Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулируемый стабилизатор тока 10а

lm317 — регулируемый стабилизатор напряжения и тока

Стабилизатор тока для светодиодов применяется во многих светильниках. Как и всем диодам, LED присуще нелинейная вольт-амперная зависимость. Что это значит? При повышении напряжения, сила тока медленно начинает набирать мощь. И только при достижении порогового значения, яркость светодиода становится насыщенной. Однако если ток не перестанет расти, то лампа может сгореть.

Правильная работа LED может быть обеспечена только благодаря стабилизатору. Эта защита необходима еще и по причине разброса пороговых значений напряжения светодиода. При подключении по параллельной схеме лампочки могут просто на просто сгореть, так как им приходится пропускать недопустимую для них величину тока.

Виды стабилизирующих устройств

По способу ограничения силы тока выделяются устройства линейного и импульсного типа.

Так как напряжение на светодиоде – неизменная величина, то стабилизаторы тока часто считают стабилизаторами мощности LED. Фактически последняя прямо пропорциональна изменению напряжения, что характерно для линейной зависимости.

Линейный стабилизатор нагревается тем больше, чем больше прилагается к нему напряжения. Это его главный недочёт. Преимущества данной конструкции обусловлены:

  • отсутствием электромагнитных помех;
  • простотой;
  • низкой стоимостью.

Более экономичными устройствами являются стабилизаторы на основе импульсного преобразователя. В этом случае мощность прокачивается порционно – по мере необходимости для потребителя.

Схемы линейных устройств

Самая простейшая схема стабилизатора – это схема, построенная на основе LM317 для светодиода. Последний являются аналогом стабилитрона с определенным рабочим током, который он может пропускать. Учитывая малую силу тока можно собрать простой аппарат самостоятельно. Наиболее простой драйвер светодиодных ламп и лент собирают именно таким способом.

Микросхема LM317 уже не одно десятилетие является хитом среди начинающих радиолюбителей благодаря своей простоте и надежности. На её основе можно собрать регулируемый блок питания, светодиодный драйвер и другие БП. Для этого потребуется несколько внешних радиодеталей, модуль работает сразу, настройки не требуется.

Интегральный стабилизатор LM317 как никакой другой подходит для создания несложных регулируемых блоков питания, для электронных устройств с разными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданными параметрами нагрузки.

Основное назначение это стабилизация заданных параметров. Регулировка происходит линейным способом, в отличие от импульсных преобразователей.

Выпускаются LM317 в монолитных корпусах, исполненных в нескольких вариациях. Самая распространённая модель TO-220 с маркировкой LM317Т.

Каждый вывод микросхемы имеет свое предназначение:

  • ADJUST. Ввод для регулирования выходного напряжения.
  • OUTPUT. Ввод для формирования выходного напряжения.
  • INPUT. Ввод для подачи питающего напряжения.

Технические показатели стабилизатора:

  • Напряжение на выходе в пределах 1,2–37 В.
  • Защита от перегрузки и КЗ.
  • Погрешность выходного напряжения 0,1%.
  • Схема включения с регулируемым выходным напряжением.

Мощность рассеяния и входное напряжение устройства

Максимальная «планка» входного напряжения должна быть не более заданной, а минимальная – выше желаемой выходной на 2 В.

Микросхема рассчитана на стабильную работу при максимальном токе до 1,5 А. Это значение будет ниже, если не применять качественный теплоотвод. Максимально допустимое рассеивание мощности без последнего равно примерно 1,5 Вт при температуре окружающей среды не более 30 0 С.

При установке микросхемы требуется изоляция корпуса от радиатора, к примеру, с помощью слюдяной прокладки. Также эффективный отвод тепла достигается путём применения теплопроводной пасты.

Краткое описание

Коротко описать достоинства радиоэлектронного модуля LM317, применяемого в стабилизаторах тока, можно так:

  • яркость светового потока обеспечивается диапазоном выходного напряжения 1, – 37 В;
  • выходные показатели модуля не зависят от частоты вращения вала электродвигателя;
  • поддерживание выходного тока до 1,5 А позволяет подключать несколько электроприёмников;
  • погрешность колебаний выходных параметров равна 0,1% от номинального значения, что является гарантией высокой стабильности;
  • имеется функция защиты по ограничению тока и каскадного отключения при перегреве;
  • корпус микросхемы заменяет землю, поэтому при внешнем креплении уменьшается количество монтажных кабелей.

Схемы включения

Безусловно, наипростейшим способом токового ограничения для светодиодных ламп станет последовательное включение добавочного резистора. Но данное средство подходит лишь только для маломощных LED.

Простейший стабилизированный блок питания

Чтобы сделать стабилизатор тока потребуется:

  • микросхемка LM317;
  • резистор;
  • монтажные средства.

Собираем модель по нижеприведенной схеме:

Модуль можно применять в схемах разных зарядных устройств либо регулируемых ИБ.

Блок питания на интегральном стабилизаторе

Этот вариант более практичный. LM317 ограничивает потребляемый ток, который задается резистором R.

Помните, что максимально допустимое значение тока, которое нужно для управления LM317, составляет 1,5 А с хорошим радиатором.

Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания

Ниже изображена схема с регулируемым выходным напряжением 1.2–30 В/1,5 А.

Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью моста-выпрямителя (BR1). Конденсатор С1 фильтрует пульсирующий ток, С3 улучшает переходную характеристику. Это означает, что стабилизатор напряжения может отлично работать при постоянном токе на низких частотах. Выходное напряжение регулируется ползунком Р1 от 1.2 вольта до 30 В. Выходной ток составляет около 1,5 А.

Подбор резисторов по номиналу для стабилизатора должен осуществляться по точному расчету с допустимым отклонением (небольшим). Однако разрешается произвольное размещение резисторов на монтажном плате, но желательно для лучшей стабильности размещать их подальше от радиатора LM317.

Область применения

Микросхема LM317 является отличным вариантом для использования в режиме стабилизации основных технических показателей. Она отличается простотой в исполнении, недорогой стоимостью и отличными эксплуатационными характеристиками. Единственный недостаток – пороговое значение напряжения составляет лишь 3 В. Корпус в стиле ТО220 – это одна из самых доступных моделей, которая позволяет рассеивать тепло довольно хорошо.

Читайте так же:
Схема мощного импульсного стабилизатора тока

Микросхема применима в устройствах:

  • стабилизатор тока для LED (в том числе для LED-лент);
  • Регулируемый стабилизатор напряжения для бытового назначения.

Стабилизирующая схема, построенная на основе LM317 простая, дешёвая, и в то же время надежная.

3.13 Вариант 13. Регулируемый стабилизатор напряжения от 0 до10 в и ток 3а

Рисунок 15 – Электрическая схема регулируемого стабилизатора напряжения от 0 до10 В и ток 3А

Полупроводниковый танталовый конден­сатор С1 =1 мкФ необязателен: способству­ет подавлению выбросов, шумов и переход­ному процессу.

3.14 Вариант 14. Стабилизатор с автономным питанием для аналоговых ИС

Этот простой высококачественный источ­ник питания для устройств, работающих от батарей, имеет такой же КПД, как и хоро­ший импульсный стабилизатор, однако не создает полей излучения и помех, обычно присущих импульсным устройствам. Выход­ное напряжение 6 В достаточно для питания многих ИС.

Опорное напряжение 2,5 В предназнача­ется для использования внешними устройствами. Так как большинство ОУ ограничивает отрицательный сигнал раньше, чем положи­тельный, смещение 2,5 В предпочтительнее, чем 3 В, так как позволяет получить сим­мет- ричный сигнал. Выход опорного напряже­ния может служить источником тока 50 мкА и токовой нагрузкой 10 мА. Если необходим источник более сильного тока, то следует уменьшить сопротивление смещающего рези­стора R1.

3.14.1 Преимущества использования МОП-транзисторов

Описанный здесь стабилизатор был пер­воначально разработан с использованием ре­гулирующего pnp-транзистора. В таком виде разработка имела достаточно преимуществ перед интегральными стабилизаторами и она была передана в производство. Позже была рассмотрена возможность усовершенствования разработки посредством использования в ка­честве регулирующего элемента МОП-транзи­стора с каналом р-типа в режиме обогаще­ния. Как только был найден поставщик р-канальных транзисторов с достаточно низким пороговым напряжением (Supertex, Inc.), схема была модифицирована, чтобы приспо­со- бить ее к МОП-транзистору, и проверена. Были достигнуты следующие результаты: несколько снизился потребляемый ток, падение напряжения между входом и выходом существенно снизилось, выходной импеданс значительно умень­шился, фактически отсутствуют эффекты отри­цательного входного сопротивления, осложня­ющие работу при малых падениях напряже­ния стабилизаторов, использующих биполяр­ный транзистор в .качестве регулирующего элемента, емкость затвора МОП-транзистора была использована для улучшения схемы фазовой компенсации, что практически исключило ограничения на реактивное сопротивление нагрузки и улучшило стабилизацию, не потребовалось прибегать к компромис­сным решениям.

Схема на МОП-транзисторе была эквива­лентна или превосходила схему на биполяр­ном транзисторе во всех отношениях.

3.14.2 Работа схемы

Смещенный резистором R1 активный стабилитрон Q1 обеспечивает опорное напря­жение 2,5 В на эмиттере транзистора-датчи­ 27 АQ2. Делитель напряжения Dl, D2, R2/R3 уменьшает 6-ти вольтовый перепад до 2 В, чтобы получить управляющее напряжение на базе транзистора Q2. Если перепад менее 6 В, управляющее напряжение падает ниже 2 В, увеличивая открывающее смещение на переходе база-эмиттер транзистора Q2. При­раще- ние тока коллектора усиливается тран­зистором Q3, в результате чего увеличивает­ся напряжение смещения затвор-исток тран­зистора Q4. Ток стока транзистора Q4 воз­растает, восстанавливая 6-вольтовый перепад до требуемого значения.

Диоды D1 и D2 обеспечивают темпера­турную компенсацию перехода база-эмиттер транзистора Q2. Конденсатор CI устраняет эффект Миллера транзистора Q2 и ускоряет действие обратной связи через делитель на­пряжения. Емкость затвора транзистора Q4 минимизирует эффект Миллера в транзисто­ре Q3 и определяет совместно с резистором R5 частоту среза частотной характеристики вблизи 10 кГц. Такой спад позволяет осуще­ствить фазовую компенсацию преобладающе­го полюса с помощью недорогого конденсато­ра С2 на выходе схемы. Конденсатор СЗ по­давляет паразитную генерацию и улучшает переходный процесс, а конденсатор С4 со­храняет импеданс источника опорного напря­жения низким даже на высоких частотах.

Характеристика блока питания: — imax = 50 mA;

— выходной импеданс значительно меньше 1 Ом от постоянного тока до 1 МГц;

— ток покоя 350 мкА, независимо от на­грузки V = 0,5 В при 50 мА и 0,1 В при 10 мА;

— КОНП = 80 дБ на постоянном токе, 60 дБ на частотах 100 Гц и 1 кГц;

— КПД = 78% при напряжении аккумуля­тора 7,5 В и токе нагрузки 10 мА.

Рисунок 16 – Электрическая схема стабилизатора напряжения автономного источника

3.15 Вариант 15. Стабилизатор напряжения ±5 В с ограничением тока

Рисунок 17 – Электрическая схема стабилизатора напряжения ±5 В с ограничением тока

Область безопасной работы и передаточ­ные характеристики МОП-транзистора с двойной диффузией позволяют этой схеме выдерживать ток короткого замыкания до тех пор, пока контакты теплового реле не отключат входное напряжение. Максималь­ный ток ограничивается очень просто, так как в МОП-транзисторе с двойной диффу­зией ток стока пропорционален напряжению затвор-исток vgs. Транзистор VP1204N1 (Q1) при размахе напряжения на его затворе, ограниченном 8 В и определяемом дели­телем напряжения, пропускает ток лишь около 10 А. Падение напряжения на транзи­сторе составляет 2-3 В при токе 10 А. Транзистор Q2 также управляется сигналом на затворе, ограниченным 4,5 В. Эта схема обеспечивает малое время установления ре­жима стабильности, уменьшая потребность в больших конденсаторах сглаживающего фильтра на выходе.

3.16 Вариант 16. Прецизионный стабилизатор с защитой от перегрузки

Рисунок 18 – Электрическая схема прецизионного стабилизатора с защитой от перегрузки

Обычно биполярные транзисторы исполь­зуются для управления мощными МОП-при­борами (полезными для работы с ключевыми каскадами). Схема, примененная в этом ли­нейном стабилизаторе, позволяет осуществ­лять управление максимальным выходным током с помощью двух дополнительных пас­сивных компонентов: резистора контроля то­ка Rsense и стабилитрона LM 103 -5.1. Регу­лирующий pnp-транзистор должен иметь указанный диапазон изменения коэффициен­та передачи тока, обеспечивающий нормаль­ный диапазон базовых токов, необходимых для работы с заданной нагрузкой. Когда воз­растает ток нагрузки, увеличивается ток ба­зы рпр-транзистора и напряжение на рези­сторе контроля тока, которое запирает поле­вой транзистор и прекращает дальнейший рост тока базы, ограничивая тем самым вы­ходной ток.

Читайте так же:
Стабилизатор напряжения питания переменного тока

3.17 Вариант 17. Зарядное устройство на ток 20 А для никель-кадмиевых

аккумуляторов, питающееся от сети

Рисунок 19 – Электрическая схема зарядного устройства на ток 20 А для

никель-кадмиевых аккумуляторов, питающееся от сети

Малые габариты и минимальное тепло­выделение делают это автономное двухтакт­ное зарядное устройство привлекательным для компактных систем.

ИС управления импульсным стабилизатором типа 1525 выполняет функции генерато­ра, датчика напряжения и предварительного выходного каскада. Трансформатор Т2 обес­печивает изоляцию от первичной сети и лег­кость управления МОП-транзисторами.

Простой лабораторный блок питания на LM317

Лабораторный блок питания необходим радиолюбителю, без него как без рук. Для начинающих радиолюбителей я предлагаю собрать схему простого стабилизатора с регулировкой по напряжению на микросхеме LM317, на очень распространенных и не дорогих радиоэлементах. Диапазон выходного напряжения от 1,5 до 37В. Ток может достигать 5А, зависит от используемого силового транзистора и теплоотвода. Входной трансформатор можно использовать любой выдающий нужный вам ток и напряжение до 37В. Стабилизатор не боится короткого замыкания, однако держать длительное время выводы замкнутыми не рекомендуется, так как КТ818 и LM317 при этом начинают достаточно ощутимо греться и при неэффективном теплоотводе могут выйти из строя.

Принципиальная схема стабилизатора с регулировкой по напряжению

Печатная плата стабилизатора с регулировкой по напряжению

Скачать печатную плату стабилизатора на LM317

Достоинства данного стабилизатора.

  • простота в изготовлении
  • надежность
  • дешевизна
  • доступность компонентов

Недостатки

  • низкий КПД.
  • необходимость использования массивных радиаторов.
  • не смотря на компактность самой платы. Размеры стабилизатора с радиатором достаточно внушительного размера.

Для изготовления данного устройства Вам понадобится:

  • Стабилизатор LM317 -1шт.
  • Транзистор КТ818 -1шт. в пластиковом корпусе (TO-220)
  • Диод КД522 или аналогичный -1шт.
  • Резистор R1 -47ОМ желательно от 1Вт -1шт.
  • Резистор R3 220Ом от 0.25 Вт -1шт.
  • Переменный резистор линейный — 5кОм -1шт.
  • Конденсатор электролитический 1000мФ от 50В -1шт.
  • Конденсатор электролитический 100мФ от 50В -1шт.
  • Диодный мост током от 5А

Данная схема не критична к точному соблюдению номиналов радио элементов. Например резистор R1 может быть от 30 до 50 Ом, резистор R3 от 200 до 240Ом. Диод можно не ставить.

Фильтрующие конденсаторы можно поставить и большей емкостью, однако стоит учитывать, что конденсатор дает небольшой прирост по напряжению.

Транзистор КТ818 можно заменить аналогичными импортного производства 2N5193, 2N6132, 2N6469, 2N5194, 2N6246, 2N6247.

Сборка стабилизатора на LM317

Сборка стабилизатора выполняется на одностороннем стеклотекстолите и выглядит примерно так.

Диодную сборку следует выбирать исходя из максимального тока способного дать трансформатор.

Транзистор и микросхему я установил на радиатор через изолирующие прокладки. Радиатор выбрал максимально большой из имеющихся и подходящий под мой корпус. Закрепил его двумя болтами к нижней крышке корпуса.

На радиатор установил кулер от старой видеокарты, для более эффективного охлаждения. В верхней и задней крышке просверлил вентиляционные отверстия.

У выбранного мной трансформатора для стабилизатора на LM317 только одна вторичная обмотка на 27В. По этому для питания вольтметра и вентилятора я использовал плату от зарядного устройства мобильного телефона. Она выдает напряжение 5В и ток до 900мА.

Готовый блок питания выглядит так.

Простой двух полярный стабилизатор напряжения на LM317.

За основу устройства взята схема описанная в выше, и добавлено плечо стабилизации отрицательного напряжения.

Характеристики и достоинства двух полярного стабилизатора

  • напряжение стабилизации от 1,2 до 30 В;
  • максимальный ток до 5 А;
  • используется малое количество элементов;
  • простота в выборе трансформатора, так как можно использовать вторичную обмотку без центрального отвода;

Детали устанавливаются на односторонний стеклотекстолит. Транзистор VT1, VT2 и микросхемы LM317 и LM337 следует устанавливать на радиаторы. При установке на общий радиатор следует использовать изолирующие прокладки и втулки.

Скачать печатную плату

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

Микросхема LM317

LM317 — регулируемый стабилизатор напряжения на 1,5А.

  • Выходной ток 1,5 А.
  • Диапазон регулирования выходного напряжения –1,2…37 В.
  • Тепловая защита.
  • Ограничение тока короткого замыкания.
  • Ограничение выделяемой мощности (по встроенным температурным датчикам).
  • Может использоваться для стабилизации высоких напряжений.
  • В микросхеме отсутствует свинец.
  1. Корпус и назначение выводов
  2. Типовая схема применения
  3. Предельно допустимые значения
  4. Электрические характеристики
  5. Внутренняя схема LM317
  6. Типовая схема включения для замера параметров
  7. Информация для использования
  8. Основные принципы работы LM317
  9. Регулирование нагрузки
  10. Внешние конденсаторы
  11. Защитные диоды
  12. Импортные и отечественные аналоги LM317
  13. Типовые эксплуатационные характеристики

Корпус и назначение выводов

2 – VOUT, Выходное напряжение.

3 – VIN, Входное напряжение.

Теплоотводящая пластина корпуса микросхемы соединена с выводом 2.

Типовая схема применения

*Cin устанавливается в непосредственной близости к регулятору при отсутствии или значительном удалении фильтрующих конденсаторов источника питания.

** CO не влияет на параметры регулятора, но снижает высокочастотные помехи выходного напряжения.

Предельно допустимые значения

ПараметрОбозн.ВеличинаЕд. изм.
Диапазон регулированияVВХ−VВЫХ−0.3…40V
Мощность рассеянияPDВнутр.огранич.W
Корпус 221A
TA = +25°C
Тепловое сопротивлениеθJA65°C/W
кристалл-воздух
Тепловое сопротивлениеθJC5°C/W
кристалл-корпус
Корпус 936 (D2PAK−3)PDВнутр.огранич.W
TA = +25°C
Тепловое сопротивлениеθJA70°C/W
кристалл-воздух
Тепловое сопротивлениеθJC5°C/W
кристалл-корпус
Диапазон рабочих температурTJ− 55…+150°C
Диапазон температур храненияTstg− 65…+150°C
  1. Превышение предельно допустимых значений, указанных в таблице, может привести к необратимым повреждениям микросхемы.
  2. Рекомендуемые условия работы не должны превышать работу устройства с предельно допустимыми значениями параметров.
  3. Длительная работа с предельно допустимыми значениями в будущем может повлиять на надежность работы устройства.

Электрические характеристики

ПараметрОбозн.МинТипМаксЕд. изм.
Ток на выводе регулировкиIAdj50100µA
Опорное напряжение, 3,0V≤VI−VO≤ 40V, 10mA≤IO≤Imax, PD≤PmaxVref1.21.251.3V
Минимальный ток нагрузки для начала стабилизации (VI−VO = 40 V)ILmin3.510mA
Максимальный ток нагрузкиMaximum Output CurrentImaxA
VI−VO≤15 V,1.52.2
VI−VO = 40 V,0.150.4
Средний уровень шумаN0.003% VO
Уровень пульсацийRRdB
без CAdj65
CAdj = 10 µF6680
Температура отключения180°C
Тепловое сопротивление кристалл-корпусRθJC5°C /W

Внутренняя схема LM317

Микросхема содержит 29 транзисторов.

Типовая схема включения для замера параметров

Значение R2 найти по формуле: Vout =ISET х R2 + 1,250 х Vin, где ISET=5,25 mA.

Информация для использования

Основные принципы работы LM317

LM317 – 3-выводная интегральная микросхема-стабилизатор напряжения. Это 3-клеммный плавающий регулятор. Для осуществления основной функции по стабилизации выходного напряжения между регулировочным выводом и выходом микросхемы формируется опорное напряжение (Vref) 1,25 В.

Значение выходного напряжения задается по формуле:

Значение тока на регулировочном выводе микросхемы (IAdj) не превышает 100 mkA во всем диапазоне нагрузок и регулируемых напряжений. Поэтому для практического использования вторым членом в формуле можно пренебречь.

На основе анализа формулы можно сделать вывод, что микросхема имеет ограничения по минимальному току нагрузки. Если его значения меньше величины, указанной в соответствующем пункте таблицы «электрические параметры» выходное напряжение будет подниматься.

В LM317 для стабилизации выходного напряжения контролируется опорное напряжение между выводами, поэтому микросхему можно использовать для работы с высокими напряжениями относительно земли.

Рисунок: основная схема включения.

Регулирование нагрузки

LM317 способен стабилизировать выходное напряжение в широком диапазоне нагрузок. Для максимальной эффективности стабилизации необходимо учесть ряд требований:

  1. программирующий резистор (R1) размещается максимально близко к микросхеме, чтобы исключить влияние подводящих проводников;
  2. заземляющий конец R2 подсоединяется к основным дорожкам (шинам) заземления на плате, чтобы улучшить регулирование нагрузки.

Внешние конденсаторы

Чтобы уменьшить влияние входного импеданса подводящей линии, повысить стабильность работы регулятора, в непосредственной близости к выводу 3 (VIN) устанавливают входной байпасный конденсатор (Cin), – дисковый 0,1 F или танталовый 1,0 F.

Между выводом регулировки и нулевым проводником устанавливают конденсатор CAdj. Он предотвращает появление пульсаций на выходе микросхемы. Конденсатор емкостью 10 µF подавляет пульсации на 15 дБ при выходном напряжении 10 В.

LM317 будет эффективно выполнять функции регулятора напряжения и при отсутствии конденсатора СО. Однако производитель рекомендует устанавливать на выходе микросхемы фильтрующий конденсатор, – 1,0 µF танталовый или 25 µF алюминиевый электролитический. Он погасит возможные ВЧ шумы и помехи и обеспечит стабильность работы регулятора.

Защитные диоды

Если LM317 используется с выходными конденсатора, рекомендуется устанавливать защитные диоды