (его можно изменять только подбором стабилитрона VD1).

СН с выходным напряжением, регулируемым от 0 на микросхеме к142ен5

На рис. 4 изображена схема устройства, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 В. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2. При установке его движка в нижнее (по схеме) положение (резистор полностью выведен из цепи) напряжение на выводе 8 DA1 имеет отрицательную полярность и равно разности UVD,-U ых ст <UVD1 — напряжение стабилизации стабилитрона VD1), поэтому выходное напряжение СН равно 0. По мере перемещения движка этого резистора вверх отрицательное напряжение на выводе 8 уменьшается и при некотором его сопротивлении становится равным напряжению UMJXcr При дальнейшем увеличении сопротивления резистора выходное напряжение СН возрастает от 0 до максимального значения.

СН с внешними регулирующими транзисторами для увеличения тока

Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1,5…3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов). Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключить к ней внешний регулирующий транзистор.

Принципиальная схема базового варианта СН с внешним регулирующим транзистором показана на рис. 5. При токе нагрузки до 180… 190 мА падение напряжения на резисторе R1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора. При большем токе это падение напряжения достигает 0,6…0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1. Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот.

Применяя такой СН, следует иметь в виду, что минимальная разность напряжений UBX и Uвых должна быть равна сумме минимального падения напряжения на используемой микросхеме и напряжения иэБ регулирующего транзистора. Необходимо также позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может превысить ток через микросхему в число раз, равное статическому коэффициенту передачи тока 1*213> и достичь 20 А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно для вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока через регулирующий транзистор показаны на рис. 6-8. В первом из них (рис. 6) эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. С . продолжает работать и при некотором дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки.

Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов, (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).

Значительно меньше этот недостаток проявляется в СН по схеме на рис. 7. Если исходить из того, что напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT1 и пр мое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока ме ду микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и RI. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема. По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6…0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него. При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2VD2 уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается. Если же напряжение на выходе СН увеличивается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении.

Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора К1, повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение) требует увеличения входного напряжения. В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.

В СН по схеме на рис. 8 транзистор VT1 также выполняет функции регулирующего элемента. Сопротивление резистора R1 выбирают таким образом, чтобы он открывался при токе нагрузки около 100 мА. Транзистор VT2 реагирует на изменение (под действием тока нагрузки) падения напряжения на резисторе R2 и открывается, когда оно достигает 0,6. ..0,7 В, защищая тем самым регулирующий транзистор VT1.

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока через регулирующий транзистор показаны на рис. 6-8. В первом из них (рис. 6) эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. С . продолжает работать и при некото ом дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки.

Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов, (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов). 142ЕН5В выбирают с таким избытком, чтобы он перекрывал возможные отклонения параметров элементов и напряжения UB3VT(. Если этот запас взять равным 20 %, то ток 1ВЬ|Х будет равен I,2IBVT1, а ток через резистор R1 IRI=0,2IB ут,. Поэтому сопротивление резистора R1 =1)БЭ VTI/0,2IB УТ1 = 13 4 0м.

У рассматриваемого устройства два недостатка. Во-первых, довольно большая рассеиваемая мощность (при максимальном токе входное напряжение должно превосходить выходное на величину, равную сумме минимального падения напряжения на микросхеме и значений напряжения на эмиттерном переходе транзисторов VT1 и VT2). Во-вторых, очень жесткие требования к регулирующему транзистору, который должен выдерживать максимальный ток стабилизатора при большом напряжении Uкэ.

Мощный стабилизатор напряжения на к142ен5 при токе нагрузки 5л, U вых=5-30вольт.

Мощный СН можно выполнить по схеме на рис. 9. Представленный вариант обеспечивает выходное напряжение в пределах 5…30 В при токе нагрузки до 5 А. Кроме микросхемы DA1 и регулирующего транзистора VT1, он содержит измерительный мост, образованный резисторами R2 — R5, R7, и компаратор на ОУ DA2. Особенность моста в том, что через входящий в него резистор R7 протекает большая часть тока нагрузки. Требуемое выходное напряжение устанавливают подстроечным резистором R6, значение тока (в данном случае 5 А), при превышении которого СН становится стабилизатором тока.— резистором R2.

При токе нагрузки, меньшем 5 А, падение напряжения на резисторе R7 таково, что входное напряжение ОУ DA2 больше О, поэтому его выходное напряжение положительно, диод VD1 закрыт и компаратор не оказывает на работу СН никакого влияния. Увеличение тока нагрузки до 5 А и соответствующее повышение падения напряжения на резисторе R7 приводят к тому, что входное напряжение ОУ DA2 вначале уменьшается до 0, а затем меняет знак.
В результате его выходное напряжение также становится отрицательным, диод VD1 и свето-диод HL1 открываются и напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 устанавливается на уровне, соответствующем току нагрузки 5 А. Свечение светодиода HL1 сигнализирует о том, что устройство перешло в режим стабилизации тока. Колебания сопротивления нагрузки теперь вызывают только изменение выходного напряжения, ток же нагрузки остается неизменным — 5 А.

При восстановлении номинальной нагрузки выходное напряжение возрастает до заданного значения. Дальнейшее уменьшение выходного тока приводит к тому, что входное, а за ним и выходное напряжения ОУ DA2 вновь становятся положительными, диод VD1 закрывается и устройство возвращается в режим стабилизации напряжения.

Вместо К140УД7 в описанном СН (как, впрочем, и во всех последующих), можно использовать ОУ К140УД6, К153УД6, К157УД2 и т. п.

СН с высоким коэффициентом стабилизации.

Устройство, выполненное по схеме на рис. 10, обеспечивает коэффициент нестабильности напряжения менее 0,001 % в широком интервале температуры и тока наг узки. Повышение точности поддержания выходного напряжения достигнуто введением цепи отрицательной обратной связи, состоящей из измерительного моста Rl- R3VD1, ОУ DA2 и полевого транзистора VT1. Таким образом, напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 здесь определяется напряжением стабилизации UVD| стабилитрона VD1 и напряжением рассогласования моста, усиленным ОУ DA2.

Ток через стабилитрон VD1 устанавливают подбором резистора R3. Его сопротивление должно быть таким, чтобы обеспечивался минимальный температурный дрейф напряжения стабилизации.

СН с параллельно включенными микросхемами к142ен5, кр142ен5

Увеличения выходного тока можно добиться не только введением внешнего регулирующего транзистора, но и параллельным соединением микросхем. Например, включив две 142ЕН5А, как показано на рис. 11, можно получить выходной ток до 6 А. Здесь ОУ DA1 сравнивает падения напряжения на резисторах R1 и R2. Его выходное напряжение так воздействует на микросхему DA2, что текущий через нее ток оказывается в точности равным току через DA3. Для предотвращения нежелательного повышения выходного напряжения в отсутствие нагрузки выход устройства нагружен резистором R6.

Следует отметить, что при максимальном токе нагрузки на резисторах R1 и R2 рассеивается мощность более 2 Вт, поэтому использовать такой СН целесообразно лишь в тех случаях, если нагрузку нельзя разделить на две части (например, на две группы микросхем) с потребляемым током до 3 А и питать каждую из них от отдельного СН.

Двуполярный СН на основе однополярной микросхемы к142ен-к142ен8

Двуполярный СН на основе однополярной микросхемы можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 12. Как видно, микросхема DA1 включена по типовой схеме в плюсовое плечо СН. Минусовое плечо содержит делитель напряжения из резисторов одинакового сопротивления Rl, R2, инвертирующий усилитель на ОУ DA2 и регулирующий транзистор VT1. ОУ сравнивает выходное напряжение плеч по абсолютной величине, усиливает сигнал ошибки и подает его в цепь базы транзистора VT1.

Если напряжение минусового плеча по какой-либо причине становится меньше, чем плюсового (по абсолютной величине), напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 становится больше О, и его выходное напряжение понижается, открывая регулирующий транзистор VT1 в большей мере и, тем самым, компенсируя снижение напряжения минусового плеча. Если же это напряжение, наоборот, возрастает, процесс протекает в противоположном направлении и равенство выходных напряжений также восстанавливается.

Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением с применение ОУ

СН с регулируемым выходным напряжением можно собрать по схеме на рис. 13. Здесь ОУ DA2 выполняет функции повторителя напряжения, снимаемого с движка переменного резистора R2. ОУ питается нестабилизированным напряжением, но на его выходной сигнал это практически не влияет, так как напряжение смещения нуля не превышает нескольких милливольт. Благодаря большому входному сопротивлению ОУ становится возможным увеличить сопротивление делителя R1R2 в десятки раз (по сравнению с СН с типовым включением микросхемы DA1) и, тем самым, значительно уменьшить потребляемый им ток.

Введение в цепь обратной связи СН усилителя на ОУ DA2 (рис. 14) позволяет снизить коэффициенты нестабильности Ки и К,. Коэффициент усиления усилителя определяется сопротивлением резисторов делителя R3R4 и при указанных на схеме номиналах равен 10. Требуемое выходное напряжение устанавливают переменным резистором R2.

Импульсные стабилизаторы напряжения на основе К142ен5 (с непрерывным регулированием)

 

Читать далее про стабилизатор К142ЕН6, КР140ЕН6. ..

  По материалам журнала радио.

Полезные ссылки

Читать про стабилизаторы серии к142, к1114, к1145, к1168, 286

На предыдущую страницу  На главную страницу  На следующую страницу

 

Особенности применения интегральных стабилизаторов серий КР142ЕН и 78xx

В данной статье речь пойдет об особенностях применения интегральных стабилизаторов типа КР142ЕН5, КР142ЕН8 (и импортных аналогов типа 78xx).

Эти стабилизаторы идентичны и содержат устройства защиты от замыкания в цепи нагрузки, и от перегрева. Различаются они максимальным выходным током и номинальным выходным напряжением.

Существующее разнообразие по выходному напряжению позволяет выбрать необходимый стабилизатор, но не всегда возможно приобрести именно нужный стабилизатор.

Ниже описано несколько приемов по увеличению номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора. В схеме на рисунке 1 выходное напряжение увеличено за счет цепи R1-R2.

Выходное напряжение Uвых= Uвых ст + Ur2, где Uвых.ст — номинальное выходное напряжение данного интергального стабилизатора, Ur2 — напряжение на резисторе R2. Сопротивления резисторов R1 и R2 находят по формулам:

R1 = Uвых.ст / (Iг1 + Iа), R2 = Uвых — Uвых ст / Ir2, где Іг1 — ток через R1, Ir2 -ток через R2. Іа — ток потерь в микросхеме. обычно равный 5-10 гmA.

Рис. 1. Принципиальная схема интегрального стабилизатора с регулировкой напряжения.

Для нормальной работы стабилизатора ток Іг2 должен быть, как минимум, вдвое больше тока Іа. Приняв Іг2 = 20mA, в рассматриваемом случае (Uвых = 10V. Uвых.ст = 5V) получаем R1 = 5 / (0,02+0,01) = 333 Om, R2 = (10-5) / 0,02 = 250 Om.

Поскольку резисторов с такими сопротивлениями в номинальном ряде нет, выбираем R1 немного меньше (240 Om), а на роль R2 берем подстроечный резистор. Это позволит установить выходное напряжение на нужное значение.

Практически, пользуясь такой схемой (но с другими значениями сопротивлений) можно регулировать напряжение от напряжения Uвых.ст (R2=0) до 30V.

Мощность, рассеиваемая микросхемой определяется по формуле: Р = Івх (Uвх. — Uвых ) + la Uвх., где Івх -входной ток. Uвх. — входное напряжение, Uвых — выходное напряжение. Іа — ток потерь в микросхеме.

Практически, способ повышения выходного напряжения интегрального стабилизатора заключается введением в его схему дополнительного источника постоянного напряжения. Но это может быть достигнуто не только резисторами, но и применением стабилитрона. Схема такого стабилизатора показана на рисунке 2.

Рис. 2. Схема интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением на выходе.

Здесь источником дополнительного напряжения служит параметрический стабилизатор на стабилитроне VD1, напряжение на котором стабильно и не зависит от тока в нагрузке.

Практически, выходное напряжение такого стабилизатора определяется как сумма номинального напряжения интегрального стабилизатора и напряжения стабилизации стабилитрона.

В данном случае. Uвых = 5V + 4.7V = 9.7V. Недостаток такой схемы в отсутствии возможности регулировки выходного напряжения. Коррекция выходного напряжения осуществляется путем изменения напряжения стабилизации дополнительного параметрического стабилизатора, например. включением последовательно стабилитрону диодов или светодиодов, в прямом направлении. В этом случае выходное напряжение повысится на величину падения напряжения на этом диоде.

В схеме, показанной на рисунке 1 выходное напряжение можно регулировать от минимального значения, равного напряжению стабилизации интегрального стабилизатора до какого-то верхнего значения, определенного резисторами R1 и R2.

Поскольку, выходное напряжение такого стабилизатора выражается как сумма напряжения дополнительного источника и напряжения стабилизации интегрального стабилизатора, то для получения регулировки от нуля (или получения выходного напряжения ниже чем напряжение стабилизации интегрального стабилизатора) нужно чтобы напряжение дополнительного источника было отрицательным.

Схема такого стабилизатора. с регулировкой от нуля до 10 V показана на рисунке 3. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2.

Когда этот резистор находится в крайне нижнем (по схеме) положении, на вывод 8 интегрального стабилизатора подается отрицательное напряжение 5V, выработанное стабилизатором R3-VD1.

Напряжение на выходе будет равно нулю (5 + (-5)) = 0. По мере перемещения движка резистора вверх, выходное напряжение будет увеличиваться.

Рис. 1. Принципиальная схема включения интегрального стабилизатора для регулировки напряжения от нуля Вольт до 10В.

Недостаток этой схемы в том. что требуется источник отрицательного относительного общего провода напряжения. Микросхемы типа КР142ЕН5 или ЕН8. а так же 78хх. в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1,5А.

Повысить значение выходного тока можно использованием совместно с микросхемой дополнительного мощного транзистора. Принципиальная схема базового варианта стабилизатора с «умощнением» показана на рисунке 4.

Рис. 4. Принципиальная схема базового варианта стабилизатора с умощнением.

При токе нагрузки до 200 мА падение напряжения на резисторе R1 мало и транзистор закрыт, а стабилизатор работает как бы без него.

При увеличении тока нагрузки падение напряжения на R1 возрастает и достигает 0,6-0,7 V, что приводит к открыванию транзистора VТ1, ограничивающему дальнейший прирост тока через микросхему.

Микросхема поддерживает выходное напряжение на заданном уровне как и при типовом включении : при повышении выходного напряжения снижается входной ток, а следовательно и напряжения управления на базе транзистора. При уменьшении напряжения, ток, наоборот, увеличивается, что приводит к большему открыванию транзистора.

Применяя такой стабилизатор нужно знать, что минимальная разность входного и выходного напряжений должна быть равна сумме минимального падения напряжения на интегральном стабилизаторе и напряжения эмиттер-база транзистора.

Рис. 5. Схема стабилизатора напряжения 12 Вольт с максимальным током 8 Ампер, микросхема и транзистор.

На рисунке 5 приводится схема стабилизатора напряжения 12V с максимальным током 8А. В этой схеме используется защита от перегрузки транзистора.

Реализована она включением в цепь эмиттер-база транзистора кремниевых диодов VD1 и VD2 (вместо резистора в схеме на рисунке 4). Пока ток не превосходит некоторого максимального значения сопротивление через диоды относительно велико и напряжение на них достаточно для открывания транзистора.

При увеличении тока выше некоторого значения ток через диоды увеличивается, но напряжение на них не растет, поскольку они открыты. Значительная часть тока начинает перекладываться на микросхему, что приводит к увеличению тока через микросхему.

Срабатывает схема защиты от перегрузки, имеющаяся в микросхеме и стабилизатор выключается. Другой способ повышения мощности интегрального стабилизатора состоит в том, что интегральный стабилизатор выполняет роль мощного источника образцового напряжения, мощный транзисторный каскад работает как усилитель мощности постоянного тока, при этом транзистор включается по схеме эмиттерного повторителя (рис. 6).

Рис. 6. Схема интегрального стабилизатора напряжения с включением транзистора по схеме эмиттерного повторителя.

Если обратить внимание, схема практически представляет собой классическую схему параметрического стабилизатора на транзисторе и стабилитроне, в которой функции стабилитрона выполняет интегральный стабилизатор, дающий больший ток и стабильность.

Поскольку, выходной ток интегрального стабилизатора достаточно высок, можно использовать эмиттерный повторитель, требующий такого же большого тока управления.

Для получения выходного тока в десятки и сотни ампер допускается параллельное включение нескольких транзисторов (все одноименные выводы транзисторов включаются вместе).

Транзистор КТ819А допускает ток коллектора до 10 А. если нужен стабилизатор, дающий на выходе ток, например, в 40А, потребуется параллельное включение четырех-пяти таких транзисторов.

При этом, общий ток базы составит около 1,5-2 А. Используя схему параллельного включения транзисторов важно, чтобы транзисторы были как можно более близки по параметрами, желательно чтобы они были из одной партии и с одноименной маркировкой.

