Транзисторный регулятор напряжения: Транзисторный регулятор сетевого напряжения

Содержание

Транзисторный регулятор сетевого напряжения

Транзисторный регулятор сетевого напряжения

В последнее время в нашем быту все чаще применяются электронные устройства для плавной регулировки сетевого напряжения. С помощью таких приборов управляют яркостью свечения ламп, температурой электронагревательных приборов, частотой вращения электродвигателей. Подавляющее большинство регуляторов напряжения, собранных на тиристорах, обладают существенными недостатками, ограничивающими их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением — электролампой или нагревательным элементом, и нельзя использовать совместно с нагрузкой индуктивного характера — электродвигателем, трансформатором. Между тем все эти проблемы легко решить, собрав электронное устройство, в котором роль регулирующего элемента выполнял бы не тиристор, а мощный транзистор.

Транзисторный регулятор напряжения содержит минимум радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора. Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения — от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки при использовании в регулирующей цепи одного транзистора — не более 100 Вт.

Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1 (см. принципиальную схему). Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы сетевого тока направляет его на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220 В до 5-8 В, которое выпрямляется диодным блоком VD6- VD9 и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора.

Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.

Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером Q1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6- VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD2 — эмиттер-коллектор VT1-VD3. Если полярность сетевого напряжения положительная, ток протекает по цепи VD1 — коллектор-эмиттер VT1-VD4. Значение тока нагрузки зависит от величины управляющего напряжения на базе VT1. Вращая движок R1 и изменяя значение управляющего напряжения, управляют величиной тока коллектора VT1.

Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего напряжения, и наоборот. При крайнем правом по схеме положении движка временного резистора транзистор окажется полностью открыт и «доза» электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной величине. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым и ток через нагрузку не потечет. Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тиристорным устройствам.

Теперь перейдем к конструкции прибора. Диодные блоки, конденсатор, резистор R2 и диод VD6 устанавливаются на монтажной плате размером 55Х35 мм, выполненной из фольгированного гетинакса или текстолита толщиной 1-2 мм (см. рисунок). В устройстве можно использовать следующие детали. Транзистор — КТ812А(Б), KT824A(Б), КТ828А(Б), КТ834А(Б,В), КТ840А(Б), КТ847А или КТ856А. Диодные блоки: VD1- VD4-KЦ410B или КЦ412В. VD6- VD9 — КЦ405 или КЦ407 с любым буквенным индексом; диод VD5 — серии Д7, Д226 или Д237. Переменный резистор — типа СП, СПО, ППБ мощностью не менее 2 Вт, постоянный — ВС, МЛТ, ОМЛТ, С2-23. Оксидный конденсатор — К50-6, К50-16. Сетевой трансформатор — ТВ3-1-6 от ламповых радиоприемников и усилителей, ТС-25, ТС-27 — от телевизора «Юность» или любой другой маломощный с напряжением вторичной обмотки 5-8 В. Предохранитель рассчитан на максимальный ток 1 А. Тумблер — Т3-С или любой другой сетевой. ХР1 — стандартная сетевая вилка, XS1 — розетка.

Все элементы регулятора размещаются в пластмассовом корпусе с габаритами 150х100Х80 мм. На верхней панели корпуса устанавливаются тумблер и переменный резистор, снабженный декоративной ручкой. Розетка для подключения нагрузки и гнездо предохранителя крепятся на одной из боковых стенок корпуса. С той же стороны сделано отверстие для сетевого шнура. На дне корпуса установлены транзистор, трансформатор и монтажная плата. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не менее 200 см

2 и толщиной 3-5 мм.

Регулятор не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных деталях он начинает работать сразу после включения в сеть. Теперь несколько рекомендаций тем, кто захочет усовершенствовать устройство. Изменения в основном касаются увеличения выходной мощности регулятора. Так, например, при использовании транзистора КТ856 мощность, потребляемая нагрузкой от сети, может составлять 150 Вт, для КТ834 — 200 Вт, а для КТ847-250 Вт. Если необходимо еще больше увеличить выходную мощность прибора, в качестве регулирующего элемента можно применить несколько параллельно включенных транзисторов, соединив их соответствующие выводы. Вероятно, в этом случае регулятор придется снабдить небольшим вентилятором для более интенсивного воздушного охлаждения полупроводниковых приборов. Кроме того, диодный блок VD1-VD4 потребуется заменить на четыре более мощных диода, рассчитанных на рабочее напряжение не менее 250 В и величину тока в соответствии с потребляемой нагрузкой.

Для этой цели подойдут приборы серий Д231-Д234, Д242, Д243, Д245-Д248. Необходимо будет также заменить VD5 на более мощный диод, рассчитанный на ток до 1 А. Также больший ток должен выдерживать предохранитель. В процессе эксплуатации регулятора не забывайте о мерах электробезопасности. Вскрывая корпус, предварительно отключите прибор от сети!
Источник: shems.h2.ru

Контактно-транзисторные и транзисторные реле-регуляторы автомобилей

Строительные машины и оборудование, справочник

Контактно-транзисторные и транзисторные реле-регуляторы автомобилей

В настоящее время на автомобилях с генераторами переменного тока в основном работают транзисторные реле-регуляторы, которые, как правило, включают в себя только регулятор напряжения. Необходимость в ограничителе тока и реле обратного тока отпала, так как генератор переменного тока обладает свойством самоограничения тока нагрузки, а роль реле обратного тока выполняет выпрямительное устройство генератора.

Работает контактно-транзисторный регулятор напряжения следующим образом. При напряжении генератора меньше регулируемой величины контакты под действием пружины разомкнуты, транзистор открыт, ток в обмотке возбуждения ограничивается незначительно, следовательно, не ограничивается напряжение генератора. При напряжении генератора выше регулируемой величины сердечник намагничивается током обмотки настолько, что, преодолевая усилие пружины, притягивает якорь и замыкает контакты, через которые на базу транзистора подается плюс, и транзистор закрыва ется. Ток возбуждения проходит только через добавочный рези стор R2. Это приводит к резкому уменьшению силы тока в обмотке возбуждения и снижению напряжения генератора. С понижением напряжения генератора уменьшается и ток в обмотке, вследствие чего усилием пружины контакты размыкаются и цепь обмотки возбуждения замыкается опять через открытый транзистор, напряжение генератора возрастает. Таким образом, обеспечивается величина напряжения генератора постоянной независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Контактно-транзисторный реле-регулятор РР362 некоторое время ставился на автомобиле ГАЗ-66 (на автомобиле ГЛЗ-53А он устанавливается и в настоящее время), но затем был заменен на бесконтактный реле-регулятор РР350-А. Реле-регулягор РР362 состоит из регулятора напряжения и реле защиты, роль которого сводится к автоматической защите транзистора от большой силы тока при случайном замыкании клемм Ш цепи обмотки возбуждения на массу.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1. Схема элементарного контактно-транзисторного регулятора напряжения:
1 — контакты; 2 — пружина; 3 — сердечник; 4 — обмотка

Транзисторные реле-регуляторы имеют ряд преимуществ перед контактными (они не требуют в процесса эксплуатации, каких-либо регулировок, надежны, долговечны).

Принцип действия транзисторного регулятора напряжения рассмотрим на примере простейшей электрической схемы.

При напряжении генератора меньше регулируемой величины стабилитрон Д1 закрыт и на базу транзистора 77 через резистор базы R1 подается плюс. Транзистор Т1 открыт, и ток в обмотке возбуждения не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора. При напряжении генератора больше регулируемой величины стабилитрон Д1 пробивается и база транзистора 77 соединяется с минусом. Транзистор закрывается, и току обмотки возбуждения генератора остается путь только через добавочный резистор R2, вследствие чего уменьшаются сила тока в ней и напряжение генератора. С уменьшением напряжения стабилитрон Д1 закрывается, а транзистор 77 открывается, шунтируя добавочный резистор R2, напряжение генератора снова возрастает до регулируемой величины, оставаясь в пределах регулирования независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Реле-регулятор РР350-А (рис. 55) выполнен на трех германиевых транзисторах типа р — п — р и работает с генераторами Г250-В2 и Г250-И1. На штепсельный разъем выведены три клеммы (« + », LU и М), которыми регулятор подключается в схему электрооборудования.

При напряжении генератора меньше 13,9—14,6 В стабилитрон Д1 закрыт, вследствие чего транзистор 77 тоже закрыт. При этом через открытые транзисторы Т2 и ТЗ проходят соответственно ток базы транзистора ТЗ и ток обмотки возбуждения генератора, который не ограничивается, а следовательно, не ограничивается и напряжение генератора. С увеличением частоты вращения ротора, когда напряжение генератора достигает 13,9—14,6 В, стабилитрон Д1 пробивается, транзистор 77 открывается, транзисторы Т2 и ТЗ закрываются. В этом случае ток в обмотку возбуждения генератора поступает только через добавочный резистор R8, и, естественно, уменьшается напряжение генератора до момента закрытия стабилитрона Д1. С закрытием стабилитрона ток в обмотку возбуждения течет через! открытый транзистор ТЗ. Напряжение генератора начнет воз/ растать до следующего открытия стабилитрона. Таким образом, напряжение генератора поддерживается стабильным независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя (ротора генератора).

Рис. 2. Простейшая электрическая схема генератора с транзисторным регулятором напряжения:
1 — генератор: 2 — регулятор напряжения

Остальные элементы в схеме регулятора напряжения выполняют различные вспомогательные функции, необходимые для обеспечения четкости и надежности работы прибора.

Реле-регулятор РР132 выполнен на двух кремниевых транзисторах типа n — р — n и работает с генераторами Г250-П1 и Г287. Регулятор имеет клеммы « + » и Ш, которыми подключается в цепь. Роль минусовой клеммы выполняет винт, к которому крепится минусовый провод.

Рис. 3. Транзисторный реле-регулятор РР350-А:
а—общий вид; б — электрическая схема 112

При напряжении генератора меньше 13,9—14,6 В стабилитрон Д4 закрыт, закрыт и транзистор Т1, так как его база через резистор R3 соединена с минусом. На базу транзистора Т2 через резистор R5, диоды Д2 и ДЗ подается положительный потенциал, вследствие чего транзистор 72, открываясь, пропускает ток в обмотку возбуждения генератора. Напряжение генератора увеличивается.

При напряжении генератора 13,9—14,6 В стабилитрон Д4 и транзистор 77 открываются. При этом напряжение на базе транзистора Т2 резко уменьшается, вследствие чего транзистор Т2 закрывается, выключая ток обмотки возбуждения генератора. Напряжение генератора понижается до тех пор, пока не закроется стабилитрон и не появится ток возбуждения через транзистор Т2. Рассмотренный процесс повторяется, поддерживая величину напряжения генератора постоянной независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Остальные элементы реле-регуляторе РР132 выполняют вспомогательные функции.

Рис. 4. Транзисторным реле-регулятор PPI32
а — общий вид; 6 — электрическая схема

Во время эксплуатации транзисторные реле-регуляторы не требуют каких-либо регулировок и вскрывать их нет необходимости.

Рекламные предложения:

Читать далее: Неисправности и техническое обслуживание генераторов и реле-регуляторов

Категория: — Устройство автомобиля

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Схемы регулятора напряжения с использованием транзистора и стабилитрона

В этой статье мы всесторонне обсудим, как сделать индивидуальные схемы транзисторного регулятора напряжения в фиксированных режимах, а также в переменных режимах.

Все схемы линейных источников питания, предназначенные для получения стабилизированного постоянного напряжения и выходного тока, в основном включают транзисторные и стабилитронные каскады для получения требуемых регулируемых выходных сигналов.

Эти схемы с использованием дискретных частей могут быть в виде постоянно фиксированного или постоянного напряжения, или стабилизированного регулируемого выходного напряжения.

Вы также можете прочитать: Простые схемы регуляторов

Простейший регулятор напряжения

Вероятно, самый простой тип регулятора напряжения — это шунтирующий стабилизатор, который работает на основе обычного стабилитрона. регулирования, как показано на рисунке ниже.

Стабилитроны имеют номинальное напряжение, эквивалентное предполагаемому выходному напряжению, которое может точно соответствовать желаемому выходному значению.

Пока напряжение питания ниже номинального значения напряжения стабилитрона, оно проявляет максимальное сопротивление в диапазоне многих МОм, позволяя питанию проходить без ограничений.

Однако в тот момент, когда напряжение питания превышает номинальное значение «напряжения стабилитрона», вызывает значительное падение его сопротивления, в результате чего перенапряжение шунтируется на землю через него до тех пор, пока напряжение питания не упадет или не достигнет уровня напряжения стабилитрона. .

Из-за этого внезапного шунтирования напряжение питания падает и достигает значения стабилитрона, что вызывает повторное увеличение сопротивления стабилитрона. Затем цикл быстро продолжается, гарантируя, что подача остается стабилизированной на номинальном значении стабилитрона и никогда не допускается превышение этого значения.

Чтобы получить вышеуказанную стабилизацию, входное напряжение должно быть немного выше требуемого стабилизированного выходного напряжения.

Превышение напряжения над значением стабилитрона вызывает срабатывание внутренних «лавинных» характеристик стабилитрона, что приводит к мгновенному эффекту шунтирования и падению питания до тех пор, пока оно не достигнет номинала стабилитрона.

Это действие продолжается бесконечно, обеспечивая фиксированное стабилизированное выходное напряжение, эквивалентное номиналу стабилитрона.

Преимущества стабилизатора напряжения Зенера

Зенеровские диоды очень удобны там, где требуется слаботочная регулировка постоянного напряжения.

Стабилитроны просты в настройке и могут использоваться для получения достаточно точного стабилизированного выходного сигнала при любых обстоятельствах.

Для настройки каскада стабилизатора напряжения на основе стабилитрона требуется всего один резистор, и его можно быстро добавить в любую схему для достижения желаемых результатов.

Недостатки стабилизаторов со стабилизацией Зенера

Хотя источник питания со стабилизацией стабилитроном является быстрым, простым и эффективным методом достижения стабилизированного выходного сигнала, он имеет несколько серьезных недостатков.

Низкий выходной ток, что может поддерживать высокие токовые нагрузки на выходе.
Стабилизация возможна только при низких входных/выходных дифференциалах. Это означает, что входное напряжение не может быть выше требуемого выходного напряжения. В противном случае сопротивление нагрузки может рассеивать огромное количество энергии, делая систему очень неэффективной.
Работа стабилитрона обычно связана с генерацией шума, который может критически повлиять на работу чувствительных схем, таких как конструкции усилителей Hi-Fi, и других подобных уязвимых приложений.

Использование «усиленного стабилитрона»

Это версия усиленного стабилитрона, в которой используется биполярный транзистор для создания переменного стабилитрона с улучшенной мощностью.

Предположим, что R1 и R2 имеют одинаковое значение, что создаст достаточный уровень смещения для базы BJT и позволит BJT работать оптимально. Поскольку минимальное требование к прямому напряжению базового эмиттера составляет 0,7 В, биполярный транзистор будет проводить и шунтировать любое значение выше 0,7 В или не более 1 В в зависимости от конкретных характеристик используемого биполярного транзистора.

Таким образом, выход будет стабилизирован примерно на уровне 1 В. Выходная мощность этого «усиленного переменного стабилитрона» будет зависеть от номинальной мощности биполярного транзистора и номинала нагрузочного резистора.

Однако это значение можно легко изменить или настроить на другой желаемый уровень, просто изменив значение R2. Или, проще говоря, заменив R2 потенциометром. Диапазон обоих потенциометров R1 и R2 может составлять от 1K до 47K, чтобы получить плавно регулируемый выходной сигнал от 1V до уровня питания (макс. 24V). Для большей точности можно применить следующую формулу делителя напряжения:

Выходное напряжение = 0,65 (R1 + R2)/R2

Недостаток стабилитрона

Еще раз, недостатком этой конструкции является высокое рассеяние, которое увеличивается пропорционально увеличению входной и выходной разности.

Чтобы правильно установить значение нагрузочного резистора в зависимости от выходного тока и входного питания, можно соответствующим образом применить следующие данные.

Предположим, что требуемое выходное напряжение равно 5 В, требуемый ток равен 20 мА, а входное напряжение равно 12 В. Тогда по закону Ома имеем:

Нагрузочный резистор = (12 — 5) / 0,02 = 350 Ом

Мощность = (12 — 5) x 0,02 = 0,14 Вт или просто 1/4 Вт.

Цепь транзисторного регулятора серии

По сути, последовательный регулятор, который также называется последовательным проходным транзистором, представляет собой переменное сопротивление, создаваемое с помощью транзистора, подключенного последовательно к одной из линий питания и нагрузке.

Сопротивление транзистора току автоматически регулируется в зависимости от выходной нагрузки, так что выходное напряжение остается постоянным на желаемом уровне.

В цепи последовательного регулятора входной ток должен быть немного больше, чем выходной ток. Эта небольшая разница является единственной величиной тока, которая используется схемой регулятора сама по себе.

Преимущества последовательного регулятора

Основным преимуществом последовательного регулятора по сравнению с регулятором шунтового типа является его более высокая эффективность.

Это приводит к минимальному рассеиванию мощности и потерям тепла. Из-за этого большого преимущества, последовательные транзисторные регуляторы очень популярны в приложениях регуляторов напряжения большой мощности.

Однако этого можно избежать, если потребность в электроэнергии очень низкая или когда эффективность и тепловыделение не являются критическими проблемами.

По сути, последовательный регулятор может просто включать стабилитронный шунтирующий регулятор, нагружающий буферную схему эмиттерного повторителя, как указано выше.

Вы можете получить единичный коэффициент усиления по напряжению при использовании эмиттерного повторителя. Это означает, что когда на его базу подается стабилизированный вход, мы, как правило, также получаем стабилизированный выходной сигнал от эмиттера.

Поскольку мы можем получить более высокий коэффициент усиления по току от эмиттерного повторителя, можно ожидать, что выходной ток будет намного выше по сравнению с приложенным базовым током.

Таким образом, даже если базовый ток составляет около 1 или 2 мА в каскаде шунтирования стабилитрона, что также становится потреблением тока в состоянии покоя, на выходе может быть доступен выходной ток 100 мА.

Входной ток суммируется с выходным током вместе с 1 или 2 мА, используемыми стабилитроном, и по этой причине достигаемый КПД достигает выдающегося уровня.

Учитывая, что входной источник питания схемы достаточно номинален для достижения ожидаемого выходного напряжения, выход может быть практически независим от уровня входного источника питания, поскольку он напрямую регулируется базовым потенциалом Tr1.

Стабилитрон и развязывающий конденсатор создают идеально чистое напряжение на базе транзистора, которое воспроизводится на выходе, создавая практически бесшумное напряжение.

Это позволяет использовать этот тип схем с удивительно низкими пульсациями и шумами на выходе без включения огромных сглаживающих конденсаторов, а также с диапазоном тока, который может достигать 1 ампера и даже больше.

Что касается уровня выходного напряжения, то он может не совпадать с напряжением подключенного стабилитрона. Это связано с тем, что между выводами базы и эмиттера транзистора существует падение напряжения примерно 0,65 В.

Следовательно, это падение необходимо вычесть из значения напряжения стабилитрона, чтобы получить минимальное выходное напряжение схемы.

Это означает, что если значение стабилитрона составляет 12,7 В, то выходное напряжение на эмиттере транзистора может быть около 12 В, или, наоборот, если желаемое выходное напряжение составляет 12 В, тогда напряжение стабилитрона должно быть выбрано равным 12,7 В.

Регулировка этой последовательной схемы стабилизатора никогда не будет идентична регулировке схемы стабилитрона, потому что эмиттерный повторитель просто не может иметь нулевой выходной импеданс.

Падение напряжения на каскаде должно незначительно увеличиваться в ответ на увеличение выходного тока.

С другой стороны, можно ожидать хорошего регулирования, когда ток стабилитрона, умноженный на коэффициент усиления по току транзистора, достигает как минимум 100-кратного ожидаемого максимального выходного тока.

Сильноточный регулятор серии с использованием транзисторов Дарлингтона

Для точного достижения этого часто подразумевается, что необходимо использовать несколько транзисторов, может быть 2 или 3, чтобы мы могли достичь удовлетворительного усиления на выходе.

Принципиальная двухтранзисторная схема с использованием пары эмиттерных повторителей Дарлингтона, показанная на следующих рисунках, демонстрирует метод применения 3 биполярных транзисторов в конфигурации Дарлингтона с эмиттерными повторителями.

Обратите внимание, что включение пары транзисторов приводит к более высокому падению напряжения на выходе примерно на 1,3 В, через базу 1-го транзистора к выходу.

Это связано с тем, что примерно 0,65 вольт сбрасывается с каждого из транзисторов. Если рассматривается трехтранзисторная схема, это может означать падение напряжения чуть ниже 2 вольт между базой первого транзистора и выходом и т. д.

Регулятор напряжения с общим эмиттером и отрицательной обратной связью

Хорошая конфигурация иногда наблюдается в определенных конструкциях, имеющих пару усилителей с общим эмиттером, имеющих 100-процентную чистую отрицательную обратную связь.

Эта настройка показана на следующем рисунке.

Несмотря на то, что каскады с общим эмиттером обычно имеют значительный коэффициент усиления по напряжению, в данном случае это может быть не так.

Это связано со 100% отрицательной обратной связью между коллектором выходного транзистора и эмиттером управляющего транзистора. Это облегчает усилителю достижение коэффициента усиления, равного единице.

Преимущества регулятора с общим эмиттером и обратной связью

Эта конфигурация работает лучше по сравнению с регуляторами на основе эмиттерных повторителей Darlington Pair из-за меньшего падения напряжения на входных/выходных клеммах.

Падение напряжения, достигаемое в этих конструкциях, составляет едва около 0,65 В, что способствует повышению эффективности и позволяет схеме эффективно работать независимо от того, превышает ли нестабилизированное входное напряжение всего на несколько сотен милливольт ожидаемое выходное напряжение.

Выпрямитель батареи с использованием цепи последовательного регулятора

Указанная схема выпрямителя батареи является функциональной иллюстрацией конструкции, построенной с использованием регулятора базовой серии.

Модель разработана для всех приложений, работающих с постоянным напряжением 9 В с максимальным током, не превышающим 100 мА. Это не подходит для устройств, которые требуют относительно большего количества тока.

T1 представляет собой трансформатор 12–0–12 В, 100 мА, который обеспечивает изолированную защитную изоляцию и понижающее напряжение, в то время как его вторичная обмотка с отводом от средней точки управляет базовым двухтактным выпрямителем с фильтрующим конденсатором.

Без нагрузки выходное напряжение будет около 18 В постоянного тока, которое может упасть примерно до 12 В при полной нагрузке.

Схема, которая работает как стабилизатор напряжения, на самом деле является базовой последовательной конструкцией, включающей резисторы R1, D3 и C2 для получения регулируемого номинального выходного напряжения 10 В. Ток стабилитрона колеблется от 8 мА без нагрузки до 3 мА при полной нагрузке. В результате диссипация, создаваемая резисторами R1 и D3, минимальна.

Пара эмиттерных повторителей Дарлингтона, образованная TR1 и TR2, может быть видна сконфигурированной, поскольку выходной буферный усилитель обеспечивает усиление по току около 30 000 при полном выходе, в то время как минимальное усиление составляет 10 000.

При этом уровне усиления, когда устройство работает с током 3 мА при полном токе нагрузки и минимальном усилении i, падение напряжения на усилителе практически не изменяется даже при колебаниях тока нагрузки.

Реальное падение напряжения на выходном усилителе составляет приблизительно 1,3 вольта, а при умеренном входном напряжении 10 вольт это обеспечивает выходное напряжение примерно 8,7 вольта.

Это выглядит почти равным указанным 9 В, учитывая тот факт, что даже настоящая 9-вольтовая батарея может показывать отклонения от 9 В.от 0,5 В до 7,5 В в течение периода эксплуатации.

Добавление ограничения тока к последовательному регулятору

Для описанных выше регуляторов обычно важно добавить защиту от короткого замыкания на выходе.

Это может быть необходимо, чтобы конструкция могла обеспечить хорошую стабилизацию при низком выходном импедансе. Поскольку источник питания имеет очень низкий импеданс, в случае случайного короткого замыкания на выходе может протекать очень большой выходной ток.

Это может привести к немедленному сгоранию выходного транзистора и некоторых других деталей. Типичный предохранитель может просто не обеспечить достаточную защиту, потому что повреждение, вероятно, произойдет быстро, даже до того, как предохранитель среагирует и перегорит.

Проще всего это реализовать, добавив в схему ограничитель тока. Это включает в себя дополнительные схемы без какого-либо прямого влияния на производительность конструкции в нормальных условиях работы.

Однако ограничитель тока может привести к быстрому падению выходного напряжения, если подключенная нагрузка будет потреблять значительный ток.

На самом деле выходное напряжение падает так быстро, что, несмотря на короткое замыкание на выходе, ток в цепи немного превышает указанный максимальный номинал.

Результат работы схемы ограничения тока показан в приведенных ниже данных, которые отображают выходное напряжение и ток в зависимости от постепенно снижающегося импеданса нагрузки, как это достигается с помощью предложенного устройства Battery Eliminator.

Схема ограничения тока работает, используя всего пару элементов; Р2 и Тр3. Его реакция на самом деле настолько быстра, что просто устраняет все возможные риски короткого замыкания на выходе, тем самым обеспечивая отказоустойчивую защиту выходных устройств. Работу ограничения тока можно понять, как описано ниже.

Резистор R2 подключен последовательно с выходом, поэтому напряжение на резисторе R2 пропорционально выходному току. При выходном потреблении, достигающем 100 мА, напряжения, создаваемого на R2, будет недостаточно для срабатывания Tr3, так как это кремниевый транзистор, для включения которого требуется минимальный потенциал 0,65 В.

Однако, когда выходная нагрузка превышает предел в 100 мА, на T2 создается достаточный потенциал для адекватного включения Tr3 в проводимость. TR3, в свою очередь, вызывает протекание некоторого тока f к Trl через отрицательную шину питания через нагрузку.

Это приводит к некоторому снижению выходного напряжения. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к пропорциональному увеличению потенциала на R2, заставляя Tr3 включаться еще сильнее.

Следовательно, это позволяет смещать больший ток в сторону Tr1 и отрицательной линии через Tr3 и нагрузку. Это действие дополнительно приводит к пропорционально возрастающему падению выходного напряжения.

Даже в случае короткого замыкания на выходе, Tr3, скорее всего, будет сильно смещен в проводимость, вызывая падение выходного напряжения до нуля, гарантируя, что выходной ток никогда не превысит отметку 100 мА.

Настольный источник питания с регулируемым напряжением

Источники питания со стабилизированным переменным напряжением работают по тому же принципу, что и стабилизаторы с фиксированным напряжением, но они оснащены потенциометрическим управлением, которое облегчает стабилизацию выходного сигнала в диапазоне переменного напряжения.

Эти схемы лучше всего подходят для настольных и мастерских источников питания, хотя их также можно использовать в приложениях, требующих различных регулируемых входов для анализа. Для таких задач потенциометр источника питания действует как предустановленный элемент управления, который можно использовать для адаптации выходного напряжения источника к желаемым регулируемым уровням напряжения.

На рисунке выше показан классический пример схемы регулируемого регулятора напряжения, который обеспечивает плавное стабилизированное выходное напряжение от 0 до 12 В.

Основные характеристики

Диапазон тока ограничен максимальным значением 500 мА, хотя его можно увеличить до более высоких значений путем соответствующей модернизации транзисторов и трансформатора.
Конструкция обеспечивает очень хорошее регулирование шума и пульсаций, которые могут быть менее 1 мВ.
Максимальная разница между входным питанием и регулируемым выходом не более 0,3 В даже при полной выходной нагрузке.
Регулируемый регулируемый источник питания идеально подходит для тестирования практически всех типов электронных устройств, требующих высококачественных регулируемых источников питания.

Как это работает

В этой схеме мы видим схему делителя напряжения, включенную между выходным стабилитроном и входным буферным усилителем. Этот потенциальный делитель создается VR1 и R5. Это позволяет регулировать ползунковый рычаг VR1 от минимума 1,4 В, когда он находится у основания дорожки, до уровня стабилитрона 15 В, когда он находится в самой высокой точке диапазона регулировки.

На выходном буферном каскаде падает примерно 2 вольта, что позволяет использовать выходное напряжение в диапазоне от 0 В до примерно 13 В. Сказав это, верхний диапазон напряжения чувствителен к допускам на части, таким как допуск 5% на стабилитроне. Напряжение. Поэтому оптимальное выходное напряжение может быть чуть выше 12 вольт.

Несколько типов эффективных схем защиты от перегрузок могут быть очень важны для любого настольного источника питания. Это может быть важно, так как выход может быть уязвим для случайных перегрузок и коротких замыканий.

В данной конструкции мы используем довольно простое ограничение тока, определяемое Trl и связанными с ним элементами. Когда блок работает в нормальных условиях, напряжение, создаваемое на резисторе R1, подключенном последовательно с источником питания uoutput, слишком мало, чтобы включить Trl в проводимость.

В этом сценарии схема работает нормально, за исключением небольшого падения напряжения, создаваемого резистором R1. Это практически не влияет на эффективность регулирования агрегата.

Это связано с тем, что каскад R1 предшествует схеме регулятора. В случае перегрузки потенциал, наведенный на резисторе R1, резко возрастает примерно до 0,65 В, что приводит к включению транзистора Tr1 за счет базового тока, получаемого за счет разности потенциалов, генерируемой на резисторе R2.

Это приводит к тому, что резисторы R3 и Tr 1 потребляют значительный ток, что приводит к существенному увеличению падения напряжения на резисторе R4 и снижению выходного напряжения.

Это действие мгновенно ограничивает выходной ток до максимального значения от 550 до 600 мА, несмотря на короткое замыкание на выходе.

Поскольку функция ограничения тока ограничивает выходное напряжение практически до 0 В.

R6 выполнен в виде нагрузочного резистора, который в основном предотвращает слишком низкое значение выходного тока и неспособность буферного усилителя нормально работать. C3 позволяет устройству достичь отличной переходной характеристики.

Недостатки

Как и в любом типичном линейном регуляторе, рассеиваемая мощность в Tr4 определяется выходным напряжением и током и достигает максимума при регулировке потенциометра для более низких выходных напряжений и более высоких выходных нагрузок.

В самых тяжелых случаях на Tr4 может быть наведено напряжение 20 В, в результате чего через него будет протекать ток величиной около 600 мА. Это приводит к рассеиванию мощности около 12 Вт на транзисторе.

Чтобы выдержать это в течение длительного времени, устройство должно быть установлено на довольно большом радиаторе. ВР1 можно было установить с крупной ручкой управления, позволяющей откалибровать шкалу, отображающую маркировку выходного напряжения.

Список деталей

Резисторы. (Все 1/3 Вт 5%).
R1 1,2 Ом
R2 100 Ом
R3 15 Ом
R4 1K
R5 470 Ом
R6K
VR1 4,7K Lineear
9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 9008 13 . 100 мкФ 25 В
C3 330 нФ
Полупроводники
Tr1 BC108
Tr2 BC107
Tr3 BFY51
Tr4 TIP33A
DI to D4 1N4002 (4 off)
D5 BZY88C15V (15 volt, 400 mW zener)
Transformer
T1 Standard mains primary, 17 or 18 volt, 1 amp
secondary
Переключатель
S1 D. P.S.T. поворотный сетевой или тумблерный тип
Разное
Корпус, выходные разъемы, печатная плата, шнур питания, провод,
припой и т. д.0057
Регуляторы проходного транзисторного типа, как описано выше, обычно сталкиваются с ситуацией, когда возникают чрезвычайно высокие потери, возникающие из-за транзистора последовательного регулятора всякий раз, когда выходное напряжение намного ниже, чем входное питание.
Каждый раз, когда на при низком напряжении (TTL) может быть важно использовать охлаждающий вентилятор на радиаторе. Возможно, серьезной иллюстрацией может быть сценарий, в котором указанный блок источника обеспечивает 5 ампер через 5 и 50 вольт.
Этот тип устройства обычно может иметь нерегулируемое питание 60 вольт. Представьте, что это конкретное устройство должно питать схемы ТТЛ со всем номинальным током. Последовательный элемент в цепи должен будет в этой ситуации рассеивать 275 Вт!
Затраты на обеспечение достаточного охлаждения, по-видимому, учитываются только ценой последовательного транзистора. В случае, если падение напряжения на транзисторе регулятора возможно ограничить до 5,5 вольт, независимо от предпочтительного выходного напряжения, рассеяние может быть существенно уменьшено на приведенном выше рисунке и может составить 10% от его начального значения.
Этого можно добиться, используя три полупроводниковых элемента и пару резисторов (рис. 1). Вот как это работает: тиристор Thy может нормально проводить ток через R1.
Тем не менее, как только падение напряжения на Т2 — последовательный регулятор превышает 5,5 В, Т1 начинает проводить, в результате чего тиристор «открывается» при последующем переходе через ноль на выходе мостового выпрямителя.
Эта специальная рабочая последовательность постоянно контролирует заряд, подаваемый на C1 (конденсатор фильтра), для того, чтобы нестабилизированное питание было зафиксировано на уровне 5,5 В выше регулируемого выходного напряжения. Величина сопротивления, необходимая для R1, определяется следующим образом:
R1 = 1,4 x В _сек — (В _мин + 5) / 50 (результат будет в кОм)
где Vсек указывает среднеквадратичное напряжение вторичной обмотки трансформатора, а Vmin означает минимальное значение регулируемый выход.
Тиристор должен выдерживать пиковый пульсирующий ток, а его рабочее напряжение должно быть не менее 1,5 В _с . Транзистор последовательного стабилизатора должен поддерживать максимальный выходной ток I _max и должен быть установлен на радиаторе, где он может рассеивать 5,5 x I _сек Вт.
Получение фиксированного напряжения от транзисторного регулятора
Используя всего один транзистор и несколько стабилитронов, вы можете получить различные напряжения в диапазоне от 5 В до 10 В от источника питания 12 В. На приведенной ниже диаграмме и в таблице показано, как транзистор, стабилитрон и резистор смещения могут быть сконфигурированы для реализации простой схемы транзисторного регулятора.
Заключение
В этом посте мы узнали, как построить простые схемы линейного регулятора напряжения, используя последовательно проходной транзистор и стабилитрон. Линейные стабилизированные источники питания предоставляют нам довольно простые возможности для создания фиксированных стабилизированных выходов с использованием минимального количества компонентов.
В таких конструкциях обычно NPN-транзистор подключается последовательно с положительной входной линией питания в режиме с общим эмиттером. Стабилизированный выходной сигнал получается через эмиттер транзистора и отрицательную линию питания.
База транзистора оснащена схемой фиксации стабилитрона или регулируемым делителем напряжения, что гарантирует, что напряжение на эмиттерной стороне транзистора точно воспроизводит базовый потенциал на эмиттерном выходе транзистора.
Если нагрузка является сильноточной нагрузкой, транзистор регулирует напряжение на нагрузке, увеличивая свое сопротивление, и, таким образом, гарантирует, что напряжение на нагрузке не превышает заданное фиксированное значение, установленное его базовой конфигурацией.
Схема транзисторного регулятора 5 В
Серия
Pass » Electronics Notes
Существует множество последовательных схем линейных регуляторов напряжения, использующих простые конструкции с одним транзистором, вплоть до более сложных регуляторов на основе ИС.
Схемы линейных источников питания. Учебное пособие. Включает:
Линейные источники питания. Шунтовой регулятор Серийный регулятор Ограничитель тока Регуляторы и схемы серии 78** Регулятор напряжения LM317 и схемы LDO, регуляторы с малым падением напряжения
См. также: Обзор электроники источника питания Импульсный источник питания Сглаживание конденсатора Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания
Последовательный стабилизатор напряжения или, как его иногда называют, последовательно-проходной стабилизатор — это наиболее часто используемый подход к проектированию схем для обеспечения конечного регулирования напряжения в линейном стабилизированном источнике питания.
Линейный стабилизатор напряжения серии
обеспечивает высокий уровень производительности, особенно когда на регулируемом выходе требуется низкий уровень шума, пульсаций и переходных процессов, а схемы зачастую относительно просты в проектировании.
Существует большое разнообразие схем линейных регуляторов напряжения, использующих дискретные электронные компоненты, которые обеспечивают стабилизацию с помощью элемента последовательного прохода — метод последовательного прохода наиболее широко используется в блоках питания.
Это означает, что существует множество вариантов последовательных регуляторов напряжения, которые открыты при разработке электронной схемы источника питания.
В схемотехнике можно использовать одну из многих ИС или микросхем регулятора напряжения. Эти ИС широко доступны и довольно дешевы, что делает их идеальным вариантом для многих схем линейных регуляторов напряжения.
Основы схемы регулятора напряжения серии
В последовательном регуляторе напряжения или последовательном регуляторе напряжения используется переменный элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление последовательно включенного элемента, можно изменять падение напряжения на нем, чтобы гарантировать, что напряжение на нагрузке остается постоянным.
Блок-схема последовательного регулятора напряжения
Преимущество последовательного регулятора напряжения заключается в том, что количество потребляемого тока фактически равно потребляемому нагрузкой, хотя часть тока будет потребляться любой схемой, связанной с регулятором.
В отличие от шунтового регулятора напряжения, последовательный регулятор не потребляет полный ток, даже если нагрузка не требует никакого тока. В результате последовательный регулятор напряжения значительно эффективнее.
Вместо того, чтобы потреблять ток, не требуемый нагрузкой для поддержания напряжения, он сбрасывает разницу напряжений между входным напряжением и требуемым стабилизированным напряжением.
Для поддержания достаточного уровня регулирования и подавления шумов и переходных процессов, которые могут быть связаны с входным напряжением, последовательные линейные регуляторы напряжения должны обеспечивать значительное падение напряжения.
Для многих высококачественных регуляторов напряжения с низким уровнем шума и пульсаций требуется несколько вольт на последовательном элементе регулятора. Это означает, что в этом компоненте могут рассеиваться значительные уровни мощности, и для устройства регулятора последовательного прохода, а также для источника питания в целом требуется хороший теплоотвод и возможность отвода тепла.
Несмотря на то, что последовательный регулятор значительно более эффективен, чем параллельный регулятор, он значительно менее эффективен, чем импульсный источник питания.
Эффективность последовательного стабилизатора напряжения и любых линейных источников питания, использующих их, будет зависеть от нагрузки и т. д., но часто достигаются уровни эффективности менее 50 %, тогда как импульсные источники питания могут достигать уровней более 90 %.
Регуляторы напряжения серии
имеют относительно низкий уровень эффективности по сравнению с импульсными источниками питания, но они имеют преимущества простоты, а также их выходной сигнал свободен от пиков переключения, наблюдаемых на некоторых импульсных источниках питания, хотя SMPS улучшаются, а производительность из многих исключительно хорош в наши дни.
Простой регулятор напряжения эмиттерного повторителя
Электронная схема простого стабилизатора напряжения на транзисторном эмиттерном повторителе очень проста. Эта схема сама по себе широко не используется в линейных источниках питания, но может использоваться в другом оборудовании для обеспечения понижающего напряжения и т. д. от шины более высокого напряжения.
Регулятор базовой серии с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя
В схеме используется однопроходный транзистор в конфигурации с эмиттерным повторителем и один стабилитрон или другой диод регулятора напряжения, управляемый резистором от нерегулируемого источника питания.
Это обеспечивает простую форму системы обратной связи, обеспечивающую поддержание напряжения Зенера на выходе, хотя и с уменьшением напряжения, равным напряжению перехода база-эмиттер — 0,6 вольт для кремниевого транзистора.
Спроектировать подобную схему последовательного регулятора напряжения несложно. Зная максимальный ток, требуемый нагрузкой, можно рассчитать максимальный ток эмиттера. Это достигается путем деления тока нагрузки, то есть тока эмиттера транзистора, на β или hfe транзистора.
Стабилитрону обычно требуется минимум около 10 мА для небольшого стабилитрона, чтобы поддерживать регулируемое напряжение. Затем следует рассчитать резистор, чтобы обеспечить базовый ток возбуждения и минимальный ток Зенера, исходя из нерегулируемого напряжения, напряжения Зенера и требуемого тока. [(Нерегулируемое напряжение — напряжение Зенера)/ток].
стоит отметить, что к току следует добавить небольшой запас, чтобы обеспечить достаточно места для запаса при нагрузке и, следовательно, базе транзистора, принимающей полный ток.
Рассеиваемая мощность стабилитрона должна рассчитываться для случая, когда ток нагрузки и, следовательно, ток базы равны нулю. В этом случае диод Зенера должен будет принимать полный ток, проходящий через последовательный резистор.
Иногда конденсатор может быть размещен параллельно стабилитрону или диоду опорного напряжения, чтобы помочь устранить шум и любые переходные процессы напряжения, которые могут возникнуть.
Выходная выборка
Простая схема последовательного регулятора напряжения эмиттерного повторителя напрямую сравнивает выходной сигнал с эталонным напряжением. Таким образом, выходное напряжение было равно эталонному, без учета падения напряжения на базе-эмиттере.
Однако можно улучшить работу регулятора напряжения, замерив долю выходного напряжения и сравнив ее с эталоном.
Для этой функции можно использовать дифференциальный усилитель, такой как операционный усилитель. Если это сделать, то выходное напряжение станет больше, чем опорное напряжение, поскольку отрицательная обратная связь в цепи пытается сохранить два сравниваемых напряжения одинаковыми.
Если, например, опорное напряжение составляет 5 вольт, а выборка или делитель потенциала обеспечивает 50 % выходного напряжения, то выходное напряжение будет поддерживаться на уровне 10 вольт.
Последовательный стабилизатор напряжения с выборочным выходом /figcaption>
Деление потенциала или выборку можно сделать переменными, и таким образом можно настроить выходное напряжение на требуемое значение. Обычно этот метод используется только для небольших регулировок, так как минимальный выходной уровень, полученный этим методом, равен выходному напряжению.
Следует помнить, что использование делителя потенциала приводит к уменьшению усиления контура обратной связи. Это приводит к уменьшению коэффициента усиления контура и, таким образом, снижению эффективности регулирования. Обычно имеется достаточное усиление контура, чтобы это не было серьезной проблемой, за исключением случаев, когда оцифровывается очень небольшая часть выходного сигнала.
Также следует соблюдать осторожность, чтобы не увеличивать выходное напряжение до точки, при которой регулятор не имеет достаточного падения для достаточной регулировки выходного напряжения.
Регулятор прохода серии
с обратной связью
Чтобы обеспечить более высокий уровень производительности по сравнению с простым эмиттерным повторителем, в схему регулятора напряжения можно добавить более сложную цепь обратной связи. Это достигается путем выборки выходного сигнала, сравнения его с эталоном и последующего использования дифференциального усилителя той или иной формы для обратной связи по разнице для исправления ошибок.
Можно использовать простую двухтранзисторную схему для последовательного стабилизатора с измерением напряжения и обратной связью. Хотя использовать операционный усилитель, обеспечивающий более высокий уровень обратной связи и, следовательно, лучшее регулирование, довольно просто, эта двухтранзисторная схема хорошо иллюстрирует принципы.
Простая двухтранзисторная схема регулятора последовательного прохода
В этой схеме TR1 образует последовательный транзистор. Второй транзистор, TR2, действует как дифференциальный усилитель, подавая напряжение ошибки между эталонным диодом и измеренным выходным напряжением, которое является пропорцией выходного напряжения, установленного потенциометром. Резистор R1 обеспечивает ток для коллектора TR2 и диода опорного напряжения ZD1.
Опорное напряжение
Качество любого линейного регулятора напряжения зависит от опорного напряжения, используемого в качестве основы для сравнения в системе.
Хотя теоретически можно использовать батарею, это не подходит для большинства приложений. Вместо этого почти повсеместно используются эталоны на основе стабилитронов.
В стабилизаторах и эталонах на интегральных схемах
используются сложные встроенные комбинации транзисторов и резисторов для получения точных источников опорного напряжения с температурной компенсацией.
Опорное напряжение должно подаваться от нерегулируемого источника. Его нельзя снять с регулируемого выхода, так как есть проблемы с запуском. При запуске выходной сигнал отсутствует, поэтому опорный выходной сигнал будет равен нулю и будет поддерживаться до тех пор, пока не будет запущен опорный сигнал.
Упрощенный источник опорного напряжения для последовательного стабилизатора напряжения
Интересно, что будет видно, что базовый источник опорного напряжения типа стабилитрона является шунтирующим, а не последовательным регулятором. Однако это опорное напряжение затем используется для управления последовательной схемой регулятора напряжения.
Часто выходной сигнал источника задания подается через делитель напряжения. Это не только снижает выходное напряжение, что обычно очень полезно, но также позволяет добавить конденсатор к выходу, чтобы устранить любые пульсации или шумы, которые могут присутствовать. Пониженное напряжение также полезно, поскольку минимальное выходное напряжение определяется опорным напряжением.
Линейные стабилизаторы напряжения с интегральной схемой
Существует очень много отличных интегральных схем, которые позволяют очень легко спроектировать последовательный регулятор. Многие из них существуют уже несколько лет, и в результате они широко доступны и очень дешевы.
Интегральные схемы, такие как известные серии 78xx, LM317, LM340 и многие другие, обеспечивают очень простой способ создания простого, но очень хорошего линейного регулятора.
Эти конкретные схемы представляют собой регуляторы с тремя клеммами, имеющие одну клемму для входа, одну для выхода и общий вывод, либо подключенный к земле, либо к сети резисторов для обратной связи по напряжению.
• Цепи регуляторов серии 74xx и LM340
Регуляторы серии 78xx хорошо известны и доступны уже много лет. Они доступны для широкого спектра напряжений, где «xx» заменяется требуемым напряжением.
Эти регуляторы представляют собой простые устройства с тремя клеммами, но они имеют большое количество встроенных функций, помимо регулирования напряжения: внутреннее ограничение тока, тепловое отключение и компенсация безопасной зоны, что делает их практически неразрушимыми.
Корпус и распиновка TO220 для регулятора напряжения серии 7800
Эта схема регулятора напряжения очень проста и использует очень мало электронных компонентов.
Базовая схема регулятора напряжения серии 7800
Это базовая схема, используемая для любого регулятора напряжения серии 7800. Он очень успешен и не требует дополнительных компонентов, кроме тех, которые показаны для основной операции.
Серия LM340 практически аналогична серии 78xx, за исключением того, что они имеют несколько более высокие технические характеристики и более строгие допуски по выходному напряжению.
Подробнее о . . . . Схемы регулятора напряжения 78xx.

• Цепи регулятора LM317
ИС стабилизатора напряжения LM317 представляет собой регулируемый стабилизатор положительного напряжения с 3 клеммами, который можно использовать в схемных решениях, обеспечивающих ток свыше 1,5 А в диапазоне выходного напряжения от 1,2 В до 37 В.
Предполагается, что входное напряжение таково, что может быть получено достаточное падение напряжения между входом и выходом, чтобы обеспечить достаточную стабилизацию при требуемом выходном напряжении.
LM317 представляет собой базовый электронный компонент для создания очень простой, но эффективной схемы регулятора переменного напряжения. Конструкция очень проста и требует двух внешних резисторов для установки выходного напряжения.
В дополнение к этому ИС включает в себя внутреннее ограничение тока, отключение при перегреве и компенсацию безопасной зоны, что делает ее очень надежной и практически невозможной для повреждения.
Ввиду того, что выходное напряжение может быть установлено с помощью двух внешних резисторов, схемы регулятора напряжения могут иметь программируемый выходной регулятор или путем подключения постоянного резистора между регулировкой и выходом, LM317 может использоваться в качестве прецизионный регулятор тока.
Базовая схема стабилизатора напряжения серии LM317
Подробнее о . . . . Схемы регулятора напряжения LM317.

Серийные регуляторы напряжения с малым падением напряжения
Одним из соображений, касающихся любого регулятора, является напряжение, которое должно быть приложено к последовательному проходному элементу. Часто для линейных регуляторов требуется значительное падение на последовательном проходном элементе для достижения наилучшего регулирования и подавления шума. Например, линейный регулятор с выходным напряжением 12 вольт может быть рассчитан на входное напряжение 18 вольт или более.
Для любого линейного регулятора существует минимальное напряжение, которое требуется на последовательном элементе до того, как регулятор «выпадет». Это падение напряжения можно увидеть во многих интегральных схемах линейного регулятора.
В некоторых схемах важно иметь стабилизатор с малым падением напряжения. Если доступное входное напряжение не особенно велико, может быть важно иметь линейный стабилизатор с малым падением напряжения. Он должен будет хорошо регулироваться, несмотря на ограниченное напряжение на нем.
Основные параметры для серийных линейных регуляторов напряжения
При рассмотрении технических характеристик серийных линейных регуляторов или при разработке электронной схемы для них большое значение имеет ряд параметров
- Максимальное входное напряжение: Это максимальное входное напряжение, которое может выдержать последовательный стабилизатор. Часто хорошее падение напряжения на стабилизаторе обеспечивает лучшую стабилизацию. Однако максимальное входное напряжение не должно превышаться, и обычно рекомендуется иметь значительный запас между приложенным напряжением и указанным максимумом. Работа на 60% или меньше обычно является хорошей практикой и повышает надежность.
- Разница между входным и выходным напряжением: Максимальная разница между входным и выходным напряжением — еще одна важная цифра, представляющая собой напряжение на последовательном проходном элементе. В некоторых случаях сама микросхема регулятора может работать над землей, и в этом случае большое значение имеет максимальное входное выходное напряжение. Опять же, работа значительно ниже максимума обеспечит большую надежность.
- Текущий рейтинг: Любой линейный регулятор напряжения будет иметь максимальный ток, который он может пропустить. Чем выше ток, тем выше рассеиваемая мощность, особенно при больших перепадах напряжения на элементе последовательного регулятора. Спецификация максимального тока будет зависеть от множества факторов, включая уровень теплоотвода элемента регулятора, а также температуру окружающей среды в оборудовании и, конечно же, перепад напряжения.
- Падение напряжения: Спецификация падения напряжения представляет собой минимальный перепад входного-выходного напряжения на последовательном регуляторе, при котором он может обеспечить регулируемый выходной сигнал. Для многих регуляторов оно может составлять несколько вольт, но для регуляторов с малым падением напряжения оно может составлять порядка нескольких сотен милливольт.
- Линейное регулирование: Линейное регулирование представляет собой изменение выходной мощности при заданном изменении входного напряжения. Чтобы обеспечить хорошую стабилизацию линии, должно быть достаточное падение напряжения на регуляторе, а также достаточное усиление в контуре обратной связи и датчика напряжения.
- Регулирование нагрузки: Регулирование нагрузки — это изменение выходного напряжения при заданном изменении нагрузки и, следовательно, потребляемого тока. Опять же, хорошая обратная связь в контуре измерения напряжения, но токонесущие провода также должны быть достаточными, чтобы пропускать ток без заметного падения напряжения. Иногда в электронных схемах измеряется напряжение на нагрузке, чтобы устранить влияние падения напряжения на проводах. Также необходимо убедиться, что питание регулятора может выдерживать требуемые уровни тока.
Советы и подсказки по проектированию схемы регулятора напряжения
Существует несколько полезных советов и советов, которым можно следовать, чтобы убедиться, что конструкция линейного регулятора напряжения соответствует ожиданиям.
- Рассеивание устройства: Регуляторы серии могут рассеивать большое количество тепла. Соответственно, необходимо обеспечить, чтобы последовательное регуляторное устройство могло работать с мощностью и, в дополнение к этому, чтобы оно имело достаточную теплоотводящую способность, как бы это ни было устроено.
  Также необходимо убедиться, что повышение температуры всего блока питания не становится слишком высоким в результате рассеивания тепла, так как это может повлиять на надежность. В частности, электролитические конденсаторы разлагаются быстрее, если они работают в горячей среде.
- Достаточно ли падения напряжения на последовательном регуляторе: Для обеспечения хорошего регулирования должно быть достаточное падение напряжения на транзисторе регулятора, полевом транзисторе или ИС. Минимальное падение будет указано для микросхем регуляторов напряжения в их спецификациях.
- Достаточно ли развязан вход: В некоторых случаях, когда возможны более длинные провода к микросхеме регулятора, рекомендуется использовать небольшой развязывающий конденсатор между входом и землей. Если это не на месте, IC может колебаться.
- Достаточно ли емкости на выходе: Чтобы улучшить переходную характеристику регулятора, на выходе можно разместить конденсатор. Обычно это может быть порядка от 0,1 мкФ до 1 мкФ в зависимости от схемы. Если в качестве основы схемы регулятора напряжения используется ИС регулятора напряжения, то в техническом паспорте будут предложены оптимальные значения.
- Достаточны ли дорожки и провода для тока: Очень удобно использовать небольшие дорожки на печатной плате, чтобы гарантировать, что все электронные компоненты и схемы связи могут находиться на плате. Однако там, где могут возникнуть более высокие уровни тока, важно убедиться, что любые дорожки могут проводить ток, не рассеивая слишком много тепла или не падая напряжение.
  То же самое верно и при использовании обычной проводки — тонкие провода могут падать по напряжению точно так же, как и дорожки на печатной плате.
- Могут ли входные цепи и сглаживающие цепи обеспечивать достаточный ток: До самой схемы линейного регулятора напряжения, сглаживающие цепи являются важным элементом общего питания. Он должен обеспечивать требуемый ток без слишком низкого падения напряжения. Также пульсации будут увеличиваться по мере того, как потребляется больше тока.
  Очень важно всегда следить за тем, чтобы минимальное напряжение всегда было достаточным для работы регулятора — иногда впадины пульсаций могут упасть ниже минимума, чтобы регулятор работал удовлетворительно. Эти факторы необходимо учитывать при проектировании схемы регулятора напряжения.
- Включено ли ограничение тока: Ограничение тока является важным элементом современных схем регулятора напряжения, и его следует по возможности включать. Большинство ИС стабилизаторов напряжения включают ограничение тока, но схемы, использующие дискретные компоненты, должны иметь эту возможность.
  Возможность ограничения тока предотвратит повреждение самого источника питания, а также приводимой в действие нагрузки в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.
- Встроена ли защита от перенапряжения: В некоторых случаях регулятор может выйти из строя и полное входное напряжение регулятора может быть подано на нагрузку. Это может привести к повреждению управляемой цепи. Наличие защиты от перенапряжения может предотвратить значительный ущерб электронной цепи, находящейся под напряжением.
Это лишь некоторые меры предосторожности при проектировании, которые необходимо учитывать при проектировании или создании схемы линейного регулятора для источника питания.