Регулируемый стабилизатор напряжения и тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

В радиолюбительской практике во время экспериментальных работ нередко возникает необходимость иметь под рукой универсальный блок питания. Если суммировать требования, предъявляемые к источнику питания при разработке и налаживании аналоговых и цифровых устройств, то, кроме высоких требований к качеству выходного напряжения и широкого интервала его регулирования, очень важно, чтобы он совмещал в себе функции высококачественных источников тока и напряжения. Один из вариантов такого устройства предлагаем вниманию наших читателей.

Предлагаемый блок питания позволяет использовать его и как источник напряжения и как источник постоянного тока. К несомненным плюсам этого блока, кроме универсальности, можно отнести и наличие управляемой защиты от замыкания в нагрузке "по умолчанию".

Источник питания, схема которого показана на рисунке, может удовлетворить большую часть запросов радиолюбителей-экспериментаторов. Более трех лет (и за это время блок питания ни разу не подвел) автор эксплуатирует его, применяя в экспериментах и налаживании аналоговых и цифровых устройств и заканчивая зарядкой автомобильных аккумуляторов.

(нажмите для увеличения)

Функционально блок питания представляет собой два взаимно независимых узла стабилизации тока и напряжения, работающих на общий элемент управления выходным сигналом.

Рассмотрим назначение элементов предлагаемого устройства. На диодах VD1-VD4 собран выпрямитель, а на конденсаторах С1- C3 - сглаживающий фильтр напряжения питания. Транзисторы VT1-VT4 - мощный регулирующий элемент, который управляет выходным напряжением и током. Применение нескольких параллельно включенных транзисторов, кроме разделения между ними тока нагрузки, имеет смысл еще по ряду причин. Во-первых, такое решение позволяет разнести точки нагрева по теплоотводу, что повышает его эффективность, давая возможность уменьшить его размеры. Во-вторых, можно использовать дешевые транзисторы с максимальным допустимым током коллектора меньше максимального тока нагрузки без снижения эксплуатационной надежности устройства. Резисторы R4-R7 являются согласующими элементами для эмиттерных цепей параллельно включенных транзисторов, позволяя равномерно разделить суммарный ток нагрузки между транзисторами, имеющими большой разброс электрических параметров. Транзистор VT5 согласует входное сопротивление регулирующего элемента и выходное транзисторов VT6 и VT7.

На диодах VD5 и VD6, стабилитроне VD7, интегральном стабилизаторе DA1 и конденсаторах С4-С7 собран двупо-лярный стабилизатор напряжения для питания узла управления. Микросхемы DA2 и DA3 выполняют функцию источников образцового напряжения для узлов управления выходным напряжением и током соответственно. Выбор интегральных стабилизаторов напряжения серии КР142 для этой цели объясняется вполне достаточными для лабораторных целей параметрами этих микросхем, такими как температурный коэффициент напряжения менее 0,02%/°С и коэффициент сглаживания пульсаций более 30 дБ. А применение последовательной стабилизации еще больше улучшает параметры источников образцового напряжения. Кроме того, большое значение имеют простота схемотехнической реализации и доступность элементной базы.

Повторитель на ОУ DA4.1 компенсирует падение напряжения на датчике выходного тока R17R18 и позволяет исключить ошибку установки выходного тока, связанную с возможным протеканием через эти резисторы суммарного тока вольтметра PV1, резистивного делителя выходного напряжения R14R15, выходного делителя источника образцового напряжения R11R12 и тока, потребляемого стабилизатором DA2. Кроме того, применение весьма мощного ОУ DA4.1 предоставляет широкие возможности в выборе схемы источника образцового напряжения. Впрочем, ошибка установки выходного тока в этом случае незначительна и составляет менее 20 мА. Если такая ошибка не является принципиальной, ею допустимо пренебречь, исключив ОУ DA4.1 и соединив проводники, идущие к его входам. Применение этого ОУ может стать необходимым в случае пересчета источника на другие выходные напряжение и ток (а следовательно, и пересчета сопротивления резисторов R17 и R18), когда напряжение ошибки на датчике тока становится заметным.

На ОУ DA4.2 и DA5.1 собраны узлы управления выходным напряжением и током соответственно. Подобные узлы хорошо представлены и рассмотрены в радиолюбительской литературе и реализованы стандартно. Сигналы управления с них поступают на транзисторы VT6 и VT7, включенные каскадно. Принцип их работы рассмотрим на примере стабилизатора тока. Пока выходной ток блока питания меньше установленного переменным резистором R12 (сравнивается с напряжением на датчике тока R17R18), блок находится в режиме стабилизации напряжения, поскольку транзистор VT7 полностью открыт и на работу не влияет. При попытке превышения установленного уровня тока выходное напряжение снижается, так как ОУ DA5.1 переходит в режим управления, уменьшая ток базы транзистора VT7. При этом ОУ DA4.2 переходит из активного режима в режим компаратора, открывая транзистор VT6 и отключая его тем самым от цепи управления.

На ОУ DA5.2 и светодиодах HL1 и HL2 собран узел индикации режима работы блока питания. В зависимости от уровня напряжения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1 компаратор DA5.2 коммутирует выходное напряжение, включая соответствующий светодиод. А поскольку включенный блок питания всегда находится в каком-либо режиме работы, о чем свидетельствует свечение одного из светодиодов, то отпадает необходимость в индикаторе включения.

Детали описываемого блока питания рассчитывались и подбирались под имеющийся у автора трансформатор. При указанной на схеме элементной базе блок обеспечивает регулировку выходного напряжения от 0 до 18 В и тока нагрузки от 0 до 14 А. При выходном напряжении 15 В и токе 12 А двойная амплитуда пульсаций не превышает 5 мВ. Элементы источника можно легко пересчитать под собственные возможности или желания.

Все детали блока, за исключением сетевого трансформатора Т1, выпрямительных диодов VD1- VD4, транзисторов регулирующего элемента VT1 - VT4 и VT5, светодиодов индикации режимов стабилизации HL1 и HL2, переменных резисторов R10 и R12, токовыравнивающих резисторов R4-R7 и фильтрующих конденсаторов С1-C3, смонтированы на печатной плате размерами 100x80 мм, выполненной из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. В качестве теплоотвода для транзисторов VT1- VT5 и диодов VD1- VD4 в оригинальном блоке питания использован кожух устройства, изготовленный из листового алюминия толщиной 1,8 мм. Кожух имеет П-образную форму с верхней крышкой. Его габариты - 190x170x350 мм. Транзисторы и диоды закреплены на его задней стенке через изолирующие прокладки из слюды толщиной 0,05 мм, предварительно смазанные теплопроводящей пастой КПТ-8. Токовыравнивающие резисторы R4-R7 установлены рядом с транзисторами навесным монтажом на изолированных от корпуса прибора монтажных площадках. На передней панели размещены сетевой выключатель SA1, предохранители FU1 и FU2, амперметр РА1 и вольтметр PV1, над ними установлены светодиоды HL1 и HL2 соответственно. Под измерительными приборами установлены регуляторы стабилизаторов выходного тока и напряжения - переменные резисторы R12 и R10. Сетевой трансформатор Т1 и фильтрующие конденсаторы С1-C3 установлены на шасси блока питания.

Сетевой трансформатор Т1 - заводского изготовления, имеющий серийный номер 4.540.176. Магнитопровод трансформатора набран из Ш-образных пластин ПБ 40-80. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 1,25 и содержит 296 витков. Вторичная обмотка II выполнена медной шиной ПСД 1,8x5 и состоит из двух одинаковых обмоток по 14 витков, включенных последовательно. Обмотка III содержит 17 витков провода ПЭВ-2 1,0. Самодельный трансформатор рассчитывают на максимальную мощность, потребляемую нагрузкой, плюс четыре ватта для узла управления. Надо учесть, что в режиме холостого хода выходное напряжение обмотки III должно быть в пределах от 12,6 до 14 В и обеспечивать указанную выше мощность (4 Вт) под нагрузкой.

Максимально допустимый прямой ток выпрямительных диодов VD1-VD4 должен превышать максимальный ток нагрузки. При снижении тока менее 10 А возможно применение диодов серий КД213, КД243 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы фильтра С1-C3 - К50-18, но допустимо применение и других, более современных. Большая емкость этих конденсаторов вызвана исключительно большим допустимым током нагрузки. Их емкость можно изменять пропорционально этому току.

Транзисторы регулирующего элемента КТ819АМ заменимы на КТ808 или аналогичные с допустимым током коллектора от 10 А и достаточной рассеиваемой мощностью. Транзистор КТ818АМ (VT5) можно заменить любым из серии КТ816, а КТ817В (VT6, VT7) - любыми из серий КТ815, КТ807. Вместе диодов КД212А (VD5, VD6) допустимс применить КД226 с любым буквенным индексом или аналогичные. Конденсаторы С4-С7, С10 - К50-35, С8, С9 -К50-16, С11-С15 - любые подходящей емкости на номинальное напряжение не менее 25 В.

Выбор микросхем К157УД2 (DA4 DA5) обусловлен их большим допустимым выходным током, что особенно актуально для ОУ DA4.1, поскольку через него протекает ток стабилизатора DA2 и резистивного делителя R14R15. Если число микросхем не лимитируется, вместо этих микросхем подойдут К553УД2 с соответствующими цепями коррекции. Важно, чтобы, кроме допустимого выходного тока не менее 20 мА, микросхемы имели цепи частотной коррекции. Это связано с тем, что из-за большого фазового сдвига в цепи ООС необходимо снижать частоту среза для повышения запаса устойчивости.

Токовыравнивающие резисторы R4- R7 и датчик тока R17, R18 - проволочные С5-16М, переменные R10 и R12 - СП-1 или любые другие, удобные для установки на переднюю панель блока питания. Измерительные приборы PV1 и РА1 - любые с током полного отклонения от 0,05 до 1 мА и удобной шкалой. В авторском варианте использованы измерительные головки М4248.3 с током полного отклонения 0,1 мА.

Налаживание устройства, собранного из заведомо исправных деталей, сводится в основном к проверке правильности монтажа. После этого движки переменных резисторов R10 и R12 устанавливают в нижнее по схеме положение и проверяют устройство на отсутствие самовозбуждения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1. Устраняют его в случае появления подбором конденсаторов С12 и С13 в сторону увеличения их емкости. Далее, используя образцовые вольтметр и амперметр, резисторами R9 и R11 устанавливают верхние пределы регулирования напряжения и тока, а резисторами R13 и R16 калибруют вольтметр PV1 и амперметр РА1. Необходимо также убедиться в отсутствии генерации на нагрузке в различных допустимых режимах работы.

Устройство выдерживает замыкания в нагрузке, но не стоит этим злоупотреблять при токах ограничения, близких к максимальным. Следует отметить, что мощность, выделяемая на транзисторах регулирующего элемента, прямо пропорциональна разности между напряжением на выходе диодного моста VD1-VD4 и напряжением на выходе блока питания (падению напряжения на регулирующем элементе) и току нагрузки. Если на выходе напряжение небольшое и ток, близкий к максимальному, на корпусе-теплоотводе выделяется мощность около 300 Вт. Для защиты от перегрева (когда размеры корпуса недостаточны для хорошего охлаждения) следует предусмотреть дополнительный узел, отключающий блок питания от сети. Это может быть как несложное электронное, так и электромеханическое (термореле на основе биметаллической пластины) устройство.

Автор: Г.Федусов, г.Нижний Новгород

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Распознование лиц в условиях стреса 04.01.2025 Наш мозг способен быстро и эффективно обрабатывать визуальные стимулы, даже если они неполны или нечетки. Это особенно важно в условиях стресса или при ограниченной информации. Исследование ученых Технологического Университета Техаса попыталось понять, как мозг справляется с задачей распознавания лиц, когда он сталкивается с неполной или неоднозначной визуальной информацией, не доходящей до уровня сознания. Для этого эксперимента ученые использовали метод, известный как "непрерывное подавление вспышек". Участникам показывали серию ярких изображений, которые мигают на одном глазу, в то время как целевое изображение - например, лицо - показывалось на другом глазу. Быстрое мигание блокировало восприятие целевого изображения, делая его временно невидимым. Измеряя время, за которое целевое изображение "прорывалось" через подавление и становилось доступным для сознания, ученые смогли определить, как быстро и эффективно мозг обрабатывает визуальные стимулы. В рамках эксперимента участникам показывались два типа изображений: обычные лица в градациях серого и бинарные изображения, имитирующие лицо с помощью черно-белых контрастов. Бинарные изображения создавались так, чтобы они напоминают контуры лица и расположение его элементов. Несмотря на то что такие изображения были сильно упрощены, они все равно активировали механизмы распознавания лиц в мозге. Результаты исследования показали, что мозг реагирует быстрее на стимулы, напоминающие лица, даже если восприятие этих образов происходит бессознательно. Бинарные изображения, которые выглядели более похожими на лицо, преодолевали подавление быстрее. Это указывает на то, что даже минимальные признаки, такие как контуры и расположение элементов, достаточно, чтобы активировать механизмы, ответственные за обработку лиц в мозге. Эти данные дают важное представление о том, как наш мозг быстро реагирует на визуальные стимулы, особенно в условиях стресса или неопределенности. Они подчеркивают важность минимальных признаков, которые могут быть использованы для активации распознавания лиц, и открывают новые горизонты для исследований в области нейробиологии восприятия.

Другие интересные новости:

▪ Цемент хорошо поглощает углекислый газ

▪ Ультратонкая беспроводная клавиатура Keychron B1 Pro

▪ Твердотельные накопители Kingmax SMG Titan 512 ГБ

▪ Соединение чипов с помощью струйного принтера и серебряных чернил

▪ Нут как важнейший элемент продовольственной безопасности

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Безопасная бритва. История изобретения и производства

▪ статья Как муравьи выбирают королеву из нескольких претенденток? Подробный ответ

▪ статья Сорго. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Индикатор излучения в диапазоне СВЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Начинка беспроводных микрофонов FM диапазона. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025