Site Loader

Содержание

Как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра.

Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора. Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В. Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт.

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть.

Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

  • Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
  • Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
  • Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
  • Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
  • Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
  • Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Действие стабилитрона

Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном. Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении. Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться.

Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему.

В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта.

Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него.

На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В.

Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1. Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора. В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания.

В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы.

Заключение

Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников.

Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах. Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными. Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов.

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки


Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения:
— параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне;
– последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Полупроводниковый стабилитрон —  (другое название – диод Зенера)  предназначен для стабилизации постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора он выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах ему отводится только роль источника опорного напряжения.

Один из внешних видов и обозначение стабилитрона:

Как работает стабилитрон

Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом а катод с плюсом источника питания – Uобр). При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – Iобр.
При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси Uобр), но при некотором напряжении Uобр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения. В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (

ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси Iобр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (Uст min) и ток стабилизации минимальный (Iст min).
При дальнейшем увеличении Uобр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (Uст max)  и ток стабилизации максимальный (Iст max). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.

Режим стабилизации стабилитрона может быть в широких пределах, поэтому в документации на стабилитроны указывают допустимые минимальные и максимальные значения токов (Iст min и Iст max) и напряжений стабилизации (Uст min и Uст max). Внутри этих диапазонов лежат выбранные производителем номинальные значенияIст и Uст. Номинальный ток стабилизации обычно устанавливается производителями на уровне 25%-35% от максимального, а номинальное значение напряжения стабилизации как среднее от максимального и минимального.

Для примера можно воспользоваться программой  “TBFEdit”  – справочник по радиодеталям“ и воочию посмотреть какие характеристики приводятся в справочниках по стабилитронам:

К примеру стабилитрон Д814Г:
— номинальный ток стабилизации (Iст)= 5 мА;
– номинальное напряжение стабилизации (Uст)= (от 10 до 12 вольт)= 11 вольт;
– максимальный ток стабилизации (Iст max)= 29 мА.
Эти данные нам будут необходимы при расчетах простейшего стабилизатора напряжения.

Если вы не смогли найти нужный наш родной, советский, стабилитрон, то можно используя, к примеру программу, Color And Code, подобрать по нужным параметрам буржуйский аналог:

Как видите, стабилитрон Д814Г легко можно заменить аналогом – BZX55C11 (у которого характеристики даже немного получше)

Ну а теперь рассмотрим параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне применяется в слаботочных устройствах (несколько миллиампер) и представляет собой делитель напряжения (на резисторе R – балластный резистор и стабилитроне VD – который выполняет роль второго резистора) на вход которого подается нестабильное  напряжение  а выходное напряжение снимается с нижнего плеча делителя. При повышении (понижении) входного напряжения внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается (увеличивается), что позволяет удерживать выходное напряжение на заданном уровне. На балластном резисторе падает разница между входным напряжением питания и напряжением стабилизации стабилитрона.

Рассмотрим схему данного (самого простейшего) стабилизатора напряжения:

Как рассчитать параметры такого стабилизатора. Первое и самое главное, что нужно запомнить:

Для нормальной работы схемы ток через стабилитрон должен в несколько раз (3-10 раз) превышать ток в стабилизируемой нагрузке. Практически, так-как номинальный ток стабилизации стабилитрона в несколько раз меньше максимального, то допускается при расчетах считать, что ток нагрузки не должен превышать номинального тока стабилизации.
К примеру: ток потребляемый нагрузкой составляет 10 мА, значит нам необходимо подобрать такой стабилитрон, чтобы его номинальный ток стабилизации не был меньше 10 мА (лучше конечно, если он будет больше).

Расчет параллельного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Дано:
Uвх – входное напряжение = 15 вольт
Uвых – выходное напряжение (напряжение стабилизации) = 11 вольт

Расчет:
1. По справочнику, приведенному выше, определяем, что для наших целей подходит стабилитрон Д814Г:
Uст (10-12в)= 11 вольт
Iст max= 29 мА
Iст номинальный = 5 мА
Исходя из сказанного выше, определяемся, что ток нагрузки не должен превышать Iст номинального – 5 мА
2. Определяем напряжение падения на балластном резисторе (R) как разность входного и выходного стабилизированного напряжения:
Uпад=Uвх – Uвых=15-11= 4 вольта
3. Используя закон Ома, определяем номинал балластного сопротивления R, деля напряжение падения Uпад на Iст стабилитрона:
R= Uпад/Iст= 4/0,005= 800 Ом
Так как резисторов номиналом 800 Ом нет, берем ближайший больший номинал – R=1000 Ом= 1 кОм
4. Определяем мощность балластного резистора R:
Pрез= Uпад*Iст= 4*0,005= 0,02 ватта
Так как через резистор протекает не только ток стабилизации стабилитрона но и ток потребляемый нагрузкой, то полученное значение увеличиваем минимум в 2 раза:
Pрез= 0,004*2= 0,008 ват, что соответствует ближайшему номиналу = 0,125 ватт.

Что делать если вы не нашли стабилитрон с нужным напряжением стабилизации.
В этом случае можно применить последовательное соединение стабилитронов. К примеру, если мы соединим последовательно два стабилитрона Д814Г, то напряжение стабилизации составит 22 вольта (11+11). Если соединим Д814Г и Д810 то получим напряжение стабилизации 20 вольт (11+10).
Допускается любое число последовательного соединения стабилитронов одной серии (как в примере – Д8**).
Последовательное соединение стабилитронов разной серии допускается только в том случае, если рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой использованной серии.

Что делать, если в приведеном выше примере, ток нагрузки составляет к примеру не 5 а 25 мА?
Можно конечно все так и оставить, так как максимальный ток стабилизации (Iст max) Д814Г равен 29 мА, единственное придется пересчитать мощность балластного резистора. Но в этом случае стабилитрон будет работать на пределе своих возможностей и у вас не будет никаких гарантий, что он не выйдет из строя.
А что делать если ток нагрузки составляет, к примеру, 50 мА?


 

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе – это по сути параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключенный ко входу эммитерного повторителя.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона за счет падения напряжения на переходе база-эммитер транзистора (для кремниевых транзисторов – около 0,6 вольт, для германиевы – окло 0,25 вольт), что нужно учитывать при выборе стабилитрона.
Эммитерный повторитель (он же – усилитель тока) позволяет увеличить максимальный ток стабилизатора напряжения по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне в β (h21э) раз (где β (h31э) – коэффициент усиления по току данного транзистора, берется наименьшее значение).

Схема последовательного стабилизатора на биполярном транзисторе:

Так-как данный стабилизатор состоит из двух частей – источник опорного напряжения (он же параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне) и усилителя тока на транзисторе (он же эммитерный повторитель), то расчет такого стабилизатора производится аналогично выше приведенному примеру.
Единственное отличие:
— к примеру нам надо получить ток нагрузки 50 мА, тогда выбираем транзистор с коэффициентом усиления β (h21э) не менее 10 (β (h21э)=Iнагрузки/Iст=50/5=10
– мощность балластного резистора рассчитываем по формуле: Ррез=Uпад*(Iст+Iнагрузки)

Ток нагрузки можно увеличить еще в несколько раз, если применить схему с составным тразистором (два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи):



Вот, в принципе, и все.

Параметрические стабилизаторы с повышенной нагрузочной способностью

 

Типовые схемы параметрических стабилизаторов обеспечивают приемлемые параметры только при достаточно малых тока нагрузки (не более \({0,5…1} \cdot I_{ст max}\)). Для питания более мощных цепей требуются дополнительные меры.

Может показаться, что проблема разрешима при параллельном включении нескольких однотипных стабилитронов на выходе стабилизатора. Однако делать это недопустимо, поскольку из-за разброса параметров стабилитроны будут работать в существенно различающихся режимах. В крайнем случае можно применить стабилитрон с большей мощностью. Если же таким образом повысить ток нагрузки до требуемого уровня не удается, то можно применить дополнительный транзистор, включенный по схеме эмиттерного повторителя (рис. 3.5-6).

 

Рис. 3.5-6. Параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем

 

В такой схеме максимально допустимый ток нагрузки повышается в \(h_{21э}\) раз (\(h_{21э}\) — статический коэффициент усиления тока базы транзистора). Значение резистора \(R1\) (балластный резистор) должно подбираться в зависимости от конкретного тока нагрузки (\(I_{н max} = I_{VT1} \cdot h_{21э} – I_{ст min} \cdot h_{21э}\)). Резистор \(R2\) обеспечивает нормальный режим работы транзистора при малых токах. Выходное напряжение стабилизатора равно: \(U_{вых} = U_{ст} – U_{б-э}\), где \(U_{ст}\) — напряжение стабилизации применяемого стабилитрона, \(U_{б-э}\) — напряжение на эмиттерном переходе транзистора. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора при включении эмиттерного повторителя не увеличивается.

