Линейный стабилизатор напряжения регулируемый – Линейный стабилизатор напряжения или тока LM317

Содержание

Линейный стабилизатор напряжения своими руками

В этой статье будет рассмотрена схема мощного линейного стабилизатора напряжения, а так же пошаговая инструкция по его сборки своими руками. Стабилизатор собран на микросхема LM338, она обеспечивает ток до 5 А, имеет защиту короткого замыкания на выходе и перегрева. Схема достаточно проста, поэтому сложностей в сборке возникнуть не должно.

Схема линейного стабилизатора напряжения:

Микросхема LM338 имеет три вывода – вход (in), выход (out) и регулирующий (adj). На вход подаём постоянное напряжение определённой величины, а с выхода снимаем стабилизированное напряжение, величина которого задаётся переменным резистором Р2. Напряжение на выходе регулируется от 1,25 вольт до величины входного, с вычетом 1,5 вольт. Проще говоря, если на входе, например, 24 вольта, то на выходе напряжение будет меняться в пределах от 1,25 до 22,5 вольт.

Подавать на вход более 30 вольт не следует, микросхема может уйти в защиту. Чем больше ёмкость конденсаторов на входе, тем лучше, ведь они сглаживают пульсации. Ёмкость конденсаторов на выходе микросхемы должна быть небольшой, иначе они будут долго сохранять заряд и напряжение на выходе будет регулироваться неверно. При этом каждый электролитический конденсатор должен быть зашунтирован плёночным или керамическим с малой ёмкостью (на схеме это С2 и С4).

При использовании схемы с большими токами микросхему обязательно нужно установить на радиатор, ведь она будет рассеивать на себе всё падение напряжения. Если токи небольшие – до 100 мА, радиатор не потребуется.

Скачать печатную плату

Сборка стабилизатора напряжения

Вся схема собирается на небольшой печатной плате размерами 35 х 20 мм, изготовить которую можно методом ЛУТ. Печатная плата полностью готова к печати, отзеркаливать её не нужно. Ниже представлены несколько фотографий процесса.

Дорожки желательно залудить, это уменьшит их сопротивление и защитит от окисления. Когда печатная плата готова – начинаем запаивать детали. Микросхема запаиваться прямо на плату, спинкой в сторону края. Такое расположение позволяет закрепить на радиаторе всю плату с микросхемой.

Переменный резистор выводится от платы на двух проводках. Можно использовать любой переменный резистор с линейной характеристикой. При этом средний его вывод соединяется с любым из крайних, полученные два контакта идут на плату, как видно на фото.

Для подключения проводов входа и выхода удобнее всего использовать соединительную колодку. После сборки необходимо проверить правильность монтажа.

Запуск и испытания линейного стабилизатора

Когда плата собрана, можно переходить к испытаниям. Подключаем на выход маломощную нагрузку, например, светодиод с резистором и вольтметр для контроля напряжения. Подаём напряжение на вход и следим за показаниями вольтметра, напряжение должно меняться при вращении ручки от минимума до максимума. Светодиод при этом будет менять яркость.

Если напряжение регулируется, значит схема собрана правильно, можно ставить микросхему на радиатор и тестировать с более мощной нагрузкой. Такой регулируемый стабилизатор идеально подойдёт для использовании в качестве лабораторного блока питания. Особое внимание стоит уделить выбору микросхемы, ведь её очень часто подделывают.

Поддельные микросхемы стоят дёшево, но легко сгорают при токе уже 1 – 1,5 Ампера. Оригинальные стоят дороже, но зато честно обеспечивают заявленный ток до 5 Ампер. Удачной сборки.

Все детали можно купить на Алиэкспресс по ссылкам ниже:

Купить LM338 Купить 1N4007 Купить набор резисторов 300 шт. Купить набор конденсаторов 300 шт. Набор электролитических конденсаторов Купить набор потенциометров Купить клеммный блок

Фото линейного стабилизатора:

Видео работы стабилизатора:

Похожие записи

kavmaster.ru

1. Линейные стабилизаторы напряжения. Параметрический стабилизатор.

Схема представляет делитель напряжения, состоящий из резистора R0 и стабилитрона VD. Нагрузочный резистор Rн включен параллельно стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение стабилитрона почти постоянно, постоянным будет и напряжение на нагрузке.

Нагрузочная характеристика линейной подсхемы представляет прямую, проходящую через точки, соответствующие режимам холостого хода U

xx = βUвx и короткого замыкания Iкз = Uвх / R0 . Здесь β = Rн /( R0 + Rн ).

В параметрических стабилизаторах напряжения в качестве

регулирующих используют нелинейные элементы, имеющие участок ВАХ, на

котором напряжение остается неизменным при изменении тока. Такой участок

имеет обратная ветвь ВАХ стабилитрона.

Для поддержания режима стабилизации сопротивление R0

Коэффициент стабилизации определяется по формуле

Плюсы: простота и надежность, ток до неск. десятков миллиампер Минусы: КПД не более 50%, узкий диапазон напряжения.

2. Линейные стабилизаторы напряжения. Компенсационный стабилизатор.

Схема работает следующим образом. Предположим, что по каким-

либо причинам выходного напряжение стабилизатора U2 уменьшилось. При этом сигнал ошибки, равный разности напряжения на стабилитроне VD1 и на выходе делителя напряжения R1 – R2 увеличится. Это приведет к увеличению тока базы. Увеличится и ток эмиттера регулирующего транзистора до величины, при которой выходное напряжение примет первоначальное значение.

Расчет стабилизатора выполняется в следующем порядке. 1. Определяем минимальное входное напряжение с помощью соотношения

2. По заданным значениям Uвыхmaх , Uвыхmin , I нma выбираем тип транзистора, реализующего регулирующий элемент (РЭ).

3. Выбираем стабилитрон из условия Uст =Uвыхmin –(2 ÷3 )В.

4. Рассчитываем сопротивление резистора R0 по формуле R0 = (2 ÷3 )/Iстmin. Здесь Iстmin – минимальный ток стабилитрона, мА. 5. Рассчитываем суммарное сопротивление делителя напряжения из условия, что ток делителя должен составлять в номинальном режиме 5 – 10 мА. Сопротивления резисторов делителя определяются выражениями RΣ = R1 + R2 ;

3. Линейные стабилизаторы напряжения. Интегральные стабилизаторы.

Простые стабилизаторы выполнены в виде законченных устройств(вход-выход-земля). Они обычно бывают на 5-24В с током до 1А. А интегральные стабилизаторы имеют встроенные механизмы ограничения выходного тока и защиту от перегрева. Упрощенная схема ИС: VD1 – источник опорного напряжения

VT1+VT2 – усилитель ошибки (дифусилитель на транзисторах)

VT4+VT5 – регулирующий элемент

R1 и R2 образуют цепь отрицательной обратной связи VT3+R5 – ограничитель тока

Выходное напряжение стабилизатора

4. Импульсные источники напряжения. Повышающий преобразователь.

Он относится к классу так называемых обратноходовых преобразователей.

Его работу можно разделить на 2 фазы по ключу: 1.Ключ замкнут(активная): энергия источника напряжения E передается не в нагрузку, а запасается в индуктивности L.

2.Ключ разомкнут(пассивная): к нагрузке RН через диод D оказывается приложенной сумма напряжений источника E и наведенной в индуктивности ЭДС. Выходное напряжение в такой схеме всегда оказывается выше входного. Энергия, накопленная в индуктивности, полностью или частично отдается в нагрузку. Такой тип преобразователя называется обратноходовым, так как отдача энергии в нагрузку происходит в пассивной фазе, на «обратном ходу». Диод D нужен для предотвращения шунтирования выходного напряжения замкнутым ключом.

Емкость C сглаживает «провалы» напряжения на нагрузке в активной фазе.

В данном случае за время пассивной фазы индуктивность не отдает всю запасенную энергию в нагрузку. Это называется режимом непрерывного тока:

studfiles.net

Стабилизатор напряжения с регулировкой — выходное напряжение

Простому обывателю при вводе запроса по стабилизаторам в поисковике сразу бросятся в глаза хвалебные или ругательные отзывы о производителях, куча брендов зарубежных стран. А также то, как в активных обсуждениях на многочисленных форумах опытные сподвижники продукции, представляясь в образе обычного пользователя, пытаются давать доверчивым читателям «правильные» советы к приобретению дорогого и ненужного им товара.

Такой массовой неразберихе соответствует жестокая конкуренция, не терпящая в бизнесе просиживания штанов с ожиданием завальных заказов, и активный поиск мечущихся в выборе теоретически неподкованных клиентов. У последних сразу же возникает мысль, что все регуляторы однотипные, и лишь отличаются по стоимости, габаритам и внешнему дизайну устройства. Однако картина в корне обманчива.

Основными различиями в стабилизаторах являются:

  • функциональная начинка;
  • рабочий диапазон,
  • качество,
  • тип исполнения.

Об одной функциональной особенности и пойдёт речь в этой статье.

Что такое стабилизатор напряжения с регулировкой?

Полвека назад для регулировки напряжения использовались автотрансформаторы с ручным управлением. Нужно было неустанно отслеживать показатели на стрелочном циферблате либо светящейся линейке прибора, и, по мере необходимости, самостоятельно выставлять номинальное значение. Сегодня такую коррекцию стабилизаторы с плавной регулировкой осуществляют абсолютно автоматически. Мы к этому еще вернёмся,  а пока вспомним о простейших аналогах и том, с чего всё начиналось.

ЛАТРы и последующая их эволюция

Помните, в советские времена широко использовались лабораторные стенды с автотрансформаторами – ЛАТРами с ручной регулировкой? Основным применением их было – лабораторные задания в рамках школьного курса по физике и вузовской телемеханики, где требовалось получить на выходе точную величину нестандартных параметров. Из категории экспериментальных ЛАТРы незаметно перекочевали в образ бытовой техники.

Одно время их можно было видеть при телевизорах, в настоящее же время их использование стало очень многообразным – от разных технологических процессов (в птицеводстве, ремонтных мастерских, стоматологии и т. п.) до устройств на 110 В. На ЛАТРе довольно просто устанавливается и не такой показатель сети.

Существуют ЛАТРы с рабочими пределами 0–250 В, и, более того, до 300 В. Чем больше порог, тем больше дополнительной мощности у прибора, позволяющей с низких значений подниматься до высоких нагрузок. Нужно понимать, что лабораторному автотрансформатору вручную задаётся такой режим, который нужен. Тем самым устанавливается дополнительный диапазон входного напряжения – так называемая дельта.

К примеру, до удалённой розетки из-за сетевого падения доходят только 200 В. При установке ЛАТРа, поворотом ручки управления можно получить на выходе 220 В. «Дельта» в этом случае будет равна 20 В. При дальнейшем падении напряжения до 180 В, ЛАТР добавит лишь выставленную «дельту» в 20 В, и на выходе можно будет получить не более, чем 180+20=200 В.

Для удобства и наблюдения аппараты позже стали выпускаться с жидкокристаллическим дисплеем, позволяющим регулировать технические показатели прибора уже с более высокой точностью. Теперь, если требуется плавная стабилизация напряжения в 220 В, рекомендуется применение таких устройств, как:

  • стабилизатор с регулировкой выходного напряжения;
  • стабилизатор с регулировкой выходного тока.

Приборы с такими названиями нередко встречаются в электрических схемах. Возникают вопросы: какая разница между ними и как они работают?

Экскурс в теорию

Напряжение сети, предназначенное для электропитания, может иметь значительные колебания, ухудшающие работу различной техники. В сетях переменного тока встречаются перепады двух видов: краткосрочные и многочасовые. И те и другие изменения негативно сказываются на работе техники. Есть устройства, которые вообще не способны работать без стабилизации параметров, к ним относятся лампы бегущей волны, электронные вольтметры, осциллографы и т. д.

Стабилизаторы с регулировкой напряжения – это аппараты с функцией поддерживания напряжения на нагрузке с нужной точностью при изменении сопротивления нагрузки и параметров сети в заданном диапазоне.

Стабилизаторы с регулировкой тока при тех же изменениях поддерживают в нагрузке с необходимой точностью величину заданного тока. Стабилизаторы одновременно с главными своими функциями осуществляют также сглаживание пульсаций.

Основные параметры

Качеством работы регуляторов в основном служат такие технические показатели, как:

  • Стабилизирующий коэффициент, вытекающий из отношения изменений напряжения на входе и выходе
  • Показатель нестабильности
  • Внутреннее сопротивление
  • Коэффициент выравнивания всплесков

Коэффициент полезного действия определяется для всех типов стабилизаторов по отношению входной и выходной активных мощностей равен

Функции приборов

Диапазон входного напряжения

Наряду с точностью стабилизации, является важнейшей его характеристикой. Этот диапазон делится на две категории:

  • рабочий с обеспечением заявленной величины стабилизации, к примеру, 220±5%;
  • предельный с сохранением работоспособности при напряжении на выходе, отличающемся от заявленного значения в большей или меньшей степени до 15-18%.

При выходе параметров за рамки предельного, устройство отключает питание, оставаясь в сети для контроля и возможности введения техники вновь в работу при возвращении сети электроснабжения в заданный диапазон.

Системный контроль параметров

В случае выхода корректора из строя или резкого подъёма входного напряжения такая система отключает приборы от нормализатора и предотвращает их выход из строя.

Регулировка выходного напряжения

Некоторые модели имеют возможность регулирования выходного напряжения в пределах 210–230 В, что помогает решить одновременно несколько задач:

  • возможность установить на выходе стабилизатора западные стандарты напряжения 230 В для импортного электрооборудования. Без такой функции стабилизатор постоянно будет выходить за заданный для подобных приборов нижний диапазон напряжения, что может вызвать сбой в их работе;
  • для ламп накаливания лучшим решением будет установка напряжения примерно 210 В, что существенно продлит срок их службы. На силу светового потока ламп это никак не повлияет – пределы останутся такими же, какие заявлены изготовителем.

Еще раз кратко об отличиях

Известны три вида стабилизаторов с регулировкой выходного напряжения: понижающие, повышающие и всеядные. Наиболее интересными являются последние.  Независимо от входного, на выходе можно получить необходимое значение напряжения.

Всеядный импульсник как будто не замечает, какое напряжение на входе – ниже или выше требуемого. Аппарат автоматически переключает режимы с повышением или понижением напряжения и удерживает заданное значение на выходе. Помимо этого, такое устройство почти не нагревается.

Пока всё понятно. А как быть со стабилизатором с регулировкой выходного тока? Не станем открывать Америку, если скажем, что такой аппарат нормализует ток. Внешне это устройство напоминает импульсный стабилизатор. Если в паспорте прибора указано значение выходного тока, то именно такой ток и будет. Выходное же напряжение можно изменять в зависимости от нужного значения для потребителя.

Не углубляясь слишком в теорию, просто заметим, что напряжение не требуется регулировать, аппарат сам сделает все исходя из нужд потребителя. С отличиями вроде бы разобрались.

Часто при подключении нагрузки стоит задача, выполнить контроль именно значения тока. Стабилизатором с регулировкой тока, чтобы такая техника не сгорела, ограничивается ток. Следует понимать, что у регуляторов устанавливается пороговое значение тока. После определённого предела приборы начнут нагреваться, и придётся покупать более мощное устройство. Понятно, что при росте тепловыделения, КПД уменьшается.

А насколько это всё нужно-то?

Выбор между регуляторами определяется тем, какой требуется инструмент для облегчения работы или решения определенного круга задач.

Стабилизаторы с регулировкой тока, в отличие от устройств с регулировкой напряжения, нормализуют выходной ток, при этом корректируя напряжение на выходе так, чтобы ток для нагрузки в любой момент оставался одинаковый. Именно в этом заключается основное отличие аппаратов. Путать их между собой не следует, чтобы это не привело к выходу из строя техники.

ostabilizatore.ru

Линейный стабилизатор напряжения | Volt-info

Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне

X1 и X2 – клеммы входа, на которые может быть подано нестабилизированное напряжение. Если к выходным клеммам X3-X4 не подключена нагрузка, то при увеличении входного напряжения до значения напряжения стабилизации стабилитрона VD1, с выхода мы можем снять то же самое напряжение. После достижения напряжения стабилизации наступает обратимый пробой p-n перехода стабилитрона, при котором через стабилитрон начинает протекать ток, а часть избыточного напряжения падает на балластном сопротивлении.

У этой схемы есть несколько значительных недостатков. Необходимость наличия в схеме балластного сопротивления приводит к увеличению потерь энергии и не позволяет питать значительную нагрузку, сопротивление которой соизмеримо с балластным. При переменной нагрузке и незначительной разнице входного и стабилизированного напряжения могут быть провалы выходного напряжения в моменты увеличения нагрузки.

Для питания таким стабилизатором более мощного потребителя, необходимо уменьшать сопротивление балласта, что в свою очередь потребует увеличения допустимой рассеиваемой мощности стабилитрона, но это приведёт к ещё большим потерям энергии. Именно по этой причине данная схема не получила широкого распространения в качестве стабилизатора питания для нагрузки примерно большей 1 Вт.

Не смотря на указанные недостатки, рассмотренная схема оказалась вполне пригодна в качестве источника опорного напряжения.

Представьте, что у нас есть генератор, напряжение на клеммах которого может изменяться в значительных пределах, например, автогенератор, генератор ветряка или даже фотоэлектрическая панель (солнечная батарея). Если этот источник питания не имеет собственной схемы стабилизации выходного напряжения, то при сильном ветре, или увеличении яркости солнечного потока, мы рискуем спалить подключенную к нему нагрузку, например, радиоприёмник или лампочку. Чтобы этого не произошло, можно собрать нехитрую схему стабилизации, рисунок 2.

Рисунок 2. Схема стабилизации напряжения на одном транзисторе.

 Здесь Г1, это применяемый нами в качестве источника питания генератор переменного тока. На диодах DV1-DV4 собрана схема двухполупериодного выпрямителя. Конденсатор C1 сглаживает пульсации, которые вызваны синусоидальной формой кривой генерируемого напряжения.

При увеличении напряжения на входных клеммах X1-X2 через балластный резистор и базу транзистора VT1 начинает протекать ток базы, через коллектор-эмиттер и сопротивление нагрузки начинает протекать ток нагрузки. Вспомнив принцип работы биполярного транзистора, увидим, что на эмиттере он всегда будет стараться поддерживать тоже напряжение, которое будет подаваться на базу. Как только напряжение на базе транзистора достигнет значения напряжения стабилизации стабилитрона, оно прекратит увеличиваться независимо от увеличения входного напряжения. Так транзистор будет автоматически изменять сопротивление коллектор-эмиттерного перехода, стабилизируя напряжение на уровне опорного базового, которое будет обеспечивать стабилитрон.

По сути, эта схема является делителем напряжения, верхнее плечо которого образовано переходом транзистора, а нижнее – нагрузкой. Этот принцип регулирования напряжения накладывает некоторые ограничения. Чем больше разница между входным и выходным напряжением, тем большую мощность должен рассеивать транзистор. Это значительно снижает КПД стабилизатора и требует использовать более мощный транзистор, устанавливая его на радиатор.

Тем не менее, такой стабилизатор оказывается весьма эффективен, когда выходное напряжение незначительно отличается от входного. Он прекрасно справляется с кратковременными перенапряжениями сети, а также с импульсными помехами, приходящими по сети во время грозовой активности, или при работе в той же сети мощных импульсных преобразовательных устройств. Для этого параллельно стабилитрону нужно добавить конденсатор небольшой ёмкости, который будет шунтировать импульс помехи, приходящий на базу.

Схема на транзисторе более эффективна по сравнению со стабилитронной, но тоже имеет ограничение по мощности подключаемой нагрузки. Наиболее эффективно с этой задачей справляются стабилизаторы на основе импульсных преобразователей, но это тема уже для другого разговора.

volt-info.ru

Стабилизатор напряжения на ОУ | HomeElectronics

Всем доброго времени суток! В прошлой статье я рассматривал RC генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний на ОУ. В данной статье я рассмотрю стабилизаторы напряжения, в основе которых лежат операционные усилители. Основное преимущество ОУ при использовании их в стабилизаторах напряжения является то, что ОУ обладает большим коэффициентом усиления (несколько десятков тысяч). Поэтому они позволяют получить нестабильность выходного напряжения порядка 0,001 %.

Основная схема компенсационного стабилизатора напряжения

Большинство современной силовой электроники представлено импульсными источниками питания, которые обладают высоким КПД и небольшими габаритными размерами. Однако линейные стабилизаторы напряжения также находят своё применение, прежде всего в устройствах небольшой мощности, а также в схемах, где не желательны импульсные помехи.

Как известно линейные источники питания разделяются на последовательные и параллельные в зависимости от схемы подсоединения регулирующего элемента относительно выхода. Наибольшее распространение получили последовательные стабилизаторы, так как могут обеспечить КПД и стабилизацию больше чем параллельные, из основных достоинств которых является возможность перегрузки по току и способность выдерживать короткое замыкание.

Кроме схемы подключения регулирующего элемента, стабилизаторы напряжения классифицируются по способу регулирования выходного напряжения: параметрические и компенсационные. Работа параметрических стабилизаторов основана на нелинейных свойствах регулирующих элементах, то есть при значительном изменении тока протекающего через него падение напряжения на регулирующем элементе мало изменяется. Такие стабилизаторы применяются в схемах небольшой мощности до нескольких ватт. Наибольшее распространение получили схемы последовательных стабилизаторов компенсационного типа, структурная схема, которого представлена ниже


Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа.

В одной из статей я рассказывал о компенсационных стабилизаторах напряжения, выполненных на транзисторах, поэтому напомню принцип его работы. Схема состоит из чётырёх основных частей: источник образцового напряжения И, элемента сравнения ЭС, усилительного элемента У и регулирующего элемента Р. Элемент сравнения сравнивает выходное напряжение U1 с напряжение вырабатываемым источником образцового напряжения и выдаёт ошибку сравнения на усилительный элемент, где происходит усиление ошибки сравнения и вырабатывается управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Довольно часто в простых схемах происходит объединение элемента сравнения и усилителя (а иногда и регулирующего элемента в слаботочных схемах) в одно устройство. В современных схемах функции элемента сравнения и усилителя выполняют на ОУ.

Схема стабилизатора напряжения на ОУ

Для построения стабилизатора напряжения используется масштабирующий усилитель на ОУ в неивертирующем включении. Схема такого стабилизатора напряжения показана ниже


Схема стабилизатора напряжения на ОУ.

Схема состоит из ОУ DA1, резисторов обратной связи R1 и R2 и источника опорного напряжения UОП. Выходное напряжение будет определяться известной формулой для неинвертирующего усилителя

Таким образом, качество стабилизатора напряжения будет определяться качеством источника опорного напряжения, так как ОУ даже с очень хорошими параметрами и высоким коэффициентом усиления не может обеспечить стабильность выходного напряжения.

Существует несколько видов источников опорного напряжения: стабилитрон, источник опорного напряжения со стабилизатором тока и интегральные стабилизаторы напряжения. Рассмотрим их по отдельности.

Использование стабилитрона в качестве источника опорного напряжения

Стабилитрон широко используется практически во всех стабилизаторах напряжения, так как имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, что позволяет при широком изменении тока нагрузки практически оставаться стабильным выходному напряжению. Схема стабилизатора напряжения с использованием стабилитрона в качестве источника опорного напряжения показана ниже


Схема, иллюстрирующая использование стабилитрона в качестве источника опорного напряжения.

На данной схеме опорное напряжение задаётся параметрическим стабилизатором напряжения R1VD1, что даёт удовлетворительные результаты в большинстве практических случаях. При этом величина опорного напряжения соответствует величине напряжения стабилизации стабилитрона VD1, а разность между входным напряжением стабилизатора и опорным рассеивается на резисторе R1. Номиналы элементов параметрического стабилизатора выбираются из следующих соотношений

где UCT – напряжение стабилизации стабилитрона,

IСТ – номинальный ток стабилизации стабилитрона.

Схема с использование стабилитрона в качестве источника опорного напряжения обеспечивает умеренный уровень стабилизации, составляющий доли процента (обычно 0,1…0,05%), значительно лучшие показатели обеспечиваются, если вместо гасящего резистора R1 применить стабилизатор тока.

Использование стабилизатора тока в источнике опорного напряжения

Достаточно часто стабилизаторы напряжения используются в схемах, где входящие нестабилизированное напряжение может изменяться в пределах нескольких вольт, а иногда и выше. Данное условие приводит к тому, что в схеме параметрического стабилизатора R1VD1, показанного на рисунке выше, приводит к изменению тока проходящего через стабилитрон, тем самым изменяя его напряжение стабилизации в пределах долей вольта. Для недопущения таких изменений в схему источника опорного напряжения вводят стабилизатор тока. Схема стабилизатора напряжения на ОУ со стабилизатором тока в цепи опорного напряжения приведена ниже


Стабилизатор напряжения на ОУ со стабилизатором тока в цепи опорного напряжения.

В данной схеме вместо гасящего резистора параметрического стабилизатора введён стабилизатор тока R1VD1VT1R2, что позволяет свести колебания тока стабилизации стабилитрона VD2 к нескольким процентам, при колебании входящего нестабилизированного напряжения в пределах десятков процентов. В итоге коэффициент стабилизации источника опорного напряжения достигнет нескольких сотен, в то время как стабилизации обычного параметрического стабилизатора напряжения едва достигает нескольких десятков.

Ещё одним применение данной схемы является регулируемый источник опорного напряжения. Для этого достаточно заменить стабилитрон VD2 переменным резистором, что позволяет при постоянном токе, задаваемым стабилизатором тока, изменяя сопротивление переменного резистора в широких пределах регулировать опорное напряжение, тем самым регулирую выходное напряжение стабилизатора тока.


Регулируемый стабилизатор напряжения на ОУ.

Однако данная схема не может обеспечить такой же стабильности, как схемы на стабилитронах описанные выше, поэтому она применяется крайне редко.

Наибольшую стабильность позволяют получить схемы, где в качестве источников опорного напряжения применяются интегральные стабилизаторы напряжения.

Использование интегральных стабилизаторов напряжения в качестве источников опорного напряжения

Интегральные стабилизаторы напряжения, выпускаемые промышленностью в настоящее время, имеет широкую номенклатуру изделий, и характеризуются высокими техническими параметрами. Так, например, широко применяемая микросхема стабилизатора напряжений серии КР142ЕН выпускаются на различные стабилизируемые напряжения от 5 до 30 В, имеют коэффициент нестабильности по напряжения не менее 0,1 %/В, а коэффициент сглаживания пульсаций не менее 30 дБ. Поэтому они наилучшим образом подходят в качестве источников опорного напряжения в мощных линейных стабилизаторах напряжения. Схема использования их в качестве опорных источников напряжения показана ниже


Использование интегральных стабилизаторов напряжения в качестве источника опорного напряжения.

Согласно технической документации микросхемы типа КР142ЕНхх на вход и выход необходимо включить конденсаторы: С1 ≥ 2,2 мкФ, С2 ≥ 1 мкФ.

При использовании интегральных стабилизаторов достаточно просто реализовать регулируемый стабилизатор напряжения, для этого достаточно поставить на выходе источника опорного напряжения переменный резистор, со среднего отвода которого снимать напряжение на операционный усилитель


Регулируемый стабилизатор напряжения с интегральным стабилизатором в качестве опорного напряжения.

Вышеописанные схемы стабилизаторов напряжения на ОУ позволяют получить очень хорошие показатели стабильности выходного напряжения. Однако ОУ не могут обеспечить достаточно большой выходной ток (обычно несколько десятков мА), поэтому выходная мощность ограничена долями ваттами, в зависимости от выходного напряжения.

Для того чтобы такие стабилизаторы отдавали больше мощности необходимо на его выходе включить каскад усилителя мощности в виде транзистора.

Увеличение выходной мощности стабилизатора напряжения

Для того чтобы такие стабилизаторы отдавали больше мощности необходимо на его выходе включить каскад усилителя мощности в виде транзистора или нескольких параллельно-последовательных транзисторов, который иногда называют бустером выходного тока. Простейшая схема стабилизатора напряжения на ОУ с бустерным каскадом показана ниже


Стабилизатор напряжения на ОУ с выходным бустерным каскадом.

В схеме стабилизатора напряжения для увеличения выходной мощности включён бустерный каскад на транзисторе VT1. Для ограничения максимального выходного тока ОУ введён резистор R2, который может быть определён по следующему выражению

где UКЭнас – напряжение насыщения коллектор-эмиттер бустерного транзистора,

IВЫХ.МАХ – предельный выходной ток ОУ.

Иногда возникает ситуация когда усиления одного транзистора не хватает для требуемой выходной мощности, поэтому применяют составные транзисторы по схеме Дарлингтона или Шиклаи для увеличения коэффициента усиления по току.

Схемы с одним бустерным транзистором или транзистором Дарлингтона обычно используют для получения выходных токов стабилизатора до нескольких ампер. При необходимости выходного тока большего значения выходной транзистор составляют из нескольких параллельных для увеличения отдаваемой мощности.

Скажи спасибо автору нажми на кнопку социальной сети

www.electronicsblog.ru

LDO линейный стабилизатор напряжения с низким падением

Аббревиатура LDO применительно к стабилизаторам или регуляторам напряжения расшифровывается как: “low drop out” или по-русски низкое падение на выходе. И это означает что чтобы получить требуемое напряжение на выходе стабилизатора входное напряжение должно не превышать выходное. Например в широко распространенном LDO стабилизаторе LM1117 для нормального функционирования стабилизатора достаточно падения в 1,2В.

Что позволяет сделать применение стабилизаторов с низким падением напряжения?
Например:

  • максимально снизить нижнюю границу диапазона работы устройства при питании от аккумуляторных батарей,
  • увеличить КПД блока питания в составе которого он трудиться,
  • обойтись без громоздких индуктивностей при фильтрации пульсаций напряжения (активный фильтр).

Как я уже писал, LM1117 считается стабилизатором с низким падением напряжения, с величиной этого самого падения в 1,2В. Я подумал, зачем такое относительно большое напряжение терять, ведь это удвоенное напряжение на p-n переходе транзистора из кремния? Почему бы не использовать полевой транзистор: в открытом состоянии канал полевого транзистора представляем собой лишь небольшое активное сопротивление.
Погуглив я нашел схемы где регулирование осуществляется полевым транзистором с n-каналом включенным в положительный провод питания. Вот только эти схемы требовали дополнительного источника питания, для управления затвором. Чтобы открыть полевой транзистор, на его затвор нужно было приложить напряжение на несколько Вольт выше напряжения на истоке, а значит и на выходе.
А вот почему бы не использовать p-канальный транзистор, он открывается отрицательным напряжением, которое у нас уже есть. И я нарисовал схему LDO использующую регулируемый стабилитрон TL431:

Эту схему я пока не собирал, возможно потребуются дополнительные RC-цепочки для предотвращения самовозбуждения схемы. Все таки TL431 склонна к самовозбуждению.

До применения полевого транзистора у меня были мысли использования биполярного p-n-p транзистора в качестве регулятора, в таком случае минимальное падение на стабилизаторе составило бы 0,6 В, что конечно поменьше чем 1,2 В.

Вот пара схем с биполярным транзистором.

Ещё я нагуглил на англоязычном форуме схему p-n-p транзистором, ту схему даже смоделировали и анализ частотной характеристики показал устойчивость схемы.
Если силовой биполярный транзистор заменить на полевой, то получим такую схему:

  • R1 — 68 кОм;
  • R2 — 10 кОм;
  • R3 — 1 кОм;
  • R4,R5 — 4,7 кОм;
  • R6 — 10 кОм;
  • VD1 — BZX84C6V2L;
  • VT1 — AO3401;
  • VT2,VT3 — 2N5550;

При указанных в перечне значениях VD1, R5, R6 напряжение на выходе стабилизатора составит 6 В.

hardelectronics.ru

Линейный стабилизатор тока

Содержание:
  1. Для чего нужен стабилизатор тока
  2. Простой импульсный стабилизатор тока на транзисторах
  3. Линейный стабилизатор тока для светодиодов

Всем известно, что светодиодные лампы иногда выходят из строя по причине перегорания. Нередко светодиоды перегорают без каких-либо видимых причин. Однако такие причины все-таки существуют и связаны они прежде всего с определенными параметрами светодиодных ламп, для которых требуется обязательная стабилизация. Чаще всего проблема заключается в силе тока самой лампы и падении напряжения в сети. Для решения этой задачи используется линейный стабилизатор тока, основной функцией которого является выравнивание параметров до нужного значения.

Для чего нужен стабилизатор тока

Прежде чем рассматривать линейные стабилизирующие устройства, необходимо уяснить, зачем вообще нужен стабилизатор тока, широко использующийся в электрических и радиоэлектронных схемах.

Основная задача стабилизатора заключается в выравнивании тока до нужных показателей, независимо от скачков сетевого напряжения. Стабилизирующие устройства могут быть линейными или импульсными. Первый тип приборов выполняет регулировку всех параметров на выходе, распределяя мощности пропорционально между собственным сопротивлением и нагрузкой. Второй тип стабилизаторов считается более эффективным, так как в этом случае светодиоды обеспечиваются только необходимым количеством мощности. В основе действия таких устройств лежит принцип широтно-импульсной модуляции.

По всем показателям импульсные стабилизаторы значительно превосходят линейные устройства и тем более – стабилизаторы тока на лампах. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия, составляющим не менее 90%. Однако импульсные приборы отличаются довольно сложной схемой, что делает их стоимость значительно выше, чем у линейных стабилизаторов. Кроме того, стабилизаторы LM317 могут использоваться только в линейных схемах. Не допускается их включение в цепи с высокими токовыми значениями. Благодаря этим свойствам, линейные стабилизаторы считаются наиболее подходящими для эксплуатации вместе со светодиодами.

Использование стабилизаторов является обязательным из-за специфических особенностей и параметров светодиодов. К одной из них относится нелинейная вольтамперная характеристика, при которой изменяющееся напряжение светодиода вызывает непропорциональное изменение тока. Когда же напряжение начинает увеличиваться, ток в это время возрастает очень медленно и лампочка не светится. После достижения напряжением своего порогового значения, свет начинает излучаться, а ток очень быстро возрастает. При дальнейшем росте напряжения, ток увеличивается еще больше, в результате светодиод сгорает.

Следовательно, для обеспечения нормальной работы светодиодов, они должны быть подключены к источнику питания через стабилизатор тока. С помощью этого устройства происходит выравнивание токов на каждом светильнике, компенсируя, таким образом, разброс порогового напряжения, которое не бывает одинаковым даже у однотипных ламп. В конечном итоге ток поступает на светодиод уже с определенной, заданной величиной.

Простой импульсный стабилизатор тока на транзисторах

Как уже отмечалось, в радиоэлектронике практикуется использование двух типов стабилизаторов – линейных и импульсных. Действие линейных стабилизаторов основано на принципе работы резисторов. То есть, ток, протекающий через транзистор, ограничивается таким образом, чтобы значение напряжения в нагрузке оставались на постоянном уровне. Во время этого процесса наблюдаются частичные потери полезной мощности в виде выделения тепла на регулирующем транзисторе. В некоторых случаях эти потери могут быть очень существенными. Например, если входное напряжение составляет 10 вольт, а выходное – 2,5 В, то разница, то есть падение напряжения, составит 7,5 вольт. Таким образом, на ненужный разогрев транзистора затрачивается 75% электроэнергии, поступающей от источника питания, а для выполнения полезной работы остается лишь 25%.

Подобные недостатки отсутствуют у импульсных стабилизаторов, выполняющих трансформацию напряжения в ток и обратно. В связи с этим, их КПД находится практически на одном уровне, независимо от значения входного или выходного напряжения и составляет, в среднем, от 80 до 95%. На величину коэффициента оказывает влияние используемая схема, качество и характеристики комплектующих. Высокий КПД дает значительное облегчение для теплового режима стабилизатора. Его компоненты не подвержены заметному нагреву, а вместо громоздких теплоотводных радиаторов используются миниатюрные детали. Те 75% энергии, которая в линейных стабилизаторах уходит в тепло, здесь превращаются в дополнительный электрический ток, согласно закона сохранения энергии.

Таким образом, импульсные преобразователи представляют собой эффективные и экономичные устройства, называемые также ключевыми преобразователями или конвертерами. Прокачка мощности внутри прибора осуществляется импульсами, каждый из которых выглядит как установленная порция энергии. Все устройства, работающие в нормальном режиме, непрерывно потребляют мощность. Ее передача происходит непрерывно между входом и выходом, после чего она поступает в нагрузку.

Следует отметить, что стабилизаторы тока и напряжения, использующиеся в электрических схемах, работают по одному и тому же принципу. Основное отличие заключается в том что в первом варианте контролируется ток через нагрузку, а во втором – напряжение на нагрузке. При снижении тока в нагрузке, с помощью стабилизатора выполняется подкачка мощности. Если же ток увеличивается, то мощность снижается. За счет этого можно создавать стабилизирующие устройства для светодиодов любой мощности.

Наиболее распространенные схемы оборудуются дросселем. От входа на него поступают определенные порции энергии, которые далее передаются на нагрузку. Подобные передачи происходят с помощью коммутатора или ключа, находящегося во включенном или выключенном состоянии. В первом случае через ключ с незначительным сопротивлением проводится ток, а значение выделяемой мощности становится близко нулю. Во втором, когда коммутатор выключен, отсутствует прохождение тока и выделение мощности. Подобная коммутация позволяет передавать энергию без потерь мощности. Тем не менее, импульсные токи относятся к категории нестабильных и для их выравнивания требуется использование специальных фильтров.

К основным недостаткам импульсных стабилизаторов относится сложность конструкции и создание электрических и электромагнитных помех. Однако, несмотря на довольно высокую стоимость, эти устройства очень популярны среди потребителей.

Линейный стабилизатор тока для светодиодов

С помощью стабилизирующих устройств линейного типа выполняется выравнивание тока, проходящего через светодиод, до необходимого значения. Полученное значение тока не зависит от напряжения, прилагаемого к схеме. Ток будет оставаться без изменений, даже в случае превышения напряжением порогового уровня. В случае дальнейшего общего роста напряжения, оно возрастет лишь на стабилизаторе тока, а в светодиоде – останется без изменений.

Следовательно, если параметры светодиода остаются неизменными, схема линейного стабилизатора тока будет одновременно стабилизировать и его мощность. Активная мощность, выделяемая в виде теплоты, распределяется между светодиодом и стабилизатором в соответствии с напряжением на каждом из этих элементов. Линейный стабилизатор нагревается постепенно по мере роста напряжения, приложенного к нему. Это и есть основной недостаток данного устройства. Преимуществами линейной конструкции считается простая схема, низкая стоимость и отсутствие электромагнитных помех.

Во многих областях применение линейного стабилизатора тока будет гораздо эффективнее, чем использование импульсного устройства. Особенно это касается тех случаев, когда входное напряжение лишь незначительно превышает напряжение светодиода. При питании от обычной сети схема может быть дополнена трансформатором, к выходу которого подключен линейный стабилизатор.

electric-220.ru