К сведению. Импульсные устройства основаны на принципе накопления энергии в реактивном элементе – емкости или индуктивности.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Простейшая конструкция содержит всего два элемента:

• Стабилизирующий диод – стабилитрон;
• Токоограничительный резистор.

Такая схема стабилизатора имеет ограниченное применение, поскольку работает в ограниченном диапазоне сопротивления нагрузки – ток через стабилитрон должен быть больше нагрузки как минимум в 3-10 раз.

Параметрическая схема

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если дополнить конструкцию со стабилитроном эмиттерным повторителем, получится параметрический стабилизатор на транзисторе и стабилитроне с лучшими параметрами в отношении тока нагрузки.

В данной схеме напряжение на нагрузке определяется разностью между падением на стабилитроне и переходе база-эмиттер. Стабилизация происходит потому, что разность потенциалов перехода база-эмиттер слабо зависит от тока эмиттера.

Включение усилительного элемента позволяет увеличить ток нагрузки в Вst раз, где Вst – статический коэффициент передачи. Используя составной элемент (схема Дарлингтона), можно еще больше увеличить допустимый ток нагрузки до нескольких ампер.

Схема Дарлингтона

Схема параметрического стабилизатора напряжения на транзисторе обладает недостатками. Некоторая нестабильность напряжения на переходе база-эмиттер ухудшает коэффициент стабилизации конструкции в целом. Снижение мощности нагрузки ниже определенного минимума вызывает повышение выходного напряжения (для кремниевых компонентов на 0.6 Вольт, поскольку ток базы становится равным нулю).

Принципы расчета характеристик

Для простейшего расчета характеристик требуются следующие данные:

• Напряжение питания;
• Ток нагрузки;
• Выходное напряжение.

Порядок расчета:

1. Исходя из выходных параметров, определяется тип стабилизирующего элемента;
2. Выбирается ключевой элемент по критериям:

• Коэффициент стабилизации Вst≥Iн/Iст;
• Допустимое напряжение коллектор-эмиттер больше максимального входного;
• Максимальный ток коллектора должен быть больше нагрузки.

Компенсационные стабилизаторы

В компенсационных стабилизаторах производится сравнение эталонного (опорного) потенциала с выходным. Разница через контур отрицательной обратной связи поступает на базу ключевого транзистора, управляя величиной его открытия.

Точность стабилизации зависит от точности формирования опорного напряжения. Так как устройство сравнения потребляет малый ток, то опорный потенциал можно сформировать при помощи параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Компенсационная схема

Еще больше повысить эксплуатационные характеристики можно, используя источник тока вместо токоограничительного резистора. В качестве такого источника наиболее удобно применять полевой транзистор. Компенсационные устройства обладают хорошими характеристиками, поэтому большинство производителей элементной базы выпускает готовые модули, позволяющие создавать конструкции с минимумом элементов.

Импульсные стабилизаторы

Использование простых конструкций на транзисторах имеет недостаток – на ключевом элементе выделяется большая мощность рассеивания, которая тем больше, чем больше разница между входным и выходным параметром.

Главное отличие импульсных устройств – в том, что транзисторы работают в ключевом режиме, управляя накоплением и отдачей энергии реактивными элементами. Энергия, запасенная дросселем или конденсатором, позволяет не только стабилизировать напряжение, но и повышать его или инвертировать полярность.

Собранные на дискретных элементах импульсные преобразователи сложны в конструировании и регулировке. Сейчас выпускаются схемы, выполненные в виде интегральных микросхем, которым требуется импульсный ключ только для увеличения мощности. Устройства практически не требуют регулировки и обладают высокой надежностью.

Микросхема импульсных устройств

Схема на составном транзисторе

Параметрический стабилизатор напряжения на транзисторе ограничивает ток нагрузки не только за счет допустимого тока ключевого элемента. Задолго до наступления момента предельного режима стабилизация ухудшается, поскольку ограничивается статическим коэффициентом передачи ключевого транзистора.

Увеличить ток нагрузки можно, применяя составные элементы, включенные по схеме Дарлингтона. В таком включении общий коэффициент передачи равняется произведениям коэффициентов обоих транзисторов. Мощные усилительные транзисторы Дарлингтона часто выпускаются в едином корпусе, не требуя дополнительных соединений.

Схема на двух транзисторах

Используя два транзистора, можно собрать схему компенсационного стабилизатора, в котором один из триодов является ключевым, а второй служит для управления обратной связью. Такая конструкция легко позволяет регулировать величину выхода. Правильный стабилизатор также должен предусматривать защиту от перегрузки.

Схема на транзисторе и стабилитроне

Подключение ключевого элемента к простейшему устройству на стабилитроне позволяет с минимальными затруднениями увеличить ток нагрузки. Применение полевого транзистора вместо биполярного позволяет уменьшить рассеиваемую мощность, снизить падение на полупроводниковых переходах, увеличивая таким образом КПД конструкции.

Важно! При использовании полевых транзисторов рука и инструмент должны быть заземлены.

Какой выбрать стабилизатор напряжения, зависит от предъявляемых требований по значению тока нагрузки, коэффициенту стабилизации, габаритам конструкции.

Во многом это зависит от личных предпочтений. Компенсационные и параметрические устройства просты для понимания, легко собираются и настраиваются. Импульсные устройства более сложные технически. Хотя существует множество готовых интегральных микросхем импульсных стабилизаторов, отсутствие четкого понимания их работы может затруднить поиск неисправностей. Выбранная с некоторым запасом по току конструкция может простоять под нагрузкой неограниченное время.

Видео

Стабилизаторы тока

Содержание:

1. Общее устройство и принцип работы
2. Диодный стабилизатор тока
3. Схемы стабилизаторов тока на КРЕН
4. Стабилизатор тока на двух транзисторах
5. Регулируемый стабилизатор постоянного тока
6. Мощный импульсный стабилизатор тока
7. Видео: Сделай сам стабилизатор на LM2576

В каждой электрической сети периодически возникают помехи, отрицательно влияющие на стандартные параметры тока и напряжения. Данная проблема успешно решается с помощью различных устройств, среди которых очень популярны и эффективны стабилизаторы тока. Они имеют различные технические характеристики, что делает возможным их использование совместно с любыми бытовыми электроприборами и оборудованием. Особые требования предъявляются к измерительному оборудованию, требующему стабильного напряжения.

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Знание основных принципов работы стабилизаторов тока способствует наиболее эффективному использованию этих устройств. Электрические сети буквально насыщены различными помехами, негативно влияющими на работу бытовых приборов и электрооборудования. Для преодоления отрицательных воздействий используется схема простого стабилизатора напряжения и тока.

В каждом стабилизаторе имеется основной элемент – трансформатор, обеспечивающий работу всей системы. Самая простая схема включает в свой состав выпрямительный мост, соединенный с различными типами конденсаторов и резисторов. Их основными параметрами считаются индивидуальная емкость и предельное сопротивление.

Сам стабилизатор тока работает по очень простой схеме. Когда ток поступает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе она будет совпадать с частотой электрической сети и составит 50 Гц. После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения. Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.

Диодный стабилизатор тока

Во многих конструкциях светильников имеются диодные стабилизаторы, более известные как стабилизаторы тока для светодиодов. Как и все типы диодов, светодиоды обладают нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, при изменяющемся напряжении на светодиоде, происходит непропорциональное изменение тока.

С ростом напряжения вначале наблюдается очень медленное возрастание тока, в результате, свечение светодиода отсутствует. Затем, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света и очень быстрое возрастание тока. Дальнейший рост напряжения приводит к катастрофическому увеличению тока и перегоранию светодиода. Значение порогового напряжения отражается в технических характеристиках светодиодных источников света.

Светодиоды с высокой мощностью требуют установки теплоотвода, поскольку их работа сопровождается выделением большого количества тепла. Кроме того, для них требуется и достаточно мощный стабилизатор тока. Правильная работа светодиодов также обеспечивается стабилизирующими устройствами. Это связано с сильным разбросом порогового напряжения даже у однотипных источников света. Если два таких светодиода подключить параллельно к одному источнику напряжения, по ним будет проходить ток разной величины. Разница может быть настолько существенной, что один из светодиодов сразу же сгорит.

Таким образом, не рекомендуется включение светодиодных источников света без стабилизаторов. Данные устройства устанавливают ток заданного значения без учета напряжения, приложенного к схеме. К наиболее современным приборам относится двухвыводной стабилизатор для светодиодов, применяющийся для создания недорогих решений по управлению светодиодами. В его состав входит полевой транзистор, обвязочные детали и другие радиоэлементы.

Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

Данная схема стабильно работает с использованием таких элементов, как КР142ЕН12 или LM317. Они являются регулируемыми стабилизаторами напряжения, работающими с током до 1,5А и входным напряжением до 40В. В нормальном тепловом режиме эти устройства способны рассеивать мощность до 10Вт. Эти микросхемы обладают низким собственным потреблением, составляющим примерно 8мА. Данный показатель остается неизменным даже при изменяющемся токе, проходящем через КРЕН и измененном входном напряжении.

Элемент LM317 способен удерживать на основном резисторе постоянное напряжение, регулируемое в определенных пределах с помощью подстроечного резистора. Основной резистор с неизменным сопротивлением обеспечивает стабильность проходящего через него тока, поэтому он известен еще, как токозадающий резистор.

Стабилизатор на КРЕН отличается простотой и может использоваться в качестве электронной нагрузки, зарядки аккумуляторов и в других областях.

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Благодаря своему простому исполнению, в электронных схемах очень часто используются стабилизаторы на двух транзисторах. Их основным недостатком считается не вполне стабильный ток в нагрузках при изменяющемся напряжении. Если же не требуется высоких токовых характеристик, то данное стабилизирующее устройство вполне сгодится для решения многих несложных задач.

Кроме двух транзисторов в схеме стабилизатора присутствует токозадающий резистор. Когда на одном из транзисторов (VT2) увеличивается ток, возрастает напряжение на токозадающем резисторе. Под действием этого напряжения (0,5-0,6В) начинает открываться другой транзистор (VT1). При открытии этого транзистора, другой транзистор – VT2 начинает закрываться. Соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через него.

В качестве VT2 используется биполярный транзистор, однако в случае необходимости возможно создать регулируемый стабилизатор тока на полевом транзисторе MOSFET, используемом в качестве стабилитрона. Его выбор осуществляется исходя из напряжения 8-15 вольт. Данный элемент используется при слишком высоком напряжении источника питания, под действием которого затвор в полевом транзисторе может быть пробит. Более мощные стабилитроны MOSFET рассчитаны на более высокое напряжение – 20 вольт и более. Открытие таких стабилитронов происходит при минимальном значении напряжения на затворе 2 вольта. Соответственно, происходит и увеличение напряжения, обеспечивающего нормальную работу схемы стабилизатора тока.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Иногда возникает необходимость в стабилизаторах тока с возможностью регулировок в широком диапазоне. В некоторых схемах может использоваться токозадающий резистор с пониженными характеристиками. В этом случае необходимо применять усилитель ошибки, основой которого служит операционный усилитель.

С помощью одного токозадающего резистора происходит усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние называется усиленным напряжением ошибки. С помощью опорного усилителя сравниваются параметры опорного напряжения и напряжения ошибки, после чего выполняется регулировка состояния полевого транзистора.

Для такой схемы требуется отдельное питание, которое подается к отдельному разъему. Питающее напряжение должно обеспечивать нормальную работу всех компонентов схемы и не превышать уровня, достаточного для пробоя полевого транзистора. Правильная настройка схемы требует установки ползунка переменного резистора в самое верхнее положение. С помощью подстроечного резистора выставляется максимальное значение тока. Таким образом, переменный резистор позволяет выполнять регулировку тока от нуля до максимального значения, установленного в процессе настройки.

Мощный импульсный стабилизатор тока

Широкий диапазон питающих токов и нагрузок не всегда является основным требованием к стабилизаторам. В некоторых случаях решающее значение отводится высокому коэффициенту полезного действия прибора. Эту задачу успешно решает микросхема импульсного стабилизатора тока, заменяющая компенсационные стабилизаторы. Приборы этого типа позволяют создавать высокое напряжение на нагрузке даже при наличии невысокого входного напряжения.

Кроме того, существует повышающий стабилизатор тока импульсного типа. Они используются вместе с нагрузками, питающее напряжение которых превышает входное напряжение стабилизирующего устройства. В качестве делителей выходного напряжения используются два резистора, задействованные в микросхеме, с помощью которой входное и выходное напряжение поочередно уменьшается или увеличивается.

Стабилизатор на LM2576

Схема стабилизатора тока

Содержание:

1. Общее устройство и принцип работы
2. Релейные стабилизаторы тока
3. Симисторный стабилизатор
4. Стабилизатор тока высокой частоты
5. Широтно-импульсные устройства
6. Резонансный стабилизатор тока
7. Стабилизатор переменного тока
8. Стабилизирующие устройства для светодиода
9. Регулируемый стабилизатор тока
10. Стабилизаторы постоянного тока
11. Простой стабилизатор тока из двух транзисторов

В действующих электрических сетях постоянно присутствуют различные помехи, оказывающие негативное влияние на работу приборов и оборудования. Эффективно справиться с этой проблемой помогает схема стабилизатора тока. Стабилизирующие устройства различаются между собой по техническим характеристикам и зависят от источников питания. Если в домашних условиях стабилизация тока не является первоочередной задачей, то при использовании измерительного оборудования токовые показатели обязательно должны быть стабильными. Особой точностью отличаются устройства на полевом транзисторе. Отсутствие помех позволяет получать наиболее достоверные результаты после проведения измерений.

Общее устройство и принцип работы

Основным элементом каждого стабилизатора является трансформатор. Наиболее простая схема состоит из выпрямительного моста, соединенного с конденсаторами и резисторами. В каждой схеме применяются элементы различных типов, с индивидуальной емкостью и предельным сопротивлением.

Принцип работы стабилизатора довольно простой. При попадании тока на трансформатор, происходит изменение его предельной частоты. На входе этот параметр совпадает с частотой сети и составляет 50 Гц. После выполнения преобразования тока, значение предельной частоты на выходе будет уже 30 Гц. В процессе работы высоковольтных выпрямителей, происходит определение полярности напряжения. Стабилизация тока выполняется за счет работы конденсаторов, а снижение помех происходит с помощью резисторов. В конце концов, на выходе вновь образуется постоянное напряжение, поступающее в трансформатор с частотой, не превышающей 30 Гц.

Типы стабилизаторов тока

В соответствии с предназначением, разработано большое количество различных типов стабилизирующих устройств.

Релейные стабилизаторы тока. Их схема состоит из типовых элементов, в том числе и компенсационных конденсаторов. В этом случае установка мостовых выпрямителей производится в начале цепи. Следует учитывать и такой фактор, как наличие в стабилизаторе двух пар транзисторов. Установка первой пары выполняется перед конденсатором. За счет этого поднимается предельная частота.

В стабилизаторе такого типа значение выходного напряжения будет составлять порядка 5 ампер. Поддержка определенного уровня номинального сопротивления производится с помощью резисторов. В простых моделях используются двухканальные элементы. Они отличаются продолжительным процессом преобразования, однако у них небольшой коэффициент рассеивания.

Симисторный стабилизатор LM317. Данная модель широко используется в различных областях. Ее основным элементом служит симистор, с помощью которого в устройстве значительно возрастает предельное напряжение. Этот показатель на выходе имеет значение около 12 В. Система способна выдерживать внешнее сопротивление до 3 Ом. Повышение коэффициента сглаживания осуществляется с использованием многоканальных конденсаторов. Транзисторы открытого типа применяются только в высоковольтных устройствах.

Контроль над изменением положения осуществляется за счет изменяющегося выходного номинального тока. Стабилизатор тока LM317 может выдержать дифференциальное сопротивление в размере до 5 Ом. В случае использования измерительных приборов — это значение должно быть не менее 6 Ом. Мощный трансформатор обеспечивает режим неразрывного тока дросселя. В обычной схеме он устанавливается сразу за выпрямителем. В приемниках на 12 вольт применяется балластный тип резисторов, за счет которых снижаются колебания в цепи.

Стабилизатор тока высокой частоты. Его основным элементом является транзистор КК20, характеризующийся ускоренным процессом преобразования. Этому способствует смена полярности на выходе. Конденсаторы, задающие частоту, попарно устанавливаются в схеме. Импульсный фронт в этом случае не должен быть более 2 мкс, в противном случае это приведет к существенным динамическим потерям.

В некоторых схемах для насыщения резисторов используются мощные усилители в количестве, не меньше трех. Чтобы уменьшить тепловые потери, применяются емкостные конденсаторы. Значение скоростных характеристик ключевого транзистора полностью зависит от параметров делителя.

Широтно-импульсные стабилизаторы. У стабилизаторов этого типа довольно значительная индуктивность дросселя, за счет быстрой смены делителя. В данной схеме используются двухканальные резисторы, пропускающие ток в разных направлениях, а также емкостные конденсаторы. Все эти элементы позволяют поддерживать на выходе значение предельного сопротивления в пределах 4 Ом. Максимальная нагрузка, выдерживаемая такими стабилизаторами, составляет 3 А. Данные модели редко используются в измерительных приборах. Предельное рассеивание источников питания в этом случае должно быть не выше 5 вольт, что позволяет поддерживать нормативное значение коэффициента рассеивания.

В стабилизаторах тока этого типа ключевые транзисторы обладают не очень высокими скоростными характеристиками. Причина заключается в низкой способности резисторов выполнять блокировку тока, поступающего от выпрямителя. В результате, помехи с высокой амплитудой вызывают существенные тепловые потери. Нейтрализация свойств трансформатора снижается и приводит к спадам импульсов. Преобразование тока осуществляется лишь за счет работы балластного резистора, установленного непосредственно за выпрямительным мостом. Широтно-импульсный стабилизатор очень редко использует полупроводниковые диоды, поскольку фронт импульсов в цепи составляет не более 1 мкс.

Резонансный стабилизатор тока. Состоит из конденсаторов малой емкости и резисторов с разными сопротивлениями. Неотъемлемой частью таких усилителей являются трансформаторы. Увеличение коэффициента полезного действия прибора достигается за счет использования большого количества предохранителей. Это приводит к росту динамических характеристик резисторов. Монтаж низкочастотных транзисторов осуществляется непосредственно за выпрямителями. При условии хорошей проводимости тока, работа конденсаторов становится возможной при различных частотах.

Стабилизатор переменного тока. Как правило используется в источниках питания, напряжением до 15 вольт и является их неотъемлемой составной частью. Максимальное значение внешнего сопротивления, воспринимаемого устройствами, составляет 4 Ом. Среднее входящее напряжение переменного тока будет в пределах 13 В. В этом случае контроль над уровнем коэффициента сглаживания осуществляется с помощью конденсаторов открытого типа. Схема построения резисторов оказывает непосредственное влияние на уровень пульсации, создаваемый на выходе.

Максимальный линейный ток для таких стабилизаторов составляет 5 ампер. Соответственно, дифференциальное сопротивление будет иметь значение в 5 Ом. Величина максимально допустимой мощности рассеивания составляет в среднем 2 Вт. Это свидетельствует о серьезных проблемах стабилизаторов переменного тока с фронтом импульсов. Понижение их колебаний возможно только с помощью мостовых выпрямителей. Предохранители позволяют значительно снизить тепловые потери.

Стабилизирующие устройства для светодиода. В данном случае стабилизаторы не должны иметь слишком большую мощность. Главной задачей стабилизатора тока является максимальное снижение порога рассеивания. Для изготовления такого стабилизатора своими руками используются две основные схемы. Первый вариант выполняется с использованием преобразователей. Это позволяет добиться на всех этапах предельной частоты не более 4 Гц, значительно увеличивая тем самым производительность устройства.

Во втором случае применяются усиливающие элементы. Основной задачей является нейтрализация переменного тока. Уменьшить динамические потери возможно с помощью высоковольтных транзисторов. Излишнее насыщение элементов преодолевается конденсаторами открытого типа. Быстродействие трансформаторов обеспечивается ключевыми резисторами. Их расположение в схеме стандартное – непосредственно за выпрямительным мостом.

Регулируемый стабилизатор тока. Востребован в основном в области промышленного производства. Регулируемый стабилизатор дает возможность выполнять настройку приборов и оборудования за счет изменения тока и напряжения. Многие модели могут управляться дистанционно с помощью специальных контроллеров, смонтированных внутри стабилизатора. Для таких устройств значение предельного напряжения переменного тока составляет примерно 12 В. В этом случае уровень стабилизации должен быть не менее 14 Вт. Пороговое напряжение находится в прямой зависимости с частотностью прибора.

Чтобы изменить коэффициент сглаживания, в регулируемом стабилизаторе установлены емкостные конденсаторы. Данные устройства отличаются хорошей производительностью: максимальный ток 4 А, дифференциальное сопротивление – 6 Ом. Обеспечение неразрывного режима дросселя осуществляется трансформаторами ключевого типа. Подача напряжения на первичную обмотку производится через катод, ток на выходе блокируется в зависимости от типа конденсаторов. Предохранители, чаще всего, не участвуют в стабилизации процесса.

Стабилизаторы постоянного тока. В основу их работы заложен принцип двойного интегрирования. За этот процесс отвечают специальные преобразователи. Динамические характеристики стабилизаторов увеличиваются с помощью двухканальных транзисторов. Существенная емкость конденсаторов позволяет свести к минимуму тепловые потери. Показатели выпрямления определяются путем точных расчетов. Выходное напряжение постоянного тока в 12А соответствует максимальному предельному значению в 5 вольт, при частоте устройства 30 Гц.

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Стабилизаторы тока | PRO-диод

Стабилизаторы тока

25.10.2013 | Рубрика: Электроника

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым.
Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока – питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.п.
Внимание! Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это может плохо кончиться =)

Простой стабилизатор тока на КРЕНке

Для этого стабилизатора тока достаточно применить КР142ЕН12 или LM317. Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт (при соблюдении теплового режима).
Схема и применение показаны на рисунках ниже

Стабилизатор тока на КР142ЕН12 (LM317)

Стабилизатор тока на КРЕН в качестве зярядного устройства

Собственное потребление данных микросхем относительно невелико – около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения. Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM317 работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2. В данном случае R3 называется токозадающим резистором. Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше.

Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т.п.

Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения. Недостаток же такого регулятора тока – весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы.

Простой стабилизатор тока на двух транзисторах

Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы – не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения. Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики.

Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1. Транзистор VT1 открываясь начинает закрывать транзистор VT2 и ток через VT2 уменьшается.

Стабилизатор тока на транзисторах

Зарядка аккумуляторов

Вместо биполярного транзистора VT2, можно применить MOSFET – полевой транзистор.

Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Для мощных MOSFET это напряжение составляет порядка 20В. Далее показана схема стабилизатора тока с использованием MOSFET.

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока. При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:

Стабилизатор тока на полевом транзисторе

В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КР142ЕН12 или LM317. Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.

Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)

Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, показанных ранее, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис:

Стабилизатор тока на операционном усилителе

В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.

Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.

В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.

Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме

Осциллограмма стабилизатора тока на ОУ

На осциллограмме луч 1 (желтый) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 (голубой) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.

Стабилизатор тока на микросхеме импульсного стабилизатора напряжения

Иногда от стабилизатора тока требуется не только работать в широком диапазоне питающих напряжений и нагрузок, но и иметь высокий КПД. В этих случаях компенсационные стабилизаторы не годятся и на смену им приходят стабилизаторы импульсные (ключевые). Кроме того, импульсные стабилизаторы могут при небольшом входном напряжении получать высокое напряжение на нагрузке.

Далее предлагается к рассмотрению широко распространенная микросхема MAX771. Основные характеристики MAX771:

• Напряжение питяния 2…16,5В
• Собственное потребление 110uA
• Выходная мощность до 15W
• КПД при токе нагрузки 10mA…1A достигает 90%
• Опорное напряжение 1,5V

На рисунке показан один из вариантов включения микросхемы, именно его мы и возьмем за основу нашей схемы.

MAX771 включен как повышающий стабилизатор напряжения

Упрощенно процесс стабилизации выглядит следующим образом. Резисторы R1 и R2 являются делителями выходного напряжения микросхемы, как только делимое напряжение, поступающее на вывод FB микросхемы MAX771, больше опорного напряжения (1,5V) микросхема уменьшает выходное напряжение и наоборот — если напряжение на выводе FB меньше 1,5V, микросхема увеличивает входное напряжение.

Очевидно, что если контрольные цепи изменить так, чтобы MAX771 реагировала (и соответственно регулировала) выходной ток, то мы полчим стабилизированный источник тока.
Ниже показаны модифицированная схема с ограничением выходного напряжения и вариант нагрузки.

Схема стабилизатора тока на MAX771

Нагрузка для стабилизатора тока

При небольшой нагрузке, пока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 меньше 1,5V, схема на Рис.10a работает как стабилизатор напряжения, стабилизируя напряжение на уровне стабилитрона VD2 + 1,5V. Как только ток нагрузки становится достаточно большим, на R3 падение напряжения увеличивается и схема переходит в режим стабилизации тока.

Резистор R8 устанавливается в том случае, если напряжение стабилизации может быть большим — больше 16,5V. Резистор R3 является токозадающим и рассчитывается по формуле: R3 = 1,5/Iст.
Недостатком схемы является достаточно большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3. Данный недостаток устраняется применением операционного усилителя (ОУ) для усиления сигнала с резистора R3. Например, если резистор требуется уменьшить в 10 раз при заданном токе, то усилитель на ОУ должен усилить напряжение падающее на R3 тоже в 10 раз.

Заключение

Итак, было рассмотрено несколько схем выполняющих функцию стабилизации тока. Конечно же, эти схемы можно улучшать, увеличивая быстродействие, точность и т.д. Можно применять в качестве датчика тока специализированные микросхемы и делать сверхмощные регулирующие элементы, но эти схемы идеально подходят в тех случаях, когда требуется быстро создать инструмент для облегчения своей работы или решения определенного круга задач.

Метки:: Стабилизатор тока

Генератор пилообразного напряжения.Часть 2.Стабилизаторы тока

Всем доброго времени суток. В предыдущей статье я описывал простейший генератор пилообразного напряжения и приводил его расчет. Данная статья продолжает первую часть, сегодня вы узнаете, как улучшить параметры генераторов и какие для этого применяются схемы.

Как известно из предыдущей статьи основными параметрами для оценки качества генератора пилообразного напряжения являются коэффициент нелинейности и коэффициент использования напряжения питания. Первый коэффициент характеризует нестабильность тока, который заряжает конденсатор, поэтому для обеспечения коэффициента нелинейности ξ интегрирующие цепи наиболее линейный заряд конденсатора происходит в начальный период времени (примерно первые 10 % от времени заряда). Поэтому для лучшей линейности в простейших генераторах пилообразного напряжения с зарядным (или разрядным) резистором приходится использовать напряжение питания в несколько десятков раз выше, чем амплитуда выходного импульса.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Простой стабилизатор тока

Стабилизатор тока (источник тока, генератор тока) называется устройство, которое автоматически поддерживает заданный ток в нагрузке под действием дестабилизирующих факторов. В качестве основного элемента в генераторе тока в большинстве случаев используется биполярный транзистор. В простейшем случае схема представляет собой однокаскадный усилитель, который показан ниже

Работает схема следующим образом. Делитель напряжения R1R2 создаёт на базе транзистора VT1 напряжение U_B, которое может быть представлено, как сумма напряжений U_BE (напряжение на переходе база-эмиттер) и U_E – напряжение на эмиттере VT1, тогда

При этом напряжение на базе выбирается в пределах U_B ≈ (0,3…0,5)* E_ПИТ

А ток эмиттера будет равен

Так как ток коллектора транзистора практически такой же, как и ток эмиттера, то, если ток эмиттера поддерживать постоянным, то ток коллектора также будет постоянным, несмотря на изменение напряжения на коллекторе. Данная схема является основой для различных источников постоянного тока. При расчёте данной схемы необходимо, чтобы ток делителя R1R2 был в 5…10 раз больше, чем базовый ток транзистора, то есть

Данная схема достаточно эффективна во многих случаях, но иногда возникают проблемы в связи с нестабильностью источника питания и по этой причине возможно изменение напряжения на базе транзистора U_B, как следствие и тока эмиттера I_E.

Расчёт простого стабилизатора тока

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий I_С = 10 мА, напряжение источника питания Е_ПИТ = 10 В.

1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: U_CEmax = 30 В, I_Cmax = 100 mA, I_CBO = 1 mkA, f_h31e = 250 МГц, h_21e = 20…90 (примем h_21e = 50).
2. Рассчитаем сопротивление эмиттера R3[math]R3 = \frac{U_{E}}{I_{E}} = \frac{U_{B} — U_{BE}}{I_{E}}[/math]

   где U_BE = 0,6 – 0,8 B,

   [math]U_{B}=(0,3…0,5)*E_{PIT} = (0,3…0,5)*10 = 3…5 B[/math]

   Примем U_B = 3 В, тогда

   [math]R3 = \frac{3 — 0,7}{0,01} = 230 Om[/math]
3. Расчитаем сопротивление резисторов R1 и R2.[math]I_{R1R2} \ge (5…10)*I_{B} = \frac{(5..10)*I_{E}}{1 + h_{21e}} = \frac{(5..10)*0,01}{1 + 50} \approx 0,98…1,96 mA[/math]

   Примем I_R1R2 = 1 мА

   [math]R1 + R2 = \frac{E_{PIT}}{I_{R1R2}} = \frac{10}{0,001} = 10 kOm[/math]
   [math]\frac{R2}{R1 + R2} = \frac{U_{B}}{E_{PIT}} = \frac{3}{10} = 0,3[/math]
   [math]R2 = 10 * 0,3 = 3 kOm[/math]
   [math]R1 = 10 — 3 = 7 kOm[/math]

   Примем R1 = 6,8 кОм, R2 = 3,3 кОм

Стабилизатор тока с диодным смещением

Как указывалось выше простой стабилизатор тока вследствие нестабильности напряжения питания, может иметь невысокую стабильность тока коллектора, кроме того через делитель напряжения R1R2 протекает достаточно большой ток, что приводит к потере мощности. Поэтому для уменьшения влияния этих факторов применяется диодная стабилизация (или диодное смещение) напряжения на базе. Схема, иллюстрирующая диодное смещение приведена ниже

Работает данная схема, как и предыдущая, но с учётом того, что напряжение на базе транзистора VT1 создается стабилитроном. Расчёт данной схемы выполняется также как и предыдущей, только с учётом параметров стабилитрона, то есть напряжения стабилизации U_НОМ и ток стабилизации I_CT. При выборе стабилитрона источника тока необходимо руководствоваться следующими ограничениями

• максимальное напряжение стабилизации стабилитрона
  [math]U_{ST} \le \/E_{PIT} — I * R_{HMAX}[/math]
  где E_PIT – напряжение питания источника тока,
  I – расчётный ток источника тока
  R_Нmax – максимальное сопротивление коллекторной нагрузки.
• минимальное напряжение стабилизации не должно быть меньше, чем напряжение насыщение база-эмиттер[math]U_{ST} \ge \/U_{BE}[/math]

В данной схеме по возможности необходимо использовать стабилитроны с небольшим значением напряжения стабилизации, потому что при напряжении стабилизации стабилитрона(U_СТ.НОМ) близком к U_st уменьшается значение сопротивления резистора R1, что в свою очередь приводит к увеличению потребляемой мощности этим резистором.

Расчёт стабилизатора тока с диодным смещением

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий I_С = 10 мА на нагрузке Rн = 150 Ом, напряжение источника питания Е_ПИТ = 10 В.

1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: U_CEmax = 30 В, I_Cmax = 100 mA, I_CBO = 1 mkA, f_h31e = 250 МГц, h_21e = 20…90 (примем h_21e = 50).
2. Выберем стабилитрон[math]U_{ST} \le \/E_{PIT} — I * R_{HMAX} = 10 — 0,01 * 150 = 10 — 1,5 = 8,5 B[/math]
   [math]U_{ST} \ge \/U_{BE}[/math]

   Выберем стабилитрон типа КС139Г со следующими параметрами U_ст.ном. = 3,9 В, I_ст.ном. = 5 мА.

3. Рассчитаем сопротивление резистора R1
   [math]R1 = \frac{E_{PIT} — U_{CT.HOM}}{I_{CT.HOM}}[/math]

   Примем R1 = 1,2 кОм

4. Рассчитаем сопротивление резистора R2
   [math]R2 = \frac{U_{E}}{I_{E}} = \frac{U_{ST} — U_{BE}}{I_{E}} = \frac{3,9 — 0,7}{0,01} = 320 Om[/math]

   Выберем R2 = 330 Ом

Токовое зеркало (отражатель тока)

Как указывалось выше, уменьшение напряжения стабилизации стабилитрона приводит к уменьшению потребляемого тока. Как известно минимальное напряжение на базе транзистора для его работы в качестве усилителя составляет U_BE = 0,7 В – падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер. Чтобы обеспечить такое напряжение достаточно между базой и эмиттером транзистора включить обычный диод, но лучше всего использовать транзистор с закороченным коллекторным переходом, причём необходимо стараться подобрать пару транзисторов с очень близкими параметрами (h_21e, I_CBO и т.д.). Такая схема, показанная ниже, называется токовым зеркалом или отражателем тока

Рассмотрим работу схемы, основными элементами которой являются резистор R1 и транзисторы VT1 и VT2. Коллектор и база транзистора VT1 соединены, и поэтому данный транзистор выполняет роль диода. Коллекторный ток VT1 ограничен резистором R1, а как известно напряжение U_BE и ток эмиттера I_E транзистора связывает логарифмическая зависимость

где U_T – напряжение на p-n переходе зависящее от температуры,
I_EO – обратный ток насыщения эмиттера.

Таким образом, если транзисторы VT1 и VT2 имеют одинаковые параметры, то падение напряжение U_BE транзистора VT1 вызовет такое же падение напряжения U_BE транзистора VT2, а следовательно и коллекторный ток транзистора VT2 будет примерно равным коллекторному току транзистора VT1. Таким образом, коллекторный ток VT2 с большой степенью точности задаётся («программируется») коллекторным током VT1.

Генератор пилообразного напряжения со стабилизатором тока

От схем стабилизаторов тока пора перейти к применению стабилизаторов в генераторах пилообразного напряжения. Тут всё достаточно просто, необходимо вместо зарядного (разрядного) резистора вставить в схему стабилизатор тока. Для примера возьмём стабилизатор тока с диодным смещением и добавим его в схему простого генератора пилообразного напряжения. Получившаяся схема изображена ниже

Данная схема состоит из стабилизатора тока на транзисторе VT1, стабилитроне VD1 и резисторах R1, R2, а также разрядного транзистора VT2 и конденсатора C1.
Схемы генераторов пилообразного напряжения позволяют получить коэффициент нелинейности ξ ≤ 10 %, а коэффициент использования напряжения ε ≈ 0,9. Как же работает такая схема? Как известно VT1. То есть дифференциальное сопротивление коллектора будет очень высоким

в случае стабилизатора тока r_K ≈ 0,5…1 МОм.

После подачи питания Епит в схему, конденсатор C1 начинает заряжаться постоянным током I_С ≈ I_E = const, которой обеспечивается стабильным напряжением U_ST за счёт стабилитрона VD1

Таким образом, конденсатор зарядится до напряжения

которое будет являться выходным напряжением данной схемы генератора. После того как на вход схемы (базовый вывод VT2) приходит положительный импульс (U_BX > U_BbIX) транзистор VT2 насыщается и конденсатор C1 разряжается

Амплитуду выходного напряжения можно определить по следующей формуле

Коэффициент нелинейности будет равен

Таким образом, исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что данный генератор при работе на высокоомную нагрузку обеспечивает небольшой коэффициент нелинейности и большой коэффициент использования напряжения, который растёт с уменьшением напряжения стабилизации стабилитрона, а также обеспечивает большой диапазон длительности рабочего хода и небольшое время обратного хода.

Одним из недостатков данного типа генератора является то, что необходимо иметь запускающий импульс со значительным уровнем напряжения (U_BX > U_BbIX), а также транзисторы с разными типами проводимости.

В отличии от генератора линейно растущего напряжения, генератор линейно падающего напряжения можно собрать на транзисторах одного типа проводимости, что иногда имеет некоторое преимущество.

Расчёт номиналов элементов данной схемы ведётся идентично генератору линейно растущего напряжения.

Расчёт генератора пилообразного напряжения с токовым стабилизирующим элементом

Рассчитать параметры элементов схемы генератора пилообразного напряжения со стабилизатором тока, который обеспечивает следующие характеристики выходного сигнала: длительность рабочего хода Т_Р = 500 мкс, амплитуда выходного напряжения U_m = 5 В, напряжение питания схемы E_K = 10 В коэффициент нелинейности ξ = 1 %.

1. Определим ёмкость конденсатора С[math]C = \frac{T_{P}}{r_{K} \xi}[/math]

   где r_K – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, r_K = ΔU_CB/ΔI_C. Для простейших расчётов можно полагать, что r_K = 0,5 … 1 Мом

   [math]C = \frac{0,0005}{(500000…1000000) * 0,01}=0,1…0,05 \mu F[/math]

   Выберем С1 = 51 нФ.

2. Найдём величину тока необходимого для обеспечения заданной амплитуды выходного импульса
   [math]I_{ST} = \frac {U_{m}*C1}{T_{P}} = \frac {5 * 51 * 10^{-9}}{0,0005} = 0,51 mA[/math]
3. Выберем и рассчитаем стабилизатор тока:
   • Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: U_CEmax = 30 В, I_Cmax = 100 mA, I_CBO = 1 mkA, f_h31e = 250 МГц, h_21e = 20…90 (примем h_21e = 50).
   • Выберем стабилитрон
     [math]U_{ST} = E_{K} — U_{m} = 10 — 5 = 5 B[/math]
     [math]U_{ST} \ge \/U_{BE} = 0,7 B[/math]

     Выберем стабилитрон типа КС147 со следующими параметрами U_ст.ном. = 4,7 В, I_ст.ном. = 5 мА.

   • Рассчитаем сопротивление резистора R1
     [math]R3 = \frac{E_{K} — U_{CT.HOM}}{I_{CT.HOM}} = \frac{10 — 4,7}{0,005} = 1060 Om[/math]

     Примем R1 = 1 кОм

   • Рассчитаем сопротивление резистора R2
     [math]R2 = \frac{U_{CT.HOM} — U_{BE}}{I_{E}} = \frac{4,7 — 0,7}{0,00051} \approx 7843 Om[/math]

     Выберем R2 = 8,2 кОм

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки

Для корректной функциональности многих электротехнических устройств необходимо поддержание определенных рабочих параметров сети питания. Выход напряжения за границы нормированного диапазона сопровождается ухудшением КПД. Импульсные помехи провоцируют сбои. Исправить ситуацию поможет стабилизатор тока на полевом транзисторе схема которого представлена в этой публикации.

Мощный блок питания на полевом транзисторе

Принцип стабилизации тока

Целевое назначение специальной схемы – регулирование источника питания в автоматическом режиме для поддержания стабильных параметров цепей нагрузки. Основной компонент – достаточно мощный полупроводниковый прибор, ограничитель силы тока на выходе блока питания.

Требования к управляющему элементу

Критерии выбора можно сформулировать, если известны параметры силы тока (ампер). Однако даже без конкретного технического задания несложно перечислить базовые требования:

• ток в контрольной цепи поддерживается с определенной точностью;
• следует компенсировать перепады потребляемой мощности;
• корректирующие изменения должны выполняться достаточно быстро;
• для автоматической настройки оптимального режима и улучшения защиты от помех нужна организация обратной связи.

Суть стабилизации

Для уточнения функциональности управляющего элемента необходимо отметить особенности типичной нагрузки. Интенсивность излучения светодиода, например, существенно зависит от температуры в процессе эксплуатации. Соответствующим образом изменяется мощность потребления. При увеличении тока уменьшается напряжение.

Важно! Если установить обратную связь (отрицательную), отмеченное изменение будет регулировать рабочий режим управляющего устройства. В частности, при увеличении напряжения между затвором и стоком полевого транзистора ток через исток уменьшается. Тем самым без иных дополнительных действий обеспечивается стабилизация выходных параметров источника.

Выбор схемы включения

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Импульсный стабилизатор тока

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

Работа стабилизаторов тока

Минимальное количество функциональных элементов в схемах этой категории подразумевает разумную стоимость. При выборе такого варианта нетрудно изучить рабочие режимы, особенности настройки.

Особенности полевых структур

В радиотехнических приборах этого типа p-n переходы расположены особым образом. Для регулировки прохождения тока через центральный канал изменяются напряжение и соответствующее электромагнитное поле. Разницу потенциалов создают на стоке и затворе.

Принцип действия полевого и биполярного транзисторов

На рисунке показаны принципиальные отличия, по сравнению с биполярным транзистором. При использовании полевой структуры управляющий ток отсутствует, а входное сопротивление становится значительно больше. При такой схеме прибор потребляет минимум энергии, но не способен обеспечить усиление сигнала. Впрочем, для решения обозначенной задачи (стабилизации) увеличивать напряжение не нужно.

Принцип управления переходом

В области между зонами р типа формируется канал. Для прохождения тока создается разница потенциалов «сток-исток». Управляют переходом изменением напряжения «затвор-исток» – Uзи.

Устройство и работа полевого транзистора

Для изучения функциональности полевого транзистора можно рассмотреть две схемы подключения. В первом варианте соединяют исток и затвор проводником, выравнивая соответствующий потенциал: Uзи= 0. Повышением напряжения Uси (сток-исток) обеспечивают прохождение тока в рабочей зоне.

Напряжение равно нулю

В показанном на рисунке состоянии прибор функционирует как типичный проводник. Специфическое название на графике «Омическая область» определяет зону пропорционального увеличения силы тока по мере увеличения разницы потенциалов. При переходе в режим насыщения количества свободных зарядов недостаточно для поддержания отмеченного изменения.

Уменьшение потенциала на затворе

На этом рисунке канал прохождения зарядов сужают дополнительным источником питания, который уменьшает Uзи<0. На определенном уровне (напряжение отсечки) ток не проходит.

Устройство полевого транзистора

На рисунке показаны зоны p и n типа. Регулировкой напряжения Uси изменяют сопротивления канала (силу тока). Как показано выше, при необходимости можно закрыть эту цепь.

Полевые транзисторы в стабилизаторах тока

В идеальном примере источник питания обеспечивает стабильность тока, если электрическое сопротивление цепи нагрузки меняется от нуля (КЗ) до бесконечности. Однако в действительности рабочие параметры проводимости (напряжения) ограничены определенным диапазоном. Схема на полевом транзисторе с последовательным подключением к зарядному устройству, солнечной батарее или другому «реальному» источнику обеспечит поддержание тока в линии на заданном уровне.

Пример стабилизатора на полевом транзисторе

При создании радиотехнических устройств с применением ламп типовой анодный блок питания не обеспечивает необходимую стабильность выходных параметров. Добавление резистора в цепь увеличивает потери, не позволяет точно корректировать изменение мощности в нагрузке.

Электрическая схема простого стабилизатора

Своими руками несложно собрать этот стабилизатор тока на полевом транзисторе. С его помощью обеспечивается точность заданных параметров в диапазоне не более 6% от номинала.

Видео

микросхема, импульсный, интегральный и простой

Содержание статьи:

Стабилизаторы напряжения предотвращают поломки оборудования и бытовой техники от колебания нагрузки. Устройство совместимо с однофазной и трехфазной сетью, подходит для квартиры и частного дома. Схема стабилизатора напряжения может понадобиться при самостоятельном подключении прибора или обустройстве электросети.

Принцип работы стабилизаторов

Различные типы стабилизаторов напряжения

Принцип функционирования зависит от типа оборудования. Для выделения общих моментов целесообразно рассмотреть конструкцию. Прибор состоит из таких элементов:

• Система управления. Позволяет отслеживать вольтаж на выходе, доводя его до стабильного показателя 220 В. Оборудование работает с погрешностью 10-15 %.
• Автоматический трансформатор. Имеется у релейных, симисторных, сервомоторных модификаций. Повышает или понижает номинал напряжения.
• Инвертор. Механизмом из генератора, трансформатора и транзисторов оснащаются инверторные модели. Элементы через первичную обмотку могут пропускать либо выключать ток, формируя напряжение на выходе.
• Защитный блок, источник вторичного питания. Имеются у моделей, рассчитанных на 220 Вольт.

Функция байпаса или транзита позволяет стабилизаторам подавать напряжение на выход до момента пресечения установленного предела.

Принцип действия релейных моделей

Релейный аппарат регулирует вольтаж посредством замыкания контактов реле. Контроль параметров осуществляется с помощью микросхемы, элементы которой сравнивают сетевое напряжение с опорным. Если показатели не совпадают, от микросхем стабилизаторов напряжения поступают сигналы на понижение или повышение обмотки.

При дешевизне и компактности релейное оборудование медленно реагирует на скачки напряжения, может кратковременно выключаться, не выдерживает перегрузки.

Погрешность устройств – 5-10 %.

Как работают сервоприводные приборы

Основные узлы сервоприводного аппарата – серводвигатель и автоматический трансформатор. Если напряжение отклонилось от нормы, поступает сигнал на переключение трансформаторных от контроллера к мотору. Сравнение показателей опорного и входного вольтажа осуществляет плата управления.

Сервоприводные стабилизаторы могут регулировать нагрузку трехфазной и однофазной сети. Они отличаются стойкостью, надежностью, исправным функционированием при перегрузке.

Точность приборов – 1 %.

Принцип работы инверторных устройств

Инверторный стабилизатор регулирует напряжение по системе двойного преобразования:

1. Переменный ток на входе выравнивается, пропускается через конденсаторный фильтр пульсации.
2. Выпрямленный ток подается к инвертору, трансформируется в переменный и поступает на нагрузку.

Выходное напряжение остается стабильным.

Приборы с инверторами отличаются быстротой реакции, КПД от 90%, бесперебойной и бесшумной работой в диапазоне 115-300 Вольт.

Диапазон регулирования аппарата снижается, если нагрузка увеличивается.

Особенности расчета характеристик

Чтобы установить параметрический аппарат, понадобится вычислить мощность, вольтаж на входе, ток базы транзисторов. К примеру, максимальное напряжение на выходе равняется 14 В, минимальное на выходе – 1,5 В, а максимальный ток – 1 А. Зная параметры, производится расчет:

1. Входное напряжение. Используется формула Uвх=Uвых+3. Цифра – коэффициент падения напряжения на участке перехода от коллектора к эмиттеру.
2. Максимальная мощность, которую рассеивает транзистор. Для подбора в пользу большей величины понадобится справочник. Применяются такие формулы: Pmax = 1.3 (Uвх-Uвых) Imax = 1.3 (17-14) = 3,9 Вт; Pmax = 1.3 (Uвх-Uвых1) Imax = 1.3 (17-1.5) = 20,15 Вт.
3. Ток транзисторной базы. Расчеты производятся по формуле: Iб max = Imax/h31Э min. Последний показатель равен 25, поэтому 1/25 = 0,04 А.
4. Параметры балластного тиристора. Применяется формула Rб = (Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min )= (17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом. Iст min – ток стабилизации; Uст – напряжение стабилизации, которое выдает стабилитрон.

Цифры и расчеты предоставлены для резисторов с сопротивлением 1 Ом.

Схема для компенсационного стабилизатора

Компенсационные схемы объясняют подключение с обратной связью. Сами устройства имеют точное напряжение на выходе без привязки к току нагрузки.

Последовательная схема

Компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа

По обозначениям из справочника можно идентифицировать:

• регулирующий узел – Р;
• источник эталонного номинала напряжения – И;
• сравниваемые показатели – ЭС;
• усилитель постоянных токов – У.

Для вычисления напряжения на выходе понадобится знать особенности работы устройства. Один транзистор будет регулировать, а второй – стабилизировать. Стабилитрон является источником опорного. Разность мощностей – напряжение на участке между эмиттером и базой.

При подаче коллекторного тока на резистор напряжение падает, имеет обратную полярность для эмиттерного узла. В результате происходит падение коллекторного и эмиттерного токов. Чтобы регулировка была плавной, для линии стабилизатора используется делитель. Ступенчатое регулирование достигается при помощи напряжения опоры стабилитрона.

Параллельная схема

Компенсационный стабилизатор напряжения параллельного типа

Если напряжение отклонилось от номинала, возникает импульс рассогласования. Это разница между показателями выхода и опоры. Поскольку узел регулировки расположен параллельно нагрузке, он усиливает сигнал. Происходит изменение тока на элементе-регуляторе, падение напряжения резистора и сохранение постоянного номинала на выходе.

Схема параметрического стабилизатора

Схема, объясняющая процесс стабилизации опорного напряжения, будет основной для параметрических моделей. Делитель напряжения прибора представляет собой балластный резистор и стабилитрон с параллельным сопротивлением нагрузки. При колебании номинала напряжения питания и токовой нагрузки стабилизируется напряжение.

Если данный показатель возрастает на входе, увеличивается ток, проходящий через стабилитрон и резистор. Благодаря вольт-амперным показателям номинал стабилитрона почти не меняется, как и напряжение сопротивления нагрузки. Все колебания касаются только резистора.

Специфика импульсного устройства

Простой импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный аппарат отличается высоким КПД даже в условиях большого диапазона напряжения. Схема устройства включает ключ, энергетический накопитель и цепь управления. Элемент регулировки подключается в режиме импульса. Принцип действия прибора:

1. От второго коллектора через второй конденсатор к базе подается положительное напряжение обратной связи.
2. Коллектор №2 открывается после насыщения током от резистора №2.
3. На переходе от коллектора к эмиттеру насыщение меньше, и он остается открытым.
4. Усилитель подключается на коллектор №3 через стабилитрон №2.
5. Подсоединение базы осуществляется к делителю.
6. Первый стабилитрон управляет открытием/закрытием второго коллектора по сигналу от третьего.

Когда второй стабилитрон открыт, энергия накапливается в дросселе, поступая поле закрытия на нагрузку.

Стабилизаторы на микросхемах

Линейный делитель отличается подачей нестабильного напряжения на вход и снятием стабильного с плеча делителя. Выравнивание осуществляет делительное плечо, поддерживающее постоянное сопротивление. Устройства отличаются простотой конструкции, отсутствием помех в работе. Микросхемы соединяются последовательно или параллельно.

Последовательные стабилизаторы

Последовательный стабилизатор на биополярном транзисторе

Последовательные устройства характеризуются включением элемента регулировки параллельно с нагрузкой. Существует две модификации:

• С биполярным транзистором. Не имеет авторегулируемого контура, стабильность напряжения зависит от величины тока и температурных показателей. В качестве токового усилителя используется эмиттерный повторитель или транзистор составного типа.
• С контуром авторегулировки. Компенсационный прибор работает по принципу выравнивания выходного и опорного номинала. Часть напряжения на выходе снимается с резистивного делителя, а потом сравнивается при помощи стабилитрона. Контуром регулирования является петля обратной связи со сдвигом по фазе 180 градусов. Стабилизация тока производится резистором или источником питания.

Самые популярные последовательные стабилизаторы – интегральные.

Специфика параллельного стабилизатора

Простой мощный параллельный стабилизатор на транзисторах

Параллельный прибор отличается включением элемента регулировки параллельно подаваемой нагрузке. Стабилитрон используется полупроводникового или газоразрядного типа. Схема востребована для регулирования сложных устройств.

Снижение нестабильного показателя напряжения на входе осуществляется при помощи резистора. Допускается использовать двухполярный автомат с высокими показателями дифференциального сопротивления на отдельном участке.

Особенности приборов с тремя выводами

Стабилизаторы для переменного напряжения отличаются небольшими габаритами, выпускаются в пластиковом или металлическом корпусе. Они оснащаются каналами для входа, заземления и вывода. Конденсаторы прибора для уменьшения пульсаций запаиваются с двух сторон.

Напряжение на выходе составляет около 5 В, на входе – около 10 В, мощность рассеивания – 15 Вт.

Трехвыводные модификации позволяют получить вольтаж нестандартного номинала, необходимое для запитки макетов, маломощных АКБ, при починке или модернизации аппаратуры.

Алгоритм самостоятельной сборки аппарата

Для самостоятельного изготовления целесообразно использовать схему симистора – эффективного прибора. Он выравнивает номинал подаваемого тока при напряжении от 130 до 270 В. Сделать прибор можно на основе печатной платы из фольгированного текстолита. Сборка устройства осуществляется так:

1. Подготовка магнитопровода и нескольких кабелей.
2. Создание обмотки из провода диаметром 0,064 мм – понадобится 8669 витков.
3. Остальные проводники диаметром 0,185 мм нужны для оставшихся обмоток. Количество витков каждой – 522.
4. Последовательное соединение трансформаторов на 12 В.
5. Организация 7-ми отводов. Первые 3 изготавливаются из провода диаметром 3 мм, другие – из шин с сечением 18 мм2. Так самодельный аппарат не будет нагреваться.
6. Установка контроллерной микросхемы на платиновый теплоотвод.
7. Монтаж симисторов и светодиодов.

Для устройства понадобится прочный корпус, прикрепленный к жесткому каркасу. Самый простой вариант – полимерные или алюминиевые пластины.

Схема подключения стабилизатора

Схема подключения стабилизатора напряжения

Ввод стабилизатора в частный дом выполняется при помощи трехжильного ВВГнг-кабеля, трехпозиционного выключателя и провода ПУГВ. Установка производится до счетчика, в отдельном или распределительном щитке:

1. Открыть контакты, подняв лицевую крышку.
2. Пропустить на выход и вход кабель. Фазу входа затянуть на клемме Lin, нулевой (синий) проводник – на клемме Nin, землю – на винтовой зажим с соответствующим обозначением.
3. При отсутствии земли закрутить эту жилу под винт на корпусе прибора.
4. Вернуть стабилизированное напряжение в общий щиток. Фаза подводится на выход Lout, ноль – к Nout, земля – к заземлению на входе.
5. Протестировать схему в режиме без нагрузки.

Для теста отключаются все автоматы, кроме вводного и направленного на стабилизатор.

Стабилизатор, подключенный между сетью и нагрузкой, подходит для частного или дачного дома, квартиры, производства. Прибор защищает оборудование от выхода из строя, устраняет влияние на электролинию перегрузки и коротких замыканий.