Чтобы увеличить коэффициент стабилизации (в 5…10 раз) необходимо обеспечить постоянство тока стабилитрона при изменениях входного напряжения стабилизатора. Для этого балластный резистор заменяют источником тока. На рис. 3.5‑7 приведена схема стабилизатора с источником тока на биполярном транзисторе, а на рис. 3.5‑8 схемы стабилизаторов с эмиттерным повторителем и источником тока на полевом транзисторе.

 

Рис. 3.5-7. Параметрический стабилизатор с источником тока

 

Рис. 3.5-8. Параметрические стабилизаторы с эмиттерным повторителем и источником тока

 

Если в стабилизаторе, схема которого приведена на рис. 3.5-8а выбрать \(R1 = 0\), то допустимый ток нагрузки достигнет максимального значения. Однако при этом несколько снижается коэффициент стабилизации. Его можно улучшить, если включить цепь обратной связи, обозначенную пунктиром. Эта цепь вместе с резистором \(R1\) образует для переменной составляющей напряжения на транзисторе \(VT2\) делитель, с выхода которого напряжение поступает в цепь управления этим транзистором таким образом, что ток базы транзистора изменяется в противофазе с напряжением пульсаций.

Применение источника тока для питания стабилитрона позволяет ограничить ток базы транзистора эмиттерного повторителя и, следовательно, ток коллектора этого транзистора при коротком замыкании в цепи нагрузки. Однако в стабилизаторах с большим значением выходного напряжения (особенно при применении германиевых транзисторов) возможен перегрев транзистора вследствие повышения рассеиваемой мощности и эффекта саморазогрева. В стабилизаторе по схеме рис. 3.5-8б действует ООС по току, поскольку ток нагрузки протекает через резистор \(R1\). Поэтому ток короткого замыкания очень слабо зависит от температуры корпуса транзистора \(VT2\) и лавинный саморазогрев не проявляется до температур порядка 50…60 °C. Ток короткого замыкания устанавливается подбором резистора \(R1\).

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Маломощный сетевой блок питания (9В)

Важным показателем любого блока питания является его способность давать на выходе стабильное выходное напряжение. С этой целью обычно используют различного рода стабилизаторы напряжения, выполненные на транзисторах или микросхемах. Простейший стабилизатор постоянного напряжения состоит из резистора и стабилитрона или стабистора. В качестве стабистора может быть использован также и обычный кремниевый диод, например, тиііа Д226, включенный в прямом направлении. Такие стабилизаторы обычно называют параметрическими, так как их действие основано на изменении параметров нелинейного элемента, какими являются стабилитроны или стабисторы. На рис 9.1 приведена схема параметрического стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона. Напряжение на нагрузке, подключенной к выходу такого стабилизатора, будет равно напряжению стабилизации используемого стабилитрона.

В связи с этим для конкретного напряжения стабилизации необходимо подбирать стабилитрон, который соответствует этому напряжению. Если, например, необходимо стабилизированное напряжение 6 В, то следует выбрать стабилитроны типа КС156А, имеющие напряжение стабилизации 5…6,3 В или КС162А с напряжением стабилизации 5,8…6,6 В. Основным недостатком параметрического стабилизатора является сравнительно небольшой максимально допустимый ток нагрузки, который бывает равен или меньше максимального тока, протекающего через стабилитрон.

Рис. 9.1. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на стабилитроне

Лучшими показателями обладает стабилизатор напряжения, построенный с использованием транзистора, включенного по схеме эмит-терного повторителя (рис. 9.2). Напряжение на базе транзистора VT1 стабилизировано стабилитроном VD5. Напряжение на нагрузке, подключенной к контактам ХР1, приблизительно равно напряжению на базе.

Рис. 9.2. Принципиальная схема блока питания 9 В

Для хорошей работы стабилизатора надо чтобы напряжение ра конденсаторе С1 было примерно в 1,5 раза больше напряжения на нагрузке. Величина сопротивления резистора R1 подбирается в зависимости от выпрямленного напряжения и типа VD5. Ток холостого хода выбирается близким к максимально допустимому значению. В стабилизаторе можно применять также транзисторы КТ816А, КТ835А и им подобные, которые укрепляют на металлической пластине размером 30x20x1,5 мм из дюралюминия. Можно использовать и транзисторы старых типов П213…П217, П201…П203, в этом случае радиатор изготавливают размером 55x65x3 мм. Силовой трансформатор Т1 берется готовый (например, ТП8-4-220-50) или самодельный. В этом случае трансформатор выполняют на сердечнике Ш 16×24, обмотка I содержит 2400 витков провода ПЭЛ-1 0,12, обмотка II — 275 витков ПЭЛ-1 0,33.

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

Стабилизатор напряжения с двигателем схема

Виды и схемы стабилизаторов напряжения

Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.

Содержание:

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:

  • Феррорезонансные;
  • Сервоприводные;
  • Релейные;
  • Электронные;
  • Двойного преобразования.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.

Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.

Электромеханический стабилизатор

Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:

  • Входной фильтр;
  • Плата измерения напряжения;
  • Автотрансформатор;
  • Серводвигатель;
  • Графитовый скользящий контакт;
  • Плата индикации.

В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.

Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.

При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.

Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.

Релейный стабилизатор

В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:

  • Сетевой фильтр;
  • Плата контроля и управления;
  • Трансформатор;
  • Блок электромеханических реле;
  • Устройство индикации.

В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.

Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще одна схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:

  • Фильтр сети;
  • Плата измерения напряжения и управления;
  • Трансформатор;
  • Блок силовых электронных ключей;
  • Плата индикации.

Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:

  • Фильтр сетевых помех;
  • Корректор мощности – выпрямитель;
  • Блок конденсаторов;
  • Инвертор;
  • Узел микропроцессора.

Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.

Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.

Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.

На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.

Источник

Стабилизатор напряжения на транзисторах

Стабилизатор на одном стабилитроне

Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый прибор обладающий свойством стабилизации напряжения. В отличии от обычного диода работает в обратной полярности (на катод подается плюс), в режиме лавинного пробоя. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется. На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.

Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.

Принцип работы стабилизатора на стабилитроне

Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций по напряжению, называется он фильтрующим. Резистор нужен для сглаживания пульсаций по току и называется он гасящим. Стабилитрон стабилизирует напряжение на нагрузке. Для нормальной работы данной схемы напряжение питания должно быть больше 40…50 %. Стабилитрон следует подобрать под нужное нам напряжение и ток.

Стабилизатор на одном транзисторе

Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.

Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе

Цепочка из R1 и VT1 нам уже знакома из предыдущей схемы, это простейший стабилизатор, он задает стабилизированное напряжение на базе транзистора VT2. Транзистор в свою очередь выполняет функцию усилителя тока и является управляющим элементом в этой схеме. Например, при повышении входного напряжения, выходное напряжение будет стремится к возрастанию. Это приводит к понижению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, что приводит к его закрытию. При этом падение напряжения на участке эмиттер – коллектор возрастает на столько, что напряжение на стабилитроне уменьшается до исходного уровня. При понижении напряжения стабилизатор реагирует в обратном порядке.

Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ

В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.

Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.

Принцип работы защиты стабилизатора

Данная схема рассчитана на ток срабатывания от КЗ 250…300 мА, пока он не превышен, ток будет проходить через делитель напряжения состоящий из диода V7 и резистора R3. Путем подбора данного резистора можно регулировать порог срабатывания защиты. Диод V6 при этом будет закрыт и никакого влияния на работы оказывать не будет. При срабатывании защиты диод V7 закроется, а диод V6 откроется и зашунтирует подключений стабилитрон, при этом транзисторы V4 и V5 закроются. Ток на нагрузке упадет до 20…30 мА. Транзистор V5 следует устанавливать на теплоотвод.

Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением

В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.

Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения

Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение. При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод. При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.

Данные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке. Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

Источник

Урок 1.12 Стабилизаторы напряжения — Радиомастер инфо

 

Стабилизатор напряжения, это устройство, которое при изменении входного напряжения и тока нагрузки удерживает выходное напряжение на заданном неизменном уровне.

 

 

Простейший стабилизатор напряжения, схема:

Основным элементом стабилизатора является стабилитрон, на схеме он обозначен VD. Стабилитрон, это диод, с определенным пробивным обратным напряжением. Напряжение, при котором наступает пробой, называется напряжением стабилизации. Это напряжение остается постоянным при изменении тока через стабилитрон от значения Iст мин до Iст макс. (показано на графике ниже). Величина тока стабилизации задается балластным резистором R. Именно ограничение тока не позволяет выходить из строя стабилитрону при пробивном напряжении на нем. Пробивное напряжение у стабилитрона является рабочим и называется напряжением стабилизации.