Для получения двухполярного стабильного напряжения от одного однополярного интегрального стабилизатора можно использовать схему, показанную на рисунке 7.

Стабилизатор включен по типовой схеме в положительную линию напряжения. В отрицательную линию включен регулирующий транзистор VТ1.

Инвертирующий операционный усилитель сравнивает напряжение на точке соединения одинаковых резисторов R1 и R2 напряжением общего нуля и выдает сигнал ошибки, который открывает транзистор VТ1 на столько, чтобы напряжение на его эмиттере было по модулю равно напряжению на выходе интегрального стабилизатора.

Рис. 7. Принципиальная схема получения двухполярного стабильного напряжения от одного однополярного интегрального стабилизатора.

Если напряжение на инвертирующем входе ОУ становится больше нуля, это значит что положительное напряжение больше, что приводит к увеличению по модулю отрицательного напряжения на выходе ОУ и большему открыванию транзистора.

Если же, напряжение на инвертирующем входе меньше нуля, то происходит обратный процесс и транзистор VТ1 прикрывается, понижая по модулю отрицательное напряжение.

Андреев С. РК-04-2019.

Литература: Андреев С. Применение популярных интегральных стабилизаторов. РК-08-2005.

Трехвыводные стабилизаторы напряжения

В этой статье мы рассмотрим возможности и способы питания цифровых устройств собранных своими руками, в частности на . Ни для кого не секрет, что залогом успешной работы любого устройства, является его правильное запитывание. Разумеется, блок питания должен быть способен выдавать требуемую для питания устройства мощность, иметь на выходе электролитический конденсатор большой емкости, для сглаживания пульсаций и желательно быть стабилизированным.

Последнее подчеркну особенно, разные нестабилизированные блоки питания типа зарядных устройств от сотовых телефонов, роутеров и подобной техники не подходят для питания микроконтроллеров и других цифровых устройств напрямую. Так как напряжение на выходе таких блоков питания меняется, в зависимости от мощности подключенной нагрузки. Исключение составляют стабилизированные зарядные устройства, с выходом USB, выдающие на выходе 5 вольт, вроде зарядок от смартфонов.


Многих начинающих изучать электронику, да и просто интересующихся, думаю шокировал тот факт: на адаптере питания например от приставки Денди , да и любом другом подобном нестабилизированном может быть написано 9 вольт DC (или постоянный ток), а при измерении мультиметром щупами подключенными к контактам штекера БП на экране мультиметра все 14, а то и 16. Такой блок питания может использоваться при желании для питания цифровых устройств, но должен быть собран стабилизатор на микросхеме 7805, либо КРЕН5. Ниже на фото микросхема L7805CV в корпусе ТО-220.


Такой стабилизатор имеет легкую схему подключения, из обвеса микросхемы, то есть из тех деталей которые необходимы для её работы нам требуются всего 2 керамических конденсатора на 0.33 мкф и 0.1 мкф. Схема подключения многим известна и взята из Даташита на микросхему:

Соответственно на вход такого стабилизатора мы подаем напряжение, или соединяем его с плюсом блока питания. А минус соединяем с минусом микросхемы, и подаем напрямую на выход.


И получаем на выходе, требуемые нам стабильные 5 Вольт, к которым при желании, если сделать соответствующий разъем, можно подключать кабель USB и заряжать телефон, mp3 плейер или любое другое устройство с возможностью заряда от USB порта.


Стабилизатор снижение с 12 до 5 вольт — схема

Автомобильное зарядное устройство с выходом USB всем давно известно. Внутри оно устроено по такому же принципу, то есть стабилизатор, 2 конденсатора и 2 разъема.


Как пример для желающих собрать подобное зарядное своими руками или починить существующее приведу его схему, дополненную индикацией включения на светодиоде:


Цоколевка микросхемы 7805 в корпусе ТО-220 изображена на следующих рисунках. При сборке, следует помнить о том, что цоколевка у микросхем в разных корпусах отличается:


При покупке микросхемы в радиомагазине, следует спрашивать стабилизатор, как L7805CV в корпусе ТО-220. Эта микросхема может работать без радиатора при токе до 1 ампера. Если требуется работа при больших токах, микросхему нужно установить на радиатор.

Разумеется, эта микросхема существует и в других корпусах, например ТО-92, знакомый всем по маломощным транзисторам. Этот стабилизатор работает при токах до 100 миллиампер. Минимальное напряжение на входе, при котором стабилизатор начинает работать, составляет 6.7 вольт, стандартное от 7 вольт. Фото микросхемы в корпусе ТО-92 приведено ниже:

Цоколевка микросхемы, в корпусе ТО-92, как уже было написано выше, отличается от цоколевки микросхемы в корпусе ТО-220. Её мы можем видеть на следующем рисунке, как из него становится ясно, что ножки расположены зеркально, по отношению к ТО-220:


Разумеется, стабилизаторы выпускают на разное напряжение, например 12 вольт, 3.3 вольта и другие. Главное не забывать, что входное напряжение, должно быть минимум на 1.7 — 3 вольта больше выходного.

Микросхема 7833 — схема

На следующем рисунке приведена цоколевка стабилизатора 7833 в корпусе ТО-92. Такие стабилизаторы применяются для запитывания в устройствах на микроконтроллерах дисплеев, карт памяти и другой периферии, требующей более низковольтного питания, чем 5 вольт, основное питание микроконтроллера.


Стабилизатор для питания МК

Я пользуюсь для запитывания собираемых и отлаживаемых на макетной плате устройств на микроконтроллерах, стабилизатором в корпусе, как на фото выше. Питание подается от нестабилизированного адаптера через гнездо на плате устройства. Его принципиальная схема приведена на рисунке далее:


При подключении микросхемы нужно строго соответствовать цоколевке. Если ножки спутать, даже одного включения достаточно, чтобы вывести стабилизатор из строя, так что при включении нужно быть внимательным. Автор материала — AKV.

Выпускаемые отечественной промышленностью интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142 позволяют простыми схемными методами получить стабилизированные напряжения в достаточно большом диапазоне — от единиц вольт до нескольких десятков вольт. Рассмотрим некоторые схемные решения, которые могут представить интерес для радиолюбителей.

Микросхема КР142ЕН5А — это интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +5 В. Типовая схема включения этой микросхемы уже была представлена в книге (см.

рис. 105). Однако, несколько изменив схему включения, можно на базе этой микросхемы построить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 5,6 В до 13 В. Схема представлена на рис. 148.

На вход интегрального стабилизатора (вывод 17 микросхемы DA1) поступает нестабилизированное напряжение +16 В, а на вывод 8 — сигнал с выхода стабилизатора, регулируемый переменным резистором R2 и усиленный по току транзистором VT1. Минимальное напряжение (5,6 В) складывается из напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого транзистора, которое равно около 0,6 В, и номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора в его типовом включении (5 В). При этом движок переменного резистора R2 находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения; конденсатор С2 устраняет возможное высокочастотное возбуждение микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора — до 3 А (микросхема при этом должна быть размещена на теплоотводящем радиаторе).

Микросхемы К142ЕН6А (Б, В, Г) представляют собой интегральные двуполярные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. При этом максимальное входное напряжение каждого из плеч 40 В, а максимальный выходной ток — 200 мА. Однако на базе этого стабилизатора можно построить двуполярный регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема представлена на рис. 149.

Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R2 и R4. Следует помнить, что максимальная рассеива-



емая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода).

Микросхемы КР142ЕН18А и КР142ЕН18Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с выходным напряжением 1,2. ..26,5 В и выходным током 1 А и 1,5 А соответственно. Регулирующий элемент стабилизатора включен в минусовой провод источников питания. Корпус и цоколевка стабилизаторов этого типа аналогичны микросхеме КР142ЕН5А.

Микросхемы оснащены системой защиты от перегрузки выходным током и от перегрева. Входное напряжение должно находиться в диапазоне 5…30 В. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 8 Вт. Типовая схема включения микросхем КР142ЕН18А (Б) приведена на рис. 150.

При всех условиях эксплуатации емкость входного конденсатора С 1 не должна быть менее 2 мкФ. При наличии сглаживающего фильтра выходного напряжения, если длина проводников, соединяющих его со стабилизатором, не превышает 1 м, входным кон





денсатором стабилизатора может служить выходной конденсатор фильтра.

Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R1 и R2. Они связаны соотношением:Uвых=Uвых мин(1+R2/R1),

при этом ток, протекающий через эти резисторы, должен быть не менее 5 мА. Емкость конденсатора С2 выбирают обычно большей 2 мкФ.

В тех случаях, когда суммарная емкость на выходе стабилизатора превышает 20 мкФ, случайное замыкание входной цепи стабилизатора может привести к выходу из строя микросхемы, поскольку к ее элементам будет приложено напряжение конденсатора в обратной полярности. Для защиты микросхемы от подобных перегрузок необходимо включать защитный диод VD1 (рис. 151), шунтирующий ее при аварийном замыкании входной цепи. Аналогично диод VD2 защищает микросхему по выводу 17 в тех случаях, когда по условиям эксплуатации емкость конденсатора С2 должна быть более 10 мкФ при выходном напряжении более 25 В.

На базе интегрального стабилизатора напряжения можно выполнить и стабилизатор тока (рис. 152). Выходной ток стабилизации ориентировочно равен 1вых=1,5 B/R1, где R1 выбирают в пределах 1…120 Ом. С помощью переменного резистора R3 можно регулировать выходной ток.

Если обратиться к справочным характеристикам интегральных стабилизаторов напряжения КР142ЕН12А (Б), то можно заметить у них много общего с КР142ЕН18А (Б). Типовая схема включения микросхемы КР142ЕН12А аналогична схеме включения



КР142ЕН18А, только регулирующий элемент включен в плюсовой провод источника питания. На базе этих микросхем несложно собрать двуполярный стабилизатор напряжения. Его схема представлена на рис. 153. Каких-либо особых комментариев здесь не требуется. Для одновременного изменения напряжения плеч стабилизатора переменные резисторы R2 и R3 можно заменить одним, сдвоенным.

МИКРОСХЕМЫ — СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Одним из важных узлов любой радиоэлектронной аппаратуры является стабилизатор напряжения питания. Еще совсем недавно такие узлы строились на стабилитронах и транзисторах. Общее число элементов стабилизатора было довольно значительным, особенно, если от него требовались функции регулировки выходного напряжения, защиты от перегрузки и короткого замыкания, ограничения выходного тока на заданном уровне. С появлением специализированных микросхем ситуация изменилась. Современные микросхемы стабилизаторов напряжения выпускаются на широкий диапазон выходных напряжений и токов, они имеют встроенную защиту от перегрузки по току и от перегрева — при нагреве кристалла микросхемы свыше допустимой температуры она закрывается и ограничивает выходной ток. В табл. 2 приведен перечень наиболее распространенных на отечественном рынке микросхем линейных стабилизаторов напряжения на фиксированное выходное напряжение и их некоторые параметры, на рис. 92 — разводка выводов. Буквы хх в обозначении конкретной микросхемы заменяются на одну или две цифры, соответствующие напряжению стабилизации в вольтах, для микросхем серии КР142ЕН — на цифробуквенный индекс, указанный в таблице. Микросхемы зарубежных изготовителей серий 78хх, 79хх, 78Мхх, 79Мхх, 78Lxx, 79Lxx могут иметь различные префиксы (указывают фирму-изготовитель) и суффиксы, определяющие конструктивное оформление (оно может отличаться от приведенного на рис. 92) и температурный диапазон. Следует иметь ввиду, что сведения о рассеиваемой мощности при наличии теплоотвода в паспортных данных обычно не указаны, поэтому здесь даны некоторые усредненные величины из графиков, приведенных в документации. Отметим также, что для микросхем одной серии, но на разные напряжения, значения рассеиваемой мощности могут также отличаться друг от друга. Более подробные сведения о некоторых сериях отечественных микросхем можно найти в литературе . Исчерпывающая информация по микросхемам для линейных источников питания опубликована в .

Типовая схема включения микросхем на фиксированное выходное напряжение приведена на рис. 93. Для всех микросхем емкость конденсатора С1 должна быть не менее 2,2 мкФ для керамических или танталовых и не менее 10 мкФ для алюминиевых оксидных

конденсаторов. Емкость конденсатора С2 должна быть не менее 1 и 10 мкФ для аналогичных типов конденсаторов соответственно. Для некоторых микросхем емкости могут быть и меньше, но указанные величины гарантируют устойчивую работу для любых микросхем. В каче

стве С1 может использоваться сглаживающий конденсатор фильтра, если он расположен не далее 70 мм от микросхемы. В можно найти множество схем включения для различных вариантов использования микросхем — для обеспечения большего выходного тока, подстройки выходного напряжения, введения других вариантов защиты, использования микросхем в качестве генератора тока.

Если необходимы нестандартное напряжение стабилизации или плавная регулировка выходного напряжения, удобно использовать трехвыводные регулируемые микросхемы, поддерживающие напряжение 1,25 В между выходом и управляющим выводом. Их параметры приведены в табл. 3, а типовая схема включения для стабилизаторов положительного напряжения — на рис. 94.

Резисторы R1 и R2 образуют внешний регулируемый делитель, входящий в цепь установки выходного напряжения Uвых. которое определяется по формуле:

где Iпотр — собственный ток потребления микросхемы, составляющий 50…100 мкА. Число 1,25 в этой формуле — это упомянутое выше напряжение между выходом и управляющим выводом, которое поддерживает микросхема в режиме стабилизации.

Следует иметь ввиду, что, в отличие от стабилизаторов на фиксированное выходное напряжение, регулируемые микросхемы

без нагрузки не работают. Минимальное значение выходного тока таких микросхем составляет 2,5… 5 мА для маломощных микросхем и 5. ..10 мА — для мощных. В большинстве применений для обеспечения необходимой нагрузки достаточно тока делителя R1R2.

Принципиально по схеме рис. 94 можно включать и микросхемы с фиксированным выходным на

пряжением, но их собственный ток потребления значительно больше (2…4 мА) и он менее стабилен при изменении выходного тока и входного напряжения.

Для снижения уровня пульсаций, особенно при высоких выходных напряжениях, рекомендуется включать сглаживающий конденсатор С2 емкостью 10 мкФ и более. К конденсаторам С1 и CЗ требования такие же, как и к соответствующим конденсаторам для микросхем с фиксированным выходным напряжением.

Диод VD1 защищает микросхему при отсутствии входного напряжения и подключении ее выхода к источнику питания, например, при зарядке аккумуляторных батарей или от случайного замыкания входной цепи при заряженном конденсаторе СЗ. Диод VD2 служит для разрядки конденсатора С2 при замыкании выходной или входной цепи и при отсутствии С2 не нужен.

Приведенные сведения служат для предварительного выбора микросхем, перед проектированием стабилизатора напряжения следует ознакомиться С полными справочными данными, хотя бы для того, чтобы точно знать максимально допустимое входное напряжение, достаточна ли стабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения, выходного тока или температуры. Можно отметить, что все параметры микросхем находятся на уровне, достаточном для подавляющего числа случаев применения в радиолюбительской практике.

Заметных недостатков у описанных микросхем два — довольно высокое минимально необходимое напряжение между входом и выходом — 2…3 В и ограничения на максимальные параметры -входное напряжение, мощность рассеяния и выходной ток. Эти недостатки часто не играют роли и с лихвой окупаются простотой применения и низкой ценой микросхем.

Несколько конструкций стабилизаторов напряжения с использованием описанных микросхем рассмотрено далее.

В настоящее время тяжело найти какое-либо электронное устройство не использующее стабилизированный источник питания. В основном в качестве источника питания, для подавляющего большинства различных радиоэлектронных устройств, рассчитанных на работу от 5 вольт, наилучшим вариантом будет применение трехвыводного интегрального 78L05 .

Описание стабилизатора 78L05

Данный стабилизатор не дорогой () и прост в применении, что позволяет облегчить проектирование радиоэлектронных схем со значительным числом печатных плат, к которым подается нестабилизированное постоянное напряжение, и на каждой плате отдельно монтируется свой стабилизатор.

Микросхема — стабилизатор 78L05 (7805) имеет тепловую защиту, а также встроенную систему предохраняющую стабилизатор от перегрузки по току. Тем не менее, для более надежной работы желательно применять диод, позволяющий защитить стабилизатор от короткого замыкания во входной цепи.

Технические параметры и цоколевка стабилизатора 78L05:

  • Входное напряжение: от 7 до 20 вольт.
  • Выходное напряжение: от 4,5 до 5,5 вольт.
  • Выходной ток (максимальный): 100 мА.
  • Ток потребления (стабилизатором): 5,5 мА.
  • Допустимая разница напряжений вход-выход: 1,7 вольт.
  • Рабочая температура: от -40 до +125 °C.


