Простой регулятор напряжения: ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ — Антемион

Содержание

ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.

Схема номер 1

Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 – 13 вольт. И общеизвестная схема регулятора напряжения на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении.

Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.

КТ829 — мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты – видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.

Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос – «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»

Схема номер 2

В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40 вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

Что получилось

Сам процесс обновлённого монтажа занял времени ни сколько не больше чем предыдущий. При этом получен не простой регулятор напряжения, который подключается к блоку питания стабилизированного напряжения, собранная схема при подключении даже к сетевому понижающему трансформатору с выпрямителем на выходе сама даёт необходимое стабилизированное напряжение. Естественно, что выходное напряжение трансформатора должно соответствовать допустимым параметрам входного напряжения микросхемы КР142ЕН12А. Вместо неё можно использовать и импортный аналог интегральный стабилизатор LM317Т. Автор Babay iz Barnaula.

Форум по ИП

Форум по обсуждению материала ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

СЕТЬ BLUETOOTH MESH

Описание нового Блютус протокола беспроводной связи — Bluetooth Mesh.

РОБОТ ЕЗДЯЩИЙ ПО ЛИНИИ

Простая транзисторная схема робота следующего по нарисованной линии. Без микроконтроллеров и дорогих деталей.

простые самодельные схемы для повторения

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.

Описание устройства

Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке.

Самым простым устройством, с помощью которого можно изменять уровень сигнала, считается реостат. Он представляет собой резистор, имеющий два вывода, один из которых подвижный. При перемещении ползункового вывода реостата изменяется сопротивление. Для этого он подключается параллельно нагрузке. Фактически это делитель напряжения, позволяющий регулировать величину разности потенциалов на нагрузке в пределах от нуля до значения, выдаваемого источником энергии.

Использование реостата ограничено мощностью, которую можно через него пропустить. Так как при больших значениях тока или напряжения он начинает сильно нагреваться и в итоге перегорает, поэтому на практике применение реостата ограничено. Его используют в параметрических стабилизаторах, элементах электрического фильтра, усилителях звука и регуляторах освещённости небольшой мощности.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

резисторы;
тиристоры или транзисторы;
цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Характеристика регулятора

По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
Рабочая мощность. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей.
Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:block" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="3076124593" data-ad-format="auto" data-full-width-responsive="true"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

Особенности изготовления

Изготовить регулирующее приспособление можно несколькими способами. Самый лёгкий -приобрести набор, содержащий уже готовую печатную плату и радиоэлементы, необходимые для сборки своими руками. Кроме них, набор содержит электрическую и принципиальную схему с описанием последовательности действий. Такие наборы называются KIT и предназначены для самых неопытных радиолюбителей.

Другой путь подразумевает самостоятельное приобретение радиокомпонентов и изготовление в случае необходимости печатной платы. Используя второй способ, можно будет сэкономить, но он занимает больше времени.

Существует множество схем разного уровня сложности для самостоятельного изготовления. Но чтобы сделать регулятор напряжения, кроме схемы, понадобится подготовить следующие инструменты, приборы и материалы:

паяльник;
мультиметр;
припой;
пинцет;
кусачки;
флюс;
технический спирт;
соединительные медные провода.

Если планируется собирать устройство, состоящее из 6 и более элементов, то целесообразно будет смастерить печатную плату. Для этого необходимо иметь фольгированный текстолит, хлорное железо и лазерный принтер.

Техника изготовления печатной платы в домашних условиях называется лазерно-утюжной (ЛУТ). Её суть заключается в распечатывании печатной платы на глянцевом листе бумаги, и переносом изображения на текстолит с помощью проглаживания утюгом. Затем плату погружают в раствор хлорного железа. В нём открытые участки меди растворяются, а закрытые с переведённым изображением формируют необходимые соединения.

При самостоятельном изготовлении прибора важно соблюдать осторожность и помнить про электробезопасность, особенно при работе с сетью переменного тока 220 В. Обычно правильно собранный регулятор из исправных радиодеталей не нуждается в настройке и сразу начинает работать.

Простые схемы

Для управления величиной выходного напряжения для слабо мощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2 деталях. Понадобится лишь транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индуцирование (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если вывод перемещается в верхнее положение, то транзистор максимально становится открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется величина напряжения на выходе. В зависимости от типа транзистора изменяется и схема включения. Чем номинал переменного резистора будет меньше, тем регулировка будет плавней. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше будет разница между Uвх и Uвых, тем он будет сильнее нагреваться.

Такую схему удобно применять для регулировки вращения компьютерных вентиляторов или других слабых двигателей, а также светодиодов.

Симисторный вид

Для регулировки переменного напряжения используются симисторные регуляторы, с помощью которых можно управлять мощностью паяльника или лампочки. Собрав схему на недорогом и доступном симисторе BT136, можно изменять мощность нагрузки в пределах 100 ватт.

Для сборки схемы понадобится:

Наименование	Номинал	Аналог
Резистор R1	470 кОм
Резистор R2	10 кОм
Конденсатор С1	0,1 мкФ х. 400 В
Диод D1	1N4007	1SR35–1000A
Светодиод D2	BL-B2134G	BL-B4541Q
Динистор DN1	DB3	HT-32
Симистор DN2	BT136	КУ 208

Принцип работы регулятора заключается в следующем: через цепочку, состоящую из динистора DN1, конденсатора C1 и диода D1, ток поступает на симистор DN2, что приводит к его открытию. Момент открытия зависит от ёмкости C1, которая заряжается через резисторы R1 и R2. Соответственно, изменением сопротивления R1 управляется скорость заряда C1.

Несмотря на простоту, такая схема отлично справляется с регулировкой вольтажа нагревательных устройств, использующих вольфрамовую нить. Но так как такая схема не имеет обратной связи, использовать её для управления оборотами коллекторного электродвигателя нельзя.

Реле напряжения

Для автолюбителей важным элементом является устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети в установленных пределах при изменении различных факторов, например, оборотов генератора, включении или выключении фар. Использующиеся для этого приборы работают по одинаковому принципу – стабилизация напряжения путём изменения тока возбуждения. Иными словами, если уровень сигнала на входе изменяется, то устройство уменьшает или увеличивает ток возбуждения.

Собранная схема своими руками реле-регулятора напряжения должна:

работать в широком диапазоне температур;
выдерживать скачки напряжения;
иметь возможность отключения во время запуска мотора;
обладать малым падением разности потенциалов.

Упрощённо принцип работы можно описать в следующем виде: при величине напряжения, превышающей установленное значение, ротор отключается, а при её нормализации запускается вновь. Основным элементом схемы является ШИМ стабилизатор LM 2576 ADJ.

Микросхема TC4420EPA предназначена для моментального переключения транзистора. С помощью резистора R3, конденсатора C1 и стабилитронов VD1, VD2 осуществляется защита микросхемы и полевого транзистора. Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение для стабилизатора. DD1 управляет работой полевого транзистора и ротора. Диод D2 используется для ограничения управляющего напряжения. Индуктивность L1 обеспечивает плавность разрядки ротора через диоды D4 и D5 при размыкании цепи.

Управляемый блок питания

Конструируя различные схемы, радиолюбители часто собирают источники напряжений. Спаяв регулятор постоянного напряжения своими руками, его можно будет использовать как управляемый блок питания в диапазоне от 0 до 12В.

Собираемый источник напряжения состоит из 2 частей: блока питания и параметрического регулятора напряжения. Первая часть изготавливается по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямительный блок. Типом используемого трансформатора, выпрямительных диодов и транзистора определяется мощность устройства. Переменное напряжение сети понижается в трансформаторе до 11 вольт, после чего попадает на диодный мост VD1, где становится постоянным. Конденсатор C1 используется как сглаживающий фильтр. Сигнал поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD2.

Параллельно стабилитрону подключён резистор R2, которым и изменяется уровень выходного напряжения. Транзисторы включены по упрощённой схеме эмиттерного повторителя, и при появлении на их переходах напряжения начинают работать в режиме усиления тока. То есть сигнал, снятый с R2, поступает на выход прибора через транзисторы, которые снижают его значение на величину своего насыщения. Таким образом, чем больше подаётся на них напряжение, тем сильнее они открываются и больше мощности поступает на выход.

Этот регулируемый блок питания может работать с нагрузкой до трёх ампер, то есть обеспечивать мощность до 30 ватт. Если есть опыт, то схема паяется навесным монтажом с использованием проводов любого сечения.

Как можно сделать простой регулятор напряжения на 12 вольт своими руками

5 частых вопросов, которые задают начинающие радиомеханики; 5 лучших транзисторов для регуляторов, тест на определение состава схемы

Регулятор электрического напряжения нужен для того, чтобы величина напряжения могла стабилизироваться. Он обеспечивает надежность работы и долговечность работы прибора.

Регулятор состоит из нескольких механизмов.

ТЕСТ:

Ответы на эти вопросы позволят узнать состав схемы регулятора напряжения 12 вольт и её сборку.

Какое сопротивление должно быть у переменного резистора?

a) 10 кОм

b) 500 кОм

Как нужно подключать провода?

a) 1 и 2 клемма – питание, 3 и 4 – нагрузка

b) 1 и 3 клемма – нагрузка, 2 и 4 — питание

Нужно ли устанавливать радиатор?

a) Да

b) Нет

Транзистор должен быть

a) КТ 815

b) Любой

Ответы:

Вариант 1. Сопротивление резистора 10 кОм – это стандарт для установки регулятора, провода в схеме подключаются по принципу: 1 и 2 клемма для питания, 3 и 4 для нагрузки – ток распределится правильно по нужным полюсам, радиатор устанавливать нужно – чтобы защитить от перегрева, транзистор использован КТ 815 – такой всегда подойдет. В таком варианте построенная схема сработает, регулятор станет работать.

Вариант 2. Сопротивление 500 кОм – слишком высокое, будет нарушена плавность звука в работе, а может не сработать вообще, 1 и 3 клемма это нагрузка, 2 и 4 питание, радиатор нужен , в схеме, где стоял минус будет плюс, транзистор любой – действительно можно использовать какой угодно. Регулятор не заработает из-за того, что схема собрана, будет неправильно.

Вариант 3. Сопротивление 10кОм, провода – 1 и 2 для нагрузки, 3 и 4 для питания, резистор имеет сопротивление 2кОм, транзистор КТ 815. Прибор не сможет заработать, так как он сильно перегреется без радиатора.

Как соединить 5 частей регулятора на 12 вольт.

Переменный резистор 10кОм.

Это переменный резистор 10ком. Изменяет силу тока или напряжений в электрической цепи, увеличивает сопротивление. Именно им регулируется напряжение.

Радиатор. Нужен для того, чтобы охладить приборы в случае их перегрева.

Резистор на 1 ком. Снижает нагрузку с основного резистора.

Транзистор. Прибор, увеличивает силу колебаний. В регуляторе он нужен, чтобы получить электрические колебания высокой частоты

2 проводка. Необходимы для того, чтобы по ним шел электрический ток.

Берем транзистор и резистор. У обоих есть 3 ответвления.

Проводятся две операции:

Левый конец транзистора (делаем это алюминиевой частью вниз) присоединяем к концу, который находится в середине резистора.
А ответвление середины транзистора соединяем с правым у резистора. Их необходимо припаять друг к другу.

Первый провод необходимо спаять с тем, что получилось во 2 операции.

Второй нужно спаять с оставшимся концом транзистора.

Прикручиваем к радиатору соединенный механизм.

Резистор на 1кОм припаиваем к крайним ножкам переменного резистора и транзистора.

Схема готова.

Как сделать диагностику без снятия?

Не рекомендуется проводить такую проверку, так как нет возможности оценить состояние щеточного узла. Но случаи бывают разные, поэтому даже такая диагностика может дать свои плоды. Для работы вам потребуется мультиметр или, если такового нет, лампа накаливания. Для вас главное – это провести замер напряжения в бортовой сети автомобиля, определить, нет ли скачков. Но их можно заметить и при езде. Например, мигание света при изменении оборотов коленчатого вала двигателя.

Но точнее окажутся измерения, проведенные с использованием мультиметра или вольтметра с растянутой шкалой. Заведите двигатель и включите ближний свет. Подключите мультиметр к клеммам аккумуляторной батареи. Напряжение не должно превышать 14,8 Вольт. Но и нельзя, чтобы оно опускалось ниже 12. Если оно находится не в дозволенном интервале, то имеется поломка регулятора напряжения. Не исключено, что нарушены контакты в местах соединения прибора с генератором, либо окислены контакты проводов.

Регулятор скорости двигателя постоянного тока с помощью 2 конденсаторов на 14 вольт.

Практичность таких двигателей доказана, они используются в механических игрушках, вентиляторах и др. У них малый ток потребления, поэтому требуется стабилизация напряжения. Часто возникает необходимость подстройки частоты вращения или изменения скорости двигателя для корректировки выполнения цели, представленной какому – либо типу электродвигателя любой модели.

Эту задачу выполнит регулятор напряжения, который совместим с любым типом блока питания.

Чтобы это осуществить, надо изменить выходное напряжение, не требующее большого тока нагрузки.

Необходимые детали:

2 Конденсатора
2 переменных резистора

Соединяем части:

Подключаем конденсаторы к самому регулятору.
Первый резистор подключается с минусом регулятора, второй на массу.

Теперь менять скорость двигателя у прибора по желанию пользователя.

Регулятор напряжения на 14 вольт готов.

Простой регулятор напряжения 12 вольт

lm317 калькулятор

Для упрощения расчета номинала резистора можно использовать несложный калькулятор, который поможет рассчитать необходимые номиналы не только для LM317, но и для L200, стабилитрона TL431, M5237, 78xx.

(319,9 Kb, скачано: 42 204)

Регулятор оборотов 12 вольт для двигателя с тормозом.

Состав:

Реле – 12 вольт
Теристор КУ201
Трансформатор для запитки двигателя и реле
Транзистор КТ 815
Вентиль от дворников 2101
Конденсатор

Используется для регулировки подачи проволоки, поэтому в ней присутсвует тормоз двигателя, реализованный с помощью реле.

К реле подключаем 2 провода от блока питания. На реле подается плюс.

Всё остально подключается по принципу обычного регулятора.

Схема полностью обеспечила 12 вольт для двигателя.

Схема номер 1

Регулятор мощности на симисторе BTA 12-600

Симистор – полупроводниковый аппарат, причисляется к разновидности тиристора и используется в целях коммутации тока. Он работает на переменном напряжении в отличие от динистора и обычного тиристора. От его параметра зависит вся мощность прибора.

Ответ на вопрос. Если схема собиралась бы на тиристоре, необходим был бы диод или диодный мост.

Для удобства схему можно собрать на печатной плате.

Плюс конденсатора нужно припаять к управляющему электроду симистора, он находится справа. Минус спаять с крайним третьим выводом, который находится слева.

К управляющему электроду симистора припаять резистор с номинальным сопротивлением 12 кОм. К этому резистору нужно присоединить подстрочный резистор. Оставшийся вывод нужно припаять к центральной ножке симистора.

К минусу конденсатора, который припаян к третьему выводу симистора необходимо прикрепить минус от выпрямительного моста.

Плюс выпрямительного моста к центральному выводу симистора и к той части, к которой симистор крепится на радиатор.

1 контакт от шнура с вилкой припаиваем к необходимому прибору. А 2 контакт к входу переменного напряжения на выпрямительном мосту.

Осталось припаять оставшийся контакт прибора с последним контактом выпрямительного моста.

Идет тестирование схемы.

Включаем схему в сеть. С помощью подстрочного резистора регулируется мощность прибора.

Мощность можно развить до 12 вольт для авто.

Разновидности 12В стабилизаторов

В зависимости от конструкции и способа поддержания 12-ти вольтного напряжения выделяют две разновидности стабилизаторов:

Импульсные – стабилизаторы, состоящие из интегратора (аккумулятора, электролитического конденсатора большой емкости) и ключа (транзистора). Поддержание напряжения в заданном интервале значений происходит благодаря циклическому процессу накопления и быстрой отдачи заряда интегратором при открытом состоянии ключа. По конструктивным особенностям и способу управления такие стабилизаторы подразделяются на ключевые устройства с триггером Шмитта, выравниватели с широтно-импульсной и частотно-импульсной модуляцией.
Линейные – стабилизирующие напряжение устройства, в которых в качестве регулирующего устройства применяются подключаемые последовательно стабилитроны или специальные микросхемы.

Наиболее распространены и популярны среди автолюбителей линейные устройства, отличающиеся простотой самостоятельной сборки, надежностью и долговечностью. Импульсный вид используется значительно реже из-за дороговизны деталей и сложностей самостоятельного изготовления и ремонта.

Динистор и 4 типа проводимости.

Это устройство, называется тригерным диодом. Обладает небольшой мощностью. В его внутренности нет электродов.

Динистор открывается при наборе напряжения. Скорость набора напряжения определяется конденсатором и резисторами. Вся регулировка производится через него. Работает на постоянном и переменном токе. Его можно не покупать, он находится в энергосберегающих лампах и его легко оттуда достать.

В схемах используется не часто, но чтобы не затрачивать деньги на диоды, применяют динистор.

Он содержит 4 типа: P N P N. Это сама электрическая проводимость. Между 2 прилегающими друг к другу областями образуется электронно-дырочный переход. В динистре таких переходов 3.

Схема:

Подключаем конденсатор. Он начинает заряжаться с помощью 1 резистора, напряжение почти равно тому, что в сети. Когда напряжение в конденсаторе достигнет уровня динистора, он включится. Прибор начинает работать. Не забываем про радиатор, иначе всё перегреется.

Интегральный стабилизатор

Устройства собирают с использованием небольших по размерам микросхем, способных работать при входном напряжении до 26-30 В, выдавая постоянный 12-ти вольтный ток силой до 1 Ампер. Особенностью данных радиодеталей является наличие 3 ножек – «вход», «выход» и «регулировка». Последняя используется для подключения регулировочного резистора, который используется для настройки микросхемы и предотвращения ее перегрузок.

Более удобные и надежные, собранные на основе стабилизирующих микросхем выравниватели постепенно вытесняют собранные на дискретных элементах аналоги.

Топ 5 транзисторов

Разные виды транзисторов применяются для разных целей, и существует необходимость его выбирать.

КТ 315. Поддерживает NPN структуру. Выпущен в 1967 году, но до сих пор используется. Работает в динамическом режиме, и в ключевом. Идеален для приборов малой мощности. Больше подходит для радиодеталей.
2N3055. Лучше всего подходит для звуковых механизмов, усилителей. Работает в динамическом режиме. Спокойно используется для регулятора 12 вольт. Удобно крепится на радиатор. Работает на частотах до 3 МГц. Хоть транзистор и выдерживает только до 7 ампер, он вытягивает мощные нагрузки.
КП501. Производитель рассчитывал его на применение в телефонных аппаратах, механизмах связи и радиоэлектронике. Через него происходит управление приборами с минимальными затратами. Преобразует уровни сигнала.
Irf3205. Пригоден для автомобилей, повышает высокочастотные инверторы. Поддерживает значительный уровень тока.
KT 815. Биполярен. Имеет структуру NPN. Работает с усилителями низкой частоты. Состоит из пластмассового корпуса. Подходит для импульсных устройств. Используется часто в генераторных схемах. Транзистор сделан давно, по сей день работает. Даже есть шанс, что он находится в обычном доме, где лежат старые приборы, нужно только их разобрать и посмотреть, есть ли там.

Вступление.

Я много лет тому назад изготовил подобный регулятор, когда приходилось подрабатывать ремонтом р/а на дому у заказчика. Регулятор оказался настолько удобным, что со временем я изготовил ещё один экземпляр, так как первый образец постоянно обосновался в качестве регулятора оборотов вытяжного вентилятора. https://oldoctober.com/

Кстати, вентилятор этот из серии Know How, так как снабжён воздушным запорным клапаном моей собственной конструкции. Описание конструкции >>> Материал может пригодиться жителям, проживающим на последних этажах многоэтажек и обладающих хорошим обонянием.

Мощность подключаемой нагрузки зависит от применяемого тиристора и условий его охлаждения. Если используется крупный тиристор или симистор типа КУ208Г, то можно смело подключать нагрузку в 200… 300 Ватт. При использовании мелкого тиристора, типа B169D мощность будет ограничена 100 Ваттами.

Что получилось

Обсудить статью ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Схема и фотографии мощнейшего ультразвукового отпугивателя.

Простейшая схема радиожучка на одном транзисторе, для работы в паре с ФМ приёмником.

Радиосхемы. — Простые регуляторы напряжения

Простые радиосхемы для начинающих

материалы в категории

Фазовые регуляторы напряжения довольно широко распространены в быту. Самая частая область их применения это устройства для регулировки яркости освещения.
Ниже приводится несколько простых схем регулировки напряжения для самостоятельного повторения для начинающих радиолюбителей.

Внимание!! Все схемы предназначены для работы с сетевым напряжением 220 Вольт, поэтому при сборке и настройке следует соблюдать осторожность!!

Данная схема является наиболее распространённой в различных зарубежных бытовых приборах, как самая простая и надёжная, но у нас более широкое распространение получила вот такая схема:

В качестве тиристора чаще всего применялся тиристор КУ202Н, но следует учесть что если вы планируете применять мощную нагрузку, то тиристор потребуется установить на радиатор.

Еще одна особенность данной схемы- это динистор КН102А. Так-же не самый распространенный радиоэлемент, но его можно заменить транзисторным аналогом и тогда схема регулятора напряжения получится вот такая:

Ну и последняя схема- на однопереходном транзисторе:

Все рассмотренные конструкции очень просты, надёжны, прекрасно регулируют напряжение, но не лишены недостатков, из-за которых не переводятся энтузиасты предложить свои схемы, пусть и более сложные. Главной проблемой выше приведённых схем является инверсная зависимость фазового угла от уровня питающего напряжения, т.е. при падении напряжения в сети фазовый угол открытия тиристора или симистора увеличивается, что приводит к непропорциональному снижению напряжения на нагрузке. Небольшое снижение напряжения вызовет заметное уменьшение яркости ламп и наоборот. Если в питающей сети имеются небольшие пульсации, например от работы сварочного аппарата, мерцание ламп станет гораздо заметнее.

Ещё одной проблемой этих схем является ограниченный диапазон регулировки выходного напряжения — невозможно регулировать напряжение до 100% из-за наличия «ступеньки» срабатывания порогового узла, запускающего тиристор или симистор.

Автор Кравцов В.Н. http://kravitnik.narod.ru
Обсудить на форуме

Регулятор напряжения для тена от 1 до 6 кВт

Регулятор напряжения в электрических цепях, служит для изменения мощности, подаваемой в нагрузку. С помощью регулятора напряжения можно управлять скоростью вращения электродвигателей, уровнем освещенности и нагревательными приборами такие как паяльник, электрическая плитка, тэн. В радиомагазинах можно купить готовое изделие но сделать регулятор напряжения своими руками не сложно.

В процессе самогоноварения выяснилось что на газу процес нагревания браги происходит достаточно долго (около 2-х часов) и к тому же, неудобно регулировать процесс дистилляции браги, газовой плиткой. В следствии чего возникла острая необходимость в модернизации самогонного(дистиллятного) аппарата, врезкой в него электрического нагревателя. Изначально задумывалось, что тен будет ставится мощностью 3 kW но в дальнейшем передумали и уменьшили до 2500 ватт. Далее нам понадобилась регулировка напряжения для управления процессом дисциляции, её мы решили изготовить своими руками, благо схем в общем доступе полно, они простые, минимум деталей и изготовление много времени не занимает.

Схема регулятора напряжения на 220 вольт

Рисунок 1. Схема.

Схема состоит из симистора, BTA41-800B по названию можно определить его параметры ток и напряжение. Например BTA это обозначение симистора, 41 это его ток в амперах и 800B это его напряжение. Симистор можна заменить на более слабый ток для этого нужно мощность вашего тена разделить на напряжение, например: 2 кВт разделить на напряжение в сети 220 вольт мы получим нужный нам ток 2000/220=9,1 Ампер. В этом случае мы можем использовать другой симистор BTA12-600B, но так как симистор будет работать практически на пределах своих возможностей, он будет греться и придется закрепить его на радиатор, в противном случае он может выйти из строя.

Рисунок 2. Схема с вольтметром.

Примечание.В схеме можно применять любой симистор не менее 600B и током в зависимости применяемого нагревательного элемента. В любом случае для облегчения работы симистора его следует разместить на радиаторе охлаждения. Дополнительно можно поставить вольтметр на выход схемы, чтобы видеть изменение напряжения наглядно и на вход поставить автомат на 16-25 ампер.

Детали для схемы:

1.Симистор выбираем от нагрузки но можете как в моем случае чем больше тем лучше BTA8-600b, BTA12-600b, BTA16-600b, BTA20-600b, BTA24-600b, BTA25-600b, BTA26-600b, BTA40-600b, BTA41-600b.

2.Потенциометр можно ставить в пределах от 470 кОм до 1 мегаом (МОм). Советую ставить потенциометр на 1 МОм так как у него больше диапазон регулировки, можно регулировать фактически до нуля. В начале я собрал схему с потенциометром на 500 кОм и в дальнейшем перепаивал на 1 мОм.

3.Динистор DB3 у него нет полярности припаиваем как хотим.

4.Резистор 10 кОм.

5.Конденсатор керамический 0,1 мкФ.

Изготовление схемы

Рисунок 3. Схема в моем исполнение.

Для изготовления схемы нам понадобится в первую очередь паяльник, припой и канифоль и радио детали которые без труда можно приобрести в любом радио-магазине. Пожалуйста, уделяйте пристальное внимание, есть риск поражения электрическим током (как и во всем электрическом).

И так, для начала берем печатную плату и на ней располагаем компактно все детали после чего спаиваем все по схеме. Останется прикрепить симистор на радиатор. Я взял радиатор из старого блока питания телевизора. И останется самое сложное найти корпус и разместить схему в нем. На собирание схемы по времени у меня ушло буквально 15 минут.

Рисунок 4. Схема регулятора мощности в моем исполнение.

Примечание. Эта схема часто встречается в пылесосах, китайских точильных станках.

Рисунок 5. Регулировка с пылесоса.

Также можно заказать с сайта Алиэкспресс вот несколько вариантов. 1 вариант, 2 вариант по заверению китайца способен держать 5 кВт, 3 вариант в красивом корпусе с вольтметром, 4 вариант.

Как происходит процесс регулировки напряжения в дистилляторном аппарате.

На начальном этапе нагреватель включаем на полную мощность. После достижения температуры (78,8) градусов, что соответствует точки кипения этилового спирта, мощность нагревателя уменьшаем. Опытным путем меняя положения регулятора, нужно добиться того, чтобы весь выделяющийся пар конденсировался системой охлаждения. Это поможет избежать лишних потерь спирта и в то же время при правильно подобранной мощности позволит сократить время производства до возможного минимума.

Регулятор напряжения

Простой регулятор напряжения — RadioRadar

Большинство описанных любительских регуляторов напряжения для автомобиля, а также промышленные регуляторы, которыми комплектуют серийно выпускаемые машины, предназначены для поддержания неизменяемого стабильного напряжения на выводах генератора. При повышении нагрузки (включении фар, вентилятора и других потребителей) падение напряжения на проводах увеличивается, а напряжение бортсети соответственно уменьшается, уменьшается и ток зарядки аккумуляторной батареи.

Для стабилизации напряжения на зажимах батареи вход регулятора подключают непосредственно к батарее. Как известно [Л], для нормальной подзарядки аккумуляторной батареи напряжение на ее зажимах следует увеличивать при уменьшении температуры. Поэтому независимость стабилизируемого регулятором напряжения от температуры следует считать большим недостатком. Даже если регулятор способен корректировать напряжение в зависимости от температуры подкапотного пространства, то этого недостаточно. Настроенный на оптимальный режим летом, регулятор ставит батарею в тяжелое положение зимой, когда воздух под капотом прогревается быстро, а сама батарея — лишь после нескольких часов езды. В результате батарея остается недозаряженной, и в холодное время года приходится ее подзаряжать.

Если же регулятор настроить на оптимальную работу в холодную погоду, летом батарею он будет перезаряжать, и придется периодически доливать в нее дистиллированную воду. Наилучшим решением является контролирование регулятором температуры самой батареи и напряжения на ее зажимах. Именно такой регулятор описан в [Л], но он довольно сложен, содержит электромагнитное реле и дефицитные стабисторы в датчике температуры. Описываемый здесь регулятор напряжения не содержит реле, в качестве датчика использованы маломощные кремниевые диоды. Кроме того, он существенно проще по схеме. Согласно [Л], необходимый абсолютный температурный коэффициент напряжения (ТКН), который должен обеспечивать регулятор, равен -40,5 мВ/°С или в относительных единицах -0,298 %/°С.

Примерно такой же относительный температурный коэффициент напряжения имеют моломощные кремниевые диоды при прямом токе в несколько миллиампер, атакжестабисторы, представляющие собой несколько включенных последовательно диодов. Абсолютный ТКН одного диода — около -2 мВ/°С, что при падении напряжения на нем 650 мВ дает относительное значение -2/650= -0,307%/°С. Отметим, что относительное значение ТКН цепи из нескольких диодов или стабисторов не зависит от их числа. Схема регулятора изображена на рис.1.

Вывод Б регулятора подключают отдельным проводом к плюсовому зажиму батареи, выводы Я и Ш — к выходу выпрямительного моста генератора и к его обмотке возбуждения соответственно. Общий провод регулятора соединен с корпусом автомобиля в месте установки регулятора. Цепь из восьми диодов VD4-VD 11 прикреплена к корпусу батареи и имеет тепловой контакт с ним. Эта цепь служит термозависимым источником образцового напряжения с необходимым ТКН. При выключенном зажигании автомобиля напряжение на выводе Я отсутствует, транзисторы VT1-VT3 закрыты, напряжение питания на операционный усилитель DA1 не поступает, транзисторы VT4-VT6 также закрыты, от батареи потребляется лишь начальный ток коллектора транзисторов VT1 и VT2, который неизмеримо меньше тока саморазрядки батареи. При включении зажигания открываются транзисторы VT1-VT3, через транзистор VT3 напряжение питания поступает на ОУ DA1. Напряжение с плюсового зажима батареи через транзистор VT2 подведено к делителю R5R6R7, а с движка резистора R6 — на инвертирующий вход ОУ DA1. На неинвертирующий вход ОУ напряжение подано с цепи диодов VD4-VD11. Пока двигатель выключен, напряжение, снимаемое с движка резистора R6, меньше падения напряжения на диодах VD4-VD11, на выходе ОУ напряжение близко к напряжению аккумуляторной батареи и транзисторы VT4-VT6 открыты, через обмотку возбуждения генератора течет ток. После запуска двигателя генератор начинает вырабатывать ток, напряжение на батарее увеличивается, операционный усилитель DA1 переключается, транзисторы VT4-VT6 закрываются, ток. вырабатываемый генератором, спадает, в результате чего снова происходит переключение ОУ и увеличение тока через обмотку возбуждения генератора. Открывание и закрывание транзисторов VT4-VT6 происходит с частотой несколько десятков или сотен герц, поддерживая необходимое напряжение на зажимах аккумуляторной батареи. Положительная обратная связь через резистор R12 обеспечивает гистерезис ОУ и превращает ОУ в триггер Шмитта. Стабилитрон VD2 согласует выходное напряжение ОУ с порогом переключения транзистора VT4. Особо следует отметить роль стабилитрона VD1, закрытого в нормальном режиме работы регулятора. Если бы его не было, то при обрыве проводов, идущих к датчику температуры VD4-VD11, ток через обмотку возбуждения генератора протекал бы непрерывно, напряжение бортовой сети сильно увеличилось, что опасно как для батареи, так и для других потребителей электроэнергии. Стабилитрон VD1 при отключении датчика температуры открывается и начинает работать источником образцового напряжения. Напряжение в бортовой сети хоть и увеличивается, но не так значительно, как при его отсутствии.

Конструкция. Все элементы регулятора, кроме диодов VD4-VD11, размещены на печатной плате размерами 93х60 мм из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм — Чертеж платы показан на рис.2.

Транзистор VT6 установлен на плате без теплоотвода на двух латунных втулках, выводы базы и эмиттера впаяны непосредственно в плату. Плата рассчитана на установку в корпус электромеханического реле-регулятора РР-24 на трех латунных стойках с резьбой. Выводами служат соответствующие выводы на корпусе. Датчик температуры состоит из сложенных в пакет трех пластин размерами 80х30х2 мм, одной латунной и двух стеклотекстолитовых. В средней стеклотекстолитовой пластине примерно в ее середине прорезано окно размерами 50х8 мм. В это пространство уложены восемь соединенных последовательно диодов. Выводы из провода МГТФ-0,14 помещены в ПВХ трубку, уложенную в узкий паз, пропиленный в средней пластине. Вся конструкция склеена в единое целое эпоксидной шпаклевкой, ею же заполнена внутренняя полость средней нластины. Латунную пластину передсклеиванием необходимо залудить, все детали датчика — тщательно обезжирить. Выводы датчика припаяны непосредственно к соответствующим точкам печатной платы. Выводы желательно для надежности дополнительно прикрепить к корпусу регулятора небольшим хомутом. Латунной пластиной датчик слегка вдавлен в разогретую мастику заливки батареи. Если она не имеет мастичной заливки, латунную пластину следует прижать к ровному участку боковой поверхности корпуса батареи резиновым кольцом, вырезанным из колесной камеры. Вывод Б регулятора удобнее, подключить не к плюсовому выводу батареи, а к плюсовому токовому зажиму стартера.

Детали. В регуляторе вместо КТ3102А (VT1, VT3, VT4) и КТ208К (VT2) могут быть использованы практически любые маломощные кремниевые транзисторы соответствующей структуры. Транзистор VT5 должен допускать ток коллектора не менее 150 мА; здесь можно использовать транзисторы из серий КТ208, КТ209, КТ313, КТ3108, КТ814, КТ816 с любым буквенным индексом. Предпочтение следует отдать транзисторам в металлическом корпусе. Стабилитрон VD2 — любой на напряжение 3,3…7 В.

Диод VD3 может быть любым на прямой ток не менее ЗА. Диоды серии КД206 удобно монтировать на плате, так как на их корпус выведен анод. Конденсаторы С1, С2, С4 — КМ5 или КМ6, СЗ -К53-1 или К53-4. Применение конденсаторов серии К50 или К52 нежелательно. Дроссель L1 — ДМ-0,1; постоянные резисторы — МТ или МЛТ, подстроечньгй R6 — СПЗ-19а. Налаживать устройство следует в определенном порядке. Сначала к выводу Б регулятора и к корпусу подключают регулируемый источник постоянного напряжения до 16,5 В и измеряют потребляемый от него ток. Стрелка микроамперметра на 100 мкА не должна заметно отклоняться. Далее между выводом Ш и общим проводом подключают резистор сопротивлением 120 Ом мощностью 2 Вт с параллельно включенным вольтметром (или маломощную лампу накаливания на напряжение 18…24 В). Вывод Я подключают к тому же источнику, установив его напряженке равным 13,6 В, и резистором R6 устанавливают такой порог переключения, при котором выходное напряжение на выводе Ш близко к нулю при увеличении напряжения источника сверх 13,6 В и близко к напряжению питания при уменьшении напряжения ниже этого значения. Затем отключают цепь диодов VD4-VD11 и подбирают стабилитрон VD1, добиваясь аналогичного переключения регулятора при напряжении источника питания 16. ..16,5 В. При подборке, если окажется необходимым, можно последовательно со стабилитроном VD1 включить один-два маломощных кремниевых диода в прямом направлении. Более точную регулировку проводят на автомобиле. Полностью зарядив батарею аккумуляторов, вольтметром (лучше цифровым) измеряют напряжение на его выводах без нагрузки. Запускают двигатель без стартера и резистором R6 устанавливают измеренное значение напряжения на зажимах батареи. При наличии амперметра на автомобиле критерием правильной регулировки устройства может служить значение зарядного тока спустя 5…10 мин после запуска двигателя при средней частоте вращения коленчатого вала и заряженной батарее. Ток должен быть в пределах 2…3 А независимо от мощности включенной нагрузки.

Описанный выше регулятор с традиционным термокомпенсированным стабилитроном Д818Е вместо диодов VD1 и VD4-VD11 несколько лет работал на автомобиле ГАЗ-24. В летнее время приходилось доливать в батарею воду, весной и осенью — подзаряжать ее. После установки датчика VD4-VD11 необходимость в указанных операциях отпала. Вместе с использованием тиристорно-транзисторного блока электронного зажигания с удлиненной искрой, обеспечивающим быстрый запускдвигателя в самых различных условиях эксплуатации, описанный регулятор напряжения позволил довести срок службы аккумуляторной батареи до девяти лет.

Автор: С.БИРЮКОВ, РАДИО 1, 1994г.

ЛИТЕРАТУРА

Ломанович В.А. Термокомпенсированный регулятор напряжения. — Радио, 1985, № 5, с. 24—27.

Как сделать простую схему стабилизированного регулятора постоянного напряжения на 2-х транзисторах.

Достаточно часто возникает необходимость для какого-нибудь электротехнического устройства установить регулятор постоянного напряжения, которым можно было бы настраивать любую нужную величину напряжения. Помимо этого этот регулятор должен быть достаточно стабильный, то есть выдавать на выходе определенное напряжение с незначительными отклонениями. Одной из наиболее простых схем, собранная всего на двух биполярных транзисторах, является приведенных выше вариант. Схема содержит минимум компонентов, она достаточно стабильна и способна выдавать на своем выходе величину постоянного напряжения от нуля до почти подаваемого на ее вход напряжения. Давайте рассмотрим общий принцип действия данной схемы стабилизированного регулятора постоянного напряжения.

На входе схемы стабилизатора стоит входной электролитический конденсатор C1, роль которого сводится к дополнительной фильтрации входного напряжения. Он имеет емкость где-то от 1000 до 2200 микрофарад. Рассчитан он должен на напряжения не менее входного (даже процентов на 25 больше, чем то, что подается на вход схемы).

Далее на схеме стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно увидеть цепочку, состоящую из резистора R1 и стабилитрона VD. Эта цепочка представляет собой простейший параметрический стабилизатор постоянного напряжения. R1 ограничивает силу тока, что протекает через стабилитрон. Этот резистор может иметь величину от 510 Ом до 1 кОм. Стабилитрон должен быть подобран таким образом, чтобы его напряжение стабилизации было на 1,2 вольта больше, чем максимальное выходное напряжение нашей схемы регулируемого стабилизатора напряжения. Это связано с тем, что на каждом транзисторном переходе эмиттер-база будет оседать примерно по 0,6 вольта (поскольку транзисторов два, то и напряжение на них осядет уже 1,2 вольта). Токи, что будут протекать через стабилитрон, будут незначительные (около 5-15 миллиампер). Следовательно стабилитроны подойдут любого типа.

Параллельно стабилитрону VD стоит переменный резистор R2, которым и осуществляется регулировка нужного постоянного напряжения на выходе схемы. Этот резистор является делителем напряжения, что плавно делит напряжение, осевшее на стабилитроне. Величина этого переменного резистора может колебаться в пределах от 10 до 22 кОм. В одной крайнем положении ползунка резистора R2 напряжение на входе схемы регулятора напряжения будет нулевым, в противоположном крайнем положении оно будет соответствовать максимуму (что может выдать сама схема). Тип переменного резистора может быть любым. Лучше брать более компактный и удобный.

Напряжение, что снимается со среднего вывода переменного резистора (делителя напряжения) подается на два последовательно соединенных каскадов транзисторных усилителей тока. Эти транзисторные усилители тока включены по схеме с общем эмиттером (данную схему включения еще называют эмиттерным повторителем). Суть такого подключения заключается в том, что на выходе транзисторного усилителя тока напряжение будет меньше где-то на 0,6 вольта, чем на его входе. То есть, усиления по напряжению не происходит. Зато оно происходит по току, и зависит от коэффициента усиления поставленных в схему транзисторов и количества каскадов таких усилителей.

В эту схему стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно поставить обычные биполярные транзисторы с n-p-n проводимостью. В роли VT1 может выступать транзистор серии КТ315 или КТ3102. Второй транзистор VT2 может быть типа КТ815 (выходной ток до 1,5 ампера) или КТ817 (выходной ток до 3 ампера). Либо поставить любой аналогичный транзистор, рассчитанный на нужную силу тока на выходе схемы. Резисторы R3 и R4 являются нагрузкой для транзисторов, которые позволяют работать данным усилительный каскадам в нужном режиме. Величина этих резисторов 1 кОм.

Ну, и еще один электролитический конденсатор можно заменить на самом выходе схемы регулятора постоянного напряжения. Он также увеличивает фильтрацию выходного напряжения, что делает форму тока более ровной, постоянной. Его величина также может лежать в пределах от 1000 до 2200 мкф.

Приведенная схема уже неоднократно проверена. После пайки она сразу же начинает нормально работать. Как уже сказал выше, схема достаточно проста и имеет малое количество элементов. Если выходные токи будут больше 1 ампера, то к выходному транзистору VT2 нужно будет добавить радиатор, который будет рассеивать выделяемое тепло, образуемое на транзисторе. Это предотвратить чрезмерный перегрев выходного усилительного каскада, что в противном случае может попросту вывести транзистор из строя.

Видео по этой теме:

P. S. На выходе этой схемы стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно получить любое максимальное значение напряжения. Это уже зависит от входного напряжения и от значения напряжения стабилизации стабилитрона. Также стоит учесть, что электролитические конденсаторы имеют полярность. Их нужно подключать строго плюс к плюсу, а минус к минусу, в противном случае они могут даже взорваться.

Электроника 102 — Урок 4

На предыдущем уроке мы улучшили усилитель, смоделировали его и продемонстрировали производительность с использованием SPICE.

В этом уроке мы собираемся разработать регулятор напряжения — сердце любого источника питания.

Потребность в регуляторах напряжения

Назначение регуляторов напряжения — обеспечить стабильное напряжение питания в цепях. вы проектируете.

Это самые распространенные схемы (каждая электронная система, независимо от ее функции, есть хотя бы один), и все же ими часто пренебрегают из-за их утилитарности природа.

Нам нужны регуляторы напряжения, потому что источники первичного питания (например, обычные батареи, или напряжение переменного тока, которое мы получаем от сетевой розетки) обычно не очень стабильны или нестабильны достаточно, чтобы гарантировать, что наши схемы работают в пределах своих спецификаций.

Например, напряжение, которое мы получаем от автомобильного аккумулятора, может варьироваться от 14,4 В. когда двигатель работает и генератор заряжает аккумулятор, и при низком уровне 8 или 9 В при запуске двигателя холодным утром.Потому что могут быть положительные или отрицательные всплески, наложенные на напряжение батареи из-за другого оборудования, большинство автомобильное оборудование рассчитано на работу с напряжением до 16 В. Внутри некоторых цепей для правильной работы требуется стабильное напряжение, например микропроцессор, используемый для управления магнитолой. Большинство микропроцессоров работают от источника питания 3 В или 5 В, которое следует регулировать с точностью до доли вольт. Например, многие микросхемы, рассчитанные на работу от номинального напряжения 5 В. требуется, чтобы напряжение оставалось в пределах 4.5 и 5,5 Вольт.

Опорное напряжение

Для работы регуляторам напряжения требуется ссылка. Опорное напряжение — это часть или цепь, обеспечивающая стабильное напряжение при выходе за пределы параметров, таких как напряжение питания или температура варьируется.

Наиболее распространенным источником опорного напряжения является стабилитрон ([1]). Стабилитрон — это диод, в котором наблюдается лавинный обратный пробой. оптимизированы и количественно определены таким образом, чтобы диод мог безопасно работать в этой области.

Мы можем использовать SwitcherCAD, чтобы проиллюстрировать поведение стабилитрона.

<Зинер-1.png>

Эта простая схема будет использована для демонстрации еще одной функции программного обеспечения SPICE.

Мы попросим программу развернуть напряжение от источника V1 и построить график напряжения на стабилитрон в результате.

Создайте схему сейчас, вам не нужно пока вводить какое-либо значение в Source V1. Не беспокойтесь о.Заявление постоянного тока в нижней части схемы, это просто строка текста, которую я поместил туда для справки. Когда вы закончите создание схемы, нажмите Simulate-> Edit Simulation Cmd. затем выберите «Развертка по постоянному току».

Введите следующие значения:

Название 1-го источника для проверки: V1
Тип развертки: линейный
Начальное значение: -4
Стоп-значение: 16
Приращение: 0,1

Нажмите «ОК», затем «Выполнить» и выберите «V (вывод)» в окне графика.

У вас должен получиться такой сюжет:

<Зинер-2.png>

Мы можем заметить, что в диапазоне от -0,5 до примерно 6 В выходной сигнал напряжение следует за входным напряжением.

Ниже этого стабилитрон становится прямым. смещен, а напряжение на нем составляет от -0,5 до -0,6 В, просто вроде штатный диод.

При напряжениях источника выше примерно 6 В стабилитрон начинает проводить ток и напряжение на нем составляют около 6.2 В, что является номинальным Напряжение стабилитрона для этой части.

Область отрицательного напряжения интересна тем, что показывает, что Стабилитрон похож на настоящий диод, когда он смещен в прямом направлении. Однако мы не собираемся использовать стабилитрон в этой области.

Самая интересная часть — это область обратного смещения (когда напряжения от V1 равны положительный). Эффект Зенера обеспечивает напряжение около 6,2 В, что вполне достаточно. стабильно по сравнению с напряжением источника.

Чтобы выяснить, насколько стабильна, давайте повторно запустим симуляцию, но с разверткой исходного кода. от 8 до 18 В.

<Зинер-3. png>

Изменение выходного напряжения по сравнению с изменением входного напряжения, которое вызвало он называется Line Rules .

Регулировка линии = дельта (В

_{на выходе}) / дельта (В _{на выходе})

В этом случае изменение выходного напряжения при вводе изменение напряжения с 14 до 16 В (изменение на 2 В) составляет 20 мВ, поэтому Стабилизация линии между 14 и 16 В составляет 1%.

Если бы мы заменили источник V1 автомобильным аккумулятором, мы бы ожидайте, что регулируемое напряжение стабилитрона будет варьироваться от 6,24 до 6,38 В, в то время как напряжение батареи изменяется с 8 до 16 В, что является значительным улучшением.

Давайте посмотрим на влияние температуры, добавив оператор .STEP к моделирование.

Щелкните значок текста и введите в текстовое поле следующее: «. STEP TEMP LIST 0 25 50″, затем нажмите «Директива», «ОК» и запустите снова симуляция.

<Зинер-4.png>

Теперь общее изменение составляет от 6,24 до 6,39 Вольт, все еще отлично.

Шунтирующие регуляторы

Этот тип схемы называется шунтирующим регулятором , потому что регулирующая элемент находится параллельно (а не последовательно) с нагрузкой. Пока наши схема не показывает нагрузку (пока), нагрузка запитана от любой цепи от регулируемого напряжения, поэтому они будут подключены параллельно с стабилитроном.

Особенность шунтирующего регулятора, которая может быть как преимуществом, так и неудобством. в зависимости от того, где и как используется схема, шунтирующий регулятор тянет постоянный ток от источника. Ток, взятый из источника, является ток, протекающий через последовательный резистор. Поскольку ток, который течет через последовательный резистор зависит только от напряжения источника, Напряжение стабилитрона и номинал резистора постоянны до тех пор, пока напряжение источника постоянно и не зависит от тока нагрузки.

Преимущество заключается в том, что ток источника не зависит от тока нагрузки.

Недостаток — очень низкий КПД схемы при малые токи нагрузки, поэтому схема не оптимизирована для работы от батареи.

Трудно представить более простую схему, она состоит всего из двух основных компонентов.

С другой стороны, доступный ток ограничен. Посмотрим, какой ток мы можем получить от этой схемы.

Расчет максимального тока нагрузки

В этой модифицированной схеме я добавил резистор R2, чтобы представить схему, которая будет используйте опорное напряжение. Резистор пока не имеет значения, он нужен для пояснения сути. Этот резистор составляет нагрузку и потребляет определенный ток. Нам нужно убедиться, что регулятор может обеспечивать ток, необходимый для цепи. представлен резистором R2.

<Зенера-5.png >>

Ток, проходящий через D1 и R2, должен исходить от резистора R1, поэтому ток ток через R1 будет делиться между R2 и стабилитроном.

Я

_R1 = Я _D1 + Я _R2 В нашей примерной схеме, когда напряжение источника равно 12 В, напряжение на стабилитроне равно 6,34 В, поэтому напряжение на резисторе R1 составляет 5,66 В, поэтому ток в резисторе будет 5,66 / 1000 или 5,66 мА.

По мере уменьшения значения R2 ток через него будет увеличиваться, а ток через D1 уменьшится на такую же величину.

Если ток нагрузки (ток через R2) приближается к 5,66 мА, стабилитрон будет голодать (ток через него будет очень низким или нулевым), и он не будет делать свое работа по регулированию напряжения. Давайте узнаем, сколько тока мы можем пропустить D1, посмотрев спецификацию.

Чтобы просмотреть весь документ, нажмите на картинку.

Из раздела «Максимальные характеристики» спецификации видно, что максимальная мощность рассеивание при использовании обычных материалов для печатных плат, таких как FR-4, и при температуре окружающей среды 25 ° C составляет 225 мВт.

Нам известно напряжение стабилитрона, поэтому легко вычислить, какой ток мы можем приложить к детали.

I

_макс. = P _макс. / V _{стабилитрон} В этом случае максимальный ток равен 0.225 / 6,2 = 0,036 А или 36 мА.

Если вы прочитаете примечания в листе данных, вы увидите, что 225 мВт — это Абсолютный максимальный рейтинг при температуре окружающей среды 25 ° C. В техническом паспорте также указаны вы можете определить тепловое сопротивление и номинальные характеристики для температур выше 25 градусов.

Не вдаваясь в детали этих расчетов прямо сейчас, хороший практика проектирования заключается в ограничении максимального тока в нашей цепи до не более более 50% от абсолютного максимума рейтинга.Это 18 мА.

Если наша схема такова, что ток нагрузки может изменяться от нуля до некоторого значения, мы должны убедиться, что через R1 проходит не более 18 мА.

При выбранном нами (несколько произвольно) значении R1 мы достигнем 18 мА. когда напряжение от V1 составляет 6,2 + (1000 * 0,018) = 24,2 В, где 6,2 — это номинальное напряжение стабилитрона, а (1000 * 0,018) — это напряжение, которое нам нужно приложить через R1, чтобы через него протекал ток 18 мА.Итак, похоже, что у нас есть довольно большой запас прочности относительно максимальной рассеиваемой мощности в стабилитроне.

Теперь нам нужно подумать, что происходит при минимальном напряжении питания. На примере автомагнитолы минимальное напряжение от аккумулятора может быть всего 8 В. При напряжении питания 8 В ток через R1 будет Только:

I

_R1 = (V _{источник} — V _{стабилитрон}) / R1 Это равняется 1.8 мА.

Итак, если эта схема использовалась в автомобильном радиоприемнике для обеспечения регулируемого напряжения 6,2 В некоторые чувствительные схемы, мы можем потреблять до 1,8 мА без потери регулирования, и не рискуя взорвать стабилитрон при максимальном напряжении батареи.

На практике, точно так же, как мы снижали максимальный ток, мы не хотели бы полностью заморозить стабилитрон и убедиться, что напряжение остается в норме, мы должны поддерживать минимальный ток в стабилитроне.В таблице данных перечислены напряжение стабилитрона для 3 значений тока 1, 5 и 20 мА, так что пока оно допустимо интерполировать между данными значениями, менее рекомендуется используйте часть за пределами указанного диапазона значений, поэтому мы должны сохранить минимум 1 мА хоть стабилитрон, чтобы он работал нормально.

Это означает, что у нас есть доступный ток нагрузки до 0,8 мА.

Увеличение тока с помощью регулятора прохода серии

Что делать, если 0.8 мА мало?

Что ж, мы могли либо:

Уменьшите значение R1. Мы видели, что при текущем значении 1 кОм мы не сможем достичь безопасного максимального рассеивания мощности до тех пор, пока напряжение питания составляет 24,2 В. Мы можем уменьшить значение R1 так, чтобы максимальная безопасная мощность рассеяние достигается при 18 В, что является максимальным напряжением питания, которое мы нужно проектировать для.
Измените схему с использованием стабилитрона с более высокой номинальной мощностью (и уменьшите значение резистора R1, чтобы через него протекал больший ток), или
Добавьте усилитель тока, используя один или несколько транзисторов.

Решение 1 легко реализовать и стоит недорого, но оно не дает многого. улучшения. В данном случае максимальный ток стабилитрона составляет 18 мА, т.е. также максимально возможный ток нагрузки.

В общем, решение 2 не имеет особого смысла, потому что стабилитрон большей мощности их труднее достать, и цепь быстро потратит много энергии. В связи с тенденцией к оборудованию с батарейным питанием важно знать решения, которые не тратят впустую электроэнергию и не тратят минимум, необходимый для выполнения функции.

Решение 3 немного сложнее, но предлагает большую гибкость и больше эффективный.

Итак, попробуем решение 3.

Существует хорошо известная схема, выполняющая нужную нам функцию, поэтому без лишних слов, вот оно:

<Регулятор-1.png>

Вы должны сразу заметить пару вещей. У нас появился новый символ SPICE I1, который является текущим источником.Теперь вы знакомы с источником напряжения, например, V1 в этой схеме. Источник напряжения запрограммирован на напряжение и обеспечивает это напряжение независимо от того, какой ток нам нужен. Это красота SPICE, не имеющая ограничений реального железа 🙂

Точно так же источник тока будет генерировать любое напряжение, необходимое для количество тока, которое мы запросили.

Вы можете выбрать текущий источник из меню «Компонент», просто найдите и нажмите на «текущий».

Источники тока не так интуитивно понятны, как источники напряжения, поэтому не беспокойтесь если концепция кажется странной. Просто следите за тем, что мы будем делать с этим, и снова раз он станет вам знакомым.

Еще одна вещь, которую вы могли заметить, если действительно наблюдательны, — это то, что мы есть стабилитрон с каталожным номером BZX84C5V6L, которого не было в библиотеке.

Я обманул. Я хотел продемонстрировать известную схему, которая представляет собой стабилизатор на 5 В.Предыдущая схема представляла собой стабилизатор на 6,2 В, которого было достаточно для этой цели. упражнения, используется редко. 5 В — гораздо более распространенное напряжение, а Стабилитрон 5,6 В часто используется в схеме, подобной той, которую я только что описал. Но в библиотеке SwitcherCAD не было стабилитрона на 5,6 В.

Если вы обратитесь к спецификации Motorola (полный документ в формате pdf, а не выдержка выше), вы увидите, что некоторые номера деталей выделены жирным шрифтом. В примечании указано что эти номера деталей предпочтительнее , что означает, что они гораздо более вероятны быть в наличии.Часть 5,6 В выделена жирным шрифтом, поэтому разумно предположить, что она должна были в библиотеке. Учитывая, сколько мы заплатили за SwitcherCAD, мы Простите Linear Technology за то, что она не включила все возможные номера деталей.

Так как же мне получить стабилитрон 5,6 В в SwitcherCAD?

Я открыл файл библиотеки диодов, C: \ Program Files \ LTC \ SwCADIII \ lib \ cmp \ standard.dio в текстовом редакторе и добавил BZX84C5V6L следующим образом:

.модель BZX84C5V6L D (Is = 1,66n Rs = 0,5 Cjo = 205p nbv = 3 bv = 5,6 Ibv = 1 м Vpk = 5,6 mfg = Тип двигателя = стабилитрон)

Вы можете вырезать и вставить всю строку. Я поместил его прямо над частью BZX84C6V2L в файле. Обратите внимание, что эта модель, вероятно, не так хороша, как другие. Это подходит для приведенный ниже пример, но он может не подходить для более сложного моделирования. Поэтому, когда вы закончите курс, вы можете удалить модель из библиотеки.

Мне пришлось закрыть и снова открыть SwitcherCAD, потому что программа явно читает библиотеки при запуске программы и после того, как я изменил файл, она не перезагружала его автоматически.

Хорошо, хватит библиотеки SwitcherCAD, транзистор, который мы добавили к шунтирующему стабилизатору, в конфигурации, известной как Emitter-Follower . Это означает, что напряжение на эмиттер следует за напряжением на базе (с небольшим смещением обычно от 0,6 до 0,7 В). Коэффициент усиления по напряжению такой схемы чуть меньше единицы.

Таким образом, если напряжение базы поддерживается на уровне 5,6 В, напряжение на эмиттере будет быть примерно от 4,9 до 5.0 Вольт.

Прежде чем двигаться дальше, убедитесь, что вы запрограммировали V1 как источник напряжения 12 В.

Чтобы сделать симуляцию более интересной, мы проведем развертку постоянного тока по току.

Нажмите Simulate-> Edit Simulation Cmd и выберите DC sweep . Введите значения следующим образом:

Название 1-го источника для проверки: I1
Тип развертки: линейный
Начальное значение: 0
Стоп-значение 0.1
Приращение: 0,001

Нажмите ОК, затем нажмите кнопку «Выполнить», чтобы начать моделирование. Выберите V (выход). У вас должно получиться что-то вроде этого:

<Регулятор-2.png >>

Изменение выходного напряжения по сравнению с изменением выходного тока, которое вызвало это называется Правила нагрузки . Обычно его измеряют, когда выходной ток изменяется в определенном заданном диапазоне, например, от 50% до 100%.

Регулировка нагрузки выражается в процентах от выходного напряжения или в абсолютном значении.

Если мы выразим это как изменение напряжения по сравнению с изменением тока, которое вызвало он будет называться Выходное сопротивление , поскольку значение сопротивления равно равным отношению напряжения на нем к проходящему через него току.

Регулировка нагрузки = Дельта (В

_{на выходе}) / Среднее В _{на выходе}

Выходное сопротивление = Дельта (В

_{на выходе}) / Дельта (I _{на выходе}) В этом случае изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 50 до 100 мА составляет 40 мВ, поэтому выходное сопротивление равно.04 / 0,05 = 0,8 Ом при изменении тока нагрузки на 50%.

Регулировка нагрузки составляет 0,04 / 4,92 = 0,81%.

Обратите внимание, как напряжение быстро растет при малых токах (ниже нескольких мА). Это связано с тем, что при очень малом токе нагрузки ток базы, который равен = ток нагрузки / Hfe, настолько мал, что базовое напряжение необходимое для его создания становится очень маленьким, намного ниже типичного От 0,6 до 0,7 В.

Я добавил резистор R2 (100 кОм), чтобы обеспечить минимальный ток нагрузки. а без этого резистора напряжение на свету увеличивалось бы еще больше. текущие значения I1.Вы можете попробовать поменять R2 на 1000k например (1 мегом).

На практике, если бы схема действительно должна была работать до такого низкого токи, было бы неплохо немного уменьшить значение R2 для уменьшения повышения напряжения при малых нагрузках.

С другой стороны, обратите внимание, что эта схема теперь выдает 100 мА, пока поддержание регулирования между 4,85 и 5,05 В для токов примерно между 5 мА и 100 мА.

Это было бы идеально для работы с большинством микропроцессоров с питанием 5 В.

Подавление пульсации

Подавление пульсаций — еще одна мера способности регулятора отклонять Колебания сетевого напряжения. Тем не менее, линейное регулирование, определенное выше, измеряется при статических (медленно меняющихся) изменениях входного напряжения, где подавление пульсаций измеряется при быстро меняющемся входном напряжении, обычно при сетевой частоте (60 Гц) или это вторая гармоника (120 Гц).

Если бы мы использовали настоящие инструменты, мы бы измерили отклонение пульсаций наложение небольшого переменного напряжения на входное постоянное напряжение, затем измерение амплитуда того же сигнала на выходе регулятора и вычислителя Соотношение. Например, мы можем подать пиковое напряжение 1 В переменного тока (2 В размах), потому что это хорошо в пределах диапазона регулирования регулятора и производит расчеты Полегче.

Мы можем использовать ту же технику со Spice, хотя Spice предлагает другой метод, который мы изучим на следующем уроке.Для удобства замерим подавление пульсаций на частоте 1 кГц.

Установите источник тока I1 на фиксированное значение 50 мА, установите источник напряжения V1 на быть источником SINE со смещением 12 В постоянного тока, амплитудой 1 В и частотой 1 кГц, тогда отредактируйте команду моделирования следующим образом:

Анализ переходных процессов
Время остановки: 5 мс
Время начала сохранения данных: 0

Затем вернитесь к схеме, щелкните директиву «; DC» и оставьте комментарий (это должен стать синим), запустите моделирование и отобразите выходное напряжение.

Вот график пульсаций на выходе (обратите внимание на шкалу напряжения):

<Регулятор-3.png

Это график, показывающий входное напряжение и выходное напряжение в одном масштабе, Так легче оценить уменьшение пульсации:

<Регулятор-4.png

График показывает, что при питании цепи от источника, имеющего пульсацию 2 В (размах) (мы устанавливаем источник на 12 В постоянного тока с наложенным на него пиковым сигналом 1 В, вы можете используйте курсор для проверки), он обеспечивает регулируемый выход с пульсацией около 30 мВ размах.

Упражнения

Сколько тока мы можем потребить от регулятора, прежде чем регулирование станет действительно плохим? (вы можете использовать SwitcherCAD для экспериментов).
Какие факторы ограничивают увеличение тока?
Постройте напряжение на базе транзистора на том же графике, что и выходное напряжение, чтобы увидеть разницу. Объясните разницу.
Вычислите коэффициент подавления пульсаций в дБ. Поскольку пульсация измеряется в Вольты, а не ватты, уравнение составляет 20 * log (V2 / V1).
Постройте график изменения выходного напряжения при температуре 25, 50 и 75 градусов C.

Щелкните здесь, чтобы увидеть ответы.

Выводы этого урока

Установлено, что регуляторы напряжения являются необходимой частью большинства современные электронные схемы.
Для регуляторов напряжения требуется источник опорного напряжения, обычно стабилитрон.
Регуляторы напряжения характеризуются линейным регулированием и регулированием нагрузки, Характеристики подавления пульсаций и температурной стабильности.
Мы узнали, как использовать SPICE для получения этих значений.

В следующих уроках мы усовершенствуем стабилизатор напряжения с каскадом усиления. отдельно от силового каскада.

Ссылки

Стабилитрон
.

Простой регулятор напряжения с использованием 2N3055

Вы хотите использовать регулятор постоянного тока или узнать о регуляторах напряжения с использованием 2N3055. Зачем нужен этот транзистор? Обычно его можно использовать с нагрузками, которым требуется ток не более 2 А и напряжение не более 30 В.

Этого достаточно для обычных работ. Это транзистор, которым люди пользуются долгое время. Поэтому найти легко и очень дешево. Схем, использующих 2N3055, очень много.

Теперь мы рекомендуем вам 2 принципиальные схемы. Обе схемы используют стабилитрон и транзистор.

Схема регулятора постоянного тока 12 В с использованием 2N3055

Вот линейный стабилизатор 12 В 1 А с транзистором и стабилитроном. Это последовательный стабилизатор напряжения, поскольку ток нагрузки проходит через транзистор серии .

Как показано на схеме ниже, входной клемме требуется нерегулируемый источник постоянного тока, от 15 В до 20 В . Затем на нагрузку выйдет регулируемое напряжение.

Линейный стабилизатор напряжения 12 В 1 А с использованием транзистора 2n3055 и стабилитрона

Для начала, электрический ток, протекающий через резистор-R1 до , ограничивает ток на стабилитроне. Таким образом, он обеспечивает опорное напряжение.
Там же, напряжение базы транзистора-Q1 также является постоянным.

Когда ZD1 составляет 12 В, базовое напряжение также равно 12 В.

Рекомендуем: Что такое стабилитрон и принцип работы

Если поставить транзистор в таком виде. Выходное напряжение такое же, как напряжение на стабилитроне . И мы всегда называем это эмиттер-повторителем. На практике выходное напряжение ниже ZD1. Потому что при транзисторе работает. Он должен иметь напряжение база-эмиттер.

VBE = напряжение база-эмиттер
VZD = напряжение стабилитрона
Vout = выходное напряжение

Vout = VZD — VBE
VBe = 0.6V
Vout = 12V — 0.6V = 11.4V

Посмотрите на рисунок, и вы поймете больше.

Это напряжение по-прежнему подходит для многих нагрузок, использующих источник питания 12 В , таких как радиоприемники.

Поскольку это источник питания , регулирует определенную выходную мощность.

В схеме транзистор имеет правильное усиление, этому помогает изменение VBE.

Когда нагрузка потребляет больше тока. Обычно выходное напряжение низкое. Но напряжение база-эмиттер повышается, транзистор Q1 работает больше.Таким образом, он поддерживает постоянное выходное напряжение.
Затем при нагрузке используйте меньший ток. Повышение выходного напряжения. Но на выходе по-прежнему фиксированное напряжение. Поскольку напряжение база-эмиттер меньше, транзистор Q1 тоже работает меньше.

Преимущество этой схемы, мы можем использовать крошечный ток на стабилитрон и базу транзистора. Таким образом, он имеет гораздо более стабильный выход.

Функции других компонентов

C1 — сглаживающий конденсатор на входе.
C2 поддерживает более стабильное опорное напряжение.
C3 — это развязывающий конденсатор емкостью 0,047 мкФ для фильтрации переходных шумов.
R1 увеличивает стабильность цепи нагрузки
Вы знаете, что такое переходные шумы?
Блок питания имеет паразитное магнитное поле. Схема будет вводить их в переходной шум. Транзистор 2N3055 может питать ток нагрузки до 2А . Но так жарко. Так что нужен правильный радиатор.

Потери мощности в цепи последовательного регулятора

Хорошая конструкция цепи питания.Это должно свести к минимуму потери энергии в цепи. Конечно, энергия будет выражаться теплом.

В эту серию проходят транзисторные стабилизаторы. Транзистор-Q1 работает как резистор. Когда мы учитываем потерю мощности. Он должен рассеивать или уменьшать его.

Вы видите изображение? Это просто. Позвольте мне вам объяснить.

Рассмотрим три случая ниже:

В этих трех примерах A, B и C. Выходы — 15 В, 12 В и 5 В. На 1А ток.

Знаете ли вы, какой транзистор имеет наибольшие тепловые потери? Или…
Какой транзистор будет больше всего нагреваться?
Да, пример C.Почему?
Потому что причина проста.

На транзисторе C падает максимальное напряжение. Это фактически капельный резистор, который должен рассеивать тепло в соответствии с законом Ома.

Вот пример каждого случая:

В случае A:
Напряжение на транзисторе (VCE) составляет 20 В -15 В = 5 В.
Требуется рассеиваемая мощность 5 В x 1 А = 5 Вт.

В случае B:
напряжение на транзисторе (VCE) составляет 20 В -12 В = 7 В.
Требуется рассеиваемая мощность 7 В x 1 А = 7 Вт.

Но…

В случае C :
VEC составляет 20V-5V = 15V; Итак, мощность 15 Вт.

Короткозамкнутый корпус

При коротком замыкании источника питания. Все входное напряжение будет падать на силовой транзистор. И это приведет к огромным проблемам с отоплением.

Итак, по этой причине мы должны держать его холодным с помощью эффективного радиатора.

Источник питания 38 В с использованием 2N3055

Мой друг изучает ЧПУ, ему нужен регулируемый источник питания 38 В для серводвигателя.У нас есть много способов использовать это, но то, что лучше для него. Эта схема — один из правильных вариантов. Потому что у него есть все оборудование. Не нужно покупать новый.

Как работает эта схема

В качестве основной идеи мы используем простой стабилизатор напряжения на стабилитроне и два транзистора для увеличения тока нагрузки до 1A-2A.

Этот регулируемый источник питания включает в себя трансформатор-T1, мост-D1… D4 и цепи регулятора напряжения с фильтрацией постоянного тока 38 В, которые состоят из C1, C2, R1, R2, R3, Q1 и Q2.

При наличии 230 ВА или 120 В переменного тока (США) понижающий трансформатор T1 изменяет напряжение переменного тока в линии питания примерно на 30 В переменного тока. Двухполупериодный выпрямительный мост с D1 по D4 для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток, который затем фильтруется C1.

Конденсатор C1, C3 действует как накопительный конденсатор или фильтрует шум и выбросы переменного тока. Стабилитрон 40 В ZD1 поддерживает постоянное напряжение на базе транзистора Q1 NPN BD139 и транзистора Q2-2N3055 в форме Дарлингтона.

Электролитический конденсатор C2 используется для сглаженного напряжения стабилитрона.Это обеспечивает постоянное напряжение 38 В и высокую мощность на резисторе R3 и на выходных клеммах (+) и (-).

Когда выход соединен с нагрузкой с низким сопротивлением, силовой транзистор Q2 сильно нагревается, поэтому мы всегда используем на нем радиатор.

CR: 2N3055, фото STS

Детали, которые вам понадобятся
Полупроводники:
D1-D1: 1N4002, 100V 1A Диоды
ZD1: 40V 1w Zener D 80В 1.5A NPN транзистор
Q2: 2N3055 или TIP3055 100V, 15A, NPN транзистор
Резисторы (все 0,25 Вт, 5% металл / углеродная пленка, если не указано иное)
Электролитические конденсаторы
: 470 мкФ 50 В
C2: 47 мкФ 50 В
C3: 100 мкФ 50 В
T1: первичная обмотка 230 В или 120 В переменного тока на 30 В, вторичный трансформатор 1A-2A
SW1: Переключатель питания
F1: предохранитель 0,5 A
Примечание:
Вы можете использовать мостиковый диод 2A-4A 200 В вместо D1-D4.Трансформатор используется минимум 2А для нагрузки 1-2А. Эта схема имеет
Вернуться к просмотру:
Транзисторный регулятор напряжения
Схемы стабилизатора напряжения с использованием транзистора и стабилитрона
В этой статье мы подробно обсудим, как создавать индивидуальные схемы транзисторных регуляторов напряжения в фиксированных режимах, а также в переменных режимах.
Все цепи линейного источника питания, которые предназначены для получения стабилизированного постоянного напряжения и тока на выходе, в основном включают в себя транзисторные каскады и стабилитроны для получения требуемых регулируемых выходов.
Эти схемы, использующие дискретные части, могут быть в форме постоянно фиксированного или постоянного напряжения или стабилизированного регулируемого выходного напряжения.
Простейший регулятор напряжения
Вероятно, самым простым типом стабилизатора напряжения является стабилитрон шунтирующего стабилизатора, который работает с использованием базового стабилитрона для регулирования, как показано на рисунке ниже.
Стабилитроны имеют номинальное напряжение, эквивалентное предполагаемому выходному напряжению, которое может точно соответствовать желаемому выходному значению.
Пока напряжение питания ниже номинального значения напряжения стабилитрона, он показывает максимальное сопротивление в диапазоне многих МОм, что позволяет питанию проходить без ограничений.
Однако в момент, когда напряжение питания увеличивается сверх номинального значения «напряжения стабилитрона», происходит значительное падение его сопротивления, в результате чего перенапряжение шунтируется на землю через него, пока напряжение питания не упадет или не достигнет уровня напряжения стабилитрона. .
Из-за этого внезапного шунтирования напряжение питания падает и достигает значения стабилитрона, что вызывает повторное увеличение сопротивления стабилитрона.Затем цикл быстро продолжается, обеспечивая стабилизацию подачи на номинальном значении стабилитрона и никогда не позволяя ему превышать это значение.
Чтобы получить указанную выше стабилизацию, входное напряжение должно быть немного выше, чем требуемое стабилизированное выходное напряжение.
Избыточное напряжение выше значения стабилитрона вызывает срабатывание внутренних «лавинных» характеристик стабилитрона, вызывая мгновенный эффект шунтирования и падение напряжения питания до тех пор, пока оно не достигнет номинального значения стабилитрона.
Это действие продолжается бесконечно, обеспечивая фиксированное стабилизированное выходное напряжение, эквивалентное номинальному значению стабилитрона.
Преимущества стабилизатора напряжения на стабилитроне
Стабилитроны очень удобны там, где требуется стабилизация постоянного напряжения при малом токе.
Стабилитроны просты в настройке и могут использоваться для получения достаточно точного стабилизированного выходного сигнала при любых обстоятельствах.
Для настройки каскада стабилизатора напряжения на основе стабилитрона требуется только один резистор, и его можно быстро добавить в любую схему для достижения желаемых результатов.
Недостатки стабилизаторов со стабилизацией напряжения
Хотя источник питания со стабилизацией стабилизации сигнала является быстрым, простым и эффективным методом достижения стабилизированного выхода, он имеет несколько серьезных недостатков.
Выходной ток низкий, что может поддерживать высокие токовые нагрузки на выходе.
Стабилизация возможна только при малых перепадах входа / выхода. Это означает, что входное напряжение не может быть слишком высоким, чем требуемое выходное напряжение. В противном случае сопротивление нагрузки может рассеять огромное количество энергии, что сделает систему очень неэффективной.
Стабилитрон обычно связан с генерацией шума, который может критически повлиять на характеристики чувствительных схем, таких как конструкции усилителей Hi-Fi, и других подобных уязвимых приложений.
Использование «усиленного стабилитрона»
Это версия с усиленным стабилитроном, в которой используется BJT для создания переменного стабилитрона с улучшенными возможностями управления мощностью.
Давайте представим, что R1 и R2 имеют одинаковое значение., Что создаст достаточный уровень смещения для базы BJT и позволит BJT работать оптимально.Поскольку минимальное требование к прямому напряжению базового эмиттера составляет 0,7 В, BJT будет проводить и шунтировать любое значение, превышающее 0,7 В или самое большее 1 В, в зависимости от конкретных характеристик используемого BJT.
Таким образом, выход будет стабилизирован приблизительно на уровне 1 В. Выходная мощность этого «усиленного переменного стабилитрона» будет зависеть от номинальной мощности BJT и номинала нагрузочного резистора.
Однако это значение можно легко изменить или отрегулировать до другого желаемого уровня, просто изменив значение R2.Или проще заменив R2 на горшок. Диапазон потенциалов потенциометра R1 и R2 может составлять от 1 кОм до 47 кОм, чтобы получить плавно регулируемый выходной сигнал от 1 В до уровня питания (макс. 24 В). Для большей точности вы можете применить следующую формулу делителя напряжения:
Выходное напряжение = 0,65 (R1 + R2) / R2
Недостаток стабилитрона
. пропорционально увеличивается разница между входом и выходом.
Чтобы правильно установить значение резистора нагрузки в зависимости от выходного тока и входного питания, можно соответствующим образом применить следующие данные.
Предположим, что требуемое выходное напряжение составляет 5 В, требуемый ток — 20 мА, а вход питания — 12 В. Тогда, используя закон Ома, мы имеем:
Нагрузочный резистор = (12-5) / 0,02 = 350 Ом
мощность = (12-5) x 0,02 = 0,14 Вт или просто 1/4 Вт.
Схема регулятора последовательного транзистора
По сути, последовательный стабилизатор, также называемый последовательным транзистором, представляет собой переменное сопротивление, создаваемое с помощью транзистора, подключенного последовательно с одной из линий питания и нагрузкой.
Сопротивление транзистора току автоматически регулируется в зависимости от выходной нагрузки, так что выходное напряжение остается постоянным на желаемом уровне.
В цепи последовательного регулятора входной ток должен быть немного больше, чем выходной ток. Эта небольшая разница — единственная величина тока, которая используется схемой регулятора самостоятельно.
Преимущества последовательного регулятора
Основным преимуществом схемы последовательного регулятора по сравнению с регулятором шунтового типа является его лучшая эффективность.
Это приводит к минимальному рассеянию мощности и потерям из-за тепла. Из-за этого большого преимущества последовательные транзисторные стабилизаторы очень популярны в приложениях для регуляторов напряжения большой мощности.
Однако этого можно избежать там, где требования к мощности очень низкие или где эффективность и тепловыделение не входят в число критических проблем.
В принципе, последовательный регулятор может просто включать стабилитрон, нагружая буферную схему эмиттерного повторителя, как указано выше.
Вы можете найти единичное усиление напряжения всякий раз, когда используется каскад эмиттерного повторителя. Это означает, что когда на его базу подается стабилизированный вход, мы обычно также получаем стабилизированный выход и от эмиттера.
Поскольку мы можем получить более высокий коэффициент усиления по току от эмиттерного повторителя, можно ожидать, что выходной ток будет намного выше по сравнению с применяемым базовым током.
Следовательно, даже если базовый ток составляет около 1 или 2 мА в каскаде стабилитрона, который также становится потребляемым током покоя конструкции, выходной ток 100 мА может быть доступен на выходе.
Входной ток складывается с выходным током вместе с 1 или 2 мА, используемыми стабилитроном, и по этой причине достигаемый КПД достигает выдающегося уровня.
Учитывая, что входной источник питания схемы достаточно рассчитан для достижения ожидаемого выходного напряжения, выход может практически не зависеть от уровня входного питания, поскольку он напрямую регулируется базовым потенциалом Tr1.
Стабилитрон и развязывающий конденсатор создают идеально чистое напряжение на базе транзистора, которое воспроизводится на выходе, создавая напряжение практически без шума.
Это позволяет схемам этого типа выдавать выходные сигналы с удивительно низкой пульсацией и шумом без использования огромных сглаживающих конденсаторов, а также с диапазоном тока, который может достигать 1 А или даже больше.
Что касается уровня выходного напряжения, он может не быть в точности равным подключенному напряжению стабилитрона. Это связано с тем, что между выводами базы и эмиттера транзистора существует падение напряжения примерно 0,65 В.
Это падение, следовательно, необходимо вычесть из значения напряжения стабилитрона, чтобы можно было достичь минимального выходного напряжения схемы.
Это означает, что если значение стабилитрона составляет 12,7 В, то выход на эмиттере транзистора может быть около 12 В, или, наоборот, если желаемое выходное напряжение составляет 12 В, то напряжение стабилитрона должно быть выбрано равным 12,7 В.
Регулирование этой схемы последовательного регулятора никогда не будет идентично регулированию схемы стабилитрона, потому что эмиттерный повторитель просто не может иметь нулевое выходное сопротивление.
И падение напряжения на каскаде должно незначительно возрастать в ответ на увеличение выходного тока.
С другой стороны, хорошего регулирования можно ожидать, когда ток стабилитрона, умноженный на коэффициент усиления по току транзистора, достигает как минимум 100-кратного ожидаемого максимального выходного тока.
Стабилизатор серии High Current с использованием транзисторов Дарлингтона
Для точного достижения этого часто подразумевается, что необходимо использовать несколько транзисторов, может быть 2 или 3, чтобы мы могли достичь удовлетворительного усиления на выходе.
Основная схема с двумя транзисторами, использующая пару Дарлингтона с эмиттерным повторителем, указанная на следующих рисунках, демонстрирует технику применения 3 BJT в конфигурации с эмиттерным повторителем Дарлингтона.
Обратите внимание, что включение пары транзисторов приводит к более высокому падению напряжения на выходе, примерно 1,3 В, через базу 1-го транзистора к выходу.
Это связано с тем, что на каждом из транзисторов снижено примерно 0,65 Вольт. Если рассматривать схему из трех транзисторов, это может означать падение напряжения чуть ниже 2 В на базе 1-го транзистора и выходе и так далее.
Стабилизатор напряжения с общим эмиттером и отрицательной обратной связью
Хорошая конфигурация иногда наблюдается в конкретных конструкциях, имеющих пару усилителей с общим эмиттером, со 100-процентной чистой отрицательной обратной связью.
Эта установка показана на следующем рисунке.
Несмотря на то, что каскады с общим эмиттером обычно имеют значительную степень усиления по напряжению, в данном случае это может быть не так.
Это происходит из-за 100% отрицательной обратной связи, которая возникает между коллектором выходного транзистора и эмиттером транзистора драйвера. Это позволяет усилителю достичь коэффициента усиления с точностью до единицы.
Преимущества регулятора с общим эмиттером и обратной связью
Эта конфигурация работает лучше по сравнению с регуляторами на основе эмиттерного повторителя с парой Дарлингтона из-за меньшего падения напряжения на входных / выходных клеммах.
Падение напряжения, достигаемое в этих конструкциях, составляет всего около 0,65 вольт, что способствует большей эффективности и позволяет схеме работать эффективно независимо от того, превышает ли нестабилизированное входное напряжение всего на несколько сотен милливольт ожидаемое выходное напряжение.
Разрядник батарей с использованием цепи последовательного регулятора
Указанная схема разрядника батарей представляет собой функциональную иллюстрацию конструкции, построенной с использованием стандартного последовательного регулятора.
Модель разработана для всех приложений, работающих от 9 В постоянного тока с максимальным током не более 100 мА.Это не подходит для устройств, требующих относительно большей силы тока.
T1 — это трансформатор на 12–0–12 вольт 100 мА, который обеспечивает изолированную защитную изоляцию и понижение напряжения, а его вторичная обмотка с центральным ответвлением управляет базовым двухтактным выпрямителем с фильтрующим конденсатором.
Без нагрузки на выходе будет около 18 вольт постоянного тока, которое может упасть примерно до 12 вольт при полной нагрузке.
Схема, которая работает как стабилизатор напряжения, на самом деле представляет собой базовую конструкцию последовательного типа, включающую R1, D3 и C2 для получения стабилизированного номинального выходного напряжения 10 В.Ток стабилитрона колеблется от 8 мА без нагрузки до 3 мА при полной нагрузке. Рассеяние, создаваемое в результате R1 и D3, минимально.
Эмиттерный повторитель на паре Дарлингтона, образованный TR1 и TR2, можно увидеть сконфигурированным как выходной буферный усилитель, обеспечивающий усиление по току около 30 000 при полном выходе, в то время как минимальное усиление составляет 10 000.
На этом уровне усиления, когда устройство работает с использованием 3 мА при токе полной нагрузки, и минимальное усиление i практически не демонстрирует отклонения в падении напряжения на усилителе даже при колебаниях тока нагрузки.
Реальное падение напряжения на выходном усилителе составляет примерно 1,3 В, а при умеренном входном напряжении 10 В это дает на выходе примерно 8,7 Вольт.
Это выглядит почти равным указанным 9 В, учитывая тот факт, что даже настоящая 9-вольтовая батарея может показывать колебания от 9,5 В до 7,5 В в течение периода эксплуатации.
Добавление ограничения тока к последовательному регулятору
Для регуляторов, описанных выше, обычно становится важным добавить защиту от короткого замыкания на выходе.
Это может быть необходимо для обеспечения хорошего регулирования при низком выходном сопротивлении. Поскольку источник питания имеет очень низкий импеданс, в случае случайного короткого замыкания на выходе может пройти очень высокий выходной ток.
Это может привести к немедленному сгоранию выходного транзистора и некоторых других деталей. Типичный предохранитель может просто не обеспечить достаточной защиты, потому что повреждение, вероятно, произойдет быстро, даже до того, как предохранитель сможет среагировать и сработать.
Самый простой способ реализовать это, возможно, добавив в схему ограничитель тока. Это включает в себя дополнительные схемы без какого-либо прямого влияния на производительность конструкции в нормальных рабочих условиях.
Однако ограничитель тока может вызвать быстрое падение выходного напряжения, если подключенная нагрузка пытается потреблять значительную величину тока.
На самом деле выходное напряжение падает так быстро, что, несмотря на короткое замыкание на выходе, ток, доступный от цепи, немного превышает указанный максимальный номинал.
Результат схемы ограничения тока подтвержден приведенными ниже данными, которые отображают выходное напряжение и ток с учетом постепенно снижающегося импеданса нагрузки, полученного с помощью предлагаемого блока Battery Eliminator.
Схема ограничения тока работает с использованием только пары элементов; R2 и Tr3. Его реакция на самом деле настолько быстрая, что она просто устраняет все возможные риски короткого замыкания на выходе, тем самым обеспечивая отказоустойчивую защиту выходных устройств.Работу ограничения тока можно понять, как описано ниже.
R2 подключен последовательно с выходом, что приводит к тому, что напряжение, развиваемое на R2, пропорционально выходному току. При выходном потреблении, достигающем 100 мА, напряжения, создаваемого на R2, будет недостаточно для срабатывания на Tr3, поскольку это кремниевый транзистор, для включения которого требуется минимальный потенциал 0,65 В.
Однако, когда выходная нагрузка превышает предел 100 мА, он генерирует достаточный потенциал на T2, чтобы адекватно включить Tr3 в режим проводимости.TR3, в свою очередь, вызывает протекание некоторого тока f к Trl через отрицательную шину питания через нагрузку.
Это приводит к некоторому снижению выходного напряжения. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к пропорциональному увеличению потенциала на R2, что заставляет Tr3 включаться еще сильнее.
Это, следовательно, позволяет смещать более высокие величины тока в сторону Tr1 и отрицательной линии через Tr3 и нагрузку. Это действие дополнительно приводит к пропорциональному увеличению падения выходного напряжения.
Даже в случае короткого замыкания на выходе Tr3, вероятно, будет сильно смещен в проводимость, заставляя выходное напряжение упасть до нуля, гарантируя, что выходной ток никогда не превысит отметку 100 мА.
Настольный источник питания с регулируемым напряжением
Источники питания с регулируемым напряжением работают по тому же принципу, что и стабилизаторы постоянного напряжения, но они оснащены потенциометром, который обеспечивает стабилизированный выходной сигнал с переменным диапазоном напряжения.
Эти схемы лучше всего подходят в качестве настольных и мастерских источников питания, хотя их также можно использовать в приложениях, требующих различных регулируемых входов для анализа. Для таких работ потенциометр источника питания действует как предустановленный элемент управления, который можно использовать для настройки выходного напряжения источника питания в соответствии с желаемыми регулируемыми уровнями напряжения.
На рисунке выше показан классический пример схемы регулируемого стабилизатора напряжения, которая обеспечивает плавно регулируемый стабилизированный выход от 0 до 12 В.
Основные характеристики
Максимальный диапазон тока ограничен 500 мА, хотя его можно увеличить до более высоких уровней путем соответствующей модернизации транзисторов и трансформатора.
Конструкция обеспечивает очень хорошее регулирование шума и пульсаций, которые могут быть менее 1 мВ.
Максимальная разница между входным питанием и регулируемым выходом не более 0,3 В даже при полной выходной нагрузке.
Регулируемый источник переменного тока идеально подходит для тестирования почти всех типов электронных проектов, требующих высококачественных регулируемых источников питания.
Как это работает
В этой конструкции мы видим схему делителя потенциала, включенную между выходным каскадом стабилитрона и входным буферным усилителем. Этот потенциальный делитель создается VR1 и R5. Это позволяет отрегулировать рычаг ползунка VR1 от минимального 1,4 В, когда он находится рядом с основанием своей дорожки, до уровня стабилитрона 15 В, когда он находится в наивысшей точке своего диапазона регулировки.
На каскаде выходного буфера падает примерно 2 вольта, что позволяет диапазон выходного напряжения от 0 до примерно 13 В.При этом верхний диапазон напряжения подвержен частичным допускам, таким как допуск 5% для напряжения стабилитрона. Поэтому оптимальное выходное напряжение может быть чуть выше 12 вольт.
Несколько типов эффективных схем защиты от перегрузки могут быть очень важны для любого настольного источника питания. Это может быть важно, поскольку выход может быть уязвим для случайных перегрузок и коротких замыканий.
В данной конструкции мы используем довольно простое ограничение тока, определяемое Trl и связанными с ним элементами.Когда блок работает в нормальных условиях, напряжение, создаваемое на резисторе R1, который подключен последовательно с выходом питания, слишком мало для того, чтобы привести Tr1 в состояние проводимости.
В этом сценарии схема работает нормально, за исключением небольшого падения напряжения, создаваемого резистором R1. Это практически не влияет на эффективность регулирования агрегата.
Это потому, что каскад R1 предшествует схеме регулятора. В случае перегрузки потенциал, наведенный на R1, возрастает примерно до 0.65 вольт, что заставляет Tr1 включаться за счет базового тока, полученного из разности потенциалов, генерируемой на резисторе R2.
Это заставляет R3 и Tr 1 втягивать значительное количество тока, в результате чего падение напряжения на R4 существенно увеличивается, а выходное напряжение снижается.
Это действие мгновенно ограничивает выходной ток до максимального значения от 550 до 600 мА, несмотря на короткое замыкание на выходе.
Так как функция ограничения тока ограничивает выходное напряжение практически до 0 В.
R6 устроен как нагрузочный резистор, который в основном предотвращает слишком низкий выходной ток и невозможность нормальной работы буферного усилителя. C3 позволяет устройству достичь отличного переходного отклика.
Недостатки
Как и в любом типичном линейном регуляторе, рассеиваемая мощность в Tr4 определяется выходным напряжением и током и максимальна при регулировке потенциометра для более низких выходных напряжений и более высоких выходных нагрузок.
В наиболее серьезных обстоятельствах на Tr4 может быть наведено 20 В, что приведет к протеканию через него тока около 600 мА.В результате на транзисторе рассеивается мощность около 12 Вт.
Чтобы выдерживать это длительное время, устройство должно быть установлено на довольно большом радиаторе. VR1 можно было установить с большой ручкой управления с калиброванной шкалой, отображающей маркировку выходного напряжения.
Список деталей
Резисторы. (Все 1/3 ватта 5%).
R1 1,2 Ом
R2 100 Ом
R3 15 Ом
R4 1k
R5 470 Ом
R6 10k
VR1 4.7k линейный углерод
Конденсаторы
C1 2200 мкФ 40 В
C2 100 мкФ 25 В
C3 330 нФ
Полупроводники
Tr1 BC108
Tr2 BC107
Tr3 BFY451
Tr3 BFY451
Tr3 BFY451
Tr3 BFY451
D4 1N4002 (4 шт.)
D5 BZY88C15V (15 В, стабилитрон 400 мВт)
Трансформатор
T1 Стандартная первичная сеть, 17 или 18 В, 1 ампер
вторичная
Переключатель
S1 D.ТИХООКЕАНСКОЕ СТАНДАРТНОЕ ВРЕМЯ. роторная сеть или тумблер
Разное
Корпус, выходные разъемы, печатная плата, сетевой шнур, провод, припой
и т. д.
Как остановить перегрев транзистора при более высоких дифференциалах входа / выхода
Тип проходного транзистора Регуляторы, как описано выше, обычно сталкиваются с ситуацией чрезвычайно высокого рассеяния, возникающего из последовательного транзистора стабилизатора, когда выходное напряжение намного ниже, чем входное напряжение..
Каждый раз, когда высокий выходной ток создается при низком напряжении (TTL), возможно, критически важно использовать охлаждающий вентилятор на радиаторе. Возможно, серьезной иллюстрацией может быть сценарий блока источника, рассчитанного на обеспечение 5 ампер через 5 и 50 вольт.
Блоки этого типа обычно имеют нерегулируемое питание 60 вольт. Представьте, что это конкретное устройство должно обеспечивать питание цепей TTL во всем номинальном токе. Последовательный элемент в цепи должен в этой ситуации рассеивать 275 Вт!
Затраты на обеспечение достаточного охлаждения, по-видимому, объясняются только ценой последовательного транзистора.В случае, если падение напряжения на транзисторе регулятора может быть ограничено до 5,5 В, независимо от предпочтительного выходного напряжения, рассеивание может быть существенно уменьшено на приведенном выше рисунке, это может быть 10% от его начального значения.
Этого можно достичь, используя три полупроводниковые детали и пару резисторов (рис. 1). Вот как это работает: тиристор Thy может нормально проводить через R1.
Тем не менее, как только падение напряжения на Т2 — серийный регулятор выходит за пределы 5.5 вольт, T1 начинает проводить, в результате чего тиристор «открывается» при последующем переходе через ноль на выходе мостового выпрямителя.
Эта конкретная рабочая последовательность постоянно контролирует заряд, подаваемый через конденсатор фильтра C1, чтобы нерегулируемое питание было зафиксировано на 5,5 В выше регулируемого выходного напряжения. Значение сопротивления, необходимое для R1, определяется следующим образом:
R1 = 1,4 x В _сек — (В _мин + 5) / 50 (результат будет в кОм)
, где Vsec указывает вторичное среднеквадратичное значение. напряжение трансформатора, а Vmin означает минимальное значение регулируемого выхода.
Тиристор должен выдерживать пиковые пульсации тока, а его рабочее напряжение должно составлять минимум 1,5 В _сек. Транзистор последовательного стабилизатора должен быть рассчитан на поддержку максимального выходного тока, I _max, и должен быть установлен на радиаторе, где он может рассеивать 5,5 x I _сек Вт.
Получение фиксированного напряжения от транзисторного регулятора
Используя всего один транзистор и несколько стабилитронов, вы можете получить различные напряжения в диапазоне от 5 В до 10 В от источника питания 12 В.На приведенной ниже диаграмме и диаграмме показано, как можно сконфигурировать транзистор, стабилитрон и резистор смещения для реализации простой схемы транзисторного стабилизатора.
Заключение
В этом посте мы узнали, как построить простые схемы линейного регулятора напряжения, используя последовательно проходной транзистор и стабилитрон. Источники питания с линейной стабилизацией предоставляют нам довольно простые варианты создания фиксированных стабилизированных выходов с использованием минимального количества компонентов.
В таких конструкциях в основном транзистор NPN конфигурируется последовательно с положительной входной линией питания в режиме общего эмиттера.Стабилизированный выход получается через эмиттер транзистора и отрицательную линию питания.
База транзистора сконфигурирована со схемой стабилитронного зажима или регулируемым делителем напряжения, который гарантирует, что напряжение на стороне эмиттера транзистора точно повторяет потенциал базы на выходе эмиттера транзистора.
Если нагрузка является сильноточной нагрузкой, транзистор регулирует напряжение на нагрузке, вызывая увеличение ее сопротивления, и, таким образом, гарантирует, что напряжение на нагрузке не превышает заданное фиксированное значение, установленное его базовой конфигурацией.
Схема транзисторного регулятора 5 В
Как правильно выбрать регулятор (ы) напряжения для вашей конструкции
В этой статье показано, как выбрать лучший тип стабилизатора напряжения для вашего конкретного электронного продукта.
Вероятно, более 90% продукции требуют регулятора напряжения того или иного типа, что делает их одними из наиболее часто используемых электрических компонентов.
Если у вас нет возможности работать напрямую от напряжения батареи или внешнего адаптера постоянного / переменного тока, требуется стабилизатор напряжения.Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.
Эта статья — ваше руководство по выбору регуляторов напряжения, подходящих для вашей конструкции. Мы расскажем обо всем, от определения типа регулятора напряжения до выбора регулятора, отвечающего вашим конкретным требованиям.
Выбор необходимого регулятора
Первым шагом в выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.
Несмотря на то, что существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и помогут сузить круг выбора необходимого вам регулятора.
Регуляторы напряжения
можно разделить на две широкие классификации:
Понижающий : Выходное напряжение ниже входного
Повышающий : Выходное напряжение больше входного
Знание входного и выходного напряжения поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.
Регуляторы напряжения, которым требуется выходное напряжение меньше входного, являются наиболее распространенным типом регуляторов напряжения. Например, вы вводите 5 В и выдает 3,3 В, или вы вводите 12 В и выдает 5 В.
Вам необходимо рассмотреть два типа регуляторов:
Линейные регуляторы : простые, дешевые и бесшумные, но могут иметь низкую энергоэффективность. Линейные регуляторы способны только понижать напряжение.
Импульсные регуляторы : Высокая энергоэффективность, но более сложная и дорогая, с большим шумом на выходе.Импульсные регуляторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.
Если вам требуется выходное напряжение ниже входного, начните с линейного регулятора, а не импульсного регулятора.
Рисунок 1. Линейный регулятор использует транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может производить только выходное напряжение ниже входного.
Линейные регуляторы
намного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому, как правило, они должны быть вашим первым выбором.
Единственный случай, когда вы не хотите использовать линейный стабилизатор, — это если рассеиваемая мощность слишком велика или вам нужно повысить напряжение.
Определите рассеиваемую мощность
Хотя линейные регуляторы дешевы и просты в использовании, основным недостатком является то, что они могут тратить много энергии. Это может вызвать чрезмерный разряд батареи, перегрев или повреждение продукта.
Если у вас есть аккумулятор, мощность которого расходуется на тепло, аккумулятор разряжается быстрее.Если это не аккумулятор, но он по-прежнему выделяет значительное количество тепла, это может вызвать другие проблемы с вашей конструкцией.
Фактически, при определенных условиях линейный регулятор может выделять столько тепла, что фактически разрушает себя. Очевидно, вы этого не хотите.
При использовании линейного регулятора начните с определения того, сколько мощности будет рассеиваться регулятором.
Для линейных регуляторов используйте уравнение:
Мощность = (Входное напряжение — Выходное напряжение) x Ток (Уравнение 1)
Можно предположить, что выходной ток (также называемый током нагрузки) примерно такой же, как входной ток для линейных регуляторов.
На самом деле, входной ток равен выходному току плюс ток покоя, который потребляет линейный регулятор для выполнения функции регулирования.
Однако для большинства регуляторов ток покоя чрезвычайно мал по сравнению с током нагрузки, поэтому достаточно предположить, что выходной ток равен входному.
Как видно из уравнения 1, если у вас большой перепад напряжения (Vin — Vout) на регуляторе и / или большой ток нагрузки, то ваш регулятор будет рассеивать большое количество энергии.
Например, если на входе 12 В, а на выходе 3,3 В, разность напряжений будет рассчитана как 12 В — 3,3 В = 8,7 В.
Если ток нагрузки составляет 1 ампер, это означает, что регулятор должен рассеивать 8,7 Вт мощности. Это огромная потеря мощности, с которой не справится любой линейный регулятор.
Если, с другой стороны, у вас есть высокий перепад напряжения, но вы используете ток нагрузки всего в несколько миллиампер, тогда мощность будет небольшой.
Например, в приведенном выше случае, если вы сейчас используете ток нагрузки только 100 мА, тогда рассеиваемая мощность упадет до 0,87 Вт, что намного удобнее для большинства линейных регуляторов.
При выборе линейного регулятора недостаточно просто убедиться, что входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки соответствуют спецификациям регулятора.
Например, у вас есть линейный регулятор, рассчитанный на напряжение до 15 В и ток 1 А. Вы думаете: «Хорошо, если это так, я могу подать на вход 12 В, взять 3.3 В на выходе и запустить его при 1 А, не так ли? »
Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор выдерживает даже такое количество мощности. Способ сделать это — определить, насколько нагревается регулятор, в зависимости от мощности, которую он должен рассеять.
Для этого сначала рассчитайте, сколько мощности будет рассеивать линейный регулятор, используя уравнение 1 выше.
Во-вторых, посмотрите в таблице данных регулятора в разделе «тепловые характеристики» параметр под названием «Theta-JA», выраженный в единицах ° C / Вт (° C на ватт).
Theta-JA указывает количество градусов, на которое микросхема будет нагреваться выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, которую он должен рассеять.
Просто умножьте расчетную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и вы узнаете, насколько сильно линейный регулятор будет нагреваться при такой мощности:
Мощность x Theta-JA = Температура выше окружающей (Уравнение 2)
Допустим, ваш регулятор соответствует спецификации Theta-JA 50 ° C на ватт.Это означает, что если ваш продукт рассеивает:
1 ватт, он нагреется до 50 ° C.
2 Вт нагреется до 100 ° С.
½ ватта нагреется до 25 ° C.
Важно отметить, что рассчитанная выше температура представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.
Допустим, вы подсчитали, что при ваших условиях питания регулятор будет рассеивать 2 Вт мощности. Вы умножаете это на Theta-JA, и вы определяете, что он нагреется до 100 ° C.
Здесь важно не забыть добавить температуру окружающего воздуха. Комнатная температура обычно составляет 25 ° C. Следовательно, вы должны добавить 25 ° C к 100 ° C. Теперь у вас температура 125 ° C.
125 ° C — это максимальная температура, на которую рассчитано большинство электронных компонентов, поэтому вы никогда не захотите намеренно превышать 125 ° C.
Обычно вы не повредите свой продукт, пока не достигнете температуры примерно от 170 ° C до 200 ° C. К счастью, у большинства регуляторов также есть тепловое отключение, которое срабатывает при температуре около 150 ° C, поэтому они отключатся до того, как вызовут какие-либо повреждения.
Однако у некоторых регуляторов нет теплового отключения, поэтому вы можете повредить их, рассеивая слишком много энергии.
В любом случае вы не хотите, чтобы ваш продукт постоянно перегревался и ему приходилось отключаться, чтобы остыть.
Также следует учитывать, что температура воздуха не всегда может быть 25 ° C.
Допустим, ваш регулятор все еще нагревается до 100 ° C при нагрузке, но теперь температура окружающей среды составляет 50 ° C (например, в закрытой машине в жаркий летний день).
Теперь у вас 50 ° C плюс 100 ° C и температура до 150 ° C при загрузке. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.
Очевидно, этого следует избегать. Эксплуатация регулятора таким образом, чтобы он регулярно превышал заданную температуру 125 ° C, может не вызвать немедленного повреждения, но может сократить срок службы компонента.
Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)
В некоторых случаях линейные регуляторы могут быть чрезвычайно эффективными, потребляя очень мало энергии.Это происходит, когда они работают с очень низким входным напряжением к выходному напряжению.
Например, если Vin — Vout составляет всего 300 мВ, то даже при токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность составляет всего 0,9 Вт, что является достаточно низкой мощностью, чтобы выдерживать нагрузку большинством регуляторов.
Минимальный дифференциал Vin-Vout, с которым может работать линейный регулятор, называется падением напряжения. Если разница между Vin и Vout падает ниже напряжения отключения, то регулятор находится в режиме отключения.
Регулятор в режиме отпускания просто выглядит как небольшой резистор от входа до выхода. Это означает, что выход, по сути, просто соответствует входному питанию, и на самом деле никакое регулирование не выполняется.
В большинстве случаев следует избегать использования линейного регулятора в режиме отключения. Это ни в коем случае не повредит чему-либо, но вы потеряете многие преимущества регулятора.
Например, если у вас много шума на входе, он обычно будет отфильтрован линейным регулятором.Однако эта фильтрация не будет происходить в режиме отключения, поэтому весь шум входного источника питания проходит прямо через выходное напряжение.
Причина, по которой стабилизаторы с малым падением напряжения настолько полезны, заключается в том, что они позволяют управлять регулятором с очень малой рассеиваемой мощностью. Это связано с тем, что линейный регулятор наиболее эффективен, когда разница между Vin и Vout небольшая.
Многие старые линейные регуляторы имели очень высокое падение напряжения. Например, популярные стабилизаторы серии 7800 имеют паспортное напряжение падения 2 В.Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше выходного напряжения.
Рисунок 2 — Старые трехконтактные линейные регуляторы требуют большего перепада напряжения Vin-Vout и, следовательно, расходуют больше энергии, чем более новые регуляторы LDO.
Хотя 2 В — это не так уж и много, если вы пропускаете через этот регулятор ток в 1 ампер и у вас есть разница в 2 В, то это 2 Вт энергии, теряемой зря.
Регуляторы LDO нового поколения могут иметь очень низкое падение напряжения менее 200 мВ при полной нагрузке.
LDO, работающий с перепадом напряжения всего 200 мВ, может пропускать в 10 раз больше тока при той же рассеиваемой мощности, что и линейный стабилизатор, работающий с перепадом напряжения 2 В. Таким образом, 1 ампер тока с дифференциалом Vin-Vout 200 мВ соответствует лишь 0,2 Вт рассеиваемой мощности.
Краткое описание линейных регуляторов
Линейные регуляторы полезны, если:
Разница между входным и выходным напряжением мала
У вас низкий ток нагрузки
Вам требуется исключительно чистое выходное напряжение
Вам нужно сделать дизайн максимально простым и дешевым
Как мы обсудим дальше, импульсные стабилизаторы создают много шума на выходе и могут создавать нечеткое выходное напряжение.
Это может быть приемлемо для некоторых приложений, но во многих случаях требуется очень чистое напряжение питания. Например, при генерации напряжения питания для аналого-цифрового преобразователя или какой-либо звуковой схемы.
Таким образом, линейные регуляторы не только проще в использовании, но и обеспечивают гораздо более чистое выходное напряжение по сравнению с импульсными регуляторами, без пульсаций, всплесков или шума любого типа.
Таким образом, если рассеиваемая мощность не слишком велика или вам не требуется повышающий регулятор, линейный регулятор будет вашим лучшим вариантом.
Импульсные регуляторы
Импульсные регуляторы намного сложнее для понимания, чем линейные регуляторы. Линейный регулятор основан на силовом транзисторе, который регулирует величину тока, разрешенного для подачи на выход.
ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .
Если система управления линейного регулятора определяет, что выходное напряжение ниже, чем должно быть, то от входа к выходу может проходить больший ток.И наоборот, если обнаруживается, что выходное напряжение выше, чем должно быть, регулятор позволит меньшему току течь от входа к выходу, действуя таким образом, чтобы снизить выходное напряжение.
С другой стороны, импульсные регуляторы используют катушки индуктивности и конденсаторы для временного хранения энергии перед передачей ее на выход.
В этом уроке я проектирую печатную плату, используя простой линейный регулятор, а в этом более глубоком курсе я проектирую индивидуальную плату, используя более сложный импульсный стабилизатор.
Существует два основных типа импульсных регуляторов: повышающий и понижающий.
Понижающий импульсный стабилизатор также называется понижающим стабилизатором и, как линейный регулятор, выдает выходное напряжение ниже входного.
Рис. 3. Понижающий импульсный стабилизатор использует катушку индуктивности в качестве временного накопителя энергии для эффективного создания выходного напряжения ниже входного.
Если вы начали планировать использование линейного регулятора (понижающего), но определили, что рассеиваемая мощность слишком велика, тогда вам следует использовать понижающий импульсный стабилизатор.
В то время как повышающий импульсный стабилизатор создает выходное напряжение, превышающее входное, и называется повышающим регулятором.
Импульсные регуляторы очень эффективны даже при очень больших перепадах между входом и выходом.
КПД равен выходной мощности, деленной на входную. Это соотношение того, какая часть мощности от входа поступает на выход.
КПД = Pout / Pin = (Vout x Iout) / (Vin x Iin) (Уравнение 3)
Уравнение эффективности то же самое для линейного регулятора.Однако, поскольку выходной ток равен входному току для линейного регулятора, уравнение 3 упрощается до простого:
КПД (линейный регулятор) = Vout / Vin (уравнение 4)
Например, предположим, что у вас на входе 24 В, а на выходе необходимо 3 В при токе нагрузки 1 А. Если бы это был линейный регулятор, он работал бы с чрезвычайно низким КПД, и почти вся мощность рассеивалась бы в виде тепла.
КПД линейного регулятора будет только 3 В / 24 В = 12.5%. Это означает, что только 12,5% мощности от входа поступает на выход. Остальные 87,5% передаваемой мощности теряются в виде тепла!
С другой стороны, импульсные регуляторы обычно имеют КПД 90% или больше независимо от разницы между входным и выходным напряжениями. Для импульсного регулятора около 90% мощности передается на выход и только 10% тратится впустую.
Только когда Vin и Vout близки друг к другу, линейный регулятор может сравниться по эффективности с импульсным регулятором.
Например, если у вас входное напряжение 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а на выходе выдается 3,3 В, то линейный стабилизатор будет иметь КПД 3,3 В / 3,6 В = 91,7%.
Повышающие регуляторы напряжения
В большинстве случаев выходное напряжение будет ниже входного. В этом случае следует использовать линейный регулятор или понижающий импульсный стабилизатор, как обсуждалось.
Однако есть и другие случаи, когда вам может потребоваться выходное напряжение выше входного.Например, если у вас аккумулятор на 3,6 В и вам нужно питание 5 В.
Рис. 4. В повышающем импульсном стабилизаторе катушка индуктивности используется в качестве временного накопительного элемента для эффективного создания выходного напряжения, превышающего входное.
Многие новички в электронике удивляются, узнав, что можно получить более высокое напряжение из более низкого напряжения. Для выполнения этой функции необходим импульсный регулятор, называемый повышающим регулятором.
В отличие от линейных регуляторов выходной ток импульсного регулятора не равен входному току. Вместо этого вы должны смотреть на входную мощность, выходную мощность и эффективность.
Рассчитаем входной ток для повышающего регулятора. Предположим, что входное напряжение — 3 В, выходное напряжение — 5 В, выходной ток — 1 А, а энергоэффективность — 90% (как указано в таблице данных).
Чтобы выяснить это, нам нужно использовать небольшую базовую алгебру для уравнения 3, чтобы найти входную мощность:
Pin = Pout / КПД (Уравнение 5)
Мы знаем, что эффективность составляет 90% (или 0.90), и мы знаем, что выходная мощность составляет 5 В x 1 А = 5 Вт. Мы можем рассчитать, что входная мощность составляет 5 Вт / 0,9 = 5,56 Вт.
Поскольку входная мощность составляет 5,56 Вт, а выходная мощность 5 Вт, это означает, что регулятор рассеивает только 0,56 Вт.
Далее, поскольку мы знаем, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, это означает, что входной ток равен:
Входной ток = 5,56 Вт / Vin = 5,56 Вт / 3 В = 1,85 A (Уравнение 6)
Для повышающего регулятора входной ток всегда будет выше, чем выходной ток.С другой стороны, входной ток понижающего регулятора всегда будет меньше выходного тока.
Регуляторы понижающего давления
Допустим, вы получаете питание от двух последовательно соединенных батареек AA. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они почти полностью разряжены, они выдают только 2,4 В.
В этом случае напряжение вашего источника питания может находиться в диапазоне от 2,4 В до 3,2 В.
Теперь предположим, что вам нужно выходное напряжение ровно 3 В независимо от состояния батарей.Когда батареи полностью заряжены (выходное напряжение 3,2 В), вам необходимо понизить напряжение батареи с 3,2 В до 3 В.
Однако, когда батареи близки к разряду (выходное напряжение 2,4 В), вам необходимо увеличить напряжение батареи с 2,4 В до 3 В.
В этом сценарии вы должны использовать так называемый повышающий-понижающий импульсный стабилизатор, который представляет собой просто комбинацию повышающего и понижающего регуляторов.
Для решения этой проблемы потенциально можно использовать отдельный понижающий регулятор, за которым следует повышающий регулятор (или наоборот).Но обычно лучше использовать одинарный понижающе-повышающий регулятор.
Импульсный регулятор + линейные регуляторы
Помните о трех преимуществах линейных регуляторов: дешевизне, простоте и чистоте выходного напряжения.
Может быть много случаев, когда вы хотите использовать линейный стабилизатор, потому что вам нужно чистое выходное напряжение, но вы не можете, потому что они тратят слишком много энергии.
В этой ситуации вы можете использовать импульсный регулятор, за которым следует линейный регулятор.
Допустим, у вас есть входное напряжение от литий-полимерной батареи, равное 3.6 В, но вам понадобится источник питания clean 5 В.
Для этого вы должны использовать повышающий стабилизатор, чтобы поднять напряжение до значения чуть выше целевого выходного напряжения. Например, вы можете использовать повышающий регулятор для повышения напряжения с 3,6 В до 5,5 В.
Затем вы следуете за этим с помощью линейного регулятора, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также убирает шум и пульсации для получения чистого сигнала.
Это очень распространенный метод получения КПД импульсного регулятора и бесшумного выходного напряжения линейного регулятора.
Если вы выбрали эту опцию и специально пытаетесь отфильтровать коммутируемый шум, обязательно обратите внимание на коэффициент подавления подачи питания (PSRR) линейного регулятора.
PSSR данного линейного регулятора изменяется в зависимости от частоты. Следовательно, PSSR обычно представляется в виде графика, который показывает, как линейный регулятор подавляет любые пульсации на входном питании на различных частотах.
Рисунок 5 — Коэффициент подавления помех от источника питания (PSRR) в зависимости от частоты для TPS799 от Texas Instruments.
Чтобы использовать этот график, посмотрите на частоту переключения вашего импульсного стабилизатора (или любых других источников шума в вашей цепи). Затем посмотрите на PSSR линейного регулятора на этой конкретной частоте.
Затем вы можете рассчитать, какая часть шума импульсного регулятора будет удалена линейным регулятором.
Сводка
Чтобы выбрать регулятор напряжения для вашей системы, начните с предположения, что линейный регулятор может использоваться, если входное напряжение выше, чем выходное.
Только если при этом расходуется слишком много энергии, используйте понижающий импульсный стабилизатор.
Если вам нужно выходное напряжение выше, чем входное, используйте импульсный импульсный стабилизатор.
Если у вас есть ситуация, когда входное напряжение может быть выше или ниже выходного напряжения, вам нужен импульсный импульсный стабилизатор.
Наконец, если вам нужен чистый выходной сигнал, но требуется энергоэффективность импульсного регулятора, используйте импульсный регулятор, а затем линейный регулятор для очистки напряжения питания.
Наконец, не забудьте скачать бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.
Другой контент, который вам может понравиться:
4.8 5 голоса
Рейтинг статьи
Основы электроники: регулятор напряжения
Создание регулятора напряжения
Теория предыстории: как работает регулятор напряжения?

Название говорит само за себя: регулятор напряжения.Аккумулятор в вашем автомобиле, который заряжается от генератора переменного тока, розетка в вашем доме, которая обеспечивает все необходимое вам электричество, сотовый телефон , который вы, вероятно, будете держать под рукой каждую минуту дня, все они требуют определенного напряжения, чтобы функция. Колеблющиеся выходы, превышающие ± 2 В, могут привести к неэффективной работе и, возможно, даже к повреждению ваших зарядных устройств. Колебания напряжения могут происходить по разным причинам: состояние электросети, включение и выключение других приборов, время суток, факторы окружающей среды и т. Д.Из-за необходимости стабильного постоянного напряжения введите регулятор напряжения.
Стабилизатор напряжения — это интегральная схема (ИС), которая обеспечивает постоянное фиксированное выходное напряжение независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Это можно сделать разными способами, в зависимости от топологии схемы внутри, но для того, чтобы этот проект оставался базовым, мы в основном сосредоточимся на линейном регуляторе. Линейный регулятор напряжения работает, автоматически регулируя сопротивление через контур обратной связи, учитывая изменения как нагрузки, так и входа, при этом сохраняя постоянное выходное напряжение.
Микросхема стабилизатора напряжения в корпусе ТО-220 С другой стороны, для импульсных регуляторов
, таких как понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и понижающий-повышающий (повышающий / понижающий), требуется несколько дополнительных компонентов, а также повышенная сложность как различные компоненты повлияют на результат. Импульсные регуляторы намного более эффективны с точки зрения преобразования энергии, где эффективность играет большую роль, но линейные регуляторы очень хорошо работают в качестве регуляторов напряжения в низковольтных приложениях.
В зависимости от приложения, стабилизатору напряжения также может потребоваться больше внимания для улучшения других параметров, таких как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, падение напряжения и выходной шум.Такие приложения, как аудиопроекты, более чувствительны к шуму и помехам, поэтому потребуется дополнительная фильтрация, особенно в импульсных регуляторах, где пульсации на выходе могут быть значительными. Большую часть информации, включая схемы, можно найти в техническом описании микросхемы регулятора напряжения, с которой вы работаете, в разделе «Примечания по применению».

Указания по применению для регулятора 7805T У
Afrotechmods также есть информативное видео о работе с популярным регулятором напряжения LM317T для получения регулируемого выхода.

Проект
Комплект стабилизатора напряжения макетной платы — отличный набор для пайки для любого новичка. Он выдает чистое 5 В постоянного тока с максимальным выходным током 500 мА. Он способен принимать входное напряжение в диапазоне 6-18 В постоянного тока и имеет контакты, размер которых идеально подходит для любой стандартной макетной платы с шагом 0,1 дюйма.
В комплект входят:
(1) Печатная плата
(1) Выключатель питания
(1) Разъем питания постоянного тока 2,1 мм
(1) Электролитический конденсатор 10 мкФ
(1) 0.Монолитный конденсатор 1 мкФ
(1) Резистор 1 кОм
(1) Красный светодиодный индикатор питания
(1) Разъемы контактов
(1) Руководство пользователя
Вам понадобятся:
• Паяльник
• Припой
• Фрезы
• Блок питания от сетевого адаптера 6-18В (Mean Well GS06U-3PIJ)

Комплект регулятора напряжения макетной платы Solarbotics 34020
Направление:
1. Резистор и конденсатор 0,1 мкФ:
Снимите ленту и согните выводы резистора, затем вставьте его в положение, обозначенное R1.Припаяйте его с другой стороны и отрежьте лишние выводы. Сделайте то же самое для конденсатора 0,1 мкФ в позиции C2. Неважно, как эти детали установлены — они не поляризованы .
2. Регулятор напряжения и цилиндрический разъем:
Припаяйте регулятор напряжения в положение V-REG. Убедитесь, что сторона табуляции выровнена с жирной линией на символе — обратное направление не получится! Затем обрежьте лишние провода. Защелкните цилиндрический домкрат в положение B1 и припаяйте его на место.
Шаг 1 Шаг 2
3. Конденсатор 10 мкФ и индикатор питания:
Установите электролитический конденсатор 10 мкФ в положение C1. Позиционирование имеет решающее значение. Убедитесь, что более длинный провод входит в площадку, отмеченную (+). Убедитесь, что он находится в правильном положении, проверив, что полоса на стороне конденсатора находится ближе всего к этикетке PWR. Сделайте то же самое со светодиодом; более длинный вывод входит в круглую площадку. Вы можете убедиться, что светодиод находится в правильном положении, заметив небольшую выемку на светодиоде, расположенную на стороне символа светодиода с линией (рядом с квадратной площадкой).
4. Контакты переключателя питания и макетной платы:
Выключатель питания просто устанавливается в положение PWR. С выводами на макетной плате посложнее — они идут снизу, и их сложнее удерживать при пайке. Тщательно припаяйте их как можно ровнее вручную или, если вы уверены, вставьте длинную сторону контактов в макет так, чтобы они совпали с отверстиями в печатной плате, затем припаяйте их, пока макетная плата удерживает все выровненные.
Шаг 3 Шаг 4
5.Настройка Power Rails:
ЭТО ВАЖНО. Если вы забудете это сделать, ваша доска не будет работать! Выберите, на какой стороне макета вы хотите установить плату (в этом примере мы используем левую сторону). Обратите внимание на полярность направляющих макетной платы «+» внизу и «-» вверху. Найдите, какой набор контактных площадок на плате соответствует этому расположению, и нанесите каплю припоя на маленькие полумесяцы.
Если вы планируете переключать полярность питания на направляющих, вы можете установить номер детали SWT7 на контактные площадки между контактными площадками. В этом случае не допускайте попадания капель на подушечки. Обратите внимание, что это не рекомендуемая модификация.
Подайте питание на плату от любого источника постоянного тока диаметром 2,1 мм с номинальным напряжением 6–18 В — не превышайте максимальное значение 35 В постоянного тока! Регулятор мощности нагревается при питании от более 12 В (это нормально). Если вы не хотите использовать его на макетной плате, используйте контактные площадки с маркировкой «+ -» на конце, ближайшем к гнезду цилиндра, для регулируемой выходной мощности 5 В.

Шаг 5
SWT7 Навесной
Вопросы для обсуждения

1.Какое влияние на выход цепи окажут тепло и шум?
2. Как конденсаторы помогают отфильтровывать помехи?
3. Каковы преимущества и недостатки линейных и импульсных регуляторов?
Общие сведения о том, как работает регулятор напряжения
Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки. Существует два типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные.
В линейном регуляторе используется активное (BJT или MOSFET) устройство прохода (последовательное или шунтирующее), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным опорным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.
Импульсный стабилизатор преобразует входное постоянное напряжение в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой MOSFET или BJT-переключатель. Отфильтрованное выходное напряжение переключателя мощности подается обратно в схему, которая управляет временем включения и выключения питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.
Каковы некоторые топологии импульсного регулятора?
Существует три распространенных топологии: понижающая (понижающая), повышающая (повышающая) и понижающая-повышающая (повышающая / понижающая). Другие топологии включают обратноходовые, SEPIC, Cuk, двухтактные, прямые, полномостовые и полумостовые топологии.
Каким образом регулятор частоты коммутации влияет на конструкцию регулятора?
Более высокие частоты переключения означают, что в регуляторе напряжения можно использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Это также означает более высокие коммутационные потери и больший шум в цепи.
Какие потери происходят с импульсным регулятором?
Потери возникают из-за мощности, необходимой для включения и выключения полевого МОП-транзистора, которые связаны с драйвером затвора полевого МОП-транзистора. Кроме того, потери мощности полевого МОП-транзистора возникают из-за того, что переключение из состояния проводимости в состояние непроводимости занимает конечное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для заряда и разряда емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.
Каковы обычные области применения линейных и импульсных регуляторов?
Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току для данного входного и выходного напряжения, поэтому типичный КПД может быть 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный стабилизатор может достичь КПД в диапазоне 90%. Однако выходной шум линейного регулятора намного ниже, чем импульсный стабилизатор с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Обычно импульсный регулятор может управлять более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.
Как импульсный регулятор управляет своим выходом?
Для импульсных регуляторов
требуются средства для изменения выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.Один из подходов — использовать ШИМ, который управляет входом в соответствующий выключатель питания, который контролирует время его включения и выключения (рабочий цикл). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно на ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если отфильтрованный выходной сигнал имеет тенденцию к изменению, обратная связь, подаваемая на ШИМ-контроллер, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.
Какие проектные характеристики важны для ИС регулятора напряжения?
Среди основных параметров — входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от приложения могут быть важны другие параметры, такие как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами для линейного регулятора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент отклонения источника питания) и выходной шум.
использованная литература
Загрузить средства проектирования управления питанием
Что такое регулятор напряжения? | EAGLE
Регуляторы
, монтаж:

Регулятор напряжения и как он защищает вашу схему
Будь то ваш автомобиль, ноутбук или смартфон, каждое электронное устройство нуждается в защите от скачков напряжения.В наши дни, когда устройства становятся плотнее, чем когда-либо, с такими чувствительными компонентами, как микропроцессоры и интегральные схемы (ИС), даже малейшее изменение напряжения может нанести ущерб вашей тщательно спроектированной схеме. Итак, что может сделать чувствительный компонент, когда он требует защиты? Ему нужен регулятор, чтобы поддерживать стабильное и плавное напряжение от входа к выходу.
Краткий обзор регуляторов напряжения
В мире электронных компонентов стабилизатор напряжения — один из наиболее широко используемых, но что делает эта ИС? Он обеспечивает схему с предсказуемым и фиксированным выходным напряжением в любое время, независимо от входного напряжения.
LM7805 — один из самых популярных линейных регуляторов напряжения. (Источник изображения)
Как регулятор напряжения решает эту задачу, в конечном итоге зависит от разработчика. Некоторое напряжение можно контролировать с помощью более простого стабилитрона, в то время как для других приложений требуется продвинутая топология линейных или импульсных стабилизаторов. В конце концов, у каждого регулятора напряжения есть первичная и вторичная цель:
.
Первичный: Для создания постоянного выходного напряжения цепи в ответ на изменения условий входного напряжения.У вас может быть 9 В на входе, но если вы хотите только 5 В на выходе, вам нужно будет понизить его (Бак) с помощью регулятора напряжения.
Вторичный : Регуляторы напряжения также служат для экранирования и защиты вашей электронной схемы от любого потенциального повреждения. Меньше всего вам нужно сжечь микроконтроллер, потому что он не справляется с скачком напряжения.
Когда дело доходит до добавления регулятора напряжения в вашу схему, вы обычно работаете с одним из двух типов — линейными регуляторами напряжения или импульсными регуляторами напряжения.Давайте посмотрим, как они работают.
Линейные регуляторы напряжения
Этот тип регулятора действует как делитель напряжения в вашей цепи и представляет собой тип регулятора, обычно используемый при разработке маломощных и недорогих приложений. С линейным стабилизатором вы воспользуетесь преимуществом силового транзистора (BJT или MOSFET), который играет роль переменного резистора, повышая и понижая выходное напряжение вашей схемы при изменении входного питания.
Независимо от того, какая нагрузка находится в вашей цепи, линейный регулятор напряжения всегда будет идти в ногу, чтобы обеспечить вам постоянное стабильное выходное напряжение.Например, трехконтактный линейный стабилизатор напряжения, такой как LM7805, обеспечивает стабильный выходной сигнал 5 вольт на 1 ампер, пока входное напряжение не превышает 36 вольт.
LM705 подключен последовательно для обеспечения стабильного выходного напряжения. (Источник изображения)
Обратной стороной этого типа регулятора в конечном итоге является принцип его работы. Поскольку он ведет себя как резистор для стабилизации напряжения, он в конечном итоге тратит массу энергии на преобразование тока сопротивления в тепло. Вот почему линейные регуляторы напряжения идеально подходят для приложений, в которых требования к мощности невысоки, а разница между входным и выходным напряжениями минимальна.Давайте сравним две разные ситуации регулирования напряжения, чтобы увидеть, как складывается линейный стабилизатор:
С входным источником 10 В, который понижается до 5 В с помощью LM7805, вы в конечном итоге потратите 5 Вт и получите только 50% эффективности от ваших усилий.
Возьмите тот же регулятор LM7805 и подайте на него входное напряжение 7 В, пониженное до 5 В, и в конечном итоге вы потратите только 2 Вт и получите КПД 71%.
Как видите, чем ниже начальная потребляемая мощность, тем эффективнее может быть линейный стабилизатор напряжения.При работе с этими регуляторами в вашей собственной схеме вы обычно столкнетесь с двумя вариантами: последовательным или шунтирующим.
Регулятор напряжения серии
В этом стандартном стабилизаторе последовательно с нагрузкой установлен транзистор, управляемый стабилитроном. Здесь регулятор использует в качестве переменного элемента (в данном случае транзистор), плавно увеличивая и уменьшая сопротивление в зависимости от переменного входного напряжения, чтобы обеспечить стабильное и стабильное выходное напряжение.
Простая схема последовательного регулятора напряжения, обеспечивающая регулируемый выход постоянного тока.(Источник изображения)
Шунтирующий регулятор напряжения
Это приложение работает аналогично последовательному регулятору напряжения, но не подключено последовательно. Все избыточное напряжение по-прежнему отправляется на землю через тот же процесс переменного сопротивления, что снова приводит к потере энергии. Чаще всего шунтирующие регуляторы используются в:
Прецизионные ограничители тока
Контроль напряжения
Источники питания с регулируемым напряжением
Усилители ошибок
Цепи источника и потребителя тока
Импульсные источники питания с низким выходным напряжением
Шунтирующий регулятор напряжения не подключен последовательно, но по-прежнему посылает избыточный ток на землю.(Источник изображения)
В целом, если вы работаете с маломощным и недорогим приложением, в котором эффективность преобразования энергии не является основным приоритетом, то линейный стабилизатор напряжения будет вашим выбором. Вот некоторые окончательные преимущества и недостатки, о которых следует помнить перед выбором линейного регулятора для вашего следующего проекта:
Преимущества Недостатки
Имеет более низкие электромагнитные помехи и шум, чем импульсные регуляторы
Очень энергоэффективный вариант, если разница между входным и выходным напряжением велика
Быстро реагирует на изменения нагрузки или сетевого напряжения
Часто требуется установка радиатора для рассеивания всей потраченной впустую энергии
Обеспечивает стабильное и стабильное низкое выходное напряжение, идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением.
У вас нет возможности получить выходное напряжение выше входного
Импульсные регуляторы напряжения
Импульсные регуляторы
идеально подходят, когда у вас есть большая разница между входным и выходным напряжениями.По сравнению с линейными регуляторами напряжения переключение выигрывает в эффективности преобразования энергии. Однако вся эта дополнительная эффективность также делает вашу схему более сложной.
Вы обнаружите, что импульсные регуляторы имеют совершенно другую внутреннюю схему, в которой для регулирования напряжения используется управляемый переключатель. Вот почему он называется импульсным регулятором.
Как работает импульсный регулятор? Вместо того, чтобы постоянно сопротивляться входному напряжению и посылать его на землю в качестве приемника, импульсные регуляторы вместо этого накапливают, а затем доставляют заряд меньшими частями к выходному напряжению на основе обратной связи.Подавая выходное напряжение обратно в переключатель, регулятор постоянно проверяет, нужно ли ему увеличивать или уменьшать синхронизацию порций напряжения для вывода.
Переключение регуляторов становится немного сложнее. (Источник изображения)
Импульсный стабилизатор поддерживает уровень заряда с помощью транзистора, который включается, когда для его накопителя требуется больше энергии, и выключается, когда он достигает желаемого выходного напряжения. Это помогает обеспечить гораздо более энергоэффективный метод управления уровнями выходного напряжения с помощью своего рода плотиноподобной системы, которая не просто сопротивляется потоку входного напряжения, но вместо этого реагирует на изменения напряжения и включение / выключение как нужный.
Однако у этого процесса включения / выключения есть некоторые недостатки. Чем быстрее переключается ваш импульсный регулятор, тем больше времени он потратит на переход из проводящего в непроводящее состояние, что приводит к общему снижению эффективности преобразования. Вы также получите намного больше шума в своей цепи с импульсным стабилизатором, чем с линейным регулятором напряжения.
Однако, в отличие от линейных регуляторов напряжения, импульсные регуляторы гораздо более разнообразны в своих доступных применениях.Эти регуляторы не только понижают или повышают ваше напряжение, но также могут его инвертировать. Вот три метода, которыми известны импульсные регуляторы напряжения:
Boosting (Повышающий)
Этот метод обеспечивает более высокое регулируемое выходное напряжение за счет увеличения входного напряжения.
Эта схема увеличивает входное напряжение 5 В до 12 В на выходе. (Источник изображения)
Bucking (понижающий)
Этот метод обеспечивает более низкое регулируемое выходное напряжение на основе переменного входного напряжения, аналогично тому, как работает линейный регулятор.
Эта схема понижает вход 8-40 В, до 5 В на выходе. (Источник изображения)
Повышающий / понижающий (инвертор)
Этот метод представляет собой своего рода гибрид, предоставляющий разработчику возможность повышать, понижать или инвертировать выходное напряжение по мере необходимости.
В целом, если вы работаете со сложной конструкцией, в которой важна эффективность преобразования мощности, а разница между входным и выходным напряжениями велика, тогда вам подойдут импульсные стабилизаторы.Вот некоторые окончательные преимущества и недостатки, о которых следует помнить, прежде чем выбирать этот регулятор для вашего следующего проекта:
Преимущества Недостатки
Достигает гораздо более высокой эффективности преобразования мощности, чем линейные регуляторы, 85% +
Производит больше электромагнитных помех и шума, чем линейные регуляторы
Не требует добавления радиатора на вашу плату, экономя место
Требуется большая сложность и дополнительные компоненты на вашем макете
Может легко работать с силовыми приложениями, где есть широкий диапазон входного и выходного напряжений.
Дополнительные компоненты увеличивают общую стоимость проекта, что не идеально для низкозатратных или бюджетных проектов.
Staying Simple — стабилитрон
Многим разработчикам может не понадобиться иметь дело со сложными линейными или импульсными регуляторами напряжения. В этих ситуациях мы можем полагаться на еще более простое решение для регулирования напряжения с помощью стабилитрона. Один только этот компонент может в некоторых случаях обеспечить все необходимое регулирование напряжения, не требуя каких-либо специальных деталей.
Стабилитрон выполняет свою работу, шунтируя все избыточное напряжение выше его порогового значения на землю.Однако вся эта простота имеет ограниченные возможности, и вы обычно будете использовать стабилитроны только в качестве стабилизаторов напряжения для приложений с очень низким энергопотреблением.
Какой регулятор вам нужен?
Все конструкции уникальны, и нет ни одного универсального регулятора, который удовлетворит потребности каждого инженера. Лучше оценивать каждый новый проект в индивидуальном порядке и задавать себе следующие вопросы:
Требует ли ваша конструкция требования к низкому выходному шуму и низким электромагнитным помехам? Если это так, то линейные регуляторы и — это то, что вам нужно.
Требуется ли ваша конструкция максимально быстрого реагирования на помехи на входе и выходе? Линейные регуляторы снова выигрывают.
Есть ли у вашего проекта строгие ограничения по стоимости, и вам нужно учитывать каждый доллар? Линейные регуляторы — это экономичный выбор.
Ваша конструкция работает на уровне мощности выше нескольких ватт? В этой ситуации импульсные регуляторы дешевле, поскольку не требуют радиатора.
Требуется ли для вашей конструкции высокий КПД преобразования мощности? Импульсные регуляторы — это лучший выбор, предлагающий КПД 85% + для повышающих и понижающих приложений.
Ваше устройство работает только от источника постоянного тока, и вам нужно увеличить выходное напряжение? Регуляторы переключения справятся с этим.
Все еще не уверены, какого риэлтора выбрать? Вот некоторые другие детали, которые следует учитывать в разделе Как выбрать лучший стабилизатор напряжения для моей схемы? от Силовой Электроники.
Регуляторы, монтаж вверх
Какое бы устройство вы ни проектировали, ему потребуется серьезная защита от колебаний напряжения.Стабилизаторы напряжения — идеальный инструмент для этой задачи, способный обеспечить стабильное выходное напряжение, чтобы ваша схема работала должным образом. В конечном итоге, выбор регулятора напряжения зависит от требований вашей конструкции. Работаете с малопотребляющим и недорогим приложением, где преобразование энергоэффективности не имеет значения? Возможно, вам подойдут линейные регуляторы. Или, может быть, вы работаете над более сложной конструкцией, требующей повышения и понижения напряжения по мере необходимости. Если это так, подумайте о переключении регуляторов.Какой бы регулятор вы ни выбрали, вы защитите свою электрическую цепь от опасностей, связанных с этими напряжениями в дикой природе.

Преимущества	Недостатки
Имеет более низкие электромагнитные помехи и шум, чем импульсные регуляторы	Очень энергоэффективный вариант, если разница между входным и выходным напряжением велика
Быстро реагирует на изменения нагрузки или сетевого напряжения	Часто требуется установка радиатора для рассеивания всей потраченной впустую энергии
Обеспечивает стабильное и стабильное низкое выходное напряжение, идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением.	У вас нет возможности получить выходное напряжение выше входного

Преимущества	Недостатки
Достигает гораздо более высокой эффективности преобразования мощности, чем линейные регуляторы, 85% +	Производит больше электромагнитных помех и шума, чем линейные регуляторы
Не требует добавления радиатора на вашу плату, экономя место	Требуется большая сложность и дополнительные компоненты на вашем макете
Может легко работать с силовыми приложениями, где есть широкий диапазон входного и выходного напряжений.	Дополнительные компоненты увеличивают общую стоимость проекта, что не идеально для низкозатратных или бюджетных проектов.