Как работает стабилизатор напряжения, рассмотрим на конкретном примере.

Допустим, на выходе нужно иметь постоянное напряжение 12 В, при напряжении на входе 220 В. Задаем диапазон допустимого изменения напряжения на входе, например ±10%. Это значит, что напряжение будет изменяться от 198 В до 242 В. Напряжение после выпрямления диодами так же будет изменяться на ±10%. Но даже уменьшенное на 10% оно должно превышать необходимое на выходе 12 В на величину падения напряжения на балластном резисторе R. С учетом этого, для работы стабилизатора выберем трансформатор, вторичная обмотка которого будет обеспечивать после диодов 15 В, при напряжении на входе трансформатора 220 В. Тогда, при изменении напряжения на входе на ±10% напряжение после выпрямления диодами будет изменяться от 13,5 В до 16,5 В. На балластном резисторе будет падать максимум 4,5 В. Ток стабилитрона возьмем приблизительно средний, 20 мА (смотри слева на вольт-амперной характеристике). Это напряжение делим на выбранный ток стабилитрона 20 мА (0,02 А) и получаем величину сопротивления балластного резистора:

4,5 : 0,02 = 225 Ом, выбираем ближайший стандартный номинал 220 Ом, мощность рассеиваемая этим резистором составит 4,5 В × 0,02 А = 0,09 Вт, ближайший стандарт 0,125 Вт.

Для наглядности сведем эти данные в таблицу:

Напряжение сети Напряжение после выпрямителя Ток стабилитрона Напряжение на нагрузке
220 В 15 В 14 мА 12 В
198 В 13,5 В 7 мА 12 В
242 В 16,5 В 20 мА 12 В

Вывод.

При изменении напряжения на первичной обмотке трансформатора от 198 В до 242 В, напряжение после выпрямления диодами будет меняться от 13,5 В до 16,5 В, а на выходе стабилизатора напряжение будет оставаться равным 12 В. Все лишнее напряжение будет падать на балластном резисторе R.

Другими словами при повышении напряжения ток через стабилитрон будет увеличиваться, что приведет к увеличению падения напряжения на балластном резисторе, в результате чего на выходе стабилизатора напряжение останется неизменным.

Основным недостатком рассмотренной схемы является то, что ток нагрузки не может превышать 0,1 тока через стабилитрон. В нашем примере, максимальный ток нагрузки не может превышать 20 мА × 0,1 = 2 мА. Если ток будет больше, то выходное напряжение не сможет удерживаться на заданном уровне 12 В.

Стабилизатор напряжения с усилителем на транзисторе.

Чтобы стабилизатор мог обеспечивать больший ток в нагрузке, применяют усилители на транзисторах. Ниже приводится простейшая схема стабилизатора напряжения с усилителем на одном транзисторе.

Принцип работы этого стабилизатора аналогичный описанному выше. Отличие состоит в том, что ток нагрузки не течет через стабилитрон, а течет через коллектор-эмиттер транзистора. Стабилитрон поддерживает на базе транзистора стабильное напряжение, такое же стабильное напряжение, отличающееся на небольшое (меньше 1 вольта) падение напряжения на открытом pn переходе база-эмиттер транзистора, будет и на нагрузке.

Максимальный ток нагрузки будет равен току стабилитрона, умноженному на коэффициент усиления транзистора, который может быть равен 10 и намного выше.

Для повышения коэффициента стабилизации при больших токах нагрузки может применяться несколько транзисторов. Выпускаются микросхемы, внутри которых собраны все детали стабилизатора. Эти микросхемы имеют всего три вывода для подключения: вход, общий и выход. Стабилизаторы, схемы которых построены по такому принципу, называются компенсационными.

Основной недостаток компенсационных стабилизаторов – большая мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе. При больших токах обязательно применение радиаторов для охлаждения. Такой принцип не позволяет достигать высоких значений коэффициента полезного действия (кпд).

Импульсный стабилизатор напряжения.

Для повышения кпд стабилизаторов был разработан принцип на основе широтно-импульсного модулятора.

Суть этого принципа в следующем. Переменное напряжение после выпрямления диодами подается на схему, состоящую из импульсного ключа и генератора прямоугольных импульсов частотой несколько килогерц. Эти импульсы открывают и закрывают мощный транзисторный ключ. После прохождения ключа импульсы преобразуются в постоянное напряжение. Чем больше длительность этих импульсов, тем выше постоянное напряжение. Если на выходе поставить устройство контроля за величиной постоянного напряжения и связать его с управлением длительностью импульсов генератора, то получим эффективный стабилизатор.

Например, зададим выходное напряжение 12 В. Если оно начнет по каким-либо причинам увеличиваться устройство контроля начнет уменьшать длительность импульсов генератора и вернет выходное напряжение в норму. Если выходное напряжение начнет уменьшаться, то по этой же причине длительность импульсов генератора начнет увеличиваться и компенсирует это уменьшение.

Мощный ключ в такой схеме имеет два устойчивых состояния – полностью открыт или полностью закрыт. При этом величина выходного напряжения прямо пропорциональна времени открытого состояния ключа. Падение напряжения на нем минимально и он практически не греется, что существенно повышает кпд таких стабилизаторов.

Пример структурной схемы импульсного стабилизатора напряжения показан ниже:

Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ — PDF Free Download

Лекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ

Подробнее

Дисциплина «Микроэлектроника. Часть 2.»

Дисциплина «Микроэлектроника. Часть 2.» ТЕМА 5: «Интегральные стабилизаторы напряжения.» Легостаев Николай Степанович, профессор кафедры «Промышленная электроника» Содержание 1. Особенности интегральных

Подробнее

Задания для индивидуальной работы

Министерство науки и образования РФ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА Кафедра «Радиотехнические устройства» Задания для индивидуальной работы Методические

Подробнее

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 9 Тема 9 Выходные каскады 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

Глава 5. Дифференциальные усилители

Глава 5. Дифференциальные усилители 5. Дифференциальные усилители Дифференциальный усилитель это симметричный усилитель с двумя входами и двумя выходами, использующийся для усиления разности напряжений

Подробнее

Защита блока питания от перегрузки.

Защита блока питания от перегрузки. (с изменениями) Рассмотрим изначальную схему, показанную на Рис. 1. И возьмем для примера в качестве VT1 транзистор ГТ404Д. Согласно справочным данным статический коэффициент

Подробнее

Вход Усилитель. Обратная связь

Лекция 5 Тема 5 Обратная связь в усилителях Обратной связью () называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную. На рисунке 4 показана структурная схема усилителя

Подробнее

1.1 Усилители мощности (выходные каскады)

Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены

Подробнее

1. Назначение и устройство выпрямителей

Тема 16. Выпрямители 1. Назначение и устройство выпрямителей Выпрямители это устройства, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. На рис. 1 представлена структурная схема выпрямителя,

Подробнее

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ. Рисунок 1. Рисунок 2

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ Методические указания по темам курса Изучение данного раздела целесообразно проводить, базируясь на курсе физики и руководствуясь программой курса. Усилители на биполярных транзисторах

Подробнее

ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

95 Лекция 0 ИМПУЛЬСНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План. Введение. Понижающие импульсные регуляторы 3. Повышающие импульсные регуляторы 4. Инвертирующий импульсный регулятор 5. Потери и КПД импульсных регуляторов

Подробнее

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

ТЕМА 6 ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. Электронный усилитель — устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы. По функциональному

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема: Интегральные усилители 1 Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ

Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические

Подробнее

Пример решения задачи 1.

Введение Методические указания предназначены для студентов-заочников электрических и неэлектрических специальностей при изучении электроники по курсу «ЭОЭиМПТ», часть 2. Требования к контрольной работе:

Подробнее

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ

Лекция 7 ВЫПРЯМИТЕЛИ План 1. Источники вторичного электропитания 2. Однополупериодный выпрямитель 3. Двухполупериодные выпрямители 4. Трехфазные выпрямители 67 1. Источники вторичного электропитания Источники

Подробнее

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

15.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Сглаживающие фильтры предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Их основным параметром является коэффициент сглаживания равный отношению коэффициента пульсаций

Подробнее

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ С.Г. Камзолова ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА Пособие по выполнению контрольных домашних заданий для студентов II курса специальности

Подробнее

8. Интегральные логические элементы

8. Интегральные логические элементы Введение В логических элементах биполярные транзисторы могут использоваться в трёх режимах: режим отсечки оба p-n перехода транзистора закрыты, режим насыщения оба p-n

Подробнее

Одновибраторы на дискретных элементах.