Аналоги стабилизатора 78L05 (7805)

Существуют два типа данной микросхемы: мощный 7805 (ток нагрузки до 1А) и маломощный 78L05 (ток нагрузки до 0,1А). Зарубежным аналогом 7805 является ka7805. Отечественными аналогами являются для 78L05 — КР1157ЕН5, а для 7805 — 142ЕН5

Схема включения 78L05

Типовая схема включения стабилизатора 78L05 (по datasheet) легка и не требует большого количества дополнительных радиоэлементов.


Конденсатор С1 на входе необходим для ликвидации ВЧ помех при подачи входного напряжения. Конденсатор С2 на выходе стабилизатора, как и в любом другом источнике питания, обеспечивает стабильность блока питания при резком изменении тока нагрузки, а так же уменьшает степень пульсаций.

При разработке блока питания необходимо иметь в виду, что для устойчивой работы стабилизатора 78L05 напряжение на входе должно быть не менее 7 и не более 20 вольт.

Ниже приводятся несколько примеров использования интегрального стабилизатора 78L05.

Лабораторный блок питания на 78L05

Данная схема отличается своей оригинальностью, из-за нестандартного применения микросхемы , источником опорного напряжения которого служит стабилизатор 78L05. Поскольку максимально допустимое входное напряжение для 78L05 составляет 20 вольт, то для предотвращения выхода 78L05 из строя в схему добавлен параметрический стабилизатор на стабилитроне VD1 и резисторе R1.


Микросхема TDA2030 подключена по типу неинвертирующего усилителя. При таком подключении коэффициент усиления равен 1+R4/R3 (в данном случае 6). Таким образом, напряжение на выходе блока питания, при изменении сопротивления резистора R2, будет меняться от 0 и до 30 вольт (5 вольт х 6). Если нужно изменить максимальное выходное напряжение, то это можно сделать путем подбора подходящего сопротивления резистора R3 или R4.

Бестрансформаторный блок питания на 5 вольт

данная характеризуется повышенной стабильностью, отсутствием нагрева элементов и состоит из доступных радиодеталей.


Структура блока питания включает в себя: индикатор включения на светодиоде HL1, вместо обычного трансформатора — гасящая цепь на элементах C1 и R2, диодный выпрямительный мост VD1, конденсаторы для уменьшения пульсаций, стабилитрон VD2 на 9 вольт и интегральный стабилизатор напряжения 78L05 (DA1). Необходимость в стабилитроне вызвана тем, что напряжение с выхода диодного моста равно приблизительно 100 вольт и это может вывести стабилизатор 78L05 из строя. Можно использовать любой стабилитрон с напряжением стабилизации от 8…15 вольт.

Внимание! Так как схема не имеет гальванической развязки с электросетью, следует соблюдать осторожность при наладке и использовании блока питания.

Простой регулируемый источник питания на 78L05


Диапазон регулируемого напряжения в данной схеме составляет от 5 до 20 вольт. Изменение выходного напряжения производится при помощи переменного резистора R2. Максимальный ток нагрузки составляет 1,5 ампер. Стабилизатор 78L05 лучше всего заменить на 7805 или его отечественный аналог КР142ЕН5А. Транзистор VT1 можно заменить на . Мощный транзистор VT2 желательно разместить на радиаторе с площадью не менее 150 кв. см.

Схема универсального зарядного устройства

Эта схема зарядного устройства достаточно проста и универсальна. Зарядка позволяет заряжать всевозможные типы аккумуляторных батарей: литиевые, никелевые, а так же маленькие свинцовые аккумуляторы используемые в бесперебойниках.


Известно, что при зарядке аккумуляторов важен стабильный ток зарядки, который должен составлять примерно 1/10 часть от емкости аккумулятора. Постоянство зарядного тока обеспечивает стабилизатор 78L05 (7805). У зарядника 4-е диапазона тока зарядки: 50, 100, 150 и 200 мА, которые определяются сопротивлениями R4…R7 соответственно. Исходя из того, что на выходе стабилизатора 5 вольт, то для получения допустим 50 мА необходим резистор на 100 Ом (5В / 0,05 А = 100) и так для всех диапазонов.

Так же схема снабжена индикатором, построенном на двух транзисторах VT1, VT2 и светодиоде HL1. Светодиод гаснет при окончании зарядки аккумулятора.

Регулируемый источник тока

По причине отрицательно обратной связи, следующей через сопротивление нагрузки, на входе 2 (инвертирующий) микросхемы TDA2030 (DA2) находится напряжение Uвх. Под влиянием данного напряжения сквозь нагрузку течет ток: Ih = Uвх / R2. Исходя из данной формулы, ток, протекающий через нагрузку, не находится в зависимости от сопротивления этой нагрузки.


Таким образом, меняя напряжение поступающее с переменного резистора R1 на вход 1 DA2 от 0 и до 5 В, при постоянном значении резистора R2 (10 Ом), можно изменять ток протекающий через нагрузку в диапазоне от 0 до 0,5 А.

Подобная схема может быть с успехом применена в качестве зарядного устройства для зарядки всевозможных аккумуляторов. Зарядный ток постоянен во время всего процесса зарядки и не находится в зависимости от уровня разряженности аккумулятора или от непостоянства питающей сети. Предельный ток заряда, можно менять путем уменьшения или увеличения сопротивление резистора R2.

(161,0 Kb, скачано: 3 935)

Один из важных узлов радиоэлектронной аппаратуры — стабилизатор напряжения в блоке питания. Еще совсем недавно такие узлы строили на стабилитронах и транзисторах. Общее число элементов стабилизатора было довольно большим, особенно если от него требовались функции регулирования выходного напряжения, защиты от перегрузки и замыкания выхода, ограничения выходного тока на заданном уровне. С появлением специализированных микросхем ситуация изменилась. Микросхемные стабилизаторы напряжения способны работать в широких пределах выходных напряжения и тока, часто имеют встроенную систему защиты от перегрузки по току и от перегревания — как толькс лгемпе- ратура кристалла микросхемы превысит допустимое значение, происходит ограничение выходного тока. В настоящее время ассортимент отечественных и зарубежных стабилизаторов напряжения настолько широк, что ориентироваться в нем стало уже довольно трудно. Помещенные ниже табл. призваны облегчить предварительный выбор микросхемного стабилизатора для того или иного электронного устройства. В табл. 13.4 представлен перечень наиболее распространенных на отечественном рынке трехвыводных микросхем линейных стабилизаторов напряжения на фиксированное выходное напряжение и их основные параметры. На рис. 13.4 упрощенно показан внешний вид приборов, а также указана их цоколевка. В таблицу включены лишь стабилизаторы с выходным напряжением в пределах от 5 до 27 В — в этот интервал укладывается подавляющее большинство случаев из радиолюбительской практики. Конструктивное оформление зарубежных приборов может отличаться от показанного. Следует иметь в виду, что сведения о рассеиваемой мощности при работе микросхемы с теплоотводом в паспортах приборов обычно не указывают, поэтому в таблицах даны некоторые усредненные ее значения, полученные из графиков, имеющихся в документации. Отметим также, что микросхемы одной серии, но на разные значения напряжения, по рассеиваемой мощности могут различаться. Существует также иная маркировка, например, перед обозначением стабилизаторов групп 78, 79, 78L, 79L, 78М, 79М, перечисленных в таблице, в действительности могут присутствовать одна или две буквы, кодирующие, как правило, фирму-изготовитель. Позади указанных в таблице обозначений также могут быть буквы и цифры, указывающие на те или иные конструктивные или эксплуатационные особенности микросхемы. Типовая схема включения микросхемных стабилизаторов на фиксированное выходное напряжение показана на рис. 13.5 (а и б).

Для всех микросхем керамических или оксидных танталовых конденсаторов емкость входного конденсатора С1 должна быть не менее 2,2 мкФ, для алюминиевых оксидных конденсаторов — не менее 10 мкФ, а выходного конденсатора С2 — не менее 1 и 10 мкФ соответственно. Некоторые микросхемы допускают и меньшую емкость, но указанные значения гарантируют устойчивую работу любых стабилизаторов. Роль входного может исполнять конденсатор сглаживающего фильтра, если он расположен не далее 70 мм от корпуса микросхемы.


Если требуется нестандартное значение стабилизированного выходного напряжения или его плавное регулирование, удобно использовать специализированные регулируемые микросхемные стабилизаторы, поддерживающие напряжение 1,25 В между выходом и управляющим выводом. Их перечень представлен в табл. 13.5.


На рис. 13.6 изображена типовая схема включения для стабилизаторов с регулирующим элементом в плюсовом проводе. Резисторы R1 и R2 образуют внешний регулируемый делитель напряжения, который входит в цепь установки уровня выходного напряжения. Обратите внимание на то, что в отличие от стабилизаторов на фиксированное выходное напряжение регулируемые конденсаторы не работают без нагрузки. Минимальное значение выходного тока маломощных регулируемых стабилизаторов равно 2,5-5 мА, мощных — 5-10 мА. В большинстве случаев применения стабилизаторов нагрузкой служит резистивный делитель напряжения Rl, R2 на рис. 13.6. По такой схеме можно включать и стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением. Однако, во-первых, потребляемый ими ток значительно больше B-4 мА), и, во- вторых, он менее стабилен при изменении выходного тока и входного напряжения. По этим причинам максимально возможного коэффициента стабилизации устройства достичь не удастся. Для снижения уровня пульсаций на выходе, особенно при большем выходном напряжении, рекомендуется включать сглаживающий конденсатор СЗ емкостью 10 мкФ и более. К конденсаторам С1 и С2 требования такие же, как и к соответствующим конденсаторам фиксированных стабилизаторов. Если стабилизатор работает при максимальном выходном напряжении, то при случайном замыкании входной цепи или отключении источника питания микросхема оказывается под большим обратным напряжением со стороны нагрузки и может быть выведена из строя. Для защиты микросхемы по выходу в таких ситуациях параллельно ей включают защитный диод VD1. Другой защитный диод VD2 защищает микросхему со стороны заряженного конденсатора СЗ. Диод быстро разряжает этот конденсатор при аварийном замыкании выходной или входной цепи стабилизатора.

Интегральные стабилизаторы напряжения из серии 142 не всегда имеют полную маркировку типа. В этом случае на корпусе стоит условный код обозначения который и позволяет определить тип микросхемы.

Примеры расшифровки кодовой маркировки на корпусе микросхем:

Микросхемы стабилизаторов с приставкой КР вместо К имеют те же параметры и отличаются только конструкцией корпуса. При маркировке этих микросхем часто используют укороченное обозначение, например вместо КР142ЕН5А наносят КРЕН5А.

Наименование
микросхемы
U стаб.,
В
I ст.макс.,
А
Р мах. ,
Вт
I потр.,
мА
Корпус Код на
корпусе
(К)142ЕН1А 3…12±0,3 0,15 0,8 4 DIP-16 (К)06
(К)142ЕН1Б 3…12±0,1 (К)07
К142ЕН1В 3…12±0,5 К27
К142ЕН1Г 3…12±0,5 К28
К142ЕН2А 3…12±0,3 К08
К142ЕН2Б 3…12±0,1 К09
142ЕНЗ 3…30±0,05 1,0 6 10 10
К142ЕНЗА 3. ..30±0,05 1,0 К10
К142ЕНЗБ 5…30±0,05 0,75 К31
142ЕН4 1.2…15±0,1 0,3 11
К142ЕН4А 1.2…15±0,2 0,3 К11
К142ЕН4Б 3…15±0,4 0,3 К32
(К)142ЕН5А 5±0,1 3,0 5 10 (К)12
(К)142ЕН5Б 6±0,12 3,0 (К)13
(К)142ЕН5В 5±0,18 2,0 (К)14
(К)142ЕН5Г 6±0,21 2,0 (К)15
142ЕН6А ±15±0,015 0,2 5 7,5 16
К142ЕН6А ±15±0,3 К16
142ЕН6Б ±15±0,05 17
К142ЕН6Б ±15±0,3 К17
142ЕН6В ±15±0,025 42
К142ЕН6В ±15±0,5 КЗЗ
142ЕН6Г ±15±0,075 0,15 5 7,5 43
К142ЕН6Г ±15±0,5 К34
К142ЕН6Д ±15±1,0 К48
К142ЕН6Е ±15±1,0 К49
(К)142ЕН8А 9±0,15 1,5 6 10 (К)18
(К)142ЕН8Б 12±0,27 (К)19
(К)142ЕН8В 15±0,36 (К)20
К142ЕН8Г 9±0,36 1,0 6 10 К35
К142ЕН8Д 12±0,48 К36
К142ЕН8Е 15±0,6 К37
142ЕН9А 20±0. 2 1,5 6 10 21
142ЕН9Б 24±0,25 22
142ЕН9В 27±0,35 23
К142ЕН9А 20±0,4 1,5 6 10 К21
К142ЕН9Б 24±0,48 1,5 К22
К142ЕН9В 27±0,54 1,5 К23
К142ЕН9Г 20±0,6 1,0 К38
К142ЕН9Д 24±0,72 1,0 К39
К142ЕН9Е 27±0,81 1,0 К40
(К)142ЕН10 3. ..30 1,0 2 7 (К)24
(К)142ЕН11 1 2…37 1 5 4 7 (К)25
(К)142ЕН12 1.2…37 1 5 1 5 КТ-28 (К)47
КР142ЕН12А 1,2…37 1,0 1
КР142ЕН15А ±15±0,5 0,1 0,8 DIP-16
КР142ЕН15Б ±15±0,5 0,2 0,8
КР142ЕН18А -1,2…26,5 1,0 1 5 КТ-28 (LM337)
КР142ЕН18Б -1,2. ..26,5 1,5 1
КМ1114ЕУ1А К59
КР1157ЕН502 5 0,1 0,5 5 КТ-26 78L05
КР1157ЕН602 6 78L06
КР1157ЕН802 8 78L08
КР1157ЕН902 9 78L09
КР1157ЕН1202 12 78L12
КР1157ЕН1502 15 78L15
КР1157ЕН1802 18 78L18
КР1157ЕН2402 24 78L24
КР1157ЕН2702 27 78L27
КР1170ЕНЗ 3 0,1 0,5 1,5 КТ-26 См. рис
КР1170ЕН4 4
КР1170ЕН5 5
КР1170ЕН6 6
КР1170ЕН8 8
КР1170ЕН9 9
КР1170ЕН12 12
КР1170ЕН15 15
КР1168ЕН5 -5 0,1 0,5 5 КТ-26 79L05
КР1168ЕН6 -6 79L06
КР1168ЕН8 -8 79L08
КР1168ЕН9 -9 79L09
КР1168ЕН12 -12 79L12
КР1168ЕН15 -15 79L15
КР1168ЕН18 -18 79L18
КР1168ЕН24 -24 79L24
КР1168ЕН1 -1,5. ..37

7.8 Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии КР142.

7.8 Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии КР142

Выпускаемые отечественной промышленностью интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142 позволяют простыми схемными методами получить стабилизированные напряжения в достаточно большом диапазоне — от единиц вольт до нескольких десятков вольт. Рассмотрим некоторые схемные решения, которые могут представить интерес для радиолюбителей.

Микросхема КР142ЕН5А — это интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +5 В. Типовая схема включения этой микросхемы уже была представлена в книге (см.


рис. 105). Однако, несколько изменив схему включения, можно на базе этой микросхемы построить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением в диапазоне от 5,6 В до 13 В. Схема представлена на рис. 148.

На вход интегрального стабилизатора (вывод 17 микросхемы DA1) поступает нестабилизированное напряжение +16 В, а на вывод 8 — сигнал с выхода стабилизатора, регулируемый переменным резистором R2 и усиленный по току транзистором VT1. Минимальное напряжение (5,6 В) складывается из напряжения между коллектором и эмиттером полностью открытого транзистора, которое равно около 0,6 В, и номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора в его типовом включении (5 В). При этом движок переменного резистора R2 находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения; конденсатор С2 устраняет возможное высокочастотное возбуждение микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора — до 3 А (микросхема при этом должна быть размещена на теплоотводящем радиаторе).

Микросхемы К142ЕН6А (Б, В, Г) представляют собой интегральные двуполярные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. При этом максимальное входное напряжение каждого из плеч 40 В, а максимальный выходной ток — 200 мА. Однако на базе этого стабилизатора можно построить двуполярный регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема представлена на рис. 149.

Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R2 и R4. Следует помнить, что максимальная рассеива-


емая мощность стабилизатора — 5 Вт (разумеется, при наличии теплоотвода).

Микросхемы КР142ЕН18А и КР142ЕН18Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с выходным напряжением 1,2…26,5 В и выходным током 1 А и 1,5 А соответственно. Регулирующий элемент стабилизатора включен в минусовой провод источников питания. Корпус и цоколевка стабилизаторов этого типа аналогичны микросхеме КР142ЕН5А.

Микросхемы оснащены системой защиты от перегрузки выходным током и от перегрева. Входное напряжение должно находиться в диапазоне 5…30 В. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 8 Вт. Типовая схема включения микросхем КР142ЕН18А (Б) приведена на рис. 150.

