Простой ключевой стабилизатор напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Электронные устройства, выполненные на цифровых микросхемах, не предъявляют слишком высоких требований к стабильности и уровню пульсации питающего напряжения. Поэтому для питания таких устройств можно с успехом применять простейшие ключевые стабилизаторы напряжения. Они имеют высокий КПД, меньшие габариты и массу по сравнению с непрерывными стабилизаторами. Правильное конструктивное исполнение ключевого стабилизатора позволяет избежать проникновения высокочастотных помех в питаемое устройство.

На рис. 1 показана принципиальная схема простого ключевого стабилизатора. При высоких энергетических показателях качество выходного напряжения позволяет подключать к стабилизатору устройства, выполненные на цифровых микросхемах серий К130, К133, К134, К156, К156, К561 и др.

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики

Входное напряжение, В	15...25
Выходное напряжение, В	5
Максимальный ток нагрузки, А	4
Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем интервале питающего напряжения, мВ, не более	50
КПД, %. не хуже	60
Рабочая частота при входном напряжении 20 В, токе нагрузки 3 А, кГц	20

При подаче на вход устройства напряжения питания в цепи базы составного транзистора VT2, VT3 появляется ток, вследствие чего он открывается. Цепь R3C2 обеспечивает импульсный характер возникновения этого тока, что способствует форсированному открыванию составного транзистора. После его открывания через дроссель L1 начинает протекать возрастающий ток, заряжающий накопительные конденсаторы С3, С4. Когда напряжение на этих конденсаторах достигает некоторого уровня U1, открываются транзисторы VT4 и VT1. Последний из них, насыщаясь, подключает к эмиттерному переходу транзистора VT2 заряженный в закрывающей полярности конденсатор С2. Это способствует быстрому закрыванию составного транзистора.

Ток в дросселе L1 не может мгновенно прерваться, поэтому после закрывания транзисторов VT2, VT3 открывается диод VD1, который замыкает цепь тока через дроссель L1. В этот отрезок времени ток в дросселе уменьшается, а с момента, когда он сравняется с током нагрузки, начинает уменьшаться и напряжение на конденсаторах C3, С4. При некотором его значении U2 транзисторы VT4 и VT1 закрываются, а VT2 и VT3 - открываются, и ток в дросселе L1 начинает снова увеличиваться, диод VD1 закрывается.

Напряжение на конденсаторах С3, С4 продолжает уменьшаться до значения Из, когда ток в дросселе L1 становится равным току нагрузки; соотношение значений напряжения на накопительных конденсаторах таково: U3<U2<U1. Начиная с этого момента, напряжение на конденсаторах С3, С4 снова начинает увеличиваться, и цикл работы стабилизатора повторяется. Конденсатор С5 создает на базе транзистора VT4 необходимый фазовый сдвиг сигнала обратной связи, определяющий частоту следования рабочих циклов. Фильтр L2C6 служит для уменьшения пульсации выходного напряжения.

На рис. 2 представлены основные характеристики устройства. Как можно видеть (рис. 2, а), КПД вблизи оптимального значения тока нагрузки довольно высок для такого простого стабилизатора. Примечательно, что с увеличением тока нагрузки от минимума КПД увеличивается. Это объясняется тем, что ток управления составным транзистором VT2, VT3 остается практически постоянным. Мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3 и диоде VD1, незначительна. Это позволяет получить значительный ток нагрузки без применения теплоотводов для мощных элементов. Однако при длительной работе с током нагрузки свыше 3,5 А установка этих элементов на теплоотвод становится необходимой.

Рис.2

Нагрузочная характеристика (рис. 2, б) показывает стабилизирующие способности устройства. Необходимо отметить, что уменьшение выходного напряжения при токе нагрузки более 2 А происходит в основном из-за падения напряжения на активном сопротивлении дросселя L2.

На рис. 3 изображены осциллограммы выходного напряжения стабилизатора при его испытании импульсной нагрузкой при различных токе нагрузки и емкости конденсатора Сб. Переходный процесс сопровождается выбросами выходного напряжения, не превышающими 0,4 В. Это обстоятельство накладывает некоторые ограничения на область применения стабилизатора. Улучшить вид переходного процесса можно, либо увеличивая емкость конденсатора С6, либо вообще отказавшись от фильтра L2С6 и значительно увеличив емкость накопительных конденсаторов С3, С4 (в 8...10 раз). Второй вариант более целесообразен, поскольку уменьшится и время переходного процесса.

Рис.3 (нажмите для увеличения)

В устройстве использованы стандартные детали, кроме дросселей L1 и L2. Они самодельные, намотаны на пластмассовых каркасах, помешенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ. Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм. Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 содержит 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками - 0,2 мм, активное сопротивление обмотки - 13 мОм. Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала - текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала, например из латуни.

Конденсаторы С1, С3, С4 работают в режиме больших токовых импульсов. Для этого режима наиболее подходят оксидные конденсаторы К52-1. Можно попробовать заменить их на К53-1а, К50-24, К50-16 на напряжение не менее 15 В (C3, С4) и 25 В (С1). Однако частотные свойства этих конденсаторов хуже, чем у К52-1, поэтому ту же емкость нужно будет набрать параллельным соединением 4-5 конденсаторов с одинаковым номиналом. Транзистор VT2 можно заменить на КТ644, КТ626 с любыми буквенными индексами.

Конструктивно стабилизатор смонтирован на печатной плате, чертеж которой и расположение деталей на ней показаны на рис. 4. При монтаже стабилизатора провода, подводящие входное напряжение, рекомендуется свить в шнур во избежание возникновения дополнительных высокочастотных импульсных помех от входного тока.

Для налаживании стабилизатора к его выходу подключают нагрузочный резистор сопротивлением 5...7 Ом и мощностью 10 Вт. При исправности всех деталей стабилизатор сразу начинает работать. Сначала подборкой резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение. Далее увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая конденсатор С5, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18...20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторах С3, С4 минимальны. На этом налаживание считают законченным.

Стабилизатор рассчитан на работу При выходном напряжении 5 В, однако его можно и увеличить до 8...10 В, увеличив номинал резистора R7 и подобрав новое значение рабочей частоты. Однако при этом мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3, также увеличится, что потребует либо ограничения тока нагрузки, либо увеличения размеров теплоотвода.

Тщательно смонтированный и налаженный стабилизатор имеет весьма незначительные высокочастотные пульсации выходного напряжения, поэтому никаких дополнительных мер принимать не нужно. Если же он будет работать в широком диапазоне температуры, то настройка "уходит" и высокочастотные выбросы выгодного напряжения, хотя и незначительные, появляются. Если к качеству выходного напряжения предъявляются повышенные требования, необходимо конденсаторы С3, С4 зашунтировать несколькими керамическими конденсаторами КМ-6б общей емкостью 3...5 мкФ. Кроме того, такие же конденсаторы желательно предусмотреть и непосредственно на входе питаемого устройства, но их емкость может быть в 10...20 раз меньше.

Если необходимо избежать распространения высокочастотных помех во входные цепи стабилизатора, его нужно питать через Г-образный LC-фильтр. Катушка должна иметь индуктивность 5...10 мкГн и ток насыщения не менее 2 А (наматывать ее желательно на замкнутом магнитопроводе). Конденсатор - керамический, емкостью 1...2,2 мкФ (например, КМ-6б).

Так как во время работы устройства некоторые элементы могут нагреваться до температуры 90...100 °С, плату желательно расположить вертикально, и принять меры против нагревания стабилитрона VD2, иначе выходное напряжение будет уменьшаться.

Автор: А. Миронов, г. Люберцы Московской обл.; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

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 ...>>

Квантовая батарея с мгновенной зарядкой и кратким хранением 14.09.2026

Аккумуляторы постепенно совершенствуются, однако между скоростью зарядки и способностью долго хранить энергию по-прежнему существует заметный компромисс. Исследователи, работающие в области квантовой физики, ищут принципиально иные способы накопления энергии. Одно из таких направлений связано с квантовыми батареями, использующими необычные свойства света и материи. Новый прототип продемонстрировал впечатляющую скорость зарядки, хотя до полноценного практического устройства ему еще далеко. Разработанная специалистами система способна получать энергию за фемтосекунды - квадриллионные доли секунды. Для сравнения, одна фемтосекунда составляет 10^-15 секунды. После завершения зарядки прототип удерживает накопленную энергию в течение наносекунд, то есть миллиардных долей секунды. Это примерно в миллион раз дольше самой зарядки. Однако столь эффектные показатели времени пока не означают, что устройство способно заменить обычный аккумулятор: запас энергии остается крайне небольшим. В осн ...>>

Загрязнение воздуха ослабляет ледники Гималаев 13.09.2026

Ледники высокогорных районов долгое время считались одними из наиболее удаленных от человеческой деятельности природных объектов. Однако даже эти гигантские массивы льда не защищены от загрязнения атмосферы. Частицы сажи, минеральной пыли и других веществ переносятся на большие расстояния, оседают на снегу и льду и изменяют их способность отражать солнечную энергию. На фоне глобального потепления подобное воздействие способно ускорять таяние ледников и усиливать связанные с ним природные риски. Особое внимание специалистов привлекают Гималаи, где ледники играют важную роль в формировании речного стока и поддержании водных ресурсов. Один из наиболее показательных регионов - Лангтанг в Непале. Несмотря на удаленность и живописный высокогорный ландшафт, он расположен по направлению переноса воздушных масс от одних из наиболее загрязненных промышленных районов Южной Азии. Недавний обвал ледника в этой местности сопровождался разрушительными внезапными паводками. При этом точная причина ...>>

Случайная новость из Архива Аккумуляторы на морской воде 17.12.2016 Литий-ионные аккумуляторы, используемые в современных мобильных устройствах, наряду с достоинствами, имеют и недостатки, включая сложность утилизации и сравнительно высокую стоимость ключевого компонента - лития. Специалистам южнокорейского института UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology) удалось разработать весьма привлекательную альтернативу - аккумулятор, работающий на морской воде. Строго говоря, созданный элемент питания следует называть натрий-воздушным или натрий-кислородным. Такие элементы известны, но пока они не готовы для коммерциализации. Морская вода оказалась отличным "католитом" - она играет одновременно роль катода и электролита. По словам исследователей, постоянный поток морской воды обеспечивает наличие ионов натрия, необходимых для хранения заряда в пористом электроде из наночастиц оксида кобальта-магния. Анод был изготовлен из углерда. Как утверждается, новый аккумулятор продемонстрировал хорошие показатели энергетической эффективности и срока службы.

Другие интересные новости:

▪ Китай - крупнейший в производитель солнечной энергии

▪ Первый в мире поезд на магнитной подушке

▪ Смешливость зависит от генов

▪ Светящаяся рыбка

▪ LED-лампы Verbatim с безбликовым световым потоком

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы первой медицинской помощи (ОПМП). Подборка статей

▪ статья Три секрета мачты. Советы моделисту

▪ статья По каким правилам играют в трехсторонний футбол? Подробный ответ

▪ статья Определение расстояний по измеренным углам. Советы туристу

▪ статья Адаптация импортных телефонов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Модернизация узлов радиоприемника Катран. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026