11.3. ОДНОВИБРАТОРЫ Одновибраторы используются для получения прямоугольных импульсов напряжения большой длительности (от десятков микросекунд до сотен миллисекунд), в качестве устройств задержки, делителей

Подробнее

Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители

Лекция 10 Тема 10 Операционные усилители Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель электрических сигналов, предназначенный для выполнения различных операций над аналоговыми и импульсными величинами

Подробнее

Глава 3. Биполярные транзисторы

Глава 3. Биполярные транзисторы 3.. Определение транзистора. ВАХ транзистора. Выбор рабочей точки. Транзистор это трёхэлектродный полупроводниковый прибор, служащий для усиления или переключения сигналов.

Подробнее

Биполярные транзисторы

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РЭЛ 2 НОВОСИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет Кафедра радиофизики Биполярные

Подробнее

Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План

75 Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План 1. Введение 2. Однополупериодный управляемый выпрямитель 3. Двухполупериодные управляемые выпрямители 4. Сглаживающие фильтры 5. Потери и КПД выпрямителей 6.

Подробнее

Управление амплитудой

с х е м о т е х н и к а Управление амплитудой мощных гармонических и импульсных сигналов Устройства ограничения, регулирования и модуляции амплитуды электрических сигналов используются во многих радиотехнических

Подробнее

Контрольная работа рейтинг 1

Контрольная работа рейтинг 1 ЗАДАНИЕ 1 1. Дать определение потенциального барьера n-p перехода, от чего зависит его величина и толщина перехода. Их влияние на параметры диода. 2. Определить внутреннее

Подробнее

Лекция 25. УСИЛИТЕЛИ

247 Лекция 25 УСИЛИТЕЛИ План Классификация и новные параметры усилителей 2 Обратные связи в усилителях 3 Влияние обратных связей на характеристики усилителей 4 Выводы Классификация и новные параметры усилителей

Подробнее Стабилитрон

с транзисторным буфером тока

26.08.2015 | Автор Maker.io Staff

Линейные регуляторы

— это источники питания, которые хорошо подходят для приложений, в которых не требуется строгого регулирования, но важны низкая стоимость, низкая сложность или низкий уровень шума или которые требуют небольшой мощности. Это можно сделать с помощью простой схемы с использованием резистора, стабилитрона и транзистора.

Основы стабилитрона

Стабилитрон предназначен для работы в режиме обратного смещения, ограничивая напряжение на его выводах до напряжения стабилитрона.Напряжение стабилитрона — это напряжение, при котором стабилитрон проводит ток при обратном смещении. На рисунке 1 показаны два символа схем стабилитрона и вольт-амперная диаграмма стабилитрона. Напряжение на клеммах будет почти постоянным между током пробоя — или «током перегиба» — Iz (min) и максимальным номинальным током Iz (max).

Рисунок 1: Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Источник изображения: http: // www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html

В реальных приложениях для ограничения тока через стабилитрон используется резистор, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Простой резистор и стабилитрон

Выбор резистора

3SMAJ5927B — стабилитрон на 12 В в корпусе 3 Вт. Это ток перегиба, ток пробоя или минимальный ток 0,25 мА. Максимальный ток рассчитывается путем деления номинальной мощности на напряжение стабилитрона: I = P / V = ​​3 Вт / 12 В = 0.25А. В этом случае в таблице данных указан максимальный ток 250 мА, поэтому в расчетах не было необходимости.

Если мы используем S3MAJ5927B для создания опорного напряжения 12 В от источника питания 15 В, как показано ниже, мы можем вычислить минимальное и максимальное значения для токоограничивающего резистора Rs, используя закон Ома.

Минимальное значение резистора: Rmin = (Vs-Vz) / Izmax = (15V-12V) /0,25A=12Ω
Максимальное значение резистора: Rmax = (Vs-Vz) / Izmax = (15V-12V) / 0,25 мА = 12 кОм

Мы должны использовать сопротивление резистора менее 12 кОм, если будет подключена какая-либо нагрузка, но мы должны использовать как можно большее сопротивление резистора, чтобы свести к минимуму тепловыделение в стабилитроне.Количество тепла, выделяемого в стабилитроне, равно P = VI.

Когда мы подключаем нагрузку RL, мы должны пересчитать значение резистора ограничения тока Rs.

Это делается путем применения KCL к цепи (Iz = Is-IL). Вычислите требуемый ток нагрузки, а затем подберите резистор, чтобы ток Зенера находился между минимальным и максимальным значениями.

Если резистор нагрузки RL был 500Rmin = (Vs-Vz) / Izmax = (15V-12V) /0,25A=12Ω, то ток нагрузки равен 12/500 = 24 мА. Максимальное значение резистора должно обеспечивать 24 мА + 0.25 мА = 24,25 мА протекающий ток. Применяя закон Ома, R = V / I, мы получаем R = (Vs-Vz) / Izmax = (15V-12V) / 24,25 мА = 123,7 Ом.

Резисторы

должны быть выбраны так, чтобы пропускать достаточный ток к нагрузке и стабилитрону для обеспечения регулирования, но не более того. Физический размер резисторов будет зависеть от количества тепла, рассеиваемого резистором.

Стабилитрон следует выбирать в зависимости от напряжения стабилитрона, а также номинальной мощности и размера корпуса. Размер упаковки зависит от рассеивания тепла.Выберите корпус с номинальной мощностью, достаточной для поддержания рабочих температур ниже максимального значения, указанного в таблице (в идеале, намного ниже).

Текущие возможности изображения с текущим буфером

Стабилитрон имеет высокий импеданс источника — потому что весь ток нагрузки должен проходить через Rs, что ограничивает величину тока, которую регулятор может подавать на нагрузку. Преодолейте это ограничение, буферизовав выходной сигнал стабилитрона с помощью истокового повторителя, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Цепи стабилитрона с буферизацией

Этот регулятор имеет низкое выходное сопротивление, что означает, что напряжение не будет сильно падать с нагрузкой. Эта схема может быть построена с использованием полевого МОП-транзистора или биполярного транзистора. Выходное напряжение составляет Vz-Vt для стабилитрона с буфером MOSFET или Vz-Vbe для стабилитрона с буфером тока BJT. В этом случае резистор ограничения тока может быть намного меньше. Для буфера MOSFET требуется немного больше, чем ток перегиба стабилитрона.Для буфера BJT требуется ток Зенера + ток нагрузки, деленный на коэффициент усиления постоянного тока BJT. Тепло, рассеиваемое в буфере MOSFET, равно P = VDS * IL. Точно так же тепло, рассеиваемое в токовом буфере BJT, равно P = Vce * IL. Выберите полевой МОП-транзистор или биполярный транзистор в корпусе, достаточно большом, чтобы выдержать такую ​​мощность.

Заключение

В этой статье рассмотрены основы смещения стабилитрона в режиме обратного смещения для создания простого линейного регулятора. Недостаток базового регулятора, в основном высокий импеданс источника, преодолевается транзисторным буфером тока.

Схема малого стабилизатора напряжения на стабилитроне с печатной платой

Я собираюсь показать вам небольшую схему стабилизатора напряжения на стабилитроне с печатной платой. В качестве основных частей они используют транзистор и стабилитрон.

Когда мне нужна фиксированная цепь источника постоянного тока или регулятор напряжения постоянного тока для обычных электронных схем. Например, предусилитель, цифровая схема и т. Д.

Часто я использую эти простые компоненты в своем магазине. Потому что они быстрые и экономят деньги. Это один из лучших вариантов.

Почему мы должны использовать эту схему

См. Схему ниже. Почему мы должны использовать эту схему?

  • Постоянный выход 12 вольт , при максимальном выходном токе 1A .
  • Входное напряжение, вы можете выбрать как переменный ток (от 12 В до , 15 В, ) и постоянный ток (от 15 В до , 18 В, ).
  • Это гибкий. Подробнее читайте ниже!

Вот несколько связанных сообщений, которые вы, возможно, захотите прочитать:


Малый стабилизатор напряжения на стабилитроне

Потому что мне нравится видеть, как вы растете.Эта схема произошла от этого.
См .: Принцип работы фиксированного регулятора напряжения

Как это работает

Если нам нужно использовать микро предусилитель с усилителем мощности. Который использует питание 12В 0,5А . Мы можем подключить входной терминал к сек трансформатора.

Сначала переменное напряжение поступает на выпрямительный мост , с D1 по D4, выпрямляет переменный ток в пульсирующий постоянный ток.
Во-вторых, конденсатор C1 сглаживает пульсирующий постоянный ток в постоянный постоянный ток.

В-третьих, этот постоянный ток протекает через резистор-R1 и стабилитрон -ZD1. R2 снижает ток для ZD1 до тех пор, пока он не станет постоянным напряжением на VZ, 12 В.

Читайте также: Что такое стабилитрон? Принцип работы и пример использования

В то время как на базе транзистора-Q1 находится 12В . Так как он есть в обычном коллекторе. Таким образом, напряжение базы (VB) равно напряжению эмиттера (VE).

Но пока он проводит, электрический ток проходит через B-E.Напряжение на B-E составляет 0,6 В. Таким образом, на ВЭ или выходе напряжение снижается до 11,4В.

Когда нагрузка изменяет выходное напряжение. Но усиление Q1 сделает VE постоянным напряжением.

12V 1A Линейный стабилизатор напряжения с использованием 2N3055

Как его построить

Особенности этой схемы настолько малы по размеру. См. Ниже компоновку медной печатной платы. Вам нужно распечатать его с разрешением 300 точек на дюйм на дюйм. Затем припаяйте компоненты к печатной плате, как показано ниже.

Фактический размер односторонней медной компоновки печатной платы


Компонентная компоновка печатной платы

Это просто, я верю, что вы можете это сделать.

Почему это гибко?

Многие гибкие вы должны построить.
Мы можем изменить выходное напряжение с помощью ZD1, например 6V , 9V, 10V. Его мощность 1Вт.

Какое наименьшее входное напряжение? Нам нужно увеличить входное напряжение как минимум в 1,25 раза от выходного. Например, если на выходе 15 В, , на входе 19 В постоянного тока (15 В x 1.25) или AC15V.

Также проверьте эти связанные схемы:

Важно!
Мы меняем напряжение C1 (WVDC), чтобы оно было в 2 раза больше входного. Например, вход 18V , WVDC должно быть около 35V. C1 — это электролитический конденсатор емкостью 470 мкФ 35 В.

Однако мы не должны использовать входное напряжение более 25В . Потому что пока схема работает, будет слишком жарко. Мы не можем использовать большой радиатор. Это не маленький размер, это не было нашей концепцией в начале.

Трансформатор переменного тока

Некоторые друзья не понимают, что такое вход переменного тока. В этих схемах можно использовать их 2 формы. Как изображение ниже. Другое дело место выключателя питания и предохранителя. Вы можете использовать обе формы.

Вход переменного тока и трансформатор

Важно, чтобы у вас были номиналы трансформатора напряжения и выходное напряжение постоянного тока.

Например,
Вам необходимо использовать постоянное напряжение 12 В 0,5 А. Вы должны использовать вторичную обмотку трансформатора не менее 12 В.Потому что когда он конвертируется в DC. Напряжение будет около 17В.

По математическим формулам:
DCV = 1,4V x ACV

Для выходного тока. Следует использовать трансформатор не менее 0,5 А. Но ток 0,75А лучше.

Также мы хотим, чтобы вы увидели статью ниже, о которой они связаны.

Бонус:

Стабилитрон Двухканальный стабилизатор напряжения

Это простой двухканальный стабилизатор напряжения с использованием стабилитрона. Это старая трасса, которая интересна.Он подходит для слаботочной цепи, такой как транзисторный предусилитель .

Напряжения доступны напрямую от двухканального источника питания + 14В / 0В / -14В при максимальном выходном токе около 200 мА.


Простой двухканальный стабилизатор напряжения с использованием принципиальной схемы стабилитрона

При протекании электрического тока на стабилитрон при обратном напряжении пробоя. Напряжение на нем является постоянным — регулятором напряжения — к нагрузке.

В приведенной выше схеме это так просто.

Здесь находится нерегулируемый источник питания постоянного тока . Они состоят из понижающего трансформатора T1, двухполупериодного выпрямительного моста (с D1 по D4) и схемы фильтрации, состоящей из конденсатора C1 и резистора R1.

Когда 220V / 120VAC поступает на трансформатор-T1 через выключатель-S1 и предохранитель-F1 — это защита цепи от перегрузки. T1 изменяет 220 В переменного тока примерно на 30 В переменного тока (15 В + 15 В).

Затем выпрямительный мост , с D1 по D4, преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток.
Затем конденсатор C1 сглаживает пульсирующий постоянный ток в постоянный постоянный ток. Это нерегулируемое постоянное напряжение около 43 вольт.

Резистор-R1 соединяется с C1 последовательно. Они настолько хороши в качестве фильтра низких частот.

После этого напряжение постоянного тока течет через R2 и ZD1. Резистор-R2 ограничивает ток стабилитронов ZD1 и нагрузку.

Теперь напряжение (VZ) на ZD1 является постоянным напряжением около 28 вольт.

Выполнить поддержание постоянного напряжения.Будьте стабильны и используйте принцип деления напряжения. Но это напряжение по-прежнему одинарное питание.

Затем два резистора на 47 Ом, R2 и R3, это самый простой способ сделать это. Двойные резисторы образуют делитель напряжения. Они обеспечивают на выходе опорное напряжение + 14В / 0В / -14В.

Эта схема не подходит для сильноточной нагрузки. Выходной ток менее 200 мА.

Что еще?

См. Другие схемы с использованием стабилитронов

Источник питания для аудиоусилителя, несколько выходов 12 В, 15 В, 35 В

Еще важнее.Что это лучше?

Цепи фиксированного регулятора 5V, 6V, 9V, 10V, 12V 1A с использованием серии 78xx »

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Регулятор напряжения на стабилитроне — Справочная электроника

Регулятор напряжения на стабилитроне — это электронная схема, в которой используется стабилитрон для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока. Идеальный регулятор выдавал бы постоянное напряжение независимо от входных колебаний или изменения тока нагрузки.

Линейные и нелинейные регуляторы

Регуляторы напряжения две широкие категории: линейные и нелинейные. Линейные регуляторы используют транзистор в линейной области, тогда как нелинейные регуляторы работают в режимах отсечки или насыщения. В импульсных источниках питания используются нелинейные регуляторы, которые обладают преимуществом большей эффективности и меньшего размера.

Регуляторы дискретных компонентов

Регуляторы, в которых используются такие компоненты, как дискретные (т. Е. Индивидуально упакованные) компоненты, такие как резисторы, диоды, конденсаторы и катушки индуктивности, известны как дискретные компонентные регуляторы.

Стабилитрон на стабилитроне — это наиболее распространенный линейный дискретный компонентный стабилизатор, который является отличным введением в тему регуляторов напряжения.

Регулятор напряжения на стабилитроне

В стабилизаторе на стабилитроне используется стабилитрон для обеспечения постоянного выходного напряжения. Он простой и дешевый, что делает его идеальным для многих приложений, а также идеально подходит для ознакомления с концепцией регуляторов напряжения.

Стабилитроны — это особый тип полупроводниковых диодов.Как и другие диоды, они в основном состоят из легированного P-N перехода. Все диоды пропускают ток, пока они смещены в прямом направлении. Однако, в отличие от других диодов, стабилитроны также предназначены для протекания тока при отрицательном смещении.

Стабилитроны идеально подходят для использования в качестве источника опорного напряжения или регулятора, поскольку они имеют напряжение Зенера V Z , когда они смещены в обратном направлении. Напряжение стабилитрона V Z остается относительно постоянным, даже если ток колеблется.Это показано на вольт-амперной характеристике стабилитрона.

Фактическое значение V Z зависит от полупроводниковых материалов и конструкции диода. Доступны сотни стабилитронов с разными значениями V Z . Это означает, что при разработке стабилизатора стабилитрона вы можете просто выбрать стабилитрон в зависимости от требуемого выходного напряжения.

Схема стабилитрона

Стабилитрон построен путем включения стабилитрона последовательно с резистором, причем стабилитрон имеет конфигурацию с обратным смещением.Это похоже на делитель напряжения, в котором второй резистор заменен стабилитроном.

Выходное напряжение снимается через стабилитрон, то есть V out = V Z :

Схема цепи стабилитрона

Этот выход обычно подключается к нагрузке, как показано здесь нагрузочным резистором R L :

В отличие от резистора в делителе напряжения, стабилитрон V Z не будет существенно изменяться при изменении тока, поэтому V на выходе должно оставаться постоянным.

Теория стабилитрона

В стабилитронах используется напряжение стабилитрона диода, основанное на принципе квантово-механического туннелирования. В общем, мы можем считать, что напряжение на диоде равно напряжению стабилитрона V Z . Поскольку напряжение нагрузки подается на стабилитрон, нагрузка также будет испытывать общее напряжение VZ.

Оставшееся напряжение необходимо сбросить на резисторе R 1 . Другими словами,

V R1 = V in — V Z = V in — V out

Используя закон Ома, мы можем переписать это как:

I T R 1 = V in — V out

Где I T — полный ток в цепи, равный току через стабилитрон плюс ток через нагрузку:

I T = I Z + I L

Обратите внимание, что весь ток должен проходить через R1, но стабилитрон и нагрузка будут видеть только часть тока.Поскольку ток нагрузки также зависит от сопротивления нагрузки, мы можем видеть, что сопротивление нагрузки может играть значительную роль в динамике схемы.

Пробой Зенера

Стабилитроны работают по принципу Пробоя Зенера. Когда P-N-переход делается узким, достаточное напряжение может заставить электроны туннелировать через область обеднения на противоположную сторону перехода. Туннелирование — это квантово-механическое явление, которое возникает из-за того, что электрон имеет дуальность волна-частица.В квантовой механике электроны моделируются как волновые функции, а не как простые «частицы». Они разбросаны в пространстве с вероятностью оказаться в определенной точке. Из-за этой вероятностной природы, если барьер (например, область обеднения) сделать достаточно малым, существует вероятность того, что электрон сможет туннелировать через барьер на другую сторону.

Так происходит пробой стабилитрона; при наличии достаточной энергии за счет разности электрических потенциалов на стабилитроне вероятность туннелирования электрона через барьер резко возрастает.

Номинальная мощность

Стабилитрон имеет максимальную номинальную мощность, которая обозначает максимальное количество электроэнергии, которое он может безопасно рассеивать.

Поскольку стабилитрон имеет относительно фиксированное напряжение стабилитрона V Z , номинальная мощность по существу определяет максимальный ток, который может выдержать диод:

 Power \, Rating = V_ZI_ {max} 

Следовательно, максимальная мощность

Разработка стабилизатора стабилитрона

Есть два компонента и, следовательно, два основных выбора, которые необходимо сделать при разработке стабилизатора стабилитрона.Это стабилитрон и резистор. Обычно диод выбирается первым, потому что его характеристики определяют необходимый резистор.

Выберите стабилитрон

Первый выбор конструкции — стабилитрон. Диоды имеют большой выбор стабилитронов. Процесс выбора начинается с выбора диода с напряжением стабилитрона (V Z ), которое соответствует выходному напряжению, которое должен обеспечивать регулятор. Вы также захотите принять во внимание мощность и ток; разные стабилитроны с одинаковым V Z могут быть разработаны для разных приложений.Паспорт диода часто предупреждает вас о предполагаемом использовании этого диода, а также предоставляет технические характеристики.

Для выбора резистора вам потребуются две характеристики:

(1) Ток пробоя диода, также называемый током излома или минимальным током (I min ).

(2) Номинальная мощность диода, которая представляет собой максимальную мощность, при которой его можно безопасно использовать. Номинальная мощность и напряжение стабилитрона V Z могут использоваться для определения максимального тока:

 I_ {max} = \ frac {P_ {max}} {V_Z} 

Выберите резистор

Два найденных параметра может использоваться для определения номинала резистора, необходимого для замыкания цепи.

Определите минимальное значение сопротивления

Минимальное значение сопротивления (R мин ) можно найти, используя максимальный ток и подключив его к закону Ома:

 R_ {min} = \ frac {V_ {in} - V_Z} {I_ {max}} 

Обратите внимание, что Vin — это напряжение, подаваемое на регулятор.

Определите максимальное значение сопротивления

Максимальное значение сопротивления (R max ) можно найти, используя минимальный ток и подключив его к закону Ома:

 R_ {max} = \ frac {V_ {in} -V_Z } {I_ {min}} 
Определение идеального значения сопротивления при подключенной нагрузке

Теперь, когда мы знаем минимальное и максимальное значения резистора, которые нам нужны для безопасного использования выбранного стабилитрона, мы можем использовать сопротивление нагрузки для найти идеальный резистор.

Мы делаем это, применяя закон Кирхгофа по току (KCL), который гласит, что ток, выходящий из любого соединения, должен быть равен току, входящему в соединение. В этом случае ток через резистор (I R ) должен быть равен току через стабилитрон плюс ток через нагрузку:

Мы вычисляем максимальный и минимальный токи нагрузки, используя как минимальные, так и максимальные значения для резистор R 1 (обратите внимание, что напряжение на нагрузке равно V Z ):

Максимальный ток нагрузки:

 I_ {Lmax} = \ frac {V_Z} {R_ {min}} 

Минимальная нагрузка ток:

 I_ {Lmin} = \ frac {V_Z} {R_ {max}} 
Регулятор стабилитрона

в блоке питания

Регуляторы стабилитрона

обычно используются в источниках питания после фильтра выпрямителя и спускного резистора.

Выпрямитель принимает синусоидальный сигнал переменного тока и преобразует его в импульсный сигнал постоянного тока.

Фильтр выпрямителя сглаживает импульсный сигнал постоянного тока, создавая треугольную / пилообразную форму волны с минимальной пульсацией.

Спускной резистор рассеивает любой накопленный заряд конденсаторов фильтра, если цепь отключена от источника питания.

Наконец, стабилитрон выдает постоянное напряжение, поглощая колебания напряжения и тока.

Регулятор напряжения

— PAL3_Electronics — ~ Confluence ~ Institute ~ for ~ Creative ~ Technologies

Стабилизатор напряжения преобразует источник переменного или нестабильного напряжения в постоянный уровень напряжения.Основная цель этого — обеспечить надежный сигнал напряжения. Этот сигнал напряжения может быть переменным током (AC) или постоянным током (DC). Например, компьютерам требуются регуляторы напряжения как часть их источников питания, потому что микропроцессоры повреждаются, если на них не подается постоянное стабильное напряжение. В качестве второго примера регуляторы напряжения также могут быть размещены в электросети, чтобы напряжение оставалось постоянным, даже если дома других потребителей используют больший или меньший ток.

Существует множество конструкций регуляторов напряжения.Многие конструкции выдают постоянное напряжение, а другие — переменное. Уровень напряжения (высокое или низкое напряжение) и требования к эффективности также являются существенным фактором. Наконец, регуляторы напряжения могут быть пассивными (полностью полагаться на входное напряжение для питания) или активными (содержать второй источник питания, помогающий регулировать сигнал). Обычные конструкции включают шунтирующие регуляторы, линейные регуляторы серии и импульсные регуляторы.

Шунтирующий регулятор: Одна из распространенных конструкций — шунтирующий стабилизатор , который часто строится с использованием стабилитронов (стабилитронов).Шунтирующий регулятор — это пассивный регулятор, который передает дополнительный ток на землю. Шунтирующие регуляторы электрически неэффективны: весь дополнительный ток теряется на землю. Они также не могут правильно регулировать напряжение, если входное напряжение ниже желаемого выходного. Однако они требуют небольшого количества электрических компонентов и представляют собой обычные электронные схемы. Шунтирующие регуляторы обычно имеют компонент, подключенный параллельно нагрузке, который действует как переменный резистор: этот переменный резистор уменьшает свое сопротивление, когда напряжение слишком высокое, и увеличивает свое сопротивление, когда напряжение слишком низкое, сохраняя напряжение на одном и том же значении для обоих. и нагрузка (так как они параллельны).Следующая схема является примером базового стабилитронного регулятора напряжения, одного типа шунтирующего регулятора:

Линейный последовательный стабилизатор: Второй распространенной конструкцией является регулятор серии , который также действует как переменный резистор. В отличие от шунтирующего регулятора, который размещается параллельно с нагрузкой, последовательный регулятор размещается в той же последовательной цепи, что и нагрузка. Одним из входов этого регулятора является «опорное напряжение», которое он пытается поддерживать. Серийные регуляторы более эффективны, чем шунтирующие регуляторы, потому что они используют только мощность, необходимую нагрузке, плюс небольшой дополнительный ток для регулятора.Транзисторы часто используются в линейных последовательных регуляторах, потому что они могут быть сконфигурированы так, что их сопротивление изменяется в зависимости от их базы выводов. Схема ниже представляет собой пример простого регулятора напряжения с эмиттерным повторителем, в котором используется транзистор. В этой конструкции напряжение для R2 будет напряжением пробоя стабилитрона за вычетом падения напряжения на транзисторе (~ 0,7 В для кремния).

Импульсный регулятор: Третьей распространенной конструкцией является импульсный стабилизатор , который быстро отключает и включает ток для поддержания постоянного среднего напряжения.Импульсные регуляторы более эффективны, чем другие типы, но они не выдают стабильного выходного сигнала (то есть они постоянно быстро переключаются между напряжением, превышающим необходимое, или разомкнутой цепью). Это означает, что им часто требуются дополнительные схемы для сглаживания этого сигнала.

В широком диапазоне входных напряжений стабилизатор напряжения выдает постоянное выходное напряжение. Это выходное напряжение имеет такое же среднее напряжение и для переменного напряжения также может использоваться для поддержания той же частоты для выходного сигнала.

Цепи стабилизации напряжения

с использованием транзистора (BJT) и стабилитрона

Цепи регулирования напряжения (регуляторы напряжения):

Регулировка напряжения в цепи означает, что нам в голову придет стабилитрон. Но это не универсальное решение для регулирования напряжения.
В этом коротком посте мы вкратце обсудим различные схемы регуляторов напряжения ….
Рекомендуется прочитать о том, как стабилитрон обеспечивает стабилизацию напряжения в цепи. прежде чем продолжить….

Стабилитрон на основе стабилизатора напряжения:



Мы можем сделать простой стабилизатор напряжения, используя стабилитрон, как показано на рисунке ниже.
Поскольку мы уже подробно обсуждали регулирование напряжения с помощью стабилитрона, здесь мы увидим ограничения / ограничения.

  1. Выходное напряжение V OUT не может быть настроено на точное значение.
  2. Стабилитрон обеспечивает лишь умеренную защиту от пульсаций напряжения.
  3. При изменении импеданса нагрузки стабилизатор стабилитрона не работает эффективно.
  4. Для соответствия большим колебаниям нагрузки следует использовать стабилитрон с большой номинальной мощностью. Это будет дорого.

Транзисторный стабилизатор напряжения: Схема № 1

На схеме ниже показан стабилизатор напряжения на транзисторе.
По сравнению со стабилитроном обеспечивает лучшее регулирование.
Эта схема обеспечивает регулировку напряжения при большом изменении нагрузки.
В дополнение к этому, он обеспечит высокий выходной ток с лучшей стабильностью.

Эта схема аналогична предыдущей, за исключением того, что стабилитрон подключен к базе npn-транзистора.

  • Стабилитрон используется для регулирования тока от коллектора к эмиттеру.
  • Конденсатор (C) встроен для уменьшения шума стабилитрона.
  • В сочетании с резистором (R) он также образует RC-фильтр, который используется для уменьшения пульсаций напряжения.
  • BJT используется в конфигурации эмиттер-повторитель.
    т.е. эмиттер будет следовать за базой.
  • Стабилитрон используется для регулирования базового напряжения, которое приводит к регулируемому напряжению эмиттера.

Обратите внимание, что в транзисторе ток, требуемый базой, всего в 1 / hFE, умноженный на ток эмиттера и коллектора. Таким образом, стабилитрон малой мощности может регулировать базовое напряжение BJT, которое может пропускать через него большой ток.

Регулятор напряжения на основе BJT: Схема № 2
  • В некоторых случаях стабилитрон, подключенный к базе транзистора, не обеспечивает достаточного тока базы.
  • Для решения этой проблемы используется дополнительный транзистор, как показано на следующей схеме.
  • Этот дополнительный транзистор действует как усилитель.
  • Он усиливает ток, посылаемый на базу верхнего транзистора (т. Е. Ток базы верхнего BJT).

Спасибо, что прочитали о схемах стабилизации напряжения …

Подробнее:

Идеи проекта Arduino в реальном времени (проекты аналогового ввода)
Разница между механическим и электронным коммутатором
Мини-проект электроники для студентов-дипломников
Как использовать микросхему мостового выпрямителя? Как определить терминалы?

Пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже…


Регулятор напряжения серии

Схема типичного последовательного регулятора напряжения показана на рисунке 4-34. Уведомление что этот регулятор имеет транзистор (Q1) вместо переменного резистора, найденного в рисунок 4-32. Поскольку полный ток нагрузки проходит через этот транзистор, он равен иногда называют «проходным транзистором». Другие компоненты, составляющие схему являются токоограничивающим резистором (R1) и стабилитроном (CR1).

Рисунок 4-34. — Последовательный регулятор напряжения.

Напомним, что стабилитрон — это диод, блокирующий ток до тех пор, пока не будет достигнуто заданное напряжение. применяемый. Помните также, что приложенное напряжение называется напряжением пробоя или стабилитроном. Стабилитроны доступны с различным напряжением стабилитрона. Когда напряжение стабилитрона достигнута, стабилитрон проводит от своего анода к катоду (с направлением стрелка).

В этом стабилизаторе напряжения Q1 имеет постоянное напряжение, приложенное к его базе. Это напряжение часто называют опорным напряжением. При изменении выходного напряжения схемы они воспринимаются эмиттером Q1, вызывая соответствующее изменение прямого смещения транзистора. Другими словами, Q1 компенсирует, увеличивая или уменьшая свой сопротивление, чтобы изменить деление напряжения цепи.

Теперь изучите рисунок 4-35.Напряжения показаны, чтобы помочь вам понять, как регулятор работает. В этом стабилизаторе используется стабилитрон на 15 В. В этом случае стабилитрон или напряжение пробоя 15 вольт. Стабилитрон устанавливает значение базового напряжения для Q1. Выходное напряжение будет равно напряжению стабилитрона за вычетом падения 0,7 В. переход база-эмиттер Q1 с прямым смещением, или 14,3 вольт. Поскольку выходное напряжение 14,3 вольт, падение напряжения на Q1 должно быть 5,7 вольт.

Рисунок 4-35.- Последовательный регулятор напряжения (с напряжением).

Изучите рисунок 4-36, вид A, чтобы понять, что происходит, когда входное напряжение превышает 20 вольт. Обратите внимание на входное и выходное напряжение 20,1 и 14,4 вольт, соответственно. Выходное напряжение 14,4 — это кратковременное отклонение или отклонение от номинального значения. требуемое регулируемое выходное напряжение 14,3 и является результатом повышения входного напряжения до 20,1 вольт. Поскольку базовое напряжение Q1 поддерживается CR1 на уровне 15 вольт, прямое смещение Q1 изменится на 0.6 вольт. Поскольку это напряжение смещения на меньше , нормальное значение 0,7 вольт сопротивление Q1 увеличивается, тем самым увеличивая падение напряжения на транзистор на 5,8 вольт. Это падение напряжения восстанавливает выходное напряжение до 14,3 В. В весь цикл занимает всего доли секунды и, следовательно, изменения не видны на осциллографе или легко измерить с помощью другого стандартного испытательного оборудования.

Рисунок 4-36A.- Последовательный регулятор напряжения. УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

View B представляет собой принципиальную схему того же регулятора напряжения серии с одним значительная разница. Выходное напряжение показано как 14,2 вольт вместо желаемого. 14,3 вольт. В этом случае нагрузка увеличилась, что привело к снижению падения напряжения на R L . до 14,2 вольт. Когда выходная мощность уменьшается, прямое смещение Q1 увеличивается до 0,8 вольт. поскольку стабилитрон CR1 поддерживает базовое напряжение Q1 на уровне 15 вольт.Эти 0,8 вольта — это разница между опорным напряжением стабилитрона 15 вольт и мгновенным выходом Напряжение. (15 В — 14,2 В = 0,8 В). В этот момент большее прямое смещение на Q1 вызывает сопротивление Q1 уменьшится, в результате чего падение напряжения на Q1 вернется к 5,7 вольт. Это приводит к тому, что выходное напряжение возвращается к 14,3 вольт.

Рисунок 4-36B. — Последовательный регулятор напряжения. УМЕНЬШЕНИЕ ВЫХОДА

Схема, показанная на рисунке 4-37, представляет собой схему шунтирующего регулятора напряжения.Обратите внимание, что Q1 находится в параллельно с грузом. Компоненты этой схемы идентичны тем последовательного регулятора напряжения, за исключением добавления постоянного резистора R S . Изучив схему, вы увидите, что этот резистор подключен последовательно с выходное сопротивление нагрузки. Токоограничивающий резистор (R1) и стабилитрон (CR1) обеспечить постоянное опорное напряжение для перехода база-коллектор Q1. Заметить, что смещение Q1 определяется падением напряжения на R , S и R1.Как ты должен знать, величина прямого смещения на транзисторе влияет на его общее сопротивление. В этом случае падение напряжения на R S является ключом к общему схема работы.

Рисунок 4-37. — Шунтирующий регулятор напряжения.

Рисунок 4-38 представляет собой схему типичного регулятора шунтирующего типа. Обратите внимание, что схема идентична схеме, показанной на рисунке 4-37, за исключением того, что напряжения показано, чтобы помочь вам понять функции различных компонентов.В цепи Как показано, падение напряжения на стабилитроне (CR1) остается постоянным и составляет 5,6 В. Этот означает, что при входном напряжении 20 В падение напряжения на R1 составляет 14,4 В. С Напряжение база-эмиттер 0,7 вольт, выходное напряжение равно сумме напряжений через CR1 и напряжение на переходе база-эмиттер Q1. В этом примере с выходное напряжение 6,3 вольт и входное напряжение 20 вольт, падение напряжения на R S равно 13.7 вольт. Изучите схему, чтобы полностью понять, как эти напряжения развитый. Обратите особое внимание на показанное напряжение.

Рисунок 4-38. — Шунтирующий регулятор напряжения (с напряжениями).

Теперь обратимся к виду A на рис. 4-39. На этом рисунке показана принципиальная схема тот же шунтирующий регулятор напряжения, как показано на рисунке 4-38, с увеличенным входным напряжением. 20,1 вольт. Это увеличивает прямое смещение на Q1 до 0.8 вольт. Напомним, что напряжение падение напряжения на CR1 остается постоянным и составляет 5,6 вольт. Поскольку выходное напряжение состоит из Напряжение стабилитрона и напряжение база-эмиттер, выходное напряжение мгновенно увеличивается до 6,4 вольт. В это время увеличение прямого смещения Q1 снижает сопротивление транзистор пропускает через него больше тока. Поскольку этот ток также должен проходить через R S также наблюдается увеличение падения напряжения на этом резисторе.Падение напряжения на R S теперь составляет 13,8 В и, следовательно, выходное напряжение снижается до 6,3 вольт. Помните, что это изменение происходит за доли секунды.

Рисунок 4-39A. — Шунтирующий регулятор напряжения. ПОВЫШЕНИЕ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изучите схему, показанную на виде B. Хотя эта схема идентична другим схемы напряжения шунта, проиллюстрированные и обсужденные ранее, выходное напряжение другой.Ток нагрузки увеличился, что привело к кратковременному падению напряжения выход на 6,2 вольт. Напомним, что схема была разработана для обеспечения постоянного выхода напряжение 6,3 вольт. Поскольку выходное напряжение меньше требуемого, происходят изменения. в регуляторе восстановить выход до 6,3 вольт. Из-за падения напряжения на 0,1 В выходное напряжение, прямое смещение Q1 теперь составляет 0,6 В. Это уменьшение прямого смещения увеличивает сопротивление транзистора, тем самым уменьшая ток, протекающий через Q1 на ту же величину, на которую увеличился ток нагрузки.Ток протекает через R S возвращается к своему нормальному значению и восстанавливает выходное напряжение до 6,3 вольт.

Рисунок 4-39B. — Шунтирующий регулятор напряжения. УМЕНЬШЕНИЕ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Q.33 На рисунке 4-37 падение напряжения на R S и R1 определяет величину базы-эмиттера ____ за 1 квартал.
Q.34 На рисунке 4-39, вид A, при увеличении входного напряжения прямая смещение Q1 увеличивается / уменьшается (какой именно).
Q.35 В соответствии с B на рисунке 4-39, когда ток нагрузки увеличивается, а выходное напряжение мгновенно падает, сопротивление Q1 увеличивается / уменьшается (какой именно) для компенсации.

Каковы недостатки использования стабилитрона перед линейным стабилизатором напряжения?

1) При использовании стабилитрона в качестве регулирующего элемента, как в этой схеме:

недостатком является то, что схема должна быть сконфигурирована так, чтобы через стабилитрон всегда протекал некоторый ток.Стабилитрон действует как шунтирующий стабилизатор , он «сжигает» «оставшийся» ток, вместо того, чтобы ограничивать протекающий ток, когда требуется небольшой ток. Когда нагрузка не принимает ток, тогда весь ток, который не принимает нагрузка, должен проходить через стабилитрон. Это пустая трата энергии. На практике эта схема подходит только для нагрузок, потребляющих слабый ток, а также, предпочтительно, постоянный ток.

Зачем мне тогда использовать эту схему?

ну это дешево .

Линейный стабилизатор , такой как LM7805, или схема на основе стабилитрона + транзистора, подобная этой:

образуют регулятор серии (не шунтирующий). Преимущество этих регуляторов в том, что они потребляют ровно столько тока, сколько необходимо. Когда нагрузка не потребляет ток, потребляется лишь небольшое количество энергии.

Эти схемы немного дороже, так как требуется транзистор или микросхема регулятора напряжения, такая как LM7805.

2) Сказать, что LM7805 — плохой регулятор, потому что он просто «сжигает» избыточную мощность , не говорит всей истории .LM7805 (и LM317 и аналогичные) по-прежнему используются в партии , поэтому они явно имеют свое предназначение.

Дело в том, что для нагрузок, которым не нужен большой ток, скажем, до 100 мА, тогда эти линейные регуляторы — хороший выбор .

Только когда вам нужно (намного) больше тока, это может быть на более эффективным (меньше энергии превращается в тепло) при использовании импульсного регулятора . Типичный пример использования импульсного регулятора — преобразование 12 В (автомобильный аккумулятор или солнечная батарея) в 5 В (USB) для питания гаджетов.Тогда может потребоваться ток до 2 А. При 12 В, 2 А, линейный стабилизатор должен «сжечь» 7 В при 2 А, то есть 14 Вт, для которых требуется значительный радиатор. Даже дешевый импульсный стабилизатор, такой как LM2596, может сделать это намного эффективнее без большого радиатора.

Так что не думайте, что какое-то схемное решение всегда на лучше другого. Это более сложно, чем это. Какое будет наиболее оптимальное решение, зависит от того, что вам нужно. Как входное напряжение, ток нагрузки, стоимость и т. Д.В реальном мире инженеры используют все решения, которые я здесь показал, они выбирают то, которое лучше всего подходит для конкретной ситуации.


Если я правильно понял, такое явление произойдет только при параллельном включении стабилитрона с нагрузкой. Что, если я подключу стабилитрон к нагрузке параллельно?

Тогда у вас есть описанная вами ситуация. Стабилитрон должен пропускать или «шунтировать» весь ток, не потребляемый нагрузкой.

Также кто-то сказал, что линейный стабилизатор напряжения (т.е.грамм. LM7805) не является хорошим стабилизатором напряжения, так как в нем рассеиваемая мощность намного выше, чем в импульсном регуляторе напряжения.

Это хороший регулятор, потому что он хорошо регулирует напряжение, и это его работа. Это не эффективный регулятор , и с этой точки зрения импульсные регуляторы лучше.

Насколько я понимаю, мощность, рассеиваемая в линейном регуляторе напряжения, может быть рассчитана по формуле Dropout Voltage x Current. Мощность преобразуется в тепло.

Правильно. Но учтите, что когда требуется небольшой ток, рассеиваемая мощность пропорционально уменьшается. Между тем, рассеиваемая мощность стабилитрона будет на увеличиваться на при уменьшении нагрузки.


Что, если я подключу диод Зенцера к нагрузке последовательно?

Тогда ваша нагрузка получает фиксированное падение напряжения от источника питания. Допустим, у вас есть источник питания, который варьируется от 8 до 12 В, и вы последовательно подключаете стабилитрон 4,7 В, тогда ваша нагрузка получит 3.От 3 В до 7,3 В с этим источником питания. Это не считалось бы регулятором напряжения.

Это больше похоже на расширенный комментарий к ответу @Bimpelrekkie, чем на ответ сам по себе. Я просто собираюсь обрисовать еще пару случаев, когда линейный регулятор может иметь больше смысла, чем импульсный стабилизатор.

@Bimpelrekkie указал, что линейный регулятор может иметь смысл, когда вы не потребляете большой ток. Я бы добавил, что это также может иметь смысл, когда входное напряжение очень близко к выходному напряжению.Например, несколько лет назад я разработал небольшую схему, в которой использовались детали 3,3 В, и ее нужно было подключить к системе, которая поддерживает устройства с шиной CAN с питанием 3,5 В. Он мог (в худшем случае) потреблять около 2 ампер, но, поскольку он падал всего на 0,2 вольта, максимальная мощность, рассеиваемая в регуляторе, составляла около 400 мВт. Это (как и большинство «вещей» CAN-шины) было в машине, поэтому дополнительное энергопотребление само по себе не было большой проблемой.

Второй момент: линейный регулятор дает гораздо более «чистый» выходной сигнал.Импульсный стабилизатор в основном выполняет ШИМ, поэтому вы получаете импульсы напряжения, выходящие из переключателя. Затем вы пропускаете это через фильтр, чтобы сгладить его до чего-то, приближающегося к постоянному напряжению постоянного тока, но вы все равно получаете некоторую пульсацию. Уровень пульсации может варьироваться в зависимости от потребляемого вами тока (и, как правило, обратно пропорционален потребляемому току, поскольку уменьшенное потребление означает сокращение рабочего цикла). В частности, для некоторых аналоговых схем вам может почти потребоваться линейный регулятор, чтобы снизить пульсации до приемлемого уровня.

Объединение их вместе приводит к довольно распространенной конструкции: начните с импульсного регулятора, чтобы получить напряжение, очень близкое (но немного выше) к тому, что вам нужно. Затем выполните это с помощью линейного регулятора, который просто должен устранить рябь. Вместе с ними вы можете получить чрезвычайно чистый, без пульсаций выходной сигнал, но при этом свести рассеиваемую мощность к минимуму (хотя и за счет более крупного и более сложного регулятора).

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *