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:

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Роботизированное обслуживание радиотелескопа 02.08.2023 Китайские исследователи готовятся внедрить инновационные роботизированные системы и платформы для обслуживания национального сферического радиотелескопа с апертурой в пятьсот метров (FAST), который получил прозвище "Китайский небесный глаз" и считается крупнейшим в мире однодисковым радиотелескопом. Совместные усилия радиоастрономической обсерватории Гуйчжоу и десяти других научных организаций, включая Национальную астрономическую обсерваторию Китайской академии наук и Харбинский технологический институт, направлены на разработку систем роботизированного обслуживания для телескопа. FAST обладает площадью, эквивалентной 30 стандартным футбольным полям, что создает сложные задачи для его обслуживания. Внедрение роботизированных решений направлено на повышение эффективности работы телескопа и увеличение длительности научных наблюдений. Главное внимание уделяется разработке интеллектуальных роботов для тестирования и обслуживания различных систем телескопа, таких как поддерживающие кабели и механизмы подачи, приводы и лазерные мишени на рефлекторе, а также мониторинг радиопомех и метеоизмерений кабины подачи. Особое значение придается всепогодному интеллектуальному роботу для измерений в кормовой кабине. Это устройство спроектировано для точных и надежных измерений в условиях, характерных для радиотелескопа FAST и его окрестностей. Робот разработан Национальной астрономической обсерваторией и представляет собой уникальное многофункциональное измерительное устройство на основе микроволновой технологии, предназначенное для работы в сложных климатических условиях провинции Гуйчжоу. Другой важный робот предназначен для обслуживания лазерных мишеней на рефлекторе. Это решение, разработанное совместно Национальной астрономической обсерваторией, Институтом автоматизации Китайской академии наук и радиоастрономической обсерваторией Гуйчжоу, включает в себя интеллектуальное устройство для управления и обслуживания лазерных мишеней. Эти роботизированные системы позволят эффективно решить сложные задачи, связанные с обслуживанием и наблюдением, которые ранее сталкивались с трудностями из-за погодных условий и сложности масштабов.

Другие интересные новости:

▪ Пчелы и математика

▪ Смоделировано происхождение Луны

▪ Внутреннее ядро Земли движется в разные стороны

▪ Цифровой холодильник

▪ Автомобили идут по рельсам

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Цветомузыкальные установки. Подборка статей

▪ статья Братья наши меньшие. Крылатое выражение

▪ статья Как давно построена Великая китайская стена и какие размеры она имела? Подробный ответ

▪ статья Веловьюк. Советы туристу

▪ статья Как определить цоколевку биполярного транзистора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Схема, распиновка (распайка) кабеля Nokia 5110, 61xx (max3232)и распиновка телефона. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026