Перепады напряжения в электрической сети — дело обычное. Такие изменения допустимы, но только в определенных пределах: позволительны отклонения в 10%: как в сторону увеличения, так и уменьшения. Эти условия в сети электропитания идеальны, однако они большая редкость. Чаще показатель меняется значительно, что очень «не нравится» довольно чувствительным бытовым электроприборам. Самая большая опасность, подстерегающая их, — выход техники из строя. Сейчас на рынке представлено множество различных моделей корректоров параметров электросети, однако цены на них не слишком радуют потенциальных покупателей. По этой банальной причине многие решаются собрать стабилизатор напряжения своими руками.
Стабилизаторы и их роль
Наиболее уязвимы частные дома, находящиеся в небольших населенных пунктах, где практически невозможно обеспечить электроприборам качественное питание. Причина — «допотопные» советские подстанции, которые давно не в состоянии выдерживать сегодняшние нагрузки на сеть. Выход напряжения за «законные» пределы нередко провоцирует несколько неприятностей:
- уменьшает срок службы элементов сети;
- становится виновником сбоя в работе электроники — управляющей, контрольной;
- значительно увеличивает потребление электроэнергии;
- приводит к перегреву ТЭНов.
Этих последствий и чрезмерных трат можно избежать, если сделать стабилизатор напряжения своими руками. Перед тем как принять окончательное решение о том, быть или не быть самодельному устройству, с ним и его видами лучше познакомиться поближе.
Разновидности приборов
Задача стабилизатора — поддерживать выходное напряжение в узких рамках, независимо от того, насколько сильны изменения входных значений. Помимо допустимых пределов надо учитывать максимальный ток, мощность имеющегося оборудования.
Главный элемент любого стабилизатора-корректора напряжения — трансформатор, вернее, автотрансформатор. Он имеет обмотку и отводы от нее (от 2 до 20). За коммутацию после команды блока управления (датчика) — «отключить» либо «подключить» какую-либо обмотку — отвечают силовые ключи: ролики, щетки, реле или тиристоры (симисторы, транзисторы).
Прежде чем начать обдумывать, как создать стабилизатор напряжения своими руками, нужно познакомиться с ассортиментом этих приборов, узнать их особенности, преимущества, а также недостатки.
Сервоприводные (электромеханические)
В этом случае в корректировке выходного напряжения главную роль играет движущийся контакт, который изменяет параметры вторичной обмотки. Перемещается этот ползунок с помощью электромеханического привода. Самые большие преимущество этого стабилизатора — точность корректировки, плавность регулировки, способность выдерживать высокую нагрузку, если все его элементы качественны. Вполне приемлемую цену тоже можно отнести к плюсам.
Самодельный регулируемый стабилизатор тока от 0,05 до 5 АНельзя замолчать существенные минусы. К ним относится:
- ограничение рабочего диапазона — 150-250 вольт;
- шумность прибора из-за механических элементов;
- относительно медленная реакция на входные изменения параметров;
- износ деталей, требующий регулярно заменять подвижные угольные контакты — ролик или щетку.
Повышенный шум может стать причиной дискомфорта, особенно ночью. Открытый контакт может начать искрить из-за попавшей пыли. Заклинивание электропривода приведет к его разрушению либо к возгоранию, поэтому обслуживание устройства, замена токосъемных элементов прибора необходима как минимум раз в год.
Релейные (цифровые) стабилизаторы
Эти устройства часто называют ступенчатыми. Релейный корректор — трансформатор, имеющий несколько выходов вторичной обмотки, где один из них принимается за общий. Регулировку выходного напряжения производит датчик, отслеживающий состояние электросети, переключающий реле. Если срабатывают несколько приборов, то нагрузка переключается на тот вывод, где она в данный момент отличается от заданного значения минимально.
Преимущества этого типа:
- простота конструкции;
- ее ремонтопригодность;
- довольно большая надежность;
- неплохая точность корректировки;
- приемлемая (самая низкая) цена релейных стабилизаторов.
Эти приборы не требуют регулярного обслуживания, поэтому достаточно популярны. Но они, как и все другие, не лишены недостатков. В этом списке:
- ступенчатая регулировка напряжения на выходе, она ограничивает их применение;
- выход силовых реле из строя, если происходят частые переключения режимов;
- падение мощности, когда напряжение низкое — менее 190 В;
- некоторая погрешность стабилизации — от 5 до 8%;
- звонкие щелчки при переключении.
Если сравнить минусы и плюсы, то можно сделать логичный вывод, что релейный стабилизатор справляется с большинством задач, возложенных на него в бытовых условиях. Высокую скорость прибор обеспечивает, а в точности корректировки необходимость есть не всегда.
Электронные (симисторные, тиристорные)
Эта разновидность стабилизаторов отличается от других устройств полным отсутствием каких-либо механических, перемещающихся элементов. В этом случае за диагностику входного напряжения и управление отвечает микропроцессор или блок электронных схем. Работают они в автоматическом режиме.
Стабилизация напряжения электронных приборов тоже происходит благодаря подключению определенных обмоток, однако это делается с помощью полупроводниковых ключей — симисторных, тиристорных либо транзисторных. К плюсам электронного типа стабилизаторов можно отнести:
- большой диапазон рабочего входного напряжения;
- долгий срок службы тиристоров и симисторов;
- высокую скорость и точность стабилизации;
- небольшие размеры, бесшумную работу.
Недостатки у этих стабилизаторов есть:
Как сделать стабилизатор тока для светодиодов?- ступенчатое выравнивание тока вызывает видимое мерцание лампочек при отключении или подключении обмоток;
- замедление скорости реакции, есть количество ступеней большое;
- максимальная чувствительность к помехам электрической сети;
- возможность перегорания ключей при сильных нагрузках;
- сложность конструкции, высокая цена.
К этой же категории относят недостаточную перегрузочную способность — от 20 до 40% в первые секунды. Преимущества выигрывают у недостатков, так как последние все же относительны. Из-за положительных качеств такие приборы предпочтительнее покупать, однако изготовить такой стабилизатор напряжения своими руками можно, но без навыков очень сложно.
Инверторные (бестрансформаторные)
В этих стабилизаторах используют схему двойного преобразования напряжения. Их основные отличия от конкурентов — отсутствие автотрансформаторов, любых подвижных деталей. Необходимости в анализе входного напряжения также нет. Интересен сам принцип работы таких приборов. Переменный ток сначала преобразуется в постоянный. Затем он снова превращается в переменный, но уже со стабильным значением — 200 вольт. Допустимая погрешность составляет всего 1%.
Главные достоинства моделей:
- точная, мгновенная коррекция напряжения;
- выходной сигнал с чистой синусоидой;
- широкий рабочий диапазон.
Недостаток у инверторных стабилизаторов один: это более высокая цена, чем у остальных приборов. Однако чтобы собрать стабилизатор напряжения своими руками, именно эту схему используют чаще остальных.
Феррорезонансные устройства
Если сравнивать эту конструкцию с приборами-конкурентами, то она отличается элементарностью. В составе ее два дросселя и конденсатор. В работе используется принцип магнитного резонанса. Для этих стабилизаторов характерна высокая скорость, точность корректировки, длительный срок эксплуатации, широкий диапазон входящего напряжения.
Недостатки — низкий коэффициент мощности, образование электромагнитных помех, довольно большие габариты и вес, шумность. Еще один минус — цена. Она нередко выше стоимости источника бесперебойного питания (ИБП). В быту эти устройства, как правило, не используют. Чаще всего их можно увидеть в медицинских учреждениях.
Стабилизатор напряжения своими руками
Если нет большого желания переплачивать, то можно самостоятельно собрать разные виды корректоров напряжения, однако одним из самых эффективных является симисторный стабилизационный прибор. Его характеристики:
- нечувствительность к частоте напряжения, подающегося через общую сеть;
- возможный рабочий диапазон — от 130 до 270 В;
- напряжение на выходе — от 205 до 230 В, если общая мощность подключенных приборов равняется 6 кВт;
- быстрое переключение нагрузки — 10 мс (миллисекунд).
Схема и ее элементы
Чтобы сделать подобный стабилизатор своими руками, необходимо сначала рассмотреть следующую схему:
На ней обозначены:
Как сделать стабилизатор тока для светодиодов?- Блок питания, состоящий из диода VD1, конденсаторов С2, С5, компаратора DA1, трансформатора Т1.
- Узел, задерживающий включение нагрузки. В него входят конденсатор С1, резисторы R1-R5, транзисторы VT1-VT3.
- Выпрямитель, измеряющий амплитуду напряжения — делители R14 и R13, диод VD2, конденсатор С2, стабилитрон VD2.
- Компаратор напряжения, состоящий из компараторов DA2 и DA3, а также резисторов R15-R39.
- Усилители, включающие резисторы R40-48 и транзисторы VT4-12.
- Семь оптронных ключей, каждый из которых оснащается оптосимисторами U1-U7, резисторами R6-12 и симисторами VS1-7.
- Логический контроллер — DD1-5. Индикаторные диоды — HL1-HL9.
- Автотрансформатор Т2 и выключатель-предохранитель QF1.
Чтобы разобраться в схеме, надо представлять, каким образом прибор работает.
Принцип работы
После включения питания стабилизатора конденсатор (С1) находится в разряженном состоянии, один транзистор (VT2) открыт, другие (VT2, VT4) закрыты. Через последний элемент будет идти ток на все светодиоды, а также на симисторный оптотрон. Светодиоды не светятся, так как нагрузки нет. Ток, проходящий через резистор R1, попадает в конденсатор (С1), который заряжается.
Задержка составляет лишь 3 секунды: этого времени хватает, чтобы завершить все переходные процессы. Затем следует срабатывание несимметричного триггера — триггера Шмитта. Его основу составляют транзисторы — VT1, VT2. Потом открывается третий элемент цепи, включается нагрузка. Диод VD2 и конденсатор С2 выпрямляют напряжение, выходящее с третьей обмотки Т1.
Затем ток следует в делитель (R13-14). Из него он попадает к не инвертирующему входу компараторов. Их восемь, находятся они на микросхемах DA2, DA3. В тот же самый момент на их инвертирующий вход поступает образцовый постоянный ток. За его подачу отвечают резисторные делители (R15-23). Процесс завершает контроллер, обрабатывающий сигнал на входе компараторов.
Особенности прибора
При напряжении до 130 В транзистор VT4 остается открытым. В это время мигает первый светодиод, сообщающий о том, что в электросети слишком мал уровень напряжения, поэтому прибор функционировать не в состоянии.
При нагрузке от 130 до 150 В открывается другой транзистор — VT5 и загорается второй светодиод. Открываются симистор VS2 и оптосимистор U1-2. Через первый пройдет нагрузка, которая последует в верхний вывод обмотки автотрансформатора Т2.
Если напряжение находится в пределах 150-170 В, то открывается транзистор VT6, а загорается уже третий светодиод. Параллельно происходит открытие второго симистора VS2, а ток передается на тот вывод трансформатора Т2, который находится ниже первого.
Самодельный корректор будет переключать соединение и в том случае, если входящее напряжение достигнет 190-250 вольт. Чтобы изготовить функционирующий стабилизатор напряжения своими руками, необходима печатная плата, ее размеры — 90х115 мм. Подходящий материал для нее — стеклотекстолит, фольгированный, односторонний. Размещение показано ниже.
Чтобы не допустить ошибок, лучше эту схему скачать и распечатать на лазерном принтере, недавно заправленном. Для переноса используют утюг. Проще всего воспользоваться программой Sprint Loyout, ее предназначение — помощь в изготовлении печатных плат.
Стабилизатор напряжения своими руками
Чтобы собрать все необходимые элементы, придется отправиться в магазин, однако некоторые детали можно попытаться сделать самостоятельно.
Изготовление трансформаторов
Это, в первую очередь, касается приборов Т1 и Т2. Чтобы изготовить Т1, мощность которого должна составлять 3 кВт, необходим магнитопровод с сечением 1, 87 см2, а также три проводника ПЭВ-2. Диаметр «первого из последних» должен составлять 0,12 мм (сечение — 0,064 мм2). Его используют для создания первичной обмотки, количество ее витков 8669. Остальные используют для других обмоток, диаметр обоих проводов — 0,185 мм. Количество витков тоже одинаково — по 552.
Альтернатива — использование пары готовых трансформаторов — ТПК-2-2×12В, их соединяют последовательно:
Трансформатор Т2 должен иметь мощность 6 кВт. Для его изготовления используют тороидальный магнитопровод. Для обмотки берут тот же ПЭВ-2, количество витков в этом случае — 455. Здесь делают 7 отводов. Для первых трех нужен провод с диаметром 3 мм. Оставшиеся 4 требуют шин сечением 18 мм2. Цель — предупреждение нагревания трансформатора. Отводы делают на 203, 232, 266, 305, 348 и 398, отсчет ведут снизу. Ток из сети обязан проходить через отвод на 266 витке.
Что потребуется купить еще?
Все остальные элементы необходимо приобрести в магазине. В набор входят:
- симисторные оптроны MOC3041 — 7 деталей;
- симисторы BTA41-800B — тоже семь;
- по 2 диода DF005M (VD1 и VD2) и компаратора LM339N (для DA2, DA3);
- стабилизатор КР1158ЕН6А (DA1), выключатель-предохранитель;
- конденсаторы: 4 оксидных (для С1-3, С-5), столько же пленочных либо керамических (С4, С6-С8);
- резисторы с разным процентом допуска: 7 штук С2-23 для R16-22 с 1%, 30 любых с 5%;
- 3 проволочных резистора для R13-14, R25 — СП5-2 либо СП5-3;
- 7 токоограничительных резисторов (16 мА) — для R41-47.
Возможна полноценная замена: MOC3041 на MOC3061, КР1158ЕН6А на КР1158ЕН6Б, LM339N на К1401СА1. Подходящими диодами будут КЦ407А.
Стабилизатор КР1158ЕН6А монтируют на теплоотвод. В этом качестве используют алюминиевую пластину. Ее площадь более 15 см2. На нее же устанавливают симисторы. Все элементы можно монтировать на один теплоотвод, но он обязательно должен иметь довольно большую охлаждающую поверхность. Площадь ее как минимум 0,16 м2.
Еще потребуется покупка микросхемы КР1554ЛП5, она будет «исполнять обязанности» микроконтроллера. Необходимо приобрести 9 мигающих светодиодов, однако можно взять и обычные, выдающие яркий красный свет: например, АЛ307КМ или L1543SRC-Е. Трудностей с покупкой деталей обычно не бывает, а расходы на них можно считать разумным вложением средств, которые вскоре окупятся.
Целесообразность создания своими руками
Что лучше: сделать стабилизатор напряжения своими руками или все-таки лучше приобрести готовое устройство? Каждый решает сам.
Первый плюс — выгода, так как приборы стоят недешево. Второй положительный момент — знание «начинки» устройства, оно даст возможность найти и заменить неисправную деталь, которую легко найти в магазине. К недостаткам этого варианта относят невысокий уровень надежности изделий-самоделок, так как на заводах качество гарантирует специальное и измерительные оборудование, о котором в домашних условиях даже думать не приходится.
Если создание самодельного стабилизатора кажется довольно сложным, то лучше пойти традиционным, но нерациональным путем — приобрести готовый прибор. В этом случае в его надежности можно не сомневаться.
Тот, кто все же решился сделать стабилизатор напряжения своими руками, должен увидеть, какая работа ему предстоит. Лучше начинать с простых моделей, а полезную информацию можно почерпнуть из этого видео:
КомментарииКомментариев пока нетДобавить комментарий
Стабилизатор на одном стабилитроне
Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – это диод с малым внутренним сопротивлением которое при изменении тока практический не меняется. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется. На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.
Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.
Принцип работы стабилизатора на стабилитроне
Стабилизатор на одном транзисторе
Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.
Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе
Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ
В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.
Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.
Принцип работы защиты стабилизатора
Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением
В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.
Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения
Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение. При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод. При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.
Данные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке. Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Успехов!
Читайте также:
Простой стабилизатор тока на LM317Простой лабораторный блок питания на LM317Импульсный стабилизатор с регулировкой по напряжениюПростое устройство для защиты от перепадов в сети
В этой статье пойдёт речь о стабилизаторах постоянного напряжения на полупроводниковых приборах. Рассмотрены наиболее простые схемы стабилизаторов напряжения, принципы их работы и правила расчёта. Изложенный в статье материал полезен для конструирования источников вторичного стабилизированного питания.
Начнём с того, что для стабилизации любого электрического параметра должна быть схема слежения за этим параметром и схема управления этим параметром. Для точности стабилизации необходимо наличие «эталона», с которым стабилизируемый параметр сравнивается. Если в ходе сравнения оказывается, что параметр больше эталонного значения, то схема слежения (назовём её схемой сравнения) даёт команду на схему управления «уменьшить» значение параметра. И наоборот, если параметр оказывается меньше эталонного значения, то схема сравнения даёт команду на схему управления «увеличить» значение параметра. На этом принципе работают все схемы автоматического управления всех устройств и систем, которые нас окружают, от утюга, до космического аппарата, разница лишь в способе контроля и управления параметром. Точно так же работает стабилизатор напряжения.
Структурная схема такого стабилизатора изображена на рисунке.
Работу стабилизатора можно сравнить с регулировкой воды, бегущей из водопроводного крана. Человек подходит к крану, открывает его, а потом, наблюдая за потоком воды, регулирует его подачу в большую, или меньшую сторону, добиваясь оптимального для себя потока. Сам человек выполняет функцию схемы сравнения, в качестве эталона выступает представление человека о том, какой поток воды должен быть, а в качестве схемы управления выступает водопроводный кран, который управляется схемой сравнения (человеком). Если человек изменит своё представление об эталоне, решив, что поток воды, бегущий из крана недостаточный, то он откроет его больше. В стабилизаторе напряжения точно так же. Если у нас появляется желание изменить выходное напряжение, тогда мы можем изменить эталонное (опорное) напряжение. Схема сравнения, заметив изменение эталонного напряжения, самостоятельно изменит и выходное напряжение.
Резонным будет вопрос: Зачем нам такое нагромождение схем, если можно на выходе использовать источник уже «готового» эталонного напряжения? Дело в том, что источник эталонного (далее по тексту – опорного) напряжения – слаботочный (низкоамперный), поэтому не способен питать мощную (низкоомную) нагрузку. Такой источник опорного напряжения можно использовать в качестве стабилизатора для питания схем и устройств, потребляющих малый ток – КМОП-микросхем, слаботочных усилительных каскадов и др.
Схема источника опорного напряжения (слаботочного стабилизатора) изображена ниже. По своей сути – это специальный делитель напряжения, описанный в статье Делитель напряжения, отличие его в том, что в качестве второго резистора используется специальный диод – стабилитрон. В чём особенность стабилитрона? Простыми словами, стабилитрон, это такой диод, который в отличие от обычного выпрямительного диода, при достижении определённого значения обратно приложенного напряжения (напряжения стабилизации) пропускает ток в обратном направлении, а при его дальнейшем повышении, уменьшая своё внутреннее сопротивление, стремится удержать его на определённом значении.
На вольтамперной характеристике (ВАХ) стабилитрона режим стабилизации напряжения изображен в отрицательной области прикладываемого напряжения и тока.
По мере увеличения обратного напряжения, прикладываемого к стабилитрону, он сначала «сопротивляется» и ток, протекающий через него минимален. При определённом напряжении, ток стабилитрона начинает увеличиваться. Достигается такая точка вольтамперной характеристики (точка 1), после которой дальнейшее увеличение напряжения на делителе «резистор – стабилитрон» не вызывает увеличения напряжения на p-n переходе стабилитрона. На этом участке ВАХ происходит увеличение напряжения лишь на резисторе. Ток, проходящий через резистор и стабилитрон продолжает расти. От точки 1, соответствующей минимальному току стабилизации, до определённой точки 2 вольтамперной характеристики, соответствующей максимальному току стабилизации стабилитрон работает в требуемом режиме стабилизации (зелёный участок ВАХ). После точки 2 вольтамперной характеристики стабилитрон теряет свои «полезные» свойства, начинает греться и может выйти из строя. Участок от точки 1 до точки 2 является рабочим участком стабилизации, на котором стабилитрон выступает в качестве регулятора.
Зная, как рассчитывается простейший делитель напряжения на резисторах можно элементарно рассчитать цепь стабилизации (источник опорного напряжения). Как и в делителе напряжения, в цепи стабилизации протекают два тока – ток делителя (стабилизатора) Iст и ток нагрузочной цепи Iнагр . В целях «качественной» стабилизации последний должен быть на порядок меньше первого.
Для расчётов цепи стабилизации используются значения параметров стабилитронов, публикуемые в справочниках:
- Напряжение стабилизации Uст;
- Ток стабилизации Iст (обычно — средний);
- Минимальный ток стабилизации Iст.min;
- Максимальный ток стабилизации Iст.max.
Для расчёта стабилизатора, как правило, используются только два первых параметра — Uст , Iст , остальные применяются для расчёта схем защиты по напряжению, в которых возможно значительное изменение входного напряжения.
Для повышения напряжения стабилизации можно использовать цепочку из последовательно соединённых стабилитронов, но для этого, допустимый ток стабилизации таких стабилитронов должен быть в пределах параметров Iст.min и Iст.max , иначе существует вероятность выхода стабилитронов из строя.
Следует добавить, что простые выпрямительные диоды также обладают свойствами стабилизации обратно приложенного напряжения, только значения напряжений стабилизации лежат на более высоких значениях обратно приложенного напряжения. Значения максимального обратно приложенного напряжения выпрямительных диодов обычно указывается в справочниках, а напряжение при котором проявляется явление стабилизации обычно выше этого значения и для каждого выпрямительного диода, даже одного типа, различно. Поэтому, используйте выпрямительные диоды в качестве стабилитрона высоковольтного напряжения только в самом крайнем случае, когда не сможете найти необходимый Вам стабилитрон, или сделать цепочку из стабилитронов. В этом случае, напряжение стабилизации определяется экспериментально. Необходимо соблюдать осторожность при работе с высоким напряжением.
Порядок расчёта стабилизатора напряжения (источника опорного напряжения)
Расчет простейшего стабилизатора напряжения мы проведём с рассмотрением конкретного примера.
<center>Исходные, предъявляемые к схеме параметры:</center>
1. Входное напряжение делителя — Uвх (может быть стабилизированным, а может и нет). Допустим, что Uвх = 25 вольт;
2. Выходное напряжение стабилизации — Uвых (опорное напряжение). Допустим, что нам необходимо получить Uвыx = 9 вольт.
<center>Решение:</center>
1. Исходя из необходимого напряжения стабилизации, по справочнику подбирают необходимый стабилитрон. В нашем случае это Д814В.
2. Из таблицы находят средний ток стабилизации — Iст . По таблице он равен 5 мА.
3. Вычисляют напряжение, падающее на резисторе — UR1, как разность входного и выходного стабилизированного напряжения.
<center>UR1 = Uвx — Uвыx —> UR1 = 25 – 9 = 16 вольт</center>
4. По закону Ома делят это напряжение на ток стабилизации, протекающий через резистор, и получают значение сопротивления резистора.
<center>R1 = UR1 / Iст —> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ом = 3,2 кОм</center>
Если полученного значения нет в резистивном ряде, выберите ближайший по номиналу резистор. В нашем случае это резистор номиналом 3,3 кОм.
5. Вычисляют минимальную мощность резистора, помножив падение напряжения на нём на протекающий ток (ток стабилизации).
<center>РR1 = UR1 * Iст —> РR1 = 16 * 0,005 = 0,08 Вт</center>
Учитывая, что через резистор кроме тока стабилитрона протекает ещё и выходной ток, поэтому выбирают резистор, мощностью не менее, чем в два раза больше вычисленной. В нашем случае это резистор мощностью не меньшей 0,16 Вт. По ближайшему номинальному ряду (в большую сторону) это соответствует мощности 0,25 Вт.
Вот и весь расчёт.
Как было написано ранее, простейшую цепочку стабилизатора постоянного напряжения можно использовать для питания схем, в которых используют малые токи, а для питания более мощных схем они не годятся.
Одним из вариантов повышения нагрузочной способности стабилизатора постоянного напряжения является использование эмиттерного повторителя. На схеме изображён каскад стабилизации на биполярном транзисторе. Транзистор «повторяет» приложенное к базе напряжение.
Нагрузочная способность такого стабилизатора возрастает на порядок. Недостатком такого стабилизатора, как и простейшей цепочки состоящей из резистора и стабилитрона, является невозможность регулировки выходного напряжения.
Выходное напряжение такого каскада будет меньше напряжения стабилизации стабилитрона на значение падения напряжения на p-n переходе «база – эмиттер» транзистора. В статье Биполярный транзистор, я писал, что для кремниевого транзистора оно равно – 0,6 … 0,7 вольта, для германиевого транзистора – 0,2 … 0,3 вольта. Обычно грубо считают – 0,65 вольта и 0,25 вольта.
Поэтому, например при использовании кремниевого транзистора, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет на 0,65 вольта меньше, т.е – 8,35 вольта.
Если вместо одного транзистора использовать составную схему включения транзисторов, то нагрузочная способность стабилизатора возрастёт ещё на порядок. Здесь также, как и в предыдущей схеме следует учитывать уменьшение выходного напряжения за счёт его падения на p-n переходах «база – эмиттер» транзисторов. В данном случае, при использовании двух кремниевых транзисторов, напряжении стабилизации стабилитрона равном 9 вольт, выходное напряжение будет уже на 1,3 вольта меньше (по 0,65 вольт на каждый транзистор), т.е – 7,7 вольта. Поэтому, при проектировании подобных схем необходимо учитывать такую особенность и подбирать стабилитрон с учётом потерь на переходах транзисторов.
Резистор R2 необходим для «гашения» реактивной (емкостной и индуктивной) составляющей транзистора VT2, оказывающей паразитное влияние на работу транзистора, и обеспечивает надёжное его реагирование на входное воздействие. Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше паразитное влияние, но слишком малое сопротивление может привести к тому, что транзистор VT2 окажется закрытым и в качестве регулирующего элемента окажется только транзистор VT1. Практически, на схемах стабилизаторов, значение резистора R2 рассчитывают редко. Бывает, радиолюбители даже ставят такие номиналы, которые противоречат нормальной работе схем, а сами радиолюбители даже об этом не подозревают. Поэтому его значение подбирают исходя из максимального расчётного нагрузочного тока. Через этот резистор должен протекать ток, приблизительно в 50 раз меньше максимального нагрузочного тока стабилизатора. Цифра 50 — это усреднённое значение коэффициента передачи силовых транзисторов, работающих в режиме больших токов. Сопротивление резистора определяется по закону Ома. Значение падения напряжения на переходе «база – эмиттер», (для кремниевого транзистора – 0,65 вольт) делится на максимальный ток нагрузки стабилизатора (например 2,5 ампер). Полученное значение умножается на 50. Если Вы используете составные транзисторы, то это значение может быть больше на 1 — 2 порядка (не 50, а 500…5000).
<center>R2 = UR2 / Iст.max * 50 —> R2 = 0,65 / 2,5 * 50 = 13 Ом</center>
Рассчитанное таким образом сопротивление позволяет более эффективно гасить реактивную составляющую выходного транзистора и полноценно использовать мощностные способности обоих транзисторов. Не забывайте производить расчёт требуемой мощности резисторов, иначе всё сгорит в неподходящий момент. Выход из строя резистора R2 может привести к выходу из строя транзисторов и того, что Вы подключите в качестве нагрузки. Расчёт мощности стандартный, описанный на страничке Резистор.
Как выбрать транзистор для стабилизатора?
2. Максимальное напряжение «коллектор-эмитер» характеризует способность транзистора выдерживать определённое напряжение между коллектором и эмитером в закрытом состоянии. В нашем случае этот параметр должен также превышать не менее, чем в полтора раза напряжение подводимое к стабилизатору от цепи «трансформатор-выпрямитель-фильтр питания» вашего блока стабилизированного питания.
3. Паспортная выходная мощность транзистора должна обеспечивать работу транзистора в режиме «полуоткрытого» состояния. Всё напряжение, которое вырабатывается цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» делится на две нагрузки: собственно нагрузка вашего блока стабилизированного питания и сопротивление коллекторно-эмитерного перехода транзистора. По обоим нагрузкам течёт один и тот же ток, поскольку они подключены последовательно, а вот напряжение делится. Из этого следует, что необходимо выбрать такой транзистор, который при заданном токе нагрузки способен выдерживать разницу между напряжением, вырабатываемым цепочкой «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» и выходным напряжением стабилизатора. Мощность вычисляется как произведение напряжения на ток (из учебника физики средней школы).
Например: На выходе цепи «трансформатор-выпрямительный мост-фильтр питания» (а значит на входе стабилизатора напряжения) напряжение равно 18 вольт. Нам необходимо получить выходное стабилизированное напряжение 12 вольт, при токе нагрузки 4 ампера.
Находим минимальное значение необходимого паспортного тока коллектора (Iк max):
<center>4 * 1,5 = 6 ампер</center>
Определяем минимальное значение необходимого напряжения «коллектор-эмитер» (Uкэ):
<center>18 * 1,5 = 27 вольт</center>
Находим среднее напряжение, которое в рабочем режиме будет «падать» на переходе «коллектор-эмитер», и тем самым поглощаться транзистором:
<center>18 — 12 = 6 вольт</center>
Определяем потребную номинальную мощность транзистора:
<center>6 * 4 = 24 ватт</center>
При выборе типа транзистора необходимо учитывать, что паспортная (по справочнику) максимальная мощность транзистора должна быть не менее, чем в два — три раза больше номинальной мощности падающей на транзисторе. Это делается для того, чтобы обеспечить запас по мощности при различных бросках тока нагрузки (а следовательно и изменения падающей мощности). При этом следует учесть, чем больше эта разница, тем менее массивный радиатор охлаждения требуется транзистору.
В нашем случае необходимо выбрать транзистор с паспортной мощностью (Рк) не менее:
<center>24 * 2 = 48 ватт</center>
Выбираете любой транзистор, удовлетворяющий этим условиям, с учётом, что чем паспортные параметры будут намного больше расчётных, тем меньше по размерам потребуется радиатор охлаждения (а может и вообще не нужен будет). Но при чрезмерном превышении этих параметров учитывайте тот факт, что чем больше выходная мощность транзистора, тем меньше его коэффициент передачи (h21), а это ухудшает коэффициент стабилизации в источнике питания.
В следующей статье мы рассмотрим компенсационный стабилизатор напряжения непрерывного действия. В нём используется принцип контроля выходного напряжения мостовой схемой. Он обладает меньшей пульсацией выходного напряжения, чем «эмиттерный повторитель», кроме того, он позволяет регулировать выходное напряжение в небольших пределах. На его основе будет рассчитана простая схема стабилизированного блока питания.
comments powered by HyperCommentsИспользуемые источники:
- https://dom-i-remont.info/posts/elektrika/stabilizator-napryazheniya-svoimi-rukami-princzip-raboty-vidy-i-shemy/
- https://electrongrad.ru/2018/03/20/stab-tranz-teor/
- https://meanders.ru/stabilizator.shtml
Загрузка...
Как сделать стабилизатор тока для светодиодов?
Как сделать стабилизатор тока для светодиодов?
Регулируемый стабилизатор напряжения с регулируемым ограничением выходного тока
Повышающий стабилизатор напряжения (Troyka-модуль)