При всех условиях эксплуатации емкость входного конденсатора С 1 не должна быть менее 2 мкФ. При наличии сглаживающего фильтра выходного напряжения, если длина проводников, соединяющих его со стабилизатором, не превышает 1 м, входным кон


денсатором стабилизатора может служить выходной конденсатор фильтра.

Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R1 и R2. Они связаны соотношением:Uвых=Uвых мин(1+R2/R1),

при этом ток, протекающий через эти резисторы, должен быть не менее 5 мА. Емкость конденсатора С2 выбирают обычно большей 2 мкФ.

В тех случаях, когда суммарная емкость на выходе стабилизатора превышает 20 мкФ, случайное замыкание входной цепи стабилизатора может привести к выходу из строя микросхемы, поскольку к ее элементам будет приложено напряжение конденсатора в обратной полярности. Для защиты микросхемы от подобных перегрузок необходимо включать защитный диод VD1 (рис. 151), шунтирующий ее при аварийном замыкании входной цепи. Аналогично диод VD2 защищает микросхему по выводу 17 в тех случаях, когда по условиям эксплуатации емкость конденсатора С2 должна быть более 10 мкФ при выходном напряжении более 25 В.

На базе интегрального стабилизатора напряжения можно выполнить и стабилизатор тока (рис. 152). Выходной ток стабилизации ориентировочно равен 1вых=1,5 B/R1, где R1 выбирают в пределах 1. ..120 Ом. С помощью переменного резистора R3 можно регулировать выходной ток.

Если обратиться к справочным характеристикам интегральных стабилизаторов напряжения КР142ЕН12А (Б), то можно заметить у них много общего с КР142ЕН18А (Б). Типовая схема включения микросхемы КР142ЕН12А аналогична схеме включения


КР142ЕН18А, только регулирующий элемент включен в плюсовой провод источника питания. На базе этих микросхем несложно собрать двуполярный стабилизатор напряжения. Его схема представлена на рис. 153. Каких-либо особых комментариев здесь не требуется. Для одновременного изменения напряжения плеч стабилизатора переменные резисторы R2 и R3 можно заменить одним, сдвоенным.

 

Стабилизаторы напряжения на микросхемах серии кр142 железо 807008 » Радиоэлектроника

Выпускаемые российскей индустрией интегральные стабилизаторы напряжения серии КР142 позволяют ординарными схемными способами получить стабилизированные напряжения в довольно большенном спектре — от единиц вольт до нескольких 10-ов вольт. Разглядим некие схемные решения, которые могут представить энтузиазм для радиолюбителей.

Микросхема КР142ЕН5А — это интегральный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением +5 В. Типовая схема включения этой микросхемы уже была представлена в книжке (см.

рис. 105). Но, несколько изменив схему включения, можно на базе этой микросхемы выстроить стабилизатор с регулируемым выходным напряжением в спектре от 5,6 В до 13 В. Схема представлена на рис. 148.

На вход интегрального стабилизатора (вывод 17 микросхемы DA1) поступает нестабилизированное напряжение +16 В, а на вывод 8 — сигнал с выхода стабилизатора, регулируемый переменным резистором R2 и усиленный по току транзистором VT1. Малое напряжение (5,6 В) складывается из напряжения меж коллектором и эмиттером стопроцентно открытого транзистора, которое равно около 0,6 В, и номинального выходного напряжения интегрального стабилизатора в его типовом включении (5 В). При всем этом движок переменного резистора R2 находится в верхнем по схеме положении. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения — конденсатор С2 избавляет вероятное частотное возбуждение микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора — до 3 А (микросхема при всем этом должна быть расположена на теплоотводящем радиаторе).

Микросхемы К142ЕН6А (Б, В, Г) представляют собой интегральные двуполярные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением 15 В. При всем этом наибольшее входное напряжение каждого из плеч 40 В, а наибольший выходной ток — 200 мА. Но на базе этого стабилизатора можно выстроить двуполярный регулируемый источник стабилизированного напряжения. Схема представлена на рис. 149.

Изменяя напряжение на выводе 2 интегрального стабилизатора, можно изменять выходное напряжение каждого плеча от 5 В до 25 В. Пределы регулировки для обоих плеч устанавливают резисторами R2 и R4. Следует держать в голове, что наибольшая рассеива —

емая мощность стабилизатора — 5 Вт (очевидно, при наличии теплоотвода).

Микросхемы КР142ЕН18А и КР142ЕН18Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения с выходным напряжением 1,2…26,5 В и выходным током 1 А и 1,5 А соответственно. Регулирующий элемент стабилизатора включен в минусовой провод источников питания. Корпус и цоколевка стабилизаторов этого типа подобны микросхеме КР142ЕН5А.

Микросхемы обустроены системой защиты от перегрузки выходным током и от перегрева. Входное напряжение должно находиться в спектре 5…30 В. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превосходить 8 Вт. Типовая схема включения микросхем КР142ЕН18А (Б) приведена на рис. 150.

При всех критериях эксплуатации емкость входного конденсатора С 1 не должна быть наименее 2 мкФ. При наличии сглаживающего фильтра выходного напряжения, если длина проводников, соединяющих его со стабилизатором, не превосходит 1 м, входным кон

денсатором стабилизатора может служить выходной конденсатор фильтра.

Выходное напряжение устанавливают выбором номиналов резисторов R1 и R2. Они связаны соотношением:Uвых=Uвых мин(1+R2/R1),

при всем этом ток, протекающий через эти резисторы, должен быть более 5 мА. Емкость конденсатора С2 выбирают обычно большей 2 мкФ.

В тех случаях, когда суммарная емкость на выходе стабилизатора превосходит 20 мкФ, случайное замыкание входной цепи стабилизатора может привести к выходу из строя микросхемы, так как к ее элементам будет приложено напряжение конденсатора в оборотной полярности. Для защиты микросхемы от схожих перегрузок нужно включать защитный диодик VD1 (рис. 151), шунтирующий ее при аварийном замыкании входной цепи. Аналогично диодик VD2 защищает микросхему по выводу 17 в тех случаях, когда по условиям эксплуатации емкость конденсатора С2 должна быть более 10 мкФ при выходном напряжении более 25 В.

На базе интегрального стабилизатора напряжения можно выполнить и стабилизатор тока (рис. 152). Выходной ток стабилизации приблизительно равен 1вых=1,5 B/R1, где R1 выбирают в границах 1…120 Ом. При помощи переменного резистора R3 можно регулировать выходной ток.

Если обратиться к справочным чертам интегральных стабилизаторов напряжения КР142ЕН12А (Б), то можно увидеть у их много общего с КР142ЕН18А (Б). Типовая схема включения микросхемы КР142ЕН12А подобна схеме включения

КР142ЕН18А, только регулирующий элемент включен в плюсовой провод источника питания. На базе этих микросхем нетрудно собрать двуполярный стабилизатор напряжения. Его схема представлена на рис. 153. Каких-то особенных комментариев тут не требуется. Для одновременного конфигурации напряжения плеч стабилизатора переменные резисторы R2 и R3 можно поменять одним, сдвоенным.

Что такое кренка в электронике — Ловись рыбка

В обсуждениях электрических схем часто встречаются термины «стабилизатор напряжения» и «стабилизатор тока». Но какая между ними разница? Как работают эти стабилизаторы? В какой схеме нужен дорогой стабилизатор напряжения, а где достаточно простого регулятора? Ответы на данные вопросы вы найдёте в этой статье.

Рассмотрим стабилизатор напряжения на примере устройства LM7805.В его характеристиках указано: 5В 1,5А.


bsp;Это значит стабилизирует он именно напряжение и именно до 5В. 1,5А — это максимальный ток, который может проводить стабилизатор. Пиковая сила тока. То есть от может отдать и 3 миллиампера, и 0,5 ампер, и 1 ампер. Столько, сколько тока требует нагрузка. Но не больше полутора. Это главное отличие стабилизатора напряжения от стабилизатора тока.

Виды стабилизаторов напряжения

Различают всего 2 основных типа стабилизаторов напряжения:

  • линейные
  • импульсные

Линейные стабилизаторы напряжения

Например, микросхемы КРЕН или LM7805LM1117LM350.

Кстати, КРЕН — это не аббревиатура, как многие думают. Это сокращение. Советская микросхема-стабилизатор, аналогичная LM7805 имела обозначение КР142ЕН5А. Ну а ещё есть КР1157ЕН12В, КР1157ЕН502, КР1157ЕН24А и куча других. Для краткости всё семейство микросхем стали называть «КРЕН». КР142ЕН5А тогда превращается в КРЕН142.

Наиболее распространенный вид. Недостаток их в том, что они не могут работать на напряжении ниже, чем заявленное выходное напряжение. Если LM7805 стабилизирует напряжение на 5 вольтах, то на вход ему подать нужно как минимум на полтора вольта больше. Если подать меньше 6,5 В, то выходное напряжение «просядет», и мы уже не получим 5 В. Еще один минус линейных стабилизаторов — сильный нагрев при нагрузке. Собственно, в этом и заключается принцип их работы — всё, что выше стабилизируемого напряжения, просто превращается в тепло. Если мы на вход LM7805 подадим 12 В, то 7 потратятся на нагрев корпуса, а 5 пойдут потребителю. Корпус при этом нагреется настолько сильно, что без радиатора микросхема просто сгорит. Из всего этого вытекает ещё один серьёзный недостаток — линейный стабилизатор не стоит применять в устройствах с питанием от батареек. Энергия батареек будет тратиться на нагрев стабилизатора. Всех этих недостатков лишены импульсные стабилизаторы.


Импульсные стабилизаторы напряжения

Импульсные стабилизаторы — лишены недостатков линейных, но и стоят дороже. Это уже не просто микросхема с тремя выводами. Выглядят они, как плата с детальками.

Импульсные стабилизаторы бывают трех видов: понижающие, повышающие и всеядные.


иболее интересные — всеядные. Независимо от напряжения на входе, на выходе будет именно то, которое нам нужно. Всеядному импульснику все равно, что на входе напряжение ниже или выше нужного. Он сам автоматом переключается в режим повышения или понижения напряжения и держит заданное на выходе. Если в характеристиках заявлено, что стабилизатору на вход можно подать от 1 до 15 вольт и на выходе будет стабильно 5, то так оно и будет. Кроме того, нагрев импульсных стабилизаторов настолько незначителен, что в большинстве случаев им можно пренебречь. Если ваша схема будет питаться от батареек или размещаться в закрытом корпусе, где сильный нагрев линейного стабилизатора недопустим — ставьте импульсный.

Купить  —  LM7805 10 штук на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор (повышайка) MT3608 2A на Алиєкспресс

Импульсный стабилизатор 5А (понижайка) XL4015на Алиэкспресс


Хорошо.

А что со стабилизатором тока?

Не открою Америку, если скажу, что стабилизатор тока стабилизирует ток.
Токовые стабилизаторы ещё иногда называют светодиодным драйвером. Внешне они похожи на импульсные стабилизаторы напряжения. Хотя сам стабилизатор — маленькая микросхема, а всё остальное нужно для обеспечения правильного режима работы. Но обычно драйвером называют всю схему сразу.

Итак. Драйвер задаёт ток. Стабильно! Если написано, что на выходе будет ток в 350мА, то будет именно 350мА. А вот напряжение на выходе может меняется в зависимости от требуемого потребителем напряжения. Не будем пускаться в дебри теории о том. как всё это работает. Просто запомним, что вы напряжение не регулируете, драйвер сделает все за вас исходя из потребителя.


Ну так и зачем всё это нужно то?

Теперь вы знаете, чем стабилизатор напряжения отличается от стабилизатора тока и можете ориентироваться в их многообразии. Возможно, вам так и не стало понятно, зачем эти штуки нужны.

Пример: вы хотите запитать 3 светодиода от бортовой сети автомобиля. Главное  для светодиода важно контролировать именно силу тока. Используем самый распространенный вариант соединения светодиодов: последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Напряжение питания — 12 вольт.

Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели. Падение напряжения на светодиоде пусть будет у нас 3.4 вольта.
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
При желании добавить четвёртый светодиод — уже не хватит.
Если напряжение питания поднять до 15В, то тогда хватит. Но тогда и резистор тоже надо будет пересчитать. Резистор — простейший стабилизатор (ограничитель) тока. Их часто ставят на те же ленты и модули. У него есть минус — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде (закон Ома, с ним не поспоришь). Значит, если входное напряжение нестабильно (в автомобилях обычно так и есть), то предварительно нужно стабилизировать напряжение, а потом можно ограничить резистором ток до необходимых значений. Если используем резистор, как токовый ограничитель там, где напряжение не стабильно, нужно стабилизировать напряжение.

Стоит помнить, что резисторы имеет смысл ставить только до определенной силы тока. После некоторого порога резисторы начинают сильно греться и приходится ставить более мощные резисторы . Тепловыделение растёт, КПД падает.

Источник: www.electronica52.in.ua

Схема КРЕН 142

Как выбрать стабилизатор по току? Устройство должно быть выбрано с номиналом, довольно близким к значению максимально возможного тока в цепи. Если стабилизатор будет слегка загружен, то со стабильностью часто бывает не всё в порядке. Однако схема должна быть подобрана оптимально и полезно во всех смыслах. То есть номинальный ток с большим запасом тоже ни к чему, поскольку ток короткого замыкания будет также слишком большим для того, чтобы защитить цепь.

Типовая схема включения КР142ен5а

Стабилизатор серии КР142ен5а с постоянным положительным напряжением на выходе в 5 В имеет широкое применение в самых различных электронных приборах. Сфера его использования – в качестве источника питания для логических систем, аппаратов высокоточного воспроизведения и других радиоэлектронных приборов. Электрическая схема КР142ЕН5А показана на рисунке ниже.

Емкости С1, С2 играют корректирующую роль. С2 предназначена для сглаживания пульсации, а С1 – для защиты от вероятного высокочастотного возбуждения микросхемы. Ток нагрузки стабилизатора рассчитан до 2 А.

Если добавить в схему вспомогательные детали можно преобразовать её в источник с регулированием напряжения. При удалённом расположении КРЕН 142 (с длиной соединительных проводов один метр и более) от фильтрующих конденсаторов выпрямителя, к его входу следует присоединить конденсатор. Для регулирования напряжения на выходе используется внешний делитель. Для правильной работы устройства потребуется применение дополнительного радиатора. Эти модели являются аналогами импортных регуляторов серии 78xx.

Цоколевка и схема включения

Микросхема КР142ен5а рассчитана на максимальный ток 5 А, и она может его обеспечить. Но превышение тока грозит выходом устройства из строя. Ниже приводится вариант включения микросхемы. Разрешается производить монтаж микросхемы два раза, демонтаж один раз.

Крепёж схемы к печатной плате выполняется методом распайки выводов корпуса, см. цоколевку микросхемы на рисунке.

Характеристики стабилизатора

Микросхема кр142ен5а представляет собой стабилизатор компенсационного типа с регулируемым выходным напряжением положительной полярности.

Основные характеристики:

  • защита от перегрева;
  • ограничение по току КЗ;
  • масса не более 1,4 г;
  • габариты 14,48х15,75 мм.

Предельные значения параметров режима эксплуатации и условий окружающей среды:

  • Температура хранения -55 … +150 С;
  • Температур кристалла в рабочем режиме -45 … +125 С.

Стабилизатор крен8б

В настоящее время интегральные стабилизаторы напряжения распространены достаточно широко. Источники питания с использованием таких стабилизаторов имеют небольшое количество дополнительных элементов, низкую стоимость и обладают отличными техническими характеристиками. Линейный стабилизатор крен8б – один из наиболее распространённых вариантов отечественного производства, являющийся аналогом импортных стабилизаторов линейки 78хх.

Действие стабилизатора

Стабилизатор кр1428б даёт возможность снабжения каждой платы сложного прибора отдельным стабилизирующим устройством и воспользоваться для его питания общим источником, не обеспеченным стабилизацией.

Поскольку поломка одного из стабилизаторов приводит к выходу из строя только подключенного к нему блока, это повышает общую надёжность устройств. Также такая схема подключения смогла решить проблему борьбы с помехами импульсного характера и наводками на длинные питающие провода.

Следует знать, что превышение значения тока, на которое рассчитано устройство, может повлечь за собой выход стабилизатора из строя. Однако современные стабилизаторы имеют защиту по току – в случае превышения максимальной нагрузки тока они просто отключаются.

К минусам линейных стабилизаторов можно отнести и сильный нагрев при повышенной нагрузке. Так повышение входного напряжения влечёт за собой перегрев стабилизатора. При разработке стабилизаторов крен8б эта проблема была решена обеспечением защиты по перегреву.

Технические характеристики:

  • Стабилизатор кр1428б имеет следующие характеристики:
  • допустимая величина выходного тока 1 Ампер;
  • наличие внутренней термозащиты;
  • защищённый выходной транзистор;
  • отсутствие необходимости во внешних компонентах;
  • внутренние ограничения токов короткого замыкания.

Применение

Применяться такой стабилизатор может в таких устройствах, как:

  1. в радиоэлектронных устройствах как источник питания логических систем;
  2. в устройствах воспроизведения высокого качества;
  3. в измерительных приборах.

При добавление в типовые схемы дополнительных элементов можно превратить стабилизатор из источника напряжения в источник с регулировкой как напряжения, так и тока.

Если длина соединительных проводов стабилизатора с фильтрующими конденсатами выпрямителя превышает 1 метр, тогда на его входе требуется установка электролитического конденсатора.

Выбор линейного стабилизатора крен1428б поможет решить проблему со стабилизацией напряжения в большом спектре радиоэлектронный и других устройств и продлит срок использования приборов.

Крен 12 вольт

Стабилизатор напряжения крен 12 вольт, расположенный в блоке питания, является немаловажным узлом радиоэлектронной техники. Не так давно подобные узлы были основаны на стабилитронах и транзисторах, на смену которым пришли специализированные микросхемы.

Плюсами таких схем стали способность в широких диапазонах выходного тока и выходного напряжения, а также присутствие системы, защищающей от перегрузок по электрическому току и перегревания – при превышении допустимого температурного значения кристалла микросхемы производится остановка тока на выходе.

Технические характеристики

К основным характеристикам стабилизатора крен 12 вольт относятся:

  • отсутствие необходимости в дополнительных внешних компонентах;
  • наличие внутренней системы термозащиты;
  • присутствие защитной схемы выходного транзистора;
  • внутренние ограничители тока коротких замыканий;
  • лёгкость и малые габариты.

Выходной ток в стабилизирующих устройствах крен 12 может быть 1 или 1,5 А, максимальное напряжение – 30 или 35 В. Разность входного напряжения с выходным в таких стабилизаторах всегда одинакова и составляет 2,5 В.

КР142ЕН12А

Стабилизатор КР142ЕН12А и его аналог LM317 являются регулируемыми стабилизирующими устройствами компенсационного типа. Работают они с внешним разделителем напряжения в элементе измерения, что позволяет регулирование напряжения на выходе в диапазоне 1,3 В – 37 В.
Элемент регулирования находится в плюсовом проводе питания. Предел тока нагрузки не превышает 1 А.

Данные стабилизаторы считаются самыми «высоковольтными» в линейке К142, обладают высокой стойкостью к импульсным мощностным перегрузкам. Также они имеют систему, защищающую от перегрузок по току на выходе.

Прибор защищается пластмассовым корпусом, с вмонтированным удлинённым фланцем для теплоотведения. Массы подобных приборов не превышает 2,5 г.

Применение

Стабилизаторы на 12В широко используются в схемах электронных устройств как составляющие источников их электропитания. Это может быть бытовая и измерительная техника, радиоэлектронная аппаратура и прочие конструкции.

Также эти стабилизаторы используются автолюбителями при необходимости ограничения тока заряда аккумулятора, проверки источника питания, установке LED-лент в автомобильные фары во избежание частого сгорания светодиодов.

Простота схемного решения стабилизатора делает его лёгким в использовании даже для обычного обывателя, не обладающего специальными знаниями.

Источник: ostabilizatore.ru

СН, защищенный от повреждения разрядным током конденсаторов. Диод VD1 защищает микросхему DA1 от разрядного тока конденсатора С2, а диод VD2 — от разрядного тока конденсатора СЗ при замыкании на входе СН.
СН со ступенчатым включением. Функции «коммутирующего» элемента в этом устройстве выполняет транзистор VT1. В момент включения питания начинает заряжаться конденсатор СЗ, поэтому транзистор открыт и шунтирует нижнее плечо делителя R1R2. При этом напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 близко к 0. По мере зарядки конденсатора через резистор R3 транзистор закрывается, напряжение на выводе 8 DA1, а следовательно, и на выходе устройства возрастает, и спустя некоторое время выходное напряжение достигает заданного уровня. Длительность установления выходного напря жения зависит от постоянной времени цепи R3C3. Назначение конденсаторов С1 и С2 — то же, что и в СН по схеме на рис. 1.
СН с выходным напряжением повышенной стабильности. Как видно из схемы, отличие этого СН от устройства по схеме на рис. 1 (кроме отсутствия защитных диодов и конденсатора СЗ) заключается в замене резистора R2 стабилитроном VD1. Последний поддерживает более стабильное напряжение на выводе 8 микросхемы DA1 и тем самым дополнительно уменьшает колебания напряжения на нагрузке. Недостаток устройства — невозможность плавной регулировки выходного напряжения (его можно изменять только подбором стабилитрона VD1).
СН с регулируемым выходным напряжением, выходное напряжение которого можно регулировать от 0 до 10 В. Требуемое значение устанавливают переменным резистором R2.
СН с внешними регулирующими транзисторами. Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1.5…3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов). Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключив к ней внешний регулирующий транзистор. При токе нагрузки до 180… 190 мА падение напряжения на резисторе R 1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора. При большем токе это падение напряжения достигает 0,6…0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1. Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот. Необходимо позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может достичь 20 А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно для вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.
Схема СН с ограничением тока через регулирующий транзистор . Эта задача решается включением параллельно эмиттерному переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А. СН продолжает работать и при некотором дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки. Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов, (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).
Значительно меньше этот недостаток проявляется в СН по схеме на рис. 7. Если исходить из того, что напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT1 и прямое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока между микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и R1. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема. По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6…0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него. При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2VD2 уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается. Если же напряжение на выходе СН увеличивается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении. Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора R1, повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение) требует увеличения входного напряжения. В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.
В СН по схеме на рис. 8 транзистор VT1 также выполняет функции регулирующего элемента. Сопротивление резистора R1 выбирают таким образом, чтобы он открывался при токе нагрузки около 100 мА. Транзистор VT2 реагирует на изменение (под действием тока нагрузки) падения напряжения на резисторе R2 и открывается, когда оно достигает 0,6…0,7 В, защищая тем самым регулирующий транзистор VT1. У рассматриваемого устройства два недостатка. Во-первых, довольно большая рассеиваемая мощность (при максимальном токе входное напряжение должно превосходить выходное на величину, равную сумме минимального падения напряжения на микросхеме и значений напряжения на эмиттерном переходе транзисторов VT1 и VT2). Во-вторых, очень жесткие требования к регулирующему транзистору, который должен выдерживать максимальный ток стабилизатора при большом напряжении.
Мощный СН можно выполнить по схеме на рис. 9. Представленный вариант обеспечивает выходное напряжение в пределах 5…30 В при токе нагрузки до 5 А. Кроме микросхемы DA1 и регулирующего транзистора VT1, он содержит измерительный мост, образованный резисторами R2 — R5, R7, и компаратор на ОУ DA2. Особенность моста в том, что через входящий в него резистор R7 протекает большая часть тока нагрузки. Требуемое выходное напряжение устанавливают подстроенным резистором R6, значение тока (в данном случае 5 А), при превышении которого СН становится стабилизатором тока. Свечение светодиода HL1 сигнализирует о том, что устройство перешло в режим стабилизации тока.
Устройство, выполненное по схеме на рис.10, обеспечивает коэффициент нестабильности напряжения менее 0,001 % в широком интервале температуры и тока нагузки. Повышение точности поддержания выходного напряжения достигнуто введением цепи отрицательной обратной связи, состоящей из измерительного моста R1—R3VD1, ОУ DA2 и полевого транзистора VT1.
СН с параллельно включенными микросхемами. Увеличения выходного тока можно добиться не только введением внешнего регулирующего транзистора, но и параллельным соединением микросхем как показано на рис. 11. Включив две 142ЕН5А, можно получить выходной ток до 6 А. Здесь ОУ ОА1 сравнивает падения напряжения на резисторах R1R2. Его выходное напряжение так воздействует на микросхему DA2, что текущий через нее ток оказывается в точности равным току через DA3. Для предотвращения нежелательного повышения выходного напряжения в отсутствие нагрузки выход устройства нагружен резистором R6.
Двуполярный СН на основе однополярной микросхемы можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 12. Как видно, микросхема DA1 включена по типовой схеме в плюсовое плечо СН. Минусовое плечо содержит делитель напряжения из резисторов одинакового сопротивления RI, R2, инвертирующий усилитель на ОУ ОА2 и регулирующий транзистор VT1. ОУ сравнивает выходное напряжение плеч по абсолютной вели чине, усиливает сигнал ошибки и подает его в цепь базы транзистора VT1. Если напряжение минусового плеча по какой-либо причине становится меньше, чем плюсового (по абсолютной величине), напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 становится больше О, и его выходное напряжение понижается, открывая регулирующий транзистор VT1 в большей мере и, тем самым, компенсируя снижение напряжения минусового плеча. Если же это напряжение, наоборот, возрастает, процесс протекает в противоположном направлении и равенство выходных напряжений также восстанавливается.
СН с регулируемым выходным напряжением можно собрать по схеме на рис. 13. Здесь ОУ DA2 выполняет функции повторителя напряжения, снимаемого с движка переменного резистора R2. ОУ питается нестабилизированным напряжением, но на его выходной сигнал это практически не влияет, так как напряжение смещения нуля не превышает нескольких милливольт. Благодаря большому входному сопротивлению ОУ становится возможным увеличить сопротивление делителя R1R2 в десятки раз (по сравнению с СН с типовым включением микросхемы DA1) и, тем самым, значительно уменьшить потребляемый им ток.
Введение в цепь обратной связи СН усилителя на ОУ DA2 (рис. 14) позволяет снизить коэффициенты нестабильности. Коэффициент усиления усилителя определяется сопротивлением резисторов делителя R3R4 и при указанных на схеме номиналах равен 10. Требуемое выходное напряжение устанавливают переменным резистором R2.
Импульсный «понижающий» СН с устройством управления на микросхемном стабилизаторе серии 142ЕН8 можно выполнить по схеме, изображенной на рис. 18. Требуемое выходное напряжение устанавливают подстроечным резистором R2.
«Понижающий» импульсный СН с узлом защиты от перегрузки, срабатывающей при выходном токе более 4 А.
Стабилизатор тока можно получить, включив микросхему, как показано на рис. 20. Выходной ток регулируют изменением сопротивления резистора R1, которое рассчитывают по формуле: R1=Uвых.ст/Iвых. Если этот резистор проволочный, его необходимо шунтировать керамическим конденсатором С2 емкостью 0,1.-0,15 мкФ.
Зарядное устройство может быть выполнено по схеме, изображенной на рис. 21. В данном случае оно предназначено для зарядки аккумуляторной батареи напряжением 12 В. Делитель RIR2 ограничивает максимальное выходное напряжение устройства на уровне 14 В, резистор R3 ограничивает ток зарядки полностью разряженной батареи м задает выходное сопротивление Rвых=R3(1+R2/R1).
В устройстве, собранном по схеме на рис. 22 (оно предназначено для зарядки 6-вольтовой батареи), транзистор VT1 выполняет функции нижнего плеча делителя (совместно с резистором R3), управляющего работой микросхемы DA1 таким образом, что зарядный ток остается все время неизменным. Пиковое значение тока через батарею GB1 зависит от сопротивления резистора R3 (при указанном на схеме сопротивлении 1 Ом — 0,6 А).

Источник: www.rlocman.ru


Switch Voltage — обзор

9.4 Бигармонический усилитель мощности класса E

M

Основным ограничением режима работы класса E на более высоких частотах является значительное снижение эффективности из-за увеличения потерь мощности переключения с увеличением значений витка -время переключения. Чтобы свести к минимуму этот нежелательный эффект, необходимо найти решение без мгновенного скачка идеальной формы волны тока коллектора при выключении, чтобы обеспечить эффективную работу на частотах; достаточно высокий, чтобы переход выключения переключателя занимал значительную часть периода формы волны 30% и более.Однако усилитель мощности класса E может выдавать ненулевую выходную мощность только в том случае, если хотя бы одна из форм сигнала переключения, напряжения или тока, имеет скачок при условии, что схема содержит идеальный переключатель и линейные пассивные компоненты [22]. Чтобы удовлетворить требованиям как формы волны напряжения и тока без скачков, так и формы волны синусоидальной нагрузки с ненулевой выходной мощностью, подаваемой на нагрузку, необходимо разрешить поток мощности в системе на двух или более гармонически связанных частотах.Это может быть сделано путем использования нелинейных реактивных элементов в сети нагрузки для преобразования мощности основной частоты в желаемую частоту гармоник или путем подачи мощности на частоте гармоник в сеть нагрузки от внешнего источника.

Простейший подход к реализации низкого порядка, имеющий формы волны напряжения и тока переключения без скачков, называемый бигармоническим режимом класса E M и описанный в [23], включает двухчастный выходной каскад, включающий:

Основной усилитель, который потребляет мощность постоянного тока, равную примерно 75% мощности нагрузки, и преобразует эту мощность и мощность, генерируемую вспомогательным усилителем, в мощность с выходной частотой f .

Меньший вспомогательный усилитель (или варакторный умножитель частоты), фазированный, синхронизированный с основным усилителем, который генерирует примерно 25% мощности нагрузки на частоте 2 f .

Главный усилитель имеет плавное переключение напряжения и формы волны тока, в то время как вспомогательный усилитель может быть обычным усилителем мощности класса E. Если умножитель частоты питается от выхода основного усилителя, мощность нагрузки уменьшается на величину мощности, преобразованной умножителем частоты с частоты f на частоту 2 f , чтобы изменить форму сигнала на непрерывную.Реализации высшего порядка могут использовать гармонические составляющие порядков выше двух или нескольких гармоник. Для работы на более высоких частотах бигармонический усилитель мощности класса E M может быть энергетически лучше обычного усилителя мощности класса E, использующий то же устройство питания и обеспечивающий такую ​​же выходную мощность на той же рабочей частоте. Это потому, что он может выдерживать медленное выключение транзистора с гораздо меньшей потерей эффективности. Кроме того, для бигармонического усилителя мощности M класса E M требуется меньший входной привод, поскольку более медленное время переключения допустимо, учитывая, что время переключения обратно пропорционально квадратному корню из входной управляющей мощности.

На рисунке 9.41 показана принципиальная схема бигармонического усилителя мощности MOSFET класса E M , предназначенного для работы на частоте 3,5 МГц с инжекцией мощности второй гармоники от вспомогательного усилителя, работающего на частоте 7 МГц. Получение идеальных форм колебаний стока основного усилителя основано на предположении, что результирующий ток активного устройства, работающего как переключатель, и его шунтирующего конденсатора содержат только компоненты постоянного тока, основной гармоники и второй гармоники, записанные как

Рис. 9.41. Схема усилителя мощности Biharmonic Class-E M .

(9,146) i (ωt) = I0 + I1Acosωt + I1Bsinωt + I2Acos2ωt + I2Bsin2ωt

, где ω — угловая основная частота, I 1A и I 1B квадратурные составляющие тока 9000 — основные составляющие тока 9000 , и I 2A и I 2B являются квадратурными составляющими тока второй гармоники соответственно. Шунтирующие конденсаторы на стоках транзисторов могут состоять из выходных емкостей устройства и внешних конденсаторов.

Для коэффициента заполнения 50%, когда переключатель выключен в течение 0 < ωt π , ток через переключатель i ( ωt ) = 0, а ток i C ( ωt ), протекающий через конденсатор C , полностью представляет ток i ( ωt ), указанный в уравнении. (9.146), воспроизводя напряжение на переключателе при зарядке этого конденсатора согласно

(9.147) v (ωt) = 1ωC∫0ωti (ωt) dωt.

Условия для оптимальной работы бигармонического класса E M с плавными колебаниями напряжения и тока, v ( ωt ) и i ( ωt ) и униполярным током переключения составляют

(9,148) i (ωt) | ωt = 0 = 0

(9,149) i (ωt) | ωt = π = 0

(9,150) v (ωt) | ωt = π = 0

(9,151) v (ωt) dωt | ωt = 0 = 0.

Подставляя уравнение. (9.146) в уравнение. (9.147) и применение граничных условий, заданных уравнениями (9.148) — (9.151), дает

(9.152) I1A = 0

(9,153) I1B = −π2I0

(9,154) I2A = −I0

(9,155) I2B = π4I0.

В результате нормализованная форма сигнала установившегося идеального коммутационного напряжения для периода 0≤ ωt < π и форма сигнала тока для периода π ωt <2 π равны

(9.156) i (ωt) I0 = 1 − π2sinωt + π4sin2ωt − cos2ωt

(9.157) v (ωt) Vdd = 2π (8ωt + 4πcosωt − πcos2ωt − 4sin2ωt − 3π)

84 , где V напряжение питания постоянного тока.

На рис. 9.42 ( b ) показаны нормализованные формы сигналов напряжения и тока переключения для идеализированной оптимальной бигармоники класса E M с подачей мощности второй гармоники. Из осциллограмм напряжения и тока на переключателе следует, что, когда транзистор включен, на переключателе нет напряжения и ток i ( ωt ), состоящий из составляющих постоянного тока, основной гармоники и инжектированной второй гармоники, протекает через Устройство. Однако, когда транзистор выключен, этот ток протекает через шунтирующую емкость C .Нет скачка в форме волны тока переключателя в момент выключения по сравнению с током переключателя, соответствующим классу E с шунтирующей емкостью, формы сигналов напряжения и тока которого показаны на рис. 9.42 ( a ). Однако пик-фактор напряжения выше в бигармоническом режиме класса E M , превышающем значение 4. Следует отметить, что введение гармонической составляющей более высокого порядка, как правило, увеличивает пик-фактор напряжения еще больше. Также нет решения для бигармонического режима класса E M с инжекцией третьей гармоники и скважностью 50%.Коэффициент пикового напряжения может превышать значение 7 для инжекции третьей гармоники с коэффициентом заполнения 33%. Формы сигналов напряжения и тока вспомогательного усилителя являются обычными формами сигналов, соответствующими режиму переключения класса E с шунтирующей емкостью.

Рисунок 9.42. Нормированные идеальные формы волны переключения ( a ) класса E с шунтирующей емкостью и ( b ) бигармонического класса E M с инжекцией мощности второй гармоники.

В бигармоническом режиме класса E M предполагается, что мощность постоянного тока P 0 = I 0 В dd равна примерно 75% выходной мощности нагрузки. P из доставлено в нагрузку, что дает

(9.158) I0Vcc = 34PoutVdd.

Полное сопротивление основной частоты сети нагрузки основного усилителя и полное сопротивление порта ввода второй гармоники вспомогательного усилителя можно определить с помощью анализа последовательностей Фурье форм сигналов напряжения и тока. В результате оптимальная шунтирующая емкость C и полное сопротивление сети Z = R + jX для основного усилителя в зависимости от напряжения питания постоянного тока В dd и выходной мощности P из записываются как

(9.159) C = 3π64PoutωVdd2

(9.160) R = 1289π2Vdd2Pout

(9.161) X = 32 (3π2-32) 9π3Vdd2Pout

при оптимальном импедансе порта впрыска Z inj

84 =
84 =
84 = jX ing для вспомогательного усилителя можно рассчитать из

(9,162) Rinj = 1289 (π2 + 16) Vdd2Pout

(9,163) Xinj = −16 (3π2 + 16) 9π (π2 + 16) Vdd2Pout.

Измеренная выходная мощность усилителя мощности на второй гармонике M класса E составила 13.2 Вт при общем PAE 85,2% на рабочей частоте 3,5 МГц. Введенная мощность при 2 f , необходимая для получения формы волны стока без скачков, была измерена как 29,8% от общей мощности постоянного тока основного усилителя вместо теоретического значения 25% из-за потерь резистивной мощности в реактивных компонентах, конечных коэффициентов качества под нагрузкой. последовательных фильтров и преобразования мощности гармоник в нелинейных емкостях устройства. Для достижения простой и точной конструкции усилителя мощности класса E M со схемами более высокого порядка можно применить процедуру численного расчета [24].

На рисунке 9.43 показано сравнение эффективности добавленной мощности для второй гармоники класса E M и классических усилителей мощности класса E в зависимости от нормализованного времени переключения транзистора τ с . Предполагается, что время переключения обратно пропорционально входной мощности привода. Графики были смоделированы для усилителей мощности с выходной мощностью 3,2 Вт на рабочей частоте 870 МГц с использованием устройства pHEMT с периферией затвора 0.5 мкм × 50 мм в основном усилителе. Пиковое значение PAE для бигармонического усилителя мощности класса E M на 3,3% ниже, чем у классического усилителя мощности класса E. Однако значение PAE для усилителя мощности класса E M изменяется всего на ± 2% для всех времен переключения от 6% до 30% периода, тогда как PAE для усилителя мощности класса E монотонно падает. от пикового значения до 73,5% от пикового значения для времени переключения 30% периода.

Рисунок 9.43. КПД по сравнению с временем переключения для усилителей мощности класса E M и класса E.

Номинальный ток, л.с., В | carlingtech.com

Рейтинг любого коммутатора Carling Technologies, одобренного агентством, будет указан на его основании. Номиналы переключателей Carling Technologies указаны по ампер , вольт и лошадиных сил (если применимо).

Электричество — это движение электронов от одного атома к другому.Поток электронов через электрический проводник называется электрическим током, который измеряется в ампер или ампер . Электрическое давление, необходимое для того, чтобы вызвать это движение, составляет , напряжение . Само по себе напряжение не течет по проводникам, а является силой, которая заставляет ток течь. Напряжение также называют электрическим потенциалом, потому что, если в проводнике присутствует напряжение, существует потенциал для протекания тока.

Двигатели рассчитаны на лошадиных сил, (л.с.) или доли лошадиных сил (1/4, 1/3, 1/2 и т. Д.).) Механически одна лошадиная сила (1 л.с.) равна 33 000 фунтов, перемещаемым на 1 фут за 1 минуту (или 33 000 фунт-футов в минуту). Одна лошадиная сила (1 л.с.) также равна 746 Вт электрической мощности.

Номинальное напряжение — это функция способности переключателя подавлять внутреннюю дугу, возникающую при размыкании контактов переключателя. Номинальное напряжение , указанное для коммутаторов Carling Technologies, представляет собой максимальное напряжение , допустимое для правильной работы коммутатора при номинальном токе.Номинальный ток ампер переключателя Carling — это максимальный ток в амперах, который переключатель может выдерживать непрерывно. Так, в приведенном ниже примере максимальный номинальный ток для этого переключателя при 250 вольт переменного тока (В переменного тока) составляет 10 ампер; Максимальный номинальный ток при 125 В переменного тока для того же переключателя составляет 15 А.

Переключатели, которые будут подвергаться высоким индуктивным нагрузкам, такие как двигатель переменного тока, часто будут иметь номинальную мощность лошадиных сил в дополнение к вольтам и амперам. Этот рейтинг отражает величину тока, которую могут выдержать контакты переключателя в момент включения устройства.Электродвигатель переменного тока потребляет в восемь раз больше рабочего тока при первом включении или в неподвижном состоянии при включенном питании (остановленный ротор). Переключатель в приведенном ниже примере рассчитан на использование с двигателем мощностью 3/4 л.с. при напряжении от 125 до 250 вольт переменного тока.

Типичный номинал переключателя Carling Technologies:
10A 250VAC
15A 125VAC
3 / 4HP 125-250VAC

AC / DC

Carling предлагает номинальное напряжение переключателя как переменного (переменного тока), так и постоянного (постоянного тока). Переменный или переменный ток — это электрический ток или напряжение, которое меняет направление потока через равные промежутки времени и имеет попеременно положительные и отрицательные значения, среднее значение которых за период времени равно нулю.Количество изменений (или циклов) этого значения в секунду составляет , частота . Частота измеряется в герцах (Гц). Чем больше циклов в секунду, тем выше частота. Электрическая «сеть» в Северной Америке основана на очень стабильной частоте 60 Гц. В большинстве европейских стран используется частота 50 Гц. Все номинальные значения переменного напряжения Carling Technologies указаны для 50/60 Гц, и все переключатели, одобренные агентством Carling Technologies, будут указывать конкретные номинальные значения переменного напряжения.

Постоянный или постоянный ток — это электрический ток или напряжение, которые могут иметь пульсирующие характеристики, но не меняют направление на противоположное.Его потенциал всегда одинаков по отношению к земле, а его полярность может быть положительной или отрицательной. Батарея — один из примеров источника постоянного тока.

A За номинальным значением переменного тока Carling следует «VAC», например, 125VAC — это 125VAC. За номинальными характеристиками Carling AC / DC следует только «V», без букв AC и DC. Например, номинальное значение 125 В будет считаться как 125 вольт переменного тока и 125 вольт постоянного тока.

Практическое правило округа Колумбия

Для тех переключателей, в которых указано только номинальное напряжение переменного тока, можно применить «Практическое правило постоянного тока» для определения максимального номинального постоянного тока переключателя.Это «правило» гласит, что максимальная сила тока на переключателе должна удовлетворительно работать до 30 вольт постоянного тока. Например, выключатель рассчитан на 10 А 250 В переменного тока; 15A 125VAC; 3 / 4HP 125–250 В переменного тока, вероятно, будет удовлетворительно работать при токе от 15 А до 30 В постоянного тока (В постоянного тока).

Виды нагрузок

Электрическая нагрузка — это количество электроэнергии, поставляемой или требуемой в любой конкретной точке или точках системы. Требование исходит от энергопотребляющего оборудования потребителей.Проще говоря, нагрузка — это то оборудование, которое вы включаете и выключаете.

Резистивные нагрузки в первую очередь обеспечивают сопротивление протеканию тока. Примеры резистивных нагрузок включают электрические нагреватели, плиты, духовки, тостеры и утюги. Если устройство должно нагреваться и не двигаться, скорее всего, это резистивная нагрузка.

Индуктивные нагрузки обычно представляют собой устройства, которые перемещаются и обычно включают в себя электрические магниты, такие как электродвигатель. Примеры индуктивных нагрузок включают в себя дрели, электрические миксеры, вентиляторы, швейные машины и пылесосы.Трансформаторы также создают индуктивные нагрузки.

Высокие пусковые нагрузки потребляют больше тока или силы тока при первом включении по сравнению с величиной тока, необходимой для продолжения работы. Примером высокой пусковой нагрузки является электрическая лампочка, которая при первом включении может потреблять в 20 или более раз превышающий нормальный рабочий ток. Это часто называют ламповой нагрузкой. Другими примерами нагрузок с высоким пусковым током являются импульсные источники питания (емкостная нагрузка) и двигатели (индуктивная нагрузка).

Рейтинги UL / CSA

Типичный номинальный ток UL / CSA — это одно значение, которое представляет индуктивные / резистивные нагрузки. Если указана номинальная мощность в лошадиных силах, это означает, что переключатель подходит для использования с нагрузками двигателя, которые рассчитаны на данную мощность. Если номинальная мощность в лошадиных силах не указана, переключатели проверяются на индуктивную / ненагруженную нагрузку при 75% коэффициента мощности.

Типичный пример рейтинга UL / CSA приведен ниже:
10A 250VAC
15A 125VAC
3 / 4HP 125-250VAC

Европейские рейтинги

Типичный европейский рейтинг различает резистивную и индуктивную нагрузки.Ниже приведен пример типичного европейского номинала:
16 (4) A 250 В ~ T85 µ

В этом примере 16 = сила тока резистивной нагрузки; (4) = сила тока индуктивной нагрузки; A = сила тока; 250 В = напряжение; ~ = AC; T85 = максимальная рабочая температура в градусах Цельсия; µ = микрозазор (<3 мм) одобрен.

Если между контактами переключателя в разомкнутом положении остается менее 3 мм воздушного зазора, может быть предоставлено разрешение на микрозазор (µ). Этот знак указывает на то, что коммутатор имеет общее одобрение применения с оговоркой, что другое устройство, такое как шнур и вилка, должно обеспечивать альтернативные средства отключения от основного источника питания.

Рейтинги L & T

Рейтинг «L» обозначает способность переключателя выдерживать начальные высокие характеристики броска тока лампы накаливания с вольфрамовой нитью только от переменного напряжения. Рейтинг «T» — это эквивалентная ламповая нагрузка для постоянного тока.

H Рейтинг

Рейтинг «H» означает неиндуктивное сопротивление. Рейтинги, перечисленные в информации о продуктах Carling Technologies, могут обозначаться символом «H» или словами «неиндуктивный» или «резистивный». Для переключателей, используемых в коммерческих духовках, обычно требуется рейтинг «H».

Номинальные параметры переключателя с подсветкой

Для выключателей с подсветкой с зависимыми лампами линейное напряжение должно соответствовать номинальному напряжению лампы. Например, если используется лампа постоянного тока на 6 В, то контакты переключателя должны выдерживать только линейное напряжение 6 В постоянного тока; Неоновая лампа на 125 В не должна использоваться на переключателях, управляющих переменным током 250 Вольт. Несоответствие этих двух значений может привести к тому, что срок службы лампы будет намного короче, чем ожидалось, или лампа перегорит, или ее характеристики будут более яркими, чем ожидалось.

Рабочая температура

Все коммутаторы, сертифицированные в Европе, имеют максимальную рабочую температуру 85 градусов по Цельсию, если не указано иное.Выключатели с номиналом T85, если они работают напрямую, не должны использоваться в приложениях, где температура исполнительного элемента, включая любое повышение температуры, превышает 85 градусов по Цельсию.

Если не указано иное, все переключатели, рассчитанные на североамериканские стандарты, имеют максимальную температуру материала 105 градусов по Цельсию.

транзисторов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 77

Приложения I: переключатели

Одно из самых фундаментальных применений транзистора — использовать его для управления потоком энергии к другой части схемы — используя его в качестве электрического переключателя.Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.

Транзисторные переключатели являются важными строительными блоками; они используются для создания логических вентилей, которые используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. Ниже приведены несколько примеров схем.

Транзисторный переключатель

Давайте посмотрим на самую фундаментальную схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:

Наш управляющий вход проходит в базу, выход привязан к коллектору, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.

В то время как для обычного переключателя требуется физическое переключение исполнительного механизма, этот переключатель управляется напряжением на базовом выводе. Вывод микроконтроллера ввода / вывода, как и на Arduino, может быть запрограммирован на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.

Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или какое бы там значение у вашего транзистора V th ), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0.6V транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это похоже на разрыв цепи между C и E.

Схема, приведенная выше, называется переключателем нижнего уровня , потому что переключатель — наш транзистор — находится на стороне низкого (заземления) цепи. В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:

Как и в схеме NPN, база — это наш вход, а эмиттер подключен к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер подключен к высокому уровню, а нагрузка подключена к транзистору со стороны земли.

Эта схема работает так же хорошо, как и коммутатор на основе NPN, но есть одно огромное отличие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать проблемы, особенно если высокое напряжение нагрузки (V CC — 12 В, подключенное к эмиттеру V E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа. Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с напряжением 5 В для выключения двигателя 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить выключатель , потому что V B (соединение с управляющим контактом) всегда будет меньше, чем V E .

Базовые резисторы!

Вы заметите, что каждая из этих схем использует последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без токоограничивающего резистора.

Напомним, что в некотором смысле транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем в прямом направлении диод база-эмиттер, чтобы включить нагрузку. Для включения диоду требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток.Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.

Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе . Узел база-эмиттер может получить свое счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничивать ток , но достаточно маленьким, чтобы питать базу достаточным током .Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но чтобы убедиться в этом, проверьте техническое описание транзистора.

Цифровая логика

Транзисторы можно комбинировать для создания всех наших основных логических вентилей: И, ИЛИ, и НЕ.

(Примечание: в наши дни полевые МОП-транзисторы с большей вероятностью будут использоваться для создания логических вентилей, чем биполярные транзисторы. Полевые МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)

Инвертор

Вот схема транзистора, которая реализует инвертор , или НЕ затвор:

Инвертор на транзисторах.

Здесь высокое напряжение на базе включает транзистор, который эффективно соединяет коллектор с эмиттером. Поскольку эмиттер напрямую подключен к земле, коллектор тоже будет (хотя он будет немного выше, где-то около V CE (sat) ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если на входе низкий уровень, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтянут до VCC

.

(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером .Подробнее об этом позже.)

И Ворота

Вот пара транзисторов, используемых для создания логического элемента И с двумя входами :

2-входной логический элемент И на транзисторах.

Если один из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то выходной сигнал схемы также высокий.

OR Выход

И, наконец, логический элемент ИЛИ с двумя входами :

Затвор ИЛИ с 2 входами, построенный на транзисторах.

В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включается и подтягивает выходной сигнал к высокому уровню. Если оба транзистора выключены, то через резистор выводится низкий уровень.

Н-образный мост

H-мост — это транзисторная схема, способная приводить двигатели как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как вперед на , так и на назад.

По сути, H-мост представляет собой комбинацию четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:

Вы можете догадаться, почему это называется H-образным мостом?

(Примечание: обычно у хорошо спроектированного H-моста есть нечто большее, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта.)

Если оба входа имеют одинаковое напряжение, выходы двигателя будут иметь одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.

H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:

Вход A Вход B Выход A Выход B Направление двигателя
0 0 1 1 Остановлено (торможение)
1 0 По часовой стрелке
1 0 0 1 Против часовой стрелки
1 1 0 торможение 0 0

Генераторы

Генератор — это схема, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением.Генераторы используются во всевозможных схемах: от простого мигания светодиода до генерации тактового сигнала для управления микроконтроллером. Есть много способов создать схему генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы.

Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух дополняющих осциллирующих сигналов.

Помимо двух транзисторов, конденсаторы являются настоящим ключом к этой схеме.Колпачки поочередно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора поочередно включаются и выключаются.

Анализ работы этой схемы — отличное исследование работы конденсаторов и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (сохраняется напряжение около V CC ), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого:

  • Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0 В. Это позволит C1 разряжаться через коллектор Q1.
  • Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор меньшего номинала — R4.
  • Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина будет подтянута примерно до 0,6 В, что включит Q2.
  • На этом этапе мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь танцуем в другую сторону.
  • Q2 включен, позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2.
  • Когда Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1.
  • Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в состояние, в котором мы начали.

Может быть трудно с головой окунуться. Вы можете найти еще одну отличную демонстрацию этой схемы здесь.

Выбирая конкретные значения для C1, C2, R2 и R3 (и сохраняя R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора:

Итак, при значениях для конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора будет около 1.5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду.


Как вы, наверное, уже заметили, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы почти не коснулись поверхности. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Пришло время увидеть больше примеров!



← Предыдущая страница
Режимы работы Импульсный источник питания

: преимущества использования и принцип работы | Статья

.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СТАТЬЯ


Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания — это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует два основных исполнения источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

  • Линейный: В линейных источниках питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества формы сигнала. В линейных источниках питания используются линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.
  • Коммутация: Импульсный источник питания — это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с конструкцией линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулировку напряжения. В схемах импульсных источников питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он исправляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в серию высокочастотных импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно снова фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

На протяжении многих лет линейные источники питания переменного / постоянного тока преобразуют мощность переменного тока из электросети в напряжение постоянного тока для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для мощных приложений означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они все еще необходимы из-за их низкого уровня шума. Но на смену им пришли импульсные источники питания, потому что они меньше, эффективнее и способны выдерживать большую мощность. На рисунке 1 показано общее преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) в импульсном источнике питания.

Рисунок 1: Изолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Выпрямление входа

Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала — это первый шаг в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока.

Принято считать, что постоянное напряжение — это прямая, непоколебимая линия постоянного напряжения, например, выходящая из батареи.Однако то, что определяет постоянный ток (DC), — это однонаправленный поток электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном направлении, но не обязательно постоянно.

Синусоидальная волна представляет собой наиболее типичную форму волны переменного тока, которая является положительной для первого полупериода, но отрицательной для остальной части цикла. Если отрицательный полупериод реверсируется или устраняется, то ток перестает меняться и становится постоянным. Этого можно добиться с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление может быть достигнуто с помощью пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоидальной волны с помощью диода (см. Рисунок 2) . Диод позволяет току течь через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рисунок 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления результирующая синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет эффективно обеспечивать питание устройств.Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется только четыре диода в мостовой конфигурации (см. Рисунок 3) . Такая конструкция поддерживает стабильное направление тока независимо от полярности входного напряжения.

Рисунок 3: Мостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но это все еще очень далеко от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств.Хотя это волна постоянного тока, ее использование для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией — уменьшение или устранение пульсаций имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самый простой и наиболее часто используемый метод уменьшения пульсаций — это использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. Рисунок 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, а затем снабжает нагрузку током до тех пор, пока его напряжение не станет меньше, чем сейчас нарастающая волна выпрямленного напряжения. Результирующая форма волны намного ближе к желаемой форме и может считаться постоянным напряжением без составляющей переменного тока. Эта форма окончательного напряжения теперь может использоваться для питания устройств постоянного тока.

Рисунок 4: Полномостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

Пассивное выпрямление использует полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей и является самым простым методом выпрямления волны переменного тока, но не самым эффективным.

Диоды — относительно эффективные переключатели; они могут быстро включаться и выключаться с минимальными потерями энергии. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют падение напряжения прямого смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы (см. Рисунок 5) . У этого есть два преимущества: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивление может быть произвольно малым и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения.Во-вторых, транзисторы представляют собой управляемые переключатели, что означает, что частоту переключения можно контролировать и, следовательно, оптимизировать.

Обратной стороной является то, что активные выпрямители требуют более сложных схем управления для достижения своей цели, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рисунок 5: Полномостовой активный выпрямитель

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Второй этап в конструкции импульсного источника питания — это коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи

PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рисунок 6: Осциллограммы напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы понаблюдаете за формой волны тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. Рисунок 6) , вы увидите, что зарядный ток течет через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, а именно с точки, где напряжение на входе конденсатор больше, чем заряд конденсатора до пика выпрямленного сигнала.Это вызывает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает значительную проблему не только для источника питания, но и для всей электросети из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут создавать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В схеме импульсного источника питания цель схемы коррекции коэффициента мощности — минимизировать эти гармоники путем их фильтрации.Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

  • Пассивные схемы коррекции коэффициента мощности состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях с большой мощностью, не могут соответствовать международным нормам по гармоническому шуму с использованием только пассивной коррекции коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
  • Активная коррекция коэффициента мощности изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением.Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что упрощает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует ли схема PFC или нет, последний этап преобразования мощности — это понижение выпрямленного постоянного напряжения до нужной величины для предполагаемого применения.

Поскольку форма входного сигнала переменного тока выпрямлена на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет коррекции коэффициента мощности, выходное напряжение постоянного тока выпрямителя будет около 320 В.Если есть активная схема PFC, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное постоянное напряжение 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показаны некоторые аспекты преобразователя и приложения, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

Изолированные источники питания переменного / постоянного тока Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока
Топология Обратный преобразователь Понижающий преобразователь
Безопасность Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя Возможные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность Трансформаторы увеличивают размер и вес Требуется только один индуктор, схема гораздо меньшего размера
КПД Потери в железе и меди трансформатора влияют на КПД Один индуктор намного эффективнее, чем целый трансформатор
Сложность Схема управления необходима как для

Таблица 1: Изолированные vs.Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока

При выборе метода понижения главное внимание уделяется безопасности.

Источник питания подключается к сети переменного тока на входе, что означает, что в случае утечки тока на выходе электрический ток такой степени может серьезно повредить или вызвать смерть, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть достигнута за счет магнитной изоляции входных и выходных цепей источника питания переменного / постоянного тока, подключенного к сети.Наиболее широко используемые схемы в изолированных источниках питания переменного / постоянного тока — это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. Рисунок 7) .

Рисунок 7. Обратный преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может быть постоянным напряжением. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменяющийся ток, чтобы передавать энергию от одной стороны трансформатора к другой через индуктивную связь.Следовательно, как обратный преобразователь, так и LLC-преобразователи «прерывают» входное постоянное напряжение в виде прямоугольной волны, которая может быть понижена с помощью трансформатора. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед выходом.

Обратные преобразователи в основном используются для приложений с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь представляет собой изолированный повышающий-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Обратный преобразователь работает аналогично повышающему преобразователю.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается вводом, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд в первичной катушке индуктивности передается на вторичную обмотку, которая вводит ток в цепь, питающую нагрузку.

Обратные преобразователи

относительно просты в проектировании и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения при принудительном включении и выключении транзистора произвольно (см. Рисунок 8).Это очень пагубно сказывается на жизненном цикле транзистора и приводит к значительным потерям мощности, особенно в приложениях с высокой мощностью, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные LLC-преобразователи чаще используются в приложениях с высокой мощностью. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра.В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности трансформатора (L), отсюда и название LLC-преобразователь.

Резонансные преобразователи

LLC предпочтительны для приложений с большой мощностью, поскольку они могут производить переключение при нулевом токе, также известное как мягкое переключение (см. Рисунок 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, сводя к минимуму потери переключения транзистора, что, в свою очередь, снижает электромагнитные помехи и повышает эффективность.К сожалению, за это улучшение рабочих характеристик приходится платить: сложно спроектировать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью MPS разработала специальный инструмент для проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Жесткое переключение (слева) в сравнении с потерями при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного / постоянного тока являются размер и вес входного трансформатора, который из-за низкой рабочей частоты (50 Гц) требует больших катушек индуктивности и магнитных сердечников, чтобы избежать насыщения. .

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, потому что высокочастотные сигналы генерируют меньше магнитных потерь в линейных трансформаторах. Уменьшение размеров входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не нужна изоляция трансформатора.Это обычно наблюдается в устройствах, к которым не нужно напрямую прикасаться пользователю, таких как освещение, датчики, IoT и т. Д., Потому что любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон, планшет или компьютер.

Это дает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью понижающего преобразователя высокого напряжения, также называемого понижающим преобразователем. Эту схему можно описать как инверсию повышающего преобразователя, описанного ранее.В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, создает напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению от источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда переключатель размыкается, катушка индуктивности высвобождает ток, протекающий через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, в то время как цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного / постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, поскольку полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. Рисунок 9) .Когда переключатель замкнут, напряжение на полевом МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить нормальный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рисунок 9: Неизолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока с активным PFC

Понижающие преобразователи

гораздо проще интегрировать, чем трансформаторы, поскольку требуется только один индуктор.Они также намного более эффективны при понижении напряжения с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен, потому что транзисторы и диоды почти не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери происходят от катушки индуктивности.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного / постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять множеством различных топологий преобразователей, таких как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжений до 700 В, то есть он предназначен для однофазных источников питания.У него также есть опция зеленого режима, в котором частота переключения и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность источника питания. На рисунке 10 показана типичная прикладная схема MP173A, в которой он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рисунок 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные источники питания переменного / постоянного тока

предлагают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными.Обратной стороной является то, что их схемы значительно сложнее, и они требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного / постоянного тока.

Резюме

Импульсные блоки питания

AC / DC в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование мощности происходит в три этапа:

  1. Входное выпрямление: в этом процессе напряжение сети переменного тока преобразуется в выпрямленную волну постоянного тока с помощью диодного моста.На выходе моста добавлен конденсатор для уменьшения напряжения пульсаций.
  2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе гармоническая составляющая тока довольно велика. Есть два способа решить эту проблему. Первый — это пассивная коррекция коэффициента мощности, использующая фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активным PFC, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма волны тока соответствовала форме входного напряжения.Активная коррекция коэффициента мощности — единственный метод проектирования преобразователя мощности, отвечающий современным стандартам размера и эффективности.
  3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолируется, когда вход и выход источника питания физически не соединены. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически изолируют две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. Д. Цепи управления для импульсных источников питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие Разработчики считают полезным использование интегрированных модулей в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий спектр модулей, которые могут упростить проектирование импульсных источников питания, таких как преобразователи мощности, контроллеры, выпрямители и т. Д.

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

электроники | Приборы, факты и история

Теоретические и экспериментальные исследования электричества в 18-19 веках привели к разработке первых электрических машин и началу широкого использования электричества. История электроники начала развиваться отдельно от истории электричества в конце XIX века с идентификации электрона английским физиком сэром Джозефом Джоном Томсоном и измерения его электрического заряда американским физиком Робертом А.Милликен в 1909 году.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Во время работы Томсона американский изобретатель Томас А. Эдисон наблюдал голубоватое свечение в некоторых из своих ранних лампочек при определенных условиях и обнаружил, что ток будет течь от одного электрода в лампе к другому, если второй (анодный) ) были заряжены положительно по отношению к первому (катоду). Работа Томсона и его учеников, а также английского инженера Джона Амброуза Флеминга показала, что этот так называемый эффект Эдисона был результатом испускания электронов из катода, горячей нити накала в лампе.Движение электронов к аноду, металлической пластине, представляет собой электрический ток, которого не существовало бы, если бы анод был отрицательно заряжен.

Это открытие дало толчок развитию электронных ламп, в том числе усовершенствованной рентгеновской трубки американского инженера Уильяма Д. Кулиджа и термоэмиссионного клапана (двухэлектродная вакуумная трубка) Флеминга для использования в радиоприемниках. Обнаружение радиосигнала, представляющего собой переменный ток очень высокой частоты (AC), требует, чтобы сигнал был выпрямлен; я.е., переменный ток должен быть преобразован в постоянный ток (DC) устройством, которое проводит только тогда, когда сигнал имеет одну полярность, но не когда он имеет другую — именно то, что сделал клапан Флеминга (запатентованный в 1904 году). Ранее радиосигналы регистрировались различными эмпирически разработанными устройствами, такими как детектор «кошачьих усов», который состоял из тонкой проволоки (усов), тонко контактирующей с поверхностью природного кристалла сульфида свинца (галенита) или какого-либо другого полупроводниковый материал.Эти устройства были ненадежными, не обладали достаточной чувствительностью и требовали постоянной регулировки контакта усов с кристаллом для получения желаемого результата. Тем не менее, это были предшественники современных твердотельных устройств. Тот факт, что кристаллические выпрямители вообще работают, побудил ученых продолжить их изучение и постепенно получить фундаментальное понимание электрических свойств полупроводниковых материалов, необходимое для создания транзистора.

В 1906 году американский инженер Ли Де Форест разработал тип вакуумной лампы, способной усиливать радиосигналы.Де Форест добавил сетку из тонкой проволоки между катодом и анодом двухэлектродного термоэмиссионного клапана, сконструированного Флемингом. Таким образом, новое устройство, которое Де Форест назвал Audion (запатентовано в 1907 году), представляло собой трехэлектродную вакуумную лампу. Во время работы на анод в такой вакуумной лампе подается положительный потенциал (положительно смещенный) по отношению к катоду, в то время как сетка смещена отрицательно. Большое отрицательное смещение на сетке не позволяет электронам, испускаемым катодом, достигать анода; однако, поскольку сетка в основном представляет собой открытое пространство, меньшее отрицательное смещение позволяет некоторым электронам проходить через нее и достигать анода.Таким образом, небольшие изменения потенциала сетки могут контролировать большие величины анодного тока.

Электронная лампа позволила разработать радиовещание, междугородную телефонию, телевидение и первые электронные цифровые компьютеры. Эти ранние электронные компьютеры были, по сути, крупнейшими системами на электронных лампах, когда-либо созданными. Возможно, самым известным представителем является ENIAC (электронный числовой интегратор и компьютер), построенный в 1946 году.

Особые требования, предъявляемые к различным сферам применения электронных ламп, привели к многочисленным улучшениям, позволяющим им обрабатывать большие объемы энергии, работать на очень высокие частоты, имеют надежность выше среднего или должны быть очень компактными (размером с наперсток).Электронно-лучевая трубка, первоначально разработанная для отображения электрических сигналов на экране для инженерных измерений, превратилась в телевизионную кинескоп. Такие трубки работают, формируя электроны, испускаемые катодом, в тонкий пучок, который падает на флуоресцентный экран на конце трубки. Экран излучает свет, который можно увидеть снаружи трубки. Отклонение электронного луча вызывает появление на экране световых узоров, создающих желаемые оптические изображения.

Несмотря на выдающийся успех твердотельных устройств в большинстве электронных приложений, существуют определенные специализированные функции, которые могут выполнять только электронные лампы.Обычно они связаны с работой на предельной мощности или частоте.

Вакуумные лампы хрупкие и в конечном итоге изнашиваются в процессе эксплуатации. Отказ возникает при нормальном использовании либо в результате многократного нагрева и охлаждения при включении и выключении оборудования (термическая усталость), что в конечном итоге приводит к физическому разрушению в некоторой части внутренней структуры трубы, либо в результате ухудшения свойств катод остаточными газами в трубке. Вакуумным лампам также требуется время (от нескольких секунд до нескольких минут), чтобы «нагреться» до рабочей температуры — в лучшем случае неудобство, а в некоторых случаях — серьезное ограничение их использования.Эти недостатки побудили ученых Bell Laboratories искать альтернативу вакуумной лампе и привели к разработке транзистора.

Как работают реле? — Объясни это!

Как работают реле? — Объясни это! Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 августа 2020 г.

Вы можете этого не осознавать, но вы постоянно настороже, остерегаетесь угроз, готовы действовать в любой момент.Миллионы лет эволюции заставили ваш мозг спасти вашу кожу, когда малейшая опасность угрожает вашему существованию. Если вы используете силу инструмент, например, и крошечная щепа летит к вашему глазу, один из ваши ресницы отправят сигнал в ваш мозг, который заставит вас веки закрываются в мгновение ока — достаточно быстро, чтобы защитите свое зрение. Здесь происходит то, что крошечный стимул вызывает гораздо больший и полезный отклик. Вы можете найти тот же трюк работает во всех видах машин и электрических приборы, где датчики готовы включить или за доли секунды с помощью умных магнитных переключателей, называемых реле.Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

На фото: типичное реле со снятым пластиковым корпусом. Вы можете увидеть два пружинных контакта слева и катушку электромагнита (красно-коричневый цилиндр медного цвета) справа. В этом реле, когда через катушку протекает ток, он превращает ее в электромагнит. Магнит толкает переключатель влево, сжимая пружинные контакты вместе и замыкая цепь, к которой они прикреплены. Это реле электронного программатора погружного нагревателя горячей воды.Электронная схема в программаторе включает или выключает магнит в заранее запрограммированное время дня, используя относительно небольшой ток. Это позволяет намного большему току проходить через пружинные контакты для питания элемента, который нагревает горячую воду.

Что такое реле?

Рисунок: Если бы реле были собаками: Предположим, у вас есть огромная свирепая собака, которая так крепко спит, что никогда не просыпается, когда он услышал шум. В качестве сторожевой собаки это было бы бесполезно! Но что, если вы купите еще и маленькую, очень бдительную собаку? Если маленькая собака услышал шум, он начал лаять и разбудил большую собаку, которая затем могла атаковать злоумышленника.Так работают реле: они используйте небольшой электрический ток, чтобы вызвать гораздо больший.

Реле — это электромагнитный переключатель, управляемый относительно небольшой электрический ток, который может включать или выключать гораздо более мощный электрический Текущий. Сердце реле — электромагнит (катушка с проводом, которая становится временный магнит, когда через него проходит электричество). Вы можете думать о реле как своего рода электрический рычаг: включите его слабым током, и он включает («усиливает») другой прибор используя гораздо больший ток.Почему это полезно? Как имя предполагает, что многие датчики являются невероятно чувствительными частями электронное оборудование и производят только небольшие электрические токи. Но часто они нужны нам для управления более крупными устройствами, которые используют большие токи. Реле перекрывают разрыв, позволяя токи, чтобы активировать более крупные. Это означает, что реле могут работать как переключатели. (включение и выключение) или как усилители (преобразование малых токи в более крупные).

Как работают реле

Вот две простые анимации, иллюстрирующие, как реле используют одну цепь для включения второй цепи.

Когда мощность протекает через первую цепь (1), она активирует электромагнит (коричневый), генерируя магнитное поле (синее), которое притягивает контакт (красный) и активирует вторую цепь (2). При отключении питания пружина возвращает контакт в исходное положение, снова отключая вторую цепь.

Это пример «нормально разомкнутого» (NO) реле: контакты во второй цепи по умолчанию не подключены и включаются только тогда, когда через магнит протекает ток.Другие реле являются «нормально замкнутыми» (NC; контакты соединены так, что через них по умолчанию течет ток) и отключаются только тогда, когда срабатывает магнит, растягивая или раздвигая контакты. Наиболее распространены нормально разомкнутые реле.

Вот еще одна анимация, показывающая, как реле связывает две цепи. все вместе. По сути, это то же самое, но немного по-другому. Слева — входная цепь, питаемая от переключателя. или какой-то датчик. Когда этот контур активирован, он питает ток к электромагниту, который замыкает металлический выключатель и активирует вторую, выходную цепь (с правой стороны).Относительно небольшой ток во входной цепи, таким образом, активирует больший ток в выходная цепь:

  1. Входная цепь (синяя петля) отключена, и ток не течет через нее, пока что-то (датчик или замыкание переключателя) не включит ее. Выходная цепь (красная петля) также отключена.
  2. Когда во входной цепи протекает небольшой ток, он активирует электромагнит (показанный здесь темно-синей катушкой), который создает вокруг него магнитное поле.
  3. Электромагнит, находящийся под напряжением, притягивает к себе металлический стержень в выходной цепи, замыкая переключатель и позволяя гораздо большему току проходить через выходную цепь.
  4. Выходная цепь управляет сильноточным прибором, таким как лампа или электродвигатель.
Рекламные ссылки

Реле на практике

Фото: Еще один взгляд на реле. Вверху: Если смотреть прямо вниз, вы можете увидеть пружинные контакты слева, механизм переключения посередине и катушку электромагнита справа.Внизу: то же реле, снятое спереди.

Предположим, вы хотите построить систему охлаждения с электронным управлением. система, которая включает или выключает вентилятор в зависимости от температуры в помещении изменения. Вы можете использовать какую-то схему электронного термометра, чтобы почувствовать температуру, но он будет производить только небольшие электрические токи — слишком малы, чтобы приводить в действие электродвигатель в большой большой поклонник. Вместо этого вы можете подключить цепь термометра к входная цепь реле. Когда в этом цепь, реле активирует свою выходную цепь, пропустить гораздо больший ток и включить вентилятор.

Реле не всегда включаются; иногда вместо этого они очень услужливо выключают. В Например, для оборудования электростанций и линий электропередачи вы найдете защитных реле , которые срабатывают при возникновении неисправностей, чтобы предотвратить повреждение от таких вещей, как скачки тока. Когда-то для этой цели широко применялись электромагнитные реле, подобные описанным выше. В наши дни электронные реле на основе интегральных схем вместо этого выполняют ту же работу; они измеряют напряжение или ток в цепи и автоматически принимают меры, если они превышают заданное значение. предел.

Реле прочие

На фото: четыре старомодных реле максимальной токовой защиты на устаревшей силовой подстанции в 1986 году, незадолго до ее сноса. Фото любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

До сих пор мы рассматривали переключающие реле очень общего назначения, но существует довольно много вариантов эта основная тема, включая (и это далеко не исчерпывающий список):

  • Реле высокого напряжения: они специально разработаны для коммутации высоких напряжений и токов. значительно превышает возможности обычных реле (обычно до 10 000 вольт и 30 ампер).
  • Электронные и полупроводниковые реле (также называемые твердотельными реле или SSR): переключают токи полностью электронными, без движущихся частей, поэтому они быстрее, тише, меньше, надежнее, и служат дольше, чем электромагнитные реле. К сожалению, они обычно дороже, меньше эффективны и не всегда работают так чисто и предсказуемо (из-за таких проблем, как токи утечки).
  • Реле таймера и задержки: они запускают выходные токи на ограниченный период времени (обычно от доли секунды до примерно 100 часов или четырех дней).
  • Тепловые реле: они включаются и выключаются, чтобы останавливать такие вещи, как электродвигатели, от перегрева, что-то вроде биметаллических ленточных термостатов.
  • Реле максимального тока и направленные реле: настроенные по-разному, они предотвращают протекание чрезмерных токов в неправильном направлении по цепи (обычно в оборудовании для выработки электроэнергии, распределения или снабжения).
  • Реле дифференциальной защиты: срабатывают при несимметрии тока или напряжения в двух разных частях цепи.
  • Реле защиты по частоте (иногда называемые реле понижения и повышения частоты): эти твердотельные устройства срабатывают, когда частота переменного тока слишком высокая, слишком низкая или и то, и другое.

Кто изобрел реле?

Фото: Реле широко использовались для коммутации и маршрутизации вызовов на телефонных станциях. например, этот, сделанный в 1952 году. Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Реле были изобретены в 1835 году пионером американского электромагнетизма. Джозеф Генри; на демонстрации в колледже Нью-Джерси, Генри использовал небольшой электромагнит, чтобы включать и выключать более крупный, и предположил, что реле можно использовать для управления электрическими машинами на очень больших расстояниях.Генри применил эту идею к другому изобретению, над которым он работал в то время, электрическому телеграфу (предшественнику телефона), который был успешно разработан Уильямом Куком и Чарльзом Уитстоном в Англии и (гораздо более знаменитым) Сэмюэлем Ф. Соединенные Штаты. Позднее реле использовались в телефонной коммутации и первых электронных компьютерах и оставались чрезвычайно популярными до появления транзисторов в конце 1940-х годов; по словам Бэнкрофта Герарди, в ознаменование 100-летия работы Генри по электромагнетизму, к тому времени только в Соединенных Штатах работало около 70 миллионов реле.Транзисторы — это крошечные электронные компоненты, которые могут выполнять ту же работу, что и реле, работая как усилители или переключатели. Хотя они переключаются быстрее, потребляют гораздо меньше электроэнергии, занимают небольшую часть места и стоят намного меньше, чем реле, они обычно работают только с небольшими токами, поэтому реле все еще используются во многих приложениях. Именно разработка транзисторов стимулировала компьютерную революцию с середины 20 века. Но без реле не было бы транзисторов, поэтому реле — и такие пионеры, как Джозеф Генри — тоже заслуживают похвалы!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Другие сайты

  • Электромеханическое реле Джозефа Генри: краткое описание того, как Джозеф Генри изобрел реле в 1835 году.
  • Генри как пионер электротехники Бэнкрофта Герарди, Bell Systems Technical Journal, июль 1932 г. Эта интересная историческая статья из архивов Bell была опубликована в ознаменование столетия электрических открытий Джозефа Генри. Он дает прекрасное представление о важности Генри и о том, как он при своей жизни помог «подключить» мир к электричеству.

Видео

  • Как сделать реле: довольно простое 2,5-минутное видео-руководство покажет вам, как намотать собственные электромагниты и установить их на плату, чтобы создать собственное самодельное реле.
  • Как работает автомобильное реле: это короткое и простое видеообъяснение расскажет вам о том, что я объяснил выше. То же объяснение, немного другие слова.

Книги

Простые практичные руководства
  • СДЕЛАТЬ: Электроника Чарльза Платта. Maker Media, 2015. Эксперимент 7 по исследованию реле — отличное практическое введение. Вы можете открыть реле и поэкспериментировать с его внутренними механизмами!
  • Свидетель: Электроника Роджера Бриджмена.New York: DK, 2007. (Для младших читателей в возрасте 9–12 лет. Включает историю, науку и технологии.)
  • «Телефонные проекты для злого гения» Томаса Петруцеллиса. McGraw-Hill Professional, 2008. (Включает некоторые цепи, в которых используются реле.)
Подробные технические книги
    Электрические реле
  • : принципы и применение Владимира Гуревича. CRC Press, 2018. После открытия краткой истории реле эта книга проведет нас через магнитные принципы, работа релейных контактов, внешний вид и особенности упаковки, а также сопутствующие устройства, такие как герконы.В последующих главах рассматриваются варианты основных реле, включая реле высокого напряжения, тепловые реле и реле времени.
  • Свидетель: Электроника Роджера Бриджмена. New York: DK, 2007. (Для младших читателей в возрасте 9–12 лет. Включает историю, науку и технологии.)
  • «Телефонные проекты для злого гения» Томаса Петруцеллиса. McGraw-Hill Professional, 2008. (Включает некоторые цепи, в которых используются реле.)
История науки

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Реле. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howrelayswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Сравнение аналогового переключателя и цифровых переключателей

Интегральные микросхемы аналогового переключателя (ИС), когда они включены, будут передавать как аналоговые, так и цифровые сигналы от входного контакта к выходному контакту. Цифровые переключатели могут принимать только цифровые сигналы и дублируют логического уровня на входном контакте на выходном контакте.Когда цифровой переключатель выключен, он возвращается в логическое состояние по умолчанию.

Длинная версия

Аналоговый переключатель действует как твердотельное реле (т.е. без движущихся частей). Аналоговые переключатели также могут изолировать устройства на их клеммах, когда аналоговый переключатель находится в положении ВЫКЛ. Когда они включены, они проводят как аналоговые, так и цифровые сигналы, независимо от направления, в котором идет сигнал. Вход управления переключателем для обоих типов переключателей обычно представляет собой вход цифрового сигнала (называемый входом выбора), хотя другие управляющие триггеры могут использоваться для упрощения реализации конкретных приложений.

Аналоговые переключатели могут пропускать или изолировать как аналоговые, так и цифровые сигналы, но цифровые переключатели могут пропускать или изолировать только линии цифровых сигналов. Оба используются вместо механических переключателей для удобства, надежности и их небольшого размера по сравнению с механическими переключателями.

Есть некоторые ограничения на сигналы, которые могут передаваться обоими типами переключателей. Аналоговые переключатели имеют ограничение по частотной характеристике из-за емкости канала. (Изменение уровня сигнала может быть вызвано, например, паразитной емкостью на высоких частотах.) Для цифровых переключателей существует максимальная частота, которая может подаваться на вход цифрового переключателя, после чего состояние выхода переключателя больше не будет надежно следовать за входом. Рассчитайте скорость передачи вашего цифрового сигнала, отметив скорость нарастания и спада цифрового сигнала. Вы также должны учитывать любую задержку с момента изменения управляющего сигнала цифрового переключателя (который активирует переключатель) до момента, когда он впоследствии включает выход. (Ожидайте увидеть изменение времени нарастания и спада в зависимости от различных условий.) Ограничения обоих типов переключателей указаны в таблице данных коммутатора.

Оба типа переключателей обычно производятся в виде интегральных схем, часто в корпусах с несколькими (отдельными) переключателями. Мультиплексоры также являются коммутаторами, но действуют больше как железнодорожный вокзал с несколькими поездами, подающимися через железнодорожные стрелочные переводы на один путь, и это отдельная тема.

Аналоговые переключатели

Остальная часть статьи касается аналоговых переключателей. Для аналоговых переключателей переключающая часть устройства состоит из пары транзисторов.На рисунке 1 транзисторы представляют собой полевые МОП-транзисторы; один — P-канальный MOSFET, а другой — N-канальный. МОП-транзисторы являются идеальными переключающими устройствами и часто используются в силовых приложениях.

Рисунок 1: Внутренняя конструкция типичного аналогового переключателя с параллельными полевыми МОП-транзисторами с n- и p-каналами. (Источник: Maxim Integrated)

.

Твердотельные переключатели намного меньше механических устройств. Они быстры, просты в использовании и потребляют меньше энергии, чем реле или другие переключатели с электрическим управлением.Однако ни один переключатель не идеален в реальной жизни. Идеальный переключатель будет передавать сигнал без каких-либо изменений сигнала. Однако настоящие аналоговые переключатели будут генерировать шум от земли и демонстрировать задержку распространения. Все проблемы с общими параметрами будут присутствовать с твердотельными аналоговыми переключателями; например, сопротивление сток-исток в открытом состоянии, которое является общим параметром при переключении полевых МОП-транзисторов, будет присутствовать при переключении в аналоговом переключателе. Одним из недостатков полевых МОП-транзисторов является то, что они на самом деле не идеальны; одним из недостатков является сопротивление, связанное с включением полевого МОП-транзистора.R ON , или более конкретно RDS (вкл.), Представляет собой полное сопротивление на пути от истока к стоку и состоит из серии сопротивлений, которые пересекают путь прохождения тока через переключатель MOSFET. RDS (вкл.) Является основой для максимального номинального тока полевого МОП-транзистора, а также связано с потерей тока, поэтому более низкое RDS (вкл.) Является предпочтительным.

Такие проблемы, как входная емкость и сопротивление в открытом состоянии, могут вызвать вносимые потери (потерю мощности из-за вставки в линию передачи) и гармонические искажения.Однако такие проблемы довольно типичны для электронных схем, и аналоговые переключатели не защищены.

Приложения для аналоговых переключателей

Аналоговые коммутаторы чаще всего используются для коммутации аудио и видео (A / V) сигналов, передачи A / V данных, маршрутизации телекоммуникационных сетей и изоляции / защиты интерфейсов.

Выбор аналогового переключателя

При выборе аналогового переключателя вам нужно знать несколько вещей, чтобы сузить выбор в соответствии со спецификациями:

  • Какой диапазон напряжения питания доступен для питания ИС аналогового переключателя? (R ON уменьшается с увеличением напряжения питания.[i])
  • Каковы уровни управляющего сигнала для включения и выключения аналогового переключателя? Во многих приложениях переключателем управляет цифровой выход из другой области. Уровни напряжения переключателя (для включения / выключения) должны быть совместимы с управлением переключателем (или выбором входа).
  • Какое максимальное допустимое искажение сигнала? Полный коэффициент гармонических искажений (THD) — это измерение линейности переключателя. R ON вносит наибольший вклад в THD.
  • Каковы максимальная и минимальная амплитуды сигнала, проходящего через аналоговый переключатель?
  • Если у вас система с одним питанием (напряжением), выберите аналоговый переключатель с одним питанием, если это вообще возможно. (У него будет только один вывод питания положительного напряжения, а не выводы положительного и отрицательного напряжения питания.)
  • Время включения (t ON ) и выключения (t OFF ) указывает, сколько времени требуется для срабатывания. Это время должно быть в миллисекундах или меньше, если вы хотите избежать слышимых щелчков при переключении звуковых сигналов.Значения времени переключения t ON и t OFF также важны по отношению друг к другу.
    • «Разрыв перед замыканием» (BBM): Если t ON > t OFF , то аналоговый переключатель произведет коммутационное действие «размыкание перед замыканием». То есть первый набор контактов разомкнется (разомкнется) до того, как будут задействованы (замкнуты) новые контакты, что предотвратит мгновенное соединение старого и нового трактов прохождения сигнала. Это может быть критичным в некоторых приложениях, особенно когда необходимо избежать даже кратковременного короткого замыкания.BBM гарантирует, что два пути не будут электрически соединены, когда вход выбора изменяет путь прохождения сигнала.
    • Замыкание перед размыканием (MBB): MBB (когда t ON OFF ) описывает условие, позволяющее избежать одновременного размыкания обоих переключателей. Замыкание перед размыканием гарантирует отсутствие разрыва цепи; пути сигнала не открываются, когда выбранный вход меняет состояние.
  • Более низкое сопротивление в открытом состоянии (R ON ) более желательно, поскольку R ON способствует ухудшению качества сигнала.
  • ВЫКЛ. Изоляция — это мера импеданса выключателя в выключенном состоянии.
  • Проход
  • означает способность переключателя блокировать сигналы, когда он находится в выключенном состоянии. На высоких частотах паразитная емкость может вызвать передачу сигнала через переключатель, так что он будет казаться включенным.

Несколько производителей полупроводников предлагают множество аналоговых переключателей и имеют руководства по выбору, которые могут помочь сузить круг выбора до наилучшего. Основными производителями аналоговых переключателей являются Maxim Integrated, Analog Devices, Microchip, Texas Instruments, IDT, ON Semiconductor, Vishay, ST Microelectronics, Intersil, NXP, ROHM Semiconductor и другие.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *