Цікаві експерименти: деякі можливості польового транзистора

Журнал " Радіо " , номер 11, 1998г.

Відомо, що вхідний опір біполярного транзистора залежить від опору навантаження каскаду, опору резистора ланцюга емітера і коефіцієнта передачі струму бази. Часом воно буває порівняно невеликим, ускладнюючи узгодження каскаду із джерелом вхідного сигналу. Ця проблема повністю відпадає, якщо використовувати польовий транзистор - його вхідний опір досягає десятків і навіть сотень мегаом. Щоб познайомитися з польовим транзистором, проробіть запропоновані експерименти.

Трохи про характеристики польового транзистора.Як і в біполярного, у польового три електроди, але називають їх інакше: затвор (аналогічний базі), стік (колектор), витік (емітер). За аналогією з біполярними польові транзистори бувають різної "структури": з р-каналом та n-каналом. На відміну від біполярних вони можуть бути із затвором у вигляді p-n переходу та із ізольованим затвором. Наші експерименти торкнуться перших із них.

Основою польового транзистора служить пластина кремнію (затвор), де є тонка область, звана каналом (рис. 1,а). З одного боку каналу розташований стік, з іншого - витік. При підключенні до початку транзистора плюсового, а до стоку мінусового виводу батареї живлення GB2 (рис. 1, б) в каналі виникає електричний струм. Канал у цьому випадку має максимальну провідність.

Варто підключити ще одне джерело живлення - GB1 - до висновків витоку та затвора (плюсом до затвора), як канал "звужується", викликаючи збільшення опору в ланцюзі сток-виток. Відразу ж зменшується струм у цьому ланцюзі. Зміною напруги між затвором та витоком регулюють струм стоку. Причому в ланцюзі затвора струму немає, керування струмом стоку здійснюється електричним полем (ось чому транзистор називають польовим), створюваним прикладеним до початку і затвора напругою.

Сказане відноситься до транзистора з р-каналом, якщо ж транзистор з n-каналом, полярність напруги, що живить і управляє, змінюється на зворотну (рис. 1, в).

Найчастіше можна зустріти польовий транзистор у металевому корпусі - тоді, крім трьох основних висновків, він може бути і виведення корпусу, який при монтажі з'єднують із загальним проводом конструкції.

Один з параметрів польового транзистора - початковий струм стоку (I з поч), тобто струм у ланцюгу стоку при нульовій напрузі на затворі транзистора (на рис. 2,а движок змінного резистора в нижньому за схемою положенні) і при заданій напрузі живлення .

Якщо плавно переміщати двигун резистора вгору за схемою, то в міру зростання напруги на затворі транзистора струм стоку зменшується (рис. 2, б) і при певному для цього транзистора напрузі знизиться практично до нуля. Напруга, що відповідає цьому моменту, називають напругою відсічення (U ЗІотс).

Залежність струму стоку від напруги на затворі досить близька до прямої лінії. Якщо на ній взяти довільне збільшення струму стоку і поділити його на відповідне збільшення напруги між затвором і витоком, отримаємо третій параметр - крутість характеристики (S). Цей параметр неважко визначити без зняття характеристики чи пошуку їх у довіднику. Достатньо виміряти початковий струм стоку, а потім підключити між затвором і витоком, скажімо, гальванічний елемент напругою 1,5 В. Віднімете струм стоку, що вийшов, з початкового і ділите залишок на напругу елемента - отримаєте значення крутості характеристики в міліамперах на вольт.

Знання особливостей польового транзистора доповнить знайомство з його стоковими вихідними характеристиками (рис. 2, в). Знімають їх при зміні напруги між стоком та витоком для декількох фіксованих напруг на затворі. Неважко помітити, що до певної напруги між стоком та витоком вихідна характеристика нелінійна, а потім у значних межах напруги практично горизонтальна.

Звичайно, для подачі напруги зсуву на затвор окреме джерело живлення в реальних конструкціях не застосовують. Усунення утворюється автоматично при включенні в ланцюг початку постійного резистора необхідного опору.

А тепер підберіть кілька польових транзисторів серій КП103 (з р-каналом), КП303 (з n-каналом) з різними літерними індексами та потренуйтеся у визначенні їхніх параметрів, користуючись наведеними схемами.

Польовий транзистор – сенсорний датчик.Слово " сенсор " означає почуття, відчуття, сприйняття. Тому можемо вважати, що в нашому експерименті польовий транзистор виступатиме в ролі чутливого елемента, що реагує на дотик одного з його висновків.

Крім транзистора (рис. 3), наприклад, будь-якого із серії КП103, знадобиться омметр із будь-яким діапазоном вимірювань. Підключіть щупи омметра у будь-якій полярності до висновків стоку та витоку – стрілка омметра покаже невеликий опір цього ланцюга транзистора.

Потім торкніться пальцем затвора. Стрілка омметра різко відхилиться у бік збільшення опору. Сталося це тому, що наведення електричного струму змінили напругу між затвором та витоком. Збільшився опір каналу, який і зафіксував омметр.

Не забираючи пальця від затвора, спробуйте торкнутися іншим пальцем виведення витоку. Стрілка омметра повернеться в початкове положення - адже затвор виявився з'єднаним через опір ділянки руки з витоком, а отже, поле між цими електродами, що управляє, практично зникло і канал став струмопровідним.

Ці властивості польових транзисторів нерідко використовують у сенсорних вимикачах, кнопках та перемикачах.

Польовий транзистор – індикатор поля.Трохи змініть попередній експеримент - наблизьте транзистор виведенням затвора (або корпусом) можливо ближче до розетки або включеного в неї проводу працюючого електроприладу. Ефект буде той самий, що й у попередньому випадку – стрілка омметра відхилиться у бік збільшення опору. Воно і зрозуміло - поблизу розетки або навколо дроту утворюється електричне поле, на яке зреагував транзистор.

У подібній якості польовий транзистор використовується як датчик пристроїв для виявлення прихованої електропроводки або місця обриву дроту в новорічній гірлянді - напруженість поля зростає в цій точці.

Утримуючи транзистор-індикатор поблизу мережного дроту, спробуйте увімкнути та вимкнути електроприлад. Зміна електричного поля зафіксує стрілку омметра.

Польовий транзистор – змінний резистор.Підключивши між затвором та витоком ланцюг регулювання напруги зміщення (рис. 4), встановіть двигун резистора у нижнє за схемою положення. Стрілка омметра, як і попередніх експериментах, зафіксує мінімальний опір ланцюга сток-исток.

Переміщаючи двигун резистора вгору за схемою, можна спостерігати плавне зміна показань омметра (збільшення опору). Польовий транзистор перетворився на змінний резистор з дуже широким діапазоном зміни опору незалежно від номіналу резистора ланцюга затвора. Полярність підключення омметра значення не має, а ось полярність включення гальванічного елемента доведеться змінити, якщо використовуватиметься транзистор з n-каналом, наприклад, будь-який із серії КП303. Польовий транзистор – стабілізатор струму. Для проведення цього експерименту (рис. 5) знадобиться джерело постійного струму напругою 15...18 (чотири послідовно з'єднані батареї 3336 або мережевий блок живлення), змінний резистор опором 10 або 15 кОм, два постійних резистора, міліамперметр з межею вимірювання 3- 5 мА, і польовий транзистор. Спочатку встановіть двигун резистора в нижнє за схемою положення, відповідне подачі на транзистор мінімальної напруги живлення - близько 5 В при вказаних на схемі номіналах резисторів R2 і R3. Підбором резистора R1 (якщо це знадобиться) встановіть струм у ланцюзі стоку транзистора 1,8...2,2 мА. Переміщаючи двигун резистора вгору за схемою, спостерігайте за зміною струму стоку. Може статися, що він взагалі залишиться колишнім або трохи збільшиться. Інакше кажучи, при зміні напруги живлення від 5 до 15...18 В струм через транзистор буде автоматично підтримуватися на заданому (резистором R1) рівні. Причому точність підтримки струму залежить від спочатку встановленого значення - що воно менше, тим вища точність. Утвердитись у цьому висновку допоможе аналіз стокових вихідних характеристик, наведених на рис. 2, ст.

Подібний каскад називають джерелом струму чи генератором струму. Його можна зустріти у найрізноманітніших конструкціях.

Імпульсні знижувальні стабілізатори

Ю. СЕМЕНОВ, м. Ростов-на-Дону

У пропонованій увазі читачів статті описані два імпульсні знижувальні стабілізатори: на дискретних елементах і на спеціалізованій мікросхемі. Перший пристрій розроблено для живлення автомобільної апаратури напругою 12 ось 24-вольтної бортової мережі вантажних автомобілів та автобусів. Другий пристрій – основа для лабораторного джерела живлення.

Імпульсні стабілізатори напруги (знижувальні, що підвищують та інвертують) займають особливе місце в історії розвитку силової електроніки. Ще недавно кожне джерело живлення з вихідною потужністю більше 50 Вт мав у своєму складі знижувальний імпульсний стабілізатор. Сьогодні сфера застосування подібних пристроїв скоротилася у зв'язку з здешевленням джерел живлення з безтрансформаторним входом. Проте застосування імпульсних знижувальних стабілізаторів у ряді випадків виявляється економічно вигіднішим, ніж будь-яких інших перетворювачів постійної напруги.

Функціональна схема понижуючого імпульсного стабілізатора показана на Мал. 1, а часові діаграми, що пояснюють його роботу в режимі безперервного струму дроселя L, ≈ на Мал. 2. Під час t вкл електронний комутатор S замкнутий і струм протікає по контуру: плюсовий виведення конденсатора С вх, резистивний датчик струму R дт, накопичувальний дросель L, конденсатор С вих, навантаження, виведення мінусовий конденсатора С вх. На цьому етапі струм дроселя l L дорівнює струму електронного комутатора S і практично збільшується лінійно від l Lmin до l Lmax .

По сигналу неузгодженості від вузла порівняння або сигналу навантаження від датчика струму або по їх поєднанню генератор переводить електронний комутатор S в розімкнений стан. Оскільки струм через дросель L миттєво змінитись не може, то під дією ЕРС самоіндукції відкриється діод VD і струм l L потече по контуру: катод діода VD, дросель L, конденсатор З ВИХ, навантаження, анод діода VD. Під час t lKл, коли електронний комутатор S розімкнуто, струм дроселя l L збігається зі струмом діода VD і лінійно зменшується від

l Lmax до l L min. За період Т конденсатор С вих отримує і віддає збільшення заряду ΔQ свих. відповідне заштрихованої області на часовій діаграмі струму l L . Це збільшення і визначає розмах напруги пульсацій ΔU Сви на конденсаторі С вих і на навантаженні.

Під час замикання електронного комутатора діод закривається. Цей процес супроводжується різким збільшенням струму комутатора до значення I smax через те, що опір ланцюга - датчик струму, замкнутий комутатор, що відновлюється діод - дуже мало. Для зменшення динамічних втрат слід застосовувати діоди з малим часом зворотного відновлення. Крім того, діоди знижувальних стабілізаторів повинні витримувати великий зворотний струм. З відновленням властивостей діода, що закривають, починається наступний період перетворення.

Якщо імпульсний понижувальний стабілізатор працює при малому струмі навантаження, можливий його перехід у режим переривчастого струму дроселя. В цьому випадку струм дроселя на момент замикання комутатора припиняється і його збільшення починається від нуля. Режим переривчастого струму небажаний при струмі навантаження, близькому до номінального, оскільки в цьому випадку виникають підвищені пульсації вихідної напруги. Найбільш оптимальна ситуація, коли стабілізатор працює в режимі безперервного струму дроселя при максимальному навантаженні і в режимі переривчастого струму, коли зменшується навантаження до 10 ... 20% від номінальної.

Вихідна напруга регулюють зміною відношення часу замкнутого стану комутатора до періоду проходження імпульсів. При цьому залежно від схемотехніки можливі різні варіанти реалізації способу управління. У пристроях з релейним регулюванням перехід від увімкненого стану комутатора до вимкненого визначає вузол порівняння. Коли вихідна напруга більша за задану, комутатор вимкнений, і навпаки. Якщо зафіксувати період проходження імпульсів, то вихідну напругу можна регулювати зміною тривалості включеного стану комутатора. Іноді використовують методи, при яких фіксують або час замкнутого або час розімкнутого стану комутатора. У будь-якому із способів регулювання необхідно обмежувати струм дроселя на етапі замкнутого стану комутатора для захисту від навантаження по виходу. Для цього застосовують резистивний датчик або імпульсний трансформатор струму.

Вибір основних елементів імпульсного понижуючого стабілізатора та розрахунок їх режимів проведемо на конкретному прикладі. Усі співвідношення, які при цьому використовуються, отримані на основі аналізу функціональної схеми та тимчасових діаграм, а за основу взято методику .

1. На основі порівняння вихідних параметрів та граничних допустимих значень струму та напруги ряду потужних транзисторів та діодів попередньо вибираємо біполярний складовий транзистор КТ853Г (електронний комутатор S) та діод КД2997В (VD) .

2. Розрахуємо мінімальний та максимальний коефіцієнти заповнення:

? 0,8) = 0,42;

γ мах = t і max /T max = (U Bix + U пp)/(U Bx min - U sbкл -U Rдт +U пp)=(12+0,8)/(18-2-0,3+ 0,8)=0,78, де U пp =0,8 ≈ пряме падіння напруги на діоді VD, отримане з прямої гілки ВАХ для струму, рівного I ВИХ в найгіршому випадку; U sbкл = 2 ≈ напруга насичення транзистора КТ853Г, що виконує функцію комутатора S, при коефіцієнті передачі струму в режимі насичення h 21е = 250; U RдТ = 0,3 В - падіння напруги на датчику струму при номінальному струмі навантаження.

3. Вибираємо максимальну та мінімальну частоту перетворення.

Цей пункт виконується, якщо період проходження імпульсів не постійний. Вибираємо спосіб керування з фіксованою тривалістю розімкнутого стану електронного комутатора. При цьому виконується умова: t = (1 - γ max) / f min = (1 - γ min) / f max = const.

Оскільки комутатор виконаний на транзисторі КТ853Г, що має погані динамічні характеристики, то максимальну частоту перетворення виберемо порівняно низькою f max =25 кГц. Тоді мінімальну частоту перетворення можна визначити як

f min = f max (1 - γ max)/(1 - γ min) = 25╥10 3 ](1 - 0,78)/(1-0,42) = 9,48 кГц.

4. Обчислимо потужність втрат на комутаторі.

Статичні втрати визначаються чинним значенням струму, що протікає через комутатор. Оскільки форма струму ≈ трапеція, то I s = I вих де α=l Lmax /l lx =1,25 ≈ відношення максимального струму дроселя до вихідного струму. Коефіцієнт вибирають в межах 1,2... 1,6. Статичні втрати комутатора P Scтaт = USBKn = 3,27-2 = 6,54 Вт.

Динамічні втрати на комутаторі Р sдин =0,5f max *U BX max (l smax *t ф +α*l lx *t cn),

де I smax - амплітуда струму комутатора, обумовлена ​​зворотним відновленням діода VD. Прийнявши l Smax =2l ByX, отримуємо

Р sдин = 0, 5f max * U BX max * I вих (2t ф + α∙ t cn) = 0,5 * 25 * 10 3 * 32 * 5 (2 * 0,78-10 -6 +1,25 -2-10 -6) = 8,12 Вт, де t ф = 0,78 * 10 -6 с ≈ тривалість фронту імпульсу струму через комутатор, t cn = 2 * 10 -6 с ≈ тривалість спаду.

Загальні втрати на комутаторі становлять: Р s = Р scтат + Р sдін = 6,54 +8,12 = 14,66 Вт.

Якби переважаючими на комутаторі були статичні втрати, розрахунок слід проводити для мінімальної вхідної напруги, коли струм дроселя максимальний. У випадку, коли важко прогнозувати переважний вид втрат, їх визначають як при мінімальній, так і при максимальній вхідній напрузі.

5. Розраховуємо потужність втрат на діоді.

Оскільки форма струму через діод - також трапеція, його чинне значення визначимо як Статичні втрати на діоді P vDcTaT = l vD U пр =3,84-0,8 = 3,07 Вт.

Динамічні втрати діода обумовлені в основному втратами при зворотному відновленні: Р VDдин =0,5f max *l smax *U Bx max *t oB *f max *l Bix *U вх max *t oв =25-10 3 -5-32 *0,2*10 -6 =0,8 Вт, де t OB =0,2-1C -6 з ≈ час зворотного відновлення діода.

Сумарні втрати на діоді складуть: P VD = P МDcтaт + P VDдин = 3,07 +0,8 = 3,87 Вт.

6. Вибираємо тепловідведення.

Основна характеристика тепловідведення - його тепловий опір, який визначається як відношення між різницею температур навколишнього середовища і поверхні тепловідведення до потужності, що розсіюється ним: R г =ΔТ/Р расс. У нашому випадку слід закріпити комутуючий транзистор і діод на одному тепловідводі через ізолюючі прокладки. Щоб не враховувати тепловий опір прокладок і не ускладнювати розрахунок, температуру поверхні вибираємо низькою приблизно 70°С. Тоді при температурі навколишнього середовища 40°СΔТ=70-40=30°С. Тепловий опір тепловідведення для нашого випадку R t =ΔT/(P s +P vd)=30/(14,66+3,87)=1,62╟С/Вт.

Тепловий опір при природному охолодженні наводять, як правило, довідкових даних на тепловідведення. Для зменшення габаритів та маси пристрою можна застосувати примусове охолодження за допомогою вентилятора.

7. Розрахуємо параметри дроселя.

Обчислимо індуктивність дроселя:

L = (U BX max - U sbkл -U Rдт - U Bих)γ min / = (32-2-0,3-12) * 0,42 / = 118,94 мкГн.

Як матеріал магнітопроводу вибираємо пресований Мо-пермаллою МП 140 . Змінна складова магнітного поля в магнітопроводі в нашому випадку така, що втрати на гістерезис не є фактором, що обмежує. Тому максимальну індукцію можна вибрати на лінійній ділянці кривої намагнічування поблизу точки перегину. Робота на криволінійній ділянці небажана, оскільки при цьому магнітна проникність матеріалу буде меншою, ніж початкова. Це, своєю чергою, спричинить зменшення індуктивності зі збільшенням струму дроселя. Вибираємо максимальну індукцію В m, що дорівнює 0,5 Тл і обчислюємо об'єм магнітопроводу:

Vp=μμ 0 *L(αI виx) 2 /B m 2 =140*4π*10 -7 *118,94* 10 -6 (1,25-5) 2 0,5 2 =3,27 см 3 де μ=140?

початкова магнітна проникність матеріалу МП140; μ 0 =4π*10 -7 Гн/м - магнітна постійна.

За обчисленим обсягом вибираємо магнітопровід. Через конструктивні особливості магнітопровід з пермалою МП140 виконують, як правило, на двох складених кільцях. У нашому випадку підходять кільця КП24х13х7. Площа поперечного перерізу магнітопроводу Sc=20,352 =0,7 см 2 а середня довжина магнітної лінії λс=5,48 см. Об'єм обраного магнітопроводу становить:

VC=SC* λс=0,7*5,48=3,86 cm 3 >Vp.

Розраховуємо число витків: Приймаємо число витків 23.

Діаметр дроту з ізоляцією визначимо виходячи з того, що обмотка повинна вкластися в один шар, виток до витка по внутрішньому колу магнітопроводу: d = k K 3 /w=π*13-0,8/23= 1,42 мм, де d K =13 мм - внутрішній діаметр магнітопроводу; до 3 =0,8 - коефіцієнт заповнення вікна магнітопроводу обмоткою.

Вибираємо провід ПЕТВ-2 діаметром 1,32 мм.

Перед тим як намотувати провід, магнітопровід слід ізолювати плівкою ПЕТ-Е товщиною 20 мкм та шириною 6...7 мм в один шар.

8. Обчислимо ємність вихідного конденсатора: C Bx =(U BX max -U sBкл - U Rдт) *γ min /=(32-2-0,3)*0,42/ =1250 мкФ, де ΔU Свиx =0, 01 ≈ розмах пульсацій на вихідному конденсаторі.

Наведена формула не враховує впливу внутрішнього послідовного опору конденсатора на пульсації. З урахуванням цього, а також допуску 20% на ємність оксидних конденсаторів вибираємо два конденсатори К50-35 на номінальну напругу 40 ємністю 1000 мкФ кожен. Вибір конденсаторів із підвищеною номінальною напругою пов'язаний з тим, що зі збільшенням цього параметра у конденсаторів зменшується послідовний опір.

Схема, розроблена відповідно до отриманих під час розрахунку результатів, показана на Мал. 3. Розглянемо роботу стабілізатора докладніше. Під час відкритого стану електронного комутатора - транзистора VT5 - на резисторі R14 (датчик струму) формується пилкоподібна напруга. Коли воно досягне певного значення, відкриється транзистор VT3, який у свою чергу відкриє транзистор VT2 і розрядить конденсатор СЗ. При цьому закриються транзистори VT1 ​​та VT5, а також відкриється комутуючий діод VD3. Раніше відкриті транзистори VT3 і VT2 закриються, але транзистор VT1 не відкриється, поки напруга на конденсаторі СЗ не досягне порогового рівня, що відповідає напруги його відкривання. Таким чином, буде сформовано часовий інтервал, протягом якого комутуючий транзистор VT5 буде закритий (приблизно 30 мкс). Після закінчення цього інтервалу відкриються транзистори VT1 ​​та VT5 і процес повториться знову.

Резистор Р. 10 і конденсатор С4 утворюють фільтр, що пригнічує сплеск напруги на базі транзистора VT3 через зворотне відновлення діода VD3.

Для кремнієвого транзистора VT3 напруга база емітер, при якому він переходить в активний режим, становить близько 0,6 В. У цьому випадку на датчику струму R14 розсіюється відносно велика потужність. Щоб зменшити напругу на датчику струму, при якому відкривається транзистор VT3, на його базу надходить постійне зміщення близько 0,2 по ланцюгу VD2R7R8R10.

На базу транзистора VT4 подається напруга, пропорційна напрузі виходу, з дільника, верхнє плече якого утворюють резистори R15, R12, а нижнє резистор R13. Ланцюг HL1R9 формує зразкову напругу, що дорівнює сумі прямого падіння напруги на світлодіоді та емітерному переході транзистора VT4. У нашому випадку зразкова напруга становить 2,2 В. Сигнал неузгодженості дорівнює різниці між напругою на базі транзистора VT4 і зразковим.

Вихідна напруга стабілізується завдяки підсумовування посиленого транзистором VT4 сигналу неузгодженості з напругою на базі транзистора VT3. Припустимо, що напруга на виході збільшилася. Тоді напруга на базі транзистора VT4 побільшає зразкового. Транзистор VT4 відкриється і зрушить напругу на базі транзистора VT3 так, що він теж почне відкриватися. Отже, транзистор VT3 відкриється при меншому рівні пилкоподібної напруги на резисторі R14, що призведе до скорочення інтервалу часу, при якому транзистор, що комутує, буде відкритий. Вихідна напруга при цьому знижуватиметься.

Якщо вихідна напруга зменшиться, процес регулювання буде аналогічним, але відбувається у зворотному порядку і призводить до збільшення часу відкритого стану комутатора. Оскільки струм резистора R14 бере участь безпосередньо у формуванні часу відкритого стану транзистора VT5, то тут, крім звичайного зворотного зв'язку по вихідній напругі, є зворотний зв'язок по струму. Це дозволяє стабілізувати вихідну напругу без навантаження та забезпечити швидку реакцію на стрибкоподібну зміну струму на виході пристрою.

У разі замикання навантаження або перевантаження стабілізатор переходить в режим обмеження струму. Напруга на виході починає зменшуватися при струмі 5,5...6 А, а струм замикання приблизно дорівнює 8 А. У цих режимах час відкритого стану комутувального транзистора скорочується до мінімуму, що зменшує потужність, що розсіюється на ньому.

При неправильній роботі стабілізатора, викликаної відмовою одного з елементів (наприклад, пробоєм VT5 транзистора), на виході зростає напруга. В цьому випадку навантаження може вийти з ладу. Для запобігання аварійним ситуаціям перетворювач забезпечений вузлом захисту, який складається з тріністора VS1, стабілітрону VD1, резистора R1 і конденсатора С1. Коли вихідна напруга перевищить напругу стабілізації стабілітрона VD1, через неї починає протікати струм, який включає триністор VS1. Його включення призводить до зменшення практично до нуля вихідної напруги та перегорання запобіжника FU1.

Пристрій призначений для живлення 12-вольтної аудіоапаратури, розрахованої в основному на легковий автотранспорт, від бортової мережі вантажних автомобілів та автобусів напругою 24 В. Через те, що вхідна напруга в цьому випадку має низький рівень пульсацій, у конденсатора С2 порівняно невелика ємність. Вона недостатня при живленні стабілізатора безпосередньо від мережевого трансформатора з випрямлячем. У цьому випадку випрямляч слід забезпечити конденсатором ємністю не менше 2200 мкФ на відповідну напругу. Трансформатор повинен мати габаритну потужність 80...100 Вт.

У стабілізаторі застосовано оксидні конденсатори К50-35 (С2, С5, С6). Конденсатор СЗ - плівковий К73-9, К73-17 і т. д. відповідних розмірів, С4 - керамічний з малою власною індуктивністю, наприклад, К10-176. Всі резистори, крім R14, С2-23 відповідної потужності. Резистор R14 виконаний із відрізка довжиною 60 мм константанового дроту ПЕК 0,8 з погонним опором приблизно 1 Ом/м.

Креслення друкованої плати, виконаної з однобічно фольгованого склотекстоліту, показано на Мал. 4.

Діод VD3, транзистор VD5 і триністор VS1 прикріплені до тепловідведення через ізолюючу теплопровідну прокладку за допомогою пластикових втулок. На цьому тепловідводі закріплена і плата. Зовнішній вигляд зібраного пристрою показано на Мал. 5.

ЛІТЕРАТУРА 1. Тітце У., Шенк К. Напівпровідникова схемотехніка: Довідковий посібник. Пров. з ним. ≈ М.: Мир, 1982. 2. Напівпровідникові прилади. Транзистори середньої та великої потужності: Довідник / А. А. Зайцев, А. І. Міркін, В. В. Мо-Кряков та ін. Під ред. А. В. Голомедова. ≈ М.: Радіо та зв'язок, 1989. 3. Напівпровідникові прилади. Діоди випрямні, стабілітрони, тиристори: Довідник/А. Б. Гітцевіч, А. А. Зайцев, В. В. Мокряков та ін. Під ред. А. В. Голомедова. ≈ М.: Радіо та зв'язок, 1988. 4 http://www. ferrite.ru

Стабілізований однотактний перетворювач напруги

Журнал " Радіо " , номер 3, 1999г.

У статті описані принципи побудови та практичний варіант простого стабілізованого імпульсного перетворювача напруги, що забезпечує роботу в широкому інтервалі зміни вхідної напруги.

Серед різних джерел вторинного електроживлення (ІВЕП) із безтрансформаторним входом граничною простотою відрізняється однотактний автогенераторний перетворювач із "зворотним" включенням випрямного діода (рис. 1).

Розглянемо спочатку коротко принцип роботи нестабілізованого перетворювача напруги, та був - метод його стабілізації.

Трансформатор Т1 – лінійний дросель; інтервали накопичення енергії в ньому та передачі накопиченої енергії в навантаження рознесені у часі. На рис. 2 показані: I I - струм первинної обмотки трансформатора, I II - струм вторинної обмотки, t н - інтервал накопичення енергії в дроселі, t п - інтервал передачі енергії в навантаження.

При підключенні напруги U пит через резистор R1 починає проходити струм бази транзистора VT1 (діод VD1 перешкоджає проходженню струму по ланцюгу базової обмотки, а шунтуючий його конденсатор С2 збільшує позитивний зворотний зв'язок (ПОС) на етапі формування фронтів напруги). Транзистор прочиняється, замикається ланцюг ПОС через трансформатор Т1, в якому відбувається регенеративний процес накопичення енергії. Транзистор VT1 входить у насичення. До первинної обмотки трансформатора додається напруга живлення, і струм I I (струм колектора I транзистора VT1) лінійно наростає. Струм бази I Б насиченого транзистора визначається напругою на обмотці I II і опором резистора R2. На етапі накопичення енергії діод VD2 закритий (звідси і назва перетворювача - з "зворотним" включенням діода), і споживання потужності трансформатора відбувається тільки вхідним ланцюгом транзистора через базову обмотку.

Коли струм колектора I до досягне значення:

I До max = h 21Е I Б, (1)

де h 21Е - статичний коефіцієнт передачі струму транзистора VT1, транзистор виходить з режиму насичення та розвивається зворотний регенеративний процес: транзистор закривається, відкривається діод VD2 та енергія, накопичена трансформатором, передається в навантаження. Після зменшення струму вторинної обмотки знову починається етап накопичення енергії. Інтервал часу t п максимальний при включенні перетворювача, коли конденсатор СЗ розряджений, і напруга на навантаженні дорівнює нулю.

В показано, що блок живлення, зібраний за схемою на рис. 1, - функціональний перетворювач джерела напруги живлення U піт джерело струму навантаження I н.

Важливо відзначити: оскільки етапи накопичення енергії та її передачі рознесені у часі, максимальний струм колектора транзистора залежить від струму навантаження, т. е. перетворювач повністю захищений від замикань на виході. Однак при включенні перетворювача без навантаження (режим холостого ходу) сплеск напруги на обмотці трансформатора в момент закривання транзистора може перевищити максимально допустиме значення напруги колектор-емітер і вивести його з ладу.

Недолік найпростішого перетворювача - залежність струму колектора I До max , отже, і вихідної напруги від статичного коефіцієнта передачі струму транзистора VT1. Тому параметри джерела живлення значно відрізнятимуться при використанні різних екземплярів.

Набагато більш стабільними характеристиками має перетворювач, що використовує "самозахищений" перемикач транзистор (рис. З).

Пилоподібна напруга з резистора R3, пропорційна струму первинної обмотки трансформатора, подано на базу допоміжного транзистора VT2. Як тільки напруга на резисторі R3 досягне порога відкривання транзистора VT2 (близько 0,6), він відкриється і обмежить струм бази транзистора VT1, що перерве процес накопичення енергії в трансформаторі. Максимальний струм первинної обмотки трансформатора

I I max = I До max = 0,6/R3 (2)

виявляється мало залежить від параметрів конкретного екземпляра транзистора. Природно, розраховане за формулою (2) значення обмеження струму має бути меншим за струм, визначений за формулою (1) для найгіршого значення статичного коефіцієнта передачі струму.

Тепер розглянемо питання щодо можливості регулювання (стабілізації) вихідної напруги джерела живлення.

У показано, що єдиний параметр перетворювача, який можна змінювати для регулювання вихідної напруги - струм I До max , або, що те ж саме, час накопичення енергії t н в трансформаторі, причому вузол управління (стабілізації) може лише зменшити струм порівняно зі значенням , Розрахованим за формулою (2).

Формулюючи принцип роботи вузла стабілізації перетворювача, можна визначити такі вимоги до нього: - Постійна вихідна напруга перетворювача необхідно порівнювати із зразковою напругою і, залежно від їх співвідношення, виробляти напругу неузгодженості, що використовується для управління струмом I До max; - процес наростання струму в первинній обмотці трансформатора слід контролювати і при досягненні ним деякого порога, що визначається напругою неузгодженості, припиняти; - вузол управління повинен забезпечувати гальванічну розв'язку між виходом перетворювача та перемикаючим транзистором.

Наведені в схеми вузлів управління, що реалізують цей алгоритм, містять компаратор К521САЗ, сім резисторів, транзистор, діод, два стабілітрони і трансформатор. Інші відомі пристрої, у тому числі телевізійні блоки живлення, також досить складні. Тим часом, використовуючи самозахищений перемикач транзистор, можна побудувати набагато простіший стабілізований перетворювач (див. схему на рис. 4).

Обмотка зворотного зв'язку (ОС) III і ланцюг VD3C4 формують напругу зворотного зв'язку, пропорційне вихідної напруги перетворювача.

З напруги зворотного зв'язку віднімається зразкову напругу стабілізації VD4 стабілітрона, і отриманий сигнал неузгодженості подають на резистор R5.

З двигуна підстроювального резистора R5 на базу транзистора VT2 надходить сума двох напруг: постійна напруга управління (частина напруги неузгодженості) і пилкоподібна напруга з резистора R3, пропорційне струму первинної обмотки трансформатора. Оскільки поріг відкривання транзистора VT2 постійний, збільшення напруги управління (наприклад, зі збільшенням напруги живлення U піт і відповідно збільшенню вихідної напруги перетворювача) призводить до зменшення струму I I , при якому відкривається транзистор VT2, і зменшення вихідної напруги. Таким чином, перетворювач стає стабілізованим, і його вихідна напруга у невеликих межах регулюють резистором R5.

Коефіцієнт стабілізації перетворювача залежить від відношення зміни вихідної напруги перетворювача до відповідної зміни постійної складової напруги на базі транзистора VT2. Для підвищення коефіцієнта стабілізації необхідно збільшити напругу зворотного зв'язку (кількість витків обмотки III) і підібрати стабілітрон VD4 за напругою стабілізації, меншою напруги ОС приблизно на 0,5 В. Практично цілком підходять широко поширені стабілітрони серії Д814 при напрузі ОС близько 10 В.

Слід зазначити, що для досягнення кращої стабільності температурної перетворювача необхідно використовувати стабілітрон VD4 з позитивним ТКН, що компенсує зменшення падіння напруги на емітерному переході транзистора VT2 при нагріванні. Тому стабілітрони серії Д814 виявляються більш відповідними, ніж прецизійні стабілітрони Д818.

Число вихідних обмоток трансформатора (аналогічних обмотці II) може бути збільшено, тобто перетворювач можна зробити багатоканальним.

Побудовані за схемою на рис. 4 перетворювачі забезпечують хорошу стабілізацію вихідної напруги при зміні вхідного в дуже широких межах (150...250 В). Однак при роботі на змінне навантаження, особливо в багатоканальних перетворювачах, результати виходять дещо гірше, оскільки при зміні струму навантаження в одній з обмоток відбувається перерозподіл енергії між обмотками. У цьому випадку зміна напруги ОС з меншою точністю відбиває зміну вихідної напруги перетворювача.

Поліпшити стабілізацію під час роботи на змінне навантаження можна, якщо напруга ОС формувати безпосередньо з вихідної напруги. Найпростіше це зробити, використовуючи додатковий малопотужний трансформаторний перетворювач напруги, зібраний за будь-якою з відомих схем.

Застосування додаткового перетворювача напруги виправдане і у разі багатоканального ІВЕЗ. Високовольтний перетворювач забезпечує отримання однієї з стабілізованих напруг (найбільшої з них - при високій напрузі конденсаторний фільтр на виході перетворювача ефективніший), а решта напруги, у тому числі і напруга ОС, виробляє додатковий перетворювач.

Для виготовлення трансформатора найкраще застосовувати броньовий феритовий магнітопровід із зазором у центральному стрижні, що забезпечує лінійне намагнічування. Якщо такого магнитопровода немає, створення зазору можна скористатися прокладкою товщиною 0,1...0,3 мм із текстоліту і навіть папери. Можливе також застосування і кільцевих магнітопроводів.

Хоча в літературі і зазначено, що для перетворювачів, що розглядаються в цій статті, з "зворотним" включенням діода вихідний фільтр може бути чисто ємнісним, застосування LC-фільтрів дозволяє ще більше знизити пульсації вихідної напруги.

Для безпечної експлуатації ІВЕП слід застосовувати підстроювальний резистор (R5 на рис. 4) з гарною ізоляцією двигуна. Обмотки трансформатора, що гальванічно пов'язані з мережевою напругою, необхідно надійно заізолювати від вихідних. Це ж стосується й інших радіоелементів.

Як і будь-який ІВЕП з перетворенням частоти, що описується джерело живлення повинен бути забезпечений електромагнітним екраном і вхідним фільтром.

Безпека налагодження перетворювача забезпечить мережевий трансформатор з коефіцієнтом трансформації, що дорівнює одиниці. Однак найкраще використовувати послідовно включені ЛАТР та розділовий трансформатор.

Увімкнення перетворювача без навантаження швидше за все призведе до пробою потужного перемикального транзистора. Тому перш ніж приступити до налагодження, підключіть еквівалент навантаження. Після включення слід насамперед проконтролювати осцилографом напругу на резисторі R3 - вона повинна лінійно наростати на етапі t н. Якщо лінійність порушена, це означає, що магнітопровід входить у насичення і трансформатор необхідно перерахувати. Високовольтним щупом проконтролюйте сигнал на колекторі перемикального транзистора - спади імпульсів мають бути досить крутими, а напруга на відкритому транзисторі малим. При необхідності слід скоригувати число витків базової обмотки та опір резистора R2 у ланцюзі бази транзистора.

Далі можна спробувати змінити вихідну напругу перетворювача резистором R5; якщо необхідно - скоригувати кількість витків обмотки ОС та підібрати стабілітрон VD4. Перевірити роботу перетворювача при зміні вхідної напруги та навантаження.

На рис. 5 представлена ​​схема ІВЕП для програматора ПЗП, як приклад використання перетворювача, побудованого на основі запропонованого принципу.

Параметри джерела наведено у табл. 1.

При зміні напруги від 140 до 240 В напруга на виході джерела 28 В знаходиться в межах 27,6 ... 28,2 В; джерела +5 - 4,88...5 ст.

Конденсатори С1-СЗ та дросель L1 утворюють вхідний мережевий фільтр, що зменшує випромінювання перетворювачем високочастотних перешкод. Резистор R1 обмежує імпульс заряджання струму конденсатора С4 при включенні перетворювача.

Ланцюг R3C5 згладжує сплески напруги на транзисторі VT1 (на попередніх малюнках аналогічний ланцюг не показаний).

На транзисторах VT3, VT4 зібраний звичайний перетворювач, що виробляє з вихідної напруги +28 ще два: +5 і -5, а також напруга ОС. В цілому ІВЕП забезпечує отримання стабілізованої напруги +28 В. Стабільність двох інших вихідних напруг забезпечена живленням додаткового перетворювача від джерела +28 і досить постійним навантаженням цих каналів.

В ІВЕП передбачено захист від перевищення вихідної напруги +28 В до 29 В. При перевищенні відкривається симистор VS1 і замикає джерело +28 В. Блок живлення видає гучний писк. Струм через симістор дорівнює 0,75 А.

Транзистор VT1 встановлений на невеликому тепловідводі з алюмінієвої пластини розмірами 40(30 мм. Замість транзистора КТ828А можна застосувати й інші високовольтні прилади на напругу не менше 600 В і струм більше 1 А, наприклад, КТ826Б, КТ828А, КТ828Б, КТ828А.

Замість транзистора КТ3102А можна застосувати до будь-якої серії КТ3102; Транзистори КТ815Г можна замінити на КТ815В, КТ817В, КТ817Г. Випрямні діоди (крім VD1) необхідно використовувати високочастотні, наприклад, серії КД213 і т. п. Оксидні конденсатори фільтрів бажано застосовувати серії К52, ЦЕ. Конденсатор С5 повинен бути на напругу не нижче 600 В.

Симистор ТС106-10 (VS1) застосований виключно через його малі розміри. Підходить практично будь-який тип триністора, що витримує струм близько 1 А, у тому числі серії КУ201. Однак триністор доведеться підібрати за мінімальним струмом управління.

Слід зауважити, що без другого перетворювача в конкретному випадку (при відносно невеликих струмах споживання джерела) можна було б і обійтися, побудувавши перетворювач за схемою рис. 4 з додатковими обмотками для каналів +5 і -5 і лінійними стабілізаторами серії КР142. Застосування додаткового перетворювача викликане бажанням провести порівняльні дослідження різних ІВЕП та переконатися, що запропонований варіант забезпечує кращу стабілізацію вихідної напруги.

Параметри трансформаторів та дроселів наведені у табл. 2.

Таблиця 2
Позначення	Магнітопровід		Число витків
	Б26 М1000 із зазором у центральному стрижні			ПЕВ-2 0,18 ПЕВ-2 0,35 ПЕВ-2 0,18
	К16x10x4, 5 М2000НМ1		2x65 2x7 2x13 23	ПЕВ-2 0,18 ПЕВ-2 0,18 ПЕВ-2 0,35 МГТФ 0,07
	К16x10x4, 5 М2000НМ1	МГТФ 0,07 у два дроти до заповнення
	К17, 5x8x5 М2000НМ1
	К16x10x4, 5 М2000НМ1
	К12x5x5, 5 М2000НМ1

Магнітопровід для трансформатора Т1 використаний від дроселя фільтра джерела живлення накопичувача на змінних магнітних дисках серії ЄС ЕОМ.

Типи магнітопроводів дроселів L1-L4 не є критичними.

Налагоджують джерело за наведеною вище методикою, але спочатку захист від перевищення напруги слід відключити, пересунувши двигун резистора R10 нижнє за схемою положення. Після налагодження ІВЕП слід резистором R5 встановити вихідну напругу +29 і, повільно обертаючи двигун резистора R10, досягти порогу відкривання симістора VS1. Потім вимкнути джерело, повернути двигун резистора R5 у бік зменшення вихідної напруги, включити джерело і резистором R5 виставити вихідну напругу 28.

Слід зазначити: оскільки напруги на виходах +5 і -5 залежать від напруги +28 і окремо від нього не регулюються, в залежності від параметрів застосованих елементів і струму конкретного навантаження може знадобитися добірка числа витків обмоток трансформатора Т2.

Література

1. Бас А. А., Міловзоров Ст П., Мусолін А. До.Джерела вторинного електроживлення із безтрансформаторним входом. - М: Радіо і зв'язок, 1987.

Для нормального функціонування побутової техніки потрібна стабільна напруга. Як правило, у мережі можуть відбуватися різні збої. Напруга від 220 може відхилятися, і у пристрої відбуваються збої. Насамперед під удар потрапляють лампи. Якщо розглядати побутову техніку в будинку, можуть постраждати телевізори, аудіоапаратура та інші прилади, які працюють від електромережі.

У цій ситуації допоможе людям приходить імпульсний стабілізатор напруги. Він повною мірою здатний впоратися зі стрибками, що виникають щодня. Багатьох при цьому турбує питання про те, як з'являються перепади напруги, і з чим вони пов'язані. Залежать вони переважно від завантаженості трансформатора. На сьогоднішній день кількість електроприладів у житлових будинках постійно збільшується. Як наслідок, потреби в електриці неодмінно зростають.

Також слід враховувати, що до житлового будинку можуть бути прокладені кабелі, які давно застаріли. У свою чергу, квартирне проведення в більшості випадків не розраховане на великі навантаження. Щоб убезпечити свою техніку в будинку, слід детальніше ознайомитись із пристроєм стабілізаторів напруги, а також принципом їх роботи.

Які функції виконує стабілізатор?

Головним чином, імпульсний стабілізатор напруги служить контролером мережі. Усі стрибки при цьому відстежуються ним та усуваються. В результаті техніка отримує стабільну напругу. Електромагнітні перешкоди стабілізатором також враховуються, і роботу пристроїв не здатні вплинути. Таким чином, мережа позбавляється перевантажень, і випадки практично виключаються.

Влаштування простого стабілізатора

Якщо розглядати стандартну імпульсну напругу, то в ньому встановлюється лише один транзистор. Як правило, їх використовують виключно комутуючого типу, оскільки на сьогоднішній день вони вважаються більш ефективними. В результаті коефіцієнт корисної дії пристрою можна підняти.

Другим важливим елементом стабілізатора імпульсного напруги слід назвати діоди. У звичайній схемі їх можна зустріти не більше трьох одиниць. Поєднуються вони один з одним за допомогою дроселя. Для нормальної роботи транзисторів важливими є фільтри. Встановлюються вони на початку, а також наприкінці ланцюжка. При цьому блок регулювання відповідає за роботу конденсатора. Його невід'ємною частиною прийнято вважати резисторний дільник.

Як це працює?

Залежно від типу пристрою принцип дії імпульсного стабілізатора напруги може відрізнятися. Розглядаючи стандартну модель, можна сказати, що спочатку подається струм на транзистор. На цьому етапі відбувається його перетворення. Далі в роботу включаються діоди, до обов'язків яких входить передача сигналу на конденсатор. За допомогою фільтрів електромагнітні перешкоди відсіюються. Конденсатор у цей момент згладжує коливання напруги і по дроселю струм через резистивний дільник знову повертається транзисторам для перетворення.

Саморобні пристрої

Зробити імпульсний стабілізатор напруги своїми руками можна, але вони матимуть малу потужність. При цьому резистори встановлюються звичайні. Якщо використовувати прилад більше одного транзистора, можна досягти високого коефіцієнта корисної дії. Важливим завданням у цьому плані є встановлення фільтрів. Саме вони впливають на чутливість приладу. У свою чергу, габарити пристрою зовсім не важливі.

Стабілізатори з одним транзистором

Імпульсний стабілізатор постійної напруги даного типу здатний похвалитися коефіцієнтом корисної дії на рівні 80%. Як правило, він функціонує тільки в одному режимі і може справлятися тільки з малими перешкодами в мережі.

Зворотній зв'язок у разі повністю відсутня. Транзистор у стандартній схемі стабілізатора імпульсного напруги функціонує без колектора. В результаті на конденсатор відразу подається велика напруга. Ще однією відмінністю приладів даного типу можна назвати слабкий сигнал. Вирішити цю проблему зможуть різноманітні підсилювачі.

В результаті можна досягти кращої працездатності транзисторів. Резистор пристрою в ланцюзі в обов'язковому порядку повинен знаходитися У цьому випадку можна буде домогтися більш якісної роботи пристрою. В якості регулювальника ланцюга імпульсний стабілізатор постійної напруги має блок контролю. Цей елемент здатний послаблювати, а також підвищувати потужність транзистора. Відбувається це явище за допомогою дроселів, які пов'язані з діодами у системі. Навантаження на регулятор контролюється крізь фільтри.

Стабілізатори напруги ключового типу

Навіщо встановлювати компенсатори?

Компенсатори здебільшого грають у стабілізаторі другорядну роль. Пов'язана вона із регулюванням імпульсів. Головним чином із цим справляються транзистори. Однак свої переваги у компенсаторів все ж таки є. У цьому випадку багато залежить від того, які прилади підключені до джерела живлення.

Якщо говорити про радіообладнання, то тут потрібний особливий підхід. Пов'язаний він із різними коливаннями, які сприймаються таким приладом інакше. У цьому випадку компенсатори здатні допомогти транзисторам у стабілізації напруги. Встановлення додаткових фільтрів у ланцюзі, як правило, ситуацію не покращує. При цьому вони дуже впливають на коефіцієнт корисної дії.

Недоліки гальванічних розв'язок

Гальванічні розв'язки встановлюються передачі сигналу між важливими елементами системи. Основною їх проблемою можна назвати неправильну оцінку вхідної напруги. Відбувається це найчастіше із застарілими моделями стабілізаторів. Контролери в них не здатні швидко обробляти інформацію та підключати до роботи конденсатори. У результати діоди страждають насамперед. Якщо система фільтрації встановлюється за резисторами в електричному ланцюзі, вони просто згорають.

Вітаю. Пропоную до уваги огляд інтегрального лінійного регульованого стабілізатора напруги (або струму) LM317 за ціною 18 центів за штуку. У місцевому магазині такий стабілізатор коштує значно більше, тому мене й зацікавив цей лот. Вирішив перевірити, що продається за такою ціною і виявилося, що стабілізатор цілком якісний, але нижче.
В огляді тестування у режимі стабілізатора напруги та струму, а також перевірка захисту від перегріву.
Тих, хто зацікавився, прошу…

Трохи теорії:

Стабілізатори бувають лінійніі імпульсні.
Лінійний стабілізаторє дільником напруги, на вхід якого подається вхідна (нестабільна) напруга, а вихідна (стабілізована) напруга знімається з нижнього плеча дільника. Стабілізація здійснюється шляхом зміни опору одного з плечі дільника: опір постійно підтримується таким, щоб напруга на виході стабілізатора знаходилася у встановлених межах. При великому відношенні величин вхідної/вихідної напруги лінійний стабілізатор має низький ККД, так як більша частина потужності Pрасс = (Uin - Uout) * It розсіюється у вигляді тепла на регулюючому елементі. Тому регулюючий елемент повинен мати можливість розсіювати достатню потужність, тобто встановлений на радіатор потрібної площі.
Перевагалінійного стабілізатора - простота, відсутність перешкод та невелика кількість використовуваних деталей.
Нестача- Низький ККД, велике тепловиділення.
Імпульсний стабілізаторнапруги - це стабілізатор напруги, в якому регулюючий елемент працює в ключовому режимі, тобто більшу частину часу він знаходиться або в режимі відсікання, коли його опір максимально, або в режимі насичення - з мінімальним опором, а значить, може розглядатися як ключ. Плавна зміна напруги відбувається завдяки наявності інтегруючого елемента: напруга підвищується в міру накопичення ним енергії та знижується в міру віддачі їх у навантаження. Такий режим роботи дозволяє значно знизити втрату енергії, а також покращити масогабаритні показники, проте має свої особливості.
Перевагаімпульсного стабілізатора – високий ККД, низьке тепловиділення.
Нестача- Велика кількість елементів, наявність перешкод.

Герой огляду:

Лот складається з 10 мікросхем у корпусі ТО-220. Стабілізатори прийшли у поліетиленовому пакеті, обмотаному спіненим поліетиленом.






Порівняння з найбільш відомим лінійним стабілізатором 7805 на 5 вольт в такому ж корпусі.

Тестування:
Подібні стабілізатори випускаються багатьма виробниками, ось .
Розташування ніжок таке:
1 – регулювання;
2 – вихід;
3 – вхід.
Збираємо найпростіший стабілізатор напруги за схемою з керівництва:


Ось що вдалося отримати при 3 положеннях змінного резистора:
Результати, прямо скажемо так, не надто. Стабілізатором це назвати мову не повертається.
Далі я навантажив стабілізатор 25 Омним резистором і картина повністю змінилася:

Далі я вирішив перевірити залежність вихідної напруги від струму навантаження, для чого поставив вхідну напругу 15В, підстроювальним резистором виставив вихідну напругу близько 5В, і вихід навантажив змінним 100 Омним дротяним резистором. Ось що вийшло:
Струм більше 0,8А отримати не вдалося, т.к. почало падати вхідну напругу (БП слабкий). В результаті цього тестування стабілізатор з радіатором нагрівся до 65 градусів:

Для перевірки роботи стабілізатора струму, було зібрано таку схему:


Замість змінного резистора я використав постійний, ось результати тестування:
Стабілізація струму теж хороша.
Ну як огляд може бути без спалювання героя? І тому зібрав знову стабілізатор напруги, на вхід подав 15В, вихід налаштував на 5В, тобто. на стабілізаторі впало 10В і навантажив на 0,8А, тобто. на стабілізаторі виділялося 8Вт потужності. Радіатор прибрав.
Результат продемонстрував на наступному відео:

Так, захист від перегріву також працює, спалити стабілізатор не вдалося.

Підсумок:

Стабілізатор цілком працездатний і може бути використаний як стабілізатор напруги (за умови наявності навантаження), так і стабілізатор струму. Також є безліч різних схем застосування для збільшення вихідної потужності, використання в якості зарядного пристрою для акумуляторів та ін. .

На це дозвольте відкланятися, удачі!

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.

Планую купити +37 Додати в обране Огляд сподобався +59 +88

З цієї статті ви дізнаєтесь про:

Кожен із нас у своєму житті використовує велику кількість різних електроприладів. Дуже велика їх кількість потребує низьковольтного харчування. Тобто вони споживають електроенергію, яка не характеризується напругою в 220 вольт, а повинна мати від одного до 25 вольт.

Звичайно, для подачі електроенергії з такою кількістю вольт використовують спеціальні прилади. Проте, проблема виникає над пониженні напруги, а дотриманні її стабільного рівня.

Для цього можна скористатися лінійними стабілізаційними пристроями. Однак, таке рішення буде дуже громіздким задоволенням. Це завдання ідеально виконає будь-який імпульсний стабілізатор напруги.

Розібраний імпульсний стабілізатор

Якщо порівнювати імпульсні та лінійні стабілізаційні прилади, то головна їхня відмінність полягає в роботі регулюючого елемента. У першому типі пристроїв цей елемент працює як ключ. Тобто він знаходиться або в замкнутому, або в розімкнутому стані.

Головними елементами імпульсних стабілізаційних пристроїв є регулюючий та інтегруючий елементи. Перший забезпечує подачу та переривання подачі електричного струму. Завданням другого є накопичення електроенергії та поступова її віддача у навантаження.

Принцип роботи імпульсних перетворювачів

Принцип роботи імпульсного стабілізатора

Головний принцип роботи полягає в тому, що при замиканні регулюючого елемента електроенергія накопичується в елементі, що інтегрує. Це накопичення спостерігається підвищенням напруги. Коли регулюючий елемент відключається, тобто. розмикає лінію подачі електрики, інтегруючий компонент віддає електрику поступово знижуючи величину напруги. Завдяки такому способу роботи імпульсний стабілізаційний пристрій не витрачає великої кількості енергії та може мати невеликі габарити.

Регулюючий елемент може бути тиристор, біполярний транзитор або польовий транзистор. Як інтегруючі елементи можуть використовуватися дроселі, акумулятори або конденсатори.

Зауважимо, що імпульсні стабілізаційні пристрої можуть працювати двома різними способами. Перший передбачає використання широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Другий – тригера Шмітта. Як ШІМ, так і тригер Шмітта використовуються для керування ключами стабілізаційного пристрою.

Стабілізатор з використанням ШІМ

Імпульсний стабілізатор постійної напруги, який працює на основі ШІМ, крім ключа та інтегратора у своєму складі має:

1. генератор;
2. операційний посилювач;
3. модулятор

Робота ключа безпосередньо залежить від рівня напруги на вході та шпаруватості імпульсів. Вплив на останню характеристику здійснюють частота генератора та ємність інтегратора. Коли ключ розмикається, починається процес віддачі електрики з інтегратора навантаження.

Принципова схема стабілізатора ШІМ

При цьому операційний підсилювач порівнює рівні вихідної напруги та напруги порівняння, визначає різницю та передає необхідну величину посилення на модулятор. Цей модулятор здійснює перетворення імпульсів, які видає генератор, прямокутні імпульси.

Кінцеві імпульси характеризуються таким же відхиленням шпаруватості, яке пропорційно різниці вихідної напруги та напруги порівняння. Саме ці імпульси визначають поведінка ключа.

Тобто за певної шпару ключ може замикатися, або розмикатися. Виходить, що головну роль цих стабілізаторах грають імпульси. Власне від цього і походить назва цих пристроїв.

Перетворювач із тригером Шмітта

У тих імпульсних стабілізаційних приладах, які використовують тригер Шмітта, вже немає такої великої кількості компонентів, як у попередньому типі пристрою. Тут головним елементом є тригер Шмітта, до складу якого входить компаратор. Завданням компаратора є порівняння рівня напруги на виході та максимально допустимого її рівня.

Стабілізатор із тригером Шмітта

Коли напруга на виході перевищила свій максимальний рівень, тригер перемикається в нульову позицію і призводить до розмикання ключа. У цей час дросель чи конденсатор розряджаються. Звичайно, за характеристиками електричного струму постійно стежить вищезгаданий компаратор.

І тоді, коли напруга падає нижче за необхідний рівень, фаза «0» змінюється на фазу «1». Далі ключ замикається, і електричний струм надходить в інтегратор.

Перевагою такого імпульсного стабілізатора напруги є те, що його схема та конструкція є досить простими. Однак він не може застосовуватись у всіх випадках.

Варто відзначити, що імпульсні стабілізаційні пристрої можуть працювати лише в окремих напрямках. Тут мається на увазі, що вони можуть бути суто знижуючими, так і суто підвищують. Також виділяють ще два типи таких приладів, а саме інвертуючий та пристрій, які можуть довільно змінювати напругу.

Схема знижуючого імпульсного стабілізаційного приладу

Надалі розглянемо схему знижувального стабілізаційного імпульсного приладу. Він складається з:

1. Регулюючого транзистора або іншого типу ключа.
2. Котушки індуктивності.
3. Конденсатор.
4. Діод.
5. Навантаження.
6. Пристрої керування.

Вузол, в якому накопичуватиметься запас електроенергії, складається з самої котушки (дросселя) і конденсатора.

У той час, коли ключ (у нашому випадку транзистор) підключений, струм рухається до котушки та конденсатора. Діод перебуває у закритому стані. Тобто вона не може пропускати струм.

За вихідною енергією стежить пристрій управління, який у потрібний момент відключає ключ, тобто переводить його в стан відсікання. Коли ключ перебуває у цьому стані, відбувається зменшення струму, що проходить через дросель.

Знижувальний імпульсний стабілізатор

При цьому в дроселі змінюється напрям напруги і результат струм отримує напруга, величина якого є різницею між електрорушійною силою самоіндукції котушки і кількістю вольт на вході. У цей час відкривається діод і дросель через нього подає струм у навантаження.

Коли запас електроенергії вичерпується, відбувається підключення ключа, закриття діода і зарядка дроселя. Тобто все повторюється.
Підвищує імпульсний стабілізатор напруги працює так само, як і знижуючий. Аналогічним алгоритмом роботи характеризується і стабілізаційний прилад, що інвертує. Звісно, ​​його робота має свої відмінності.

Головна відмінність імпульсного підвищуючого пристрою полягає в тому, що в ньому вхідна напруга і напруга котушки мають один і той же напрямок. У результаті вони підсумовуються. В імпульсному стабілізаторі спочатку розміщується дросель, потім транзистор та діод.

У стабілізаційному пристрої, що інвертує, напрям ЕРС самоіндукції котушки є таким, як і в знижувальному. У той час, коли ключ і закривається діод, живлення забезпечує конденсатор. Будь-який із таких приладів можна зібрати власноруч.

Корисна порада: замість діодів можна використовувати ключі (тиристорні або транзисторні). Однак вони повинні виконувати операції, які є протилежними основному ключу. Іншими словами, коли основний ключ закривається, ключ замість діода повинен відкриватися. І навпаки.

Виходячи з вищевизначеної будови стабілізаторів напруги з імпульсним регулюванням, можна визначити ті особливості, які належать до переваг, а які до недоліків.

Переваги

Перевагами цих пристроїв є:

1. Досить легке досягнення такої стабілізації, що характеризується дуже високим коефіцієнтом.
2. ККД високого рівня. Завдяки тому, що транзистор працює в алгоритмі ключа, відбувається мале розсіювання потужності. Це розсіювання значно менше, ніж у лінійних стабілізаційних пристроях.
3. Можливість вирівнювання напруги, яка на вході може коливатися у дуже великому діапазоні. Якщо струм є постійним, то цей діапазон може становити від одного до 75 вольт. Якщо струм є змінний, то цей діапазон може коливатися в межах 90-260 вольт.
4. Відсутність чутливості до частоти напруги на вході та якості електроживлення.
5. Кінцеві параметри на виході досить стійкі навіть за умови, якщо відбуваються дуже великі зміни в струмі.
6. Пульсація напруги, яка виходить з імпульсного пристрою, завжди знаходиться в межах мілівольтового діапазону і не залежить від того, яку потужність мають підключені електроприлади або їх елементи.
7. Стабілізатор вмикається завжди м'яко. Це означає, що у виході струм не характеризується стрибками. Хоча треба зазначити, що при першому включенні викид струму є високим. Однак для нівелювання цього явища застосовуються термістори, які мають негативну ТКС.
8. Малі величини маси та розмірів.

Недоліки

1. Якщо ж говорити про недоліки цих стабілізаційних приладів, то вони у складності пристрою. Через велику кількість різних компонентів, які можуть вийти з ладу досить швидко, і специфічного способу роботи прилад не може похвалитися високим рівнем надійності.
2. Він постійно стикається з високою напругою. Під час роботи часто відбуваються перемикання та спостерігаються складні температурні умови для кристалу діода. Це однозначно впливає придатність до випрямлення струму.
3. Часте перемикання комутуючих ключів створює частотні перешкоди. Їхнє число дуже велике і це є негативним фактором.

Корисна порада: для усунення цього недоліку потрібно скористатися спеціальними фільтрами.

1. Їх встановлюють як на вході, так і на виході. У тому випадку, коли потрібно зробити ремонт, то він також супроводжується складнощами. Тут варто зазначити, що нефахівець поломку усунути не зможе.
2. Ремонтні роботи може здійснити той, хто добре розуміється на таких перетворювачах струму та має необхідну кількість навичок. Іншими словами, якщо такий прилад згорів і його користувач не має жодних знань про особливості приладу, краще віднести на ремонт в спеціалізовані компанії.
3. Також для нефахівців складно налаштовувати імпульсні стабілізатори напруги, до яких може входити 12 вольт або інша кількість вольт.
4. У тому випадку, якщо вийде з ладу тиристор або будь-який інший ключ, можуть виникнути складні наслідки на виході.
5. До мінусів належить і потреба у використанні приладів, які компенсуватимуть коефіцієнт потужності. Також деякі фахівці зазначають, що такі стабілізаційні пристрої коштують дорого та не можуть похвалитися великою кількістю моделей.

Сфера застосування

Але, незважаючи на це, такі стабілізатори можуть застосовуватися в багатьох сферах. Однак найбільше використовуються вони в радіонавігаційному устаткуванні та електроніці.

Крім цього, їх часто застосовують для телевізорів з рідкокристалічним дисплеєм та рідкокристалічних моніторів, джерел живлення цифрових систем, а також для промислового обладнання, яке потребує струму з низькою кількістю вольт.

Корисна порада: часто імпульсні стабілізаційні пристрої використовують у мережах із змінним струмом. Самі пристрої перетворюють такий струм на постійний і в тому випадку, якщо потрібно підключити користувачів, які потребують змінного струму, то на вході потрібно підключити фільтр згладжування та випрямляч.

Варто зазначити, що будь-який низьковольтний пристрій вимагає використання таких стабілізаторів. Також їх можна використовувати для безпосереднього підзаряджання різних акумуляторів та живлення потужних світлодіодів.

Зовнішній вигляд

Як зазначалося вище, перетворювачі струму імпульсного типу характеризуються невеликими розмірами. Залежно від того, на який діапазон вхідних вольт вони розраховані, залежить їх розмір та зовнішній вигляд.

Якщо вони призначені для роботи з дуже малою величиною вхідної напруги, то вони можуть бути малою пластмасовою коробкою, від якої відходить певна кількість проводів.

Стабілізатори, розраховані на велику кількість вхідних вольт, є мікросхемою, в якій знаходяться всі дроти і до якої підключаються всі компоненти. Про них ви вже довідалися.

Зовнішній вигляд цих стабілізаційних пристроїв залежить і від функціонального призначення. Якщо вони забезпечують вихід регульованої (змінної) напруги, то резиторний дільник розміщують поза інтегральною схемою. У тому випадку, якщо з приладу виходитиме фіксована кількість вольт, цей дільник вже знаходиться в самій мікросхемі.

Важливі характеристики

При підборі імпульсного стабілізатора напруги, який може видавати постійні 5в або іншу кількість вольт, звертають увагу на ряд характеристик.

Першою і найважливішою характеристикою є величини мінімальної та максимальної напруги, яка входитиме в сам стабілізатор. Про верхні та нижні межі цієї характеристики вже зазначалося.

Другим важливим параметром є найвищий рівень струму на виході.

Третьою важливою характеристикою є номінальний рівень вихідної напруги. Інакше кажучи спектр величин, у якого воно може бути. Варто зазначити, що багато експертів стверджують, що максимальна вхідна та вихідна напруги рівні.

Однак насправді це не так. Причиною цього є те, що вхідні вольти зменшуються на ключовому транзисторі. В результаті на виході виходить дещо менша кількість вольт. Рівність може бути тільки тоді, коли струм навантаження дуже малий. Те саме стосується і мінімальних значень.

Важливою характеристикою будь-якого імпульсного перетворювача є точність напруги на виході.

Корисна порада: цей показник слід звертати увагу тоді, коли стабілізаційний пристрій забезпечує вихід фіксованого кількості вольт.

Причиною цього і те, що резистор перебуває у середині перетворювача і точні його роботи визначаються виробництва. Коли кількість вихідних вольт регулюється користувачем, регулюється і точність.

На мікросхемі LM2596 можна зібрати стабілізоване джерело напруги, на основі якого легко зробити простий та надійний імпульсний лабораторний блок живлення із захистом від короткого замикання.

Давайте спочатку розглянемо докладніше LM2596:

Цоколівка LM2596T

Цоколівка LM2596S

Характеристики мікросхеми

• Вхідна напруга – від 2.4 до 40 вольт (до 60 вольт у версії HV)
• Вихідна напруга - фіксована або регульована (від 1.2 до 37 вольт)
• Вихідний струм – до 3 ампер (при хорошому охолодженні – до 4.5А)
• Частота перетворення – 150кГц
• Корпус - TO220-5 (монтаж в отвори) чи D2PAK-5 (поверхневий монтаж)
• ККД - 70-75% на низьких напругах, до 95% на високих.

Детальніше:

Характеристики LM2596-3.3

Характеристики LM2596-5.0

Характеристики LM2596-12

Характеристики LM2596-ADJ

Структурна схема LM2596

Схема включення LM2596

Схема стабілізатора напруги 5В з полярним інвертором на LM2596-5.0

Регульований стабілізатор напруги побудований на основі мікросхеми LM2596T.

Ця мікросхема працює в імпульсному режимі, завдяки чому має високий ККД, що дозволяє пропускати струм до 2 А не потребуючи тепловідведення. Для навантаження із споживанням струму більше 2 А необхідно застосувати тепловідведення (радіатор) із площею поверхні не менше 100 см2. Тепловідведення кріпиться до мікросхеми з використанням теплопровідної пасти типу КПТ-8.

Пристрій можна налаштувати на будь-яку іншу фіксовану вихідну напругу. Для цього потрібно замінити R2 на резистор, що розраховується за такою формулою: R2 = R1 * (Vвих / Vref-1) або R2 = 1210 * (Vвих / 1.23 - 1)

LM2596 має тепловий захист по перегріву, а також обмеження вихідного струму до 3 А. У випадку, якщо запитувати цей пристрій від знижуючого мережевого трансформатора з діодним мостом, то ємність конденсатора С1 необхідно підвищити до 2200 мкФ. Як захисний діод D1 можна застосувати діод шоттки типу 1N5822.

Також потрібно уважно стежити, щоб схема на ОУ не збудилася і не перейшла в режим генерації. Для цього намагайтеся зменшити довжину всіх провідників, а особливо доріжки, підключеної до вив. 2 LM2596. Не розташовуйте ОУ поблизу цієї доріжки, а діод і конденсатор фільтра розташуйте ближче до корпусу LM2596 і забезпечте мінімальну площу петлі землі, підключеної до цих елементів.

Готовий стабілізатор напруги на основі мікросхеми LM2596S та LM317з цифровим індикатором вхідної чи вихідної напруги.

П О П У Л Я Р Н О Е:

Розглянувши структурну схему блоку живлення типу AT, її можна розділити на кілька основних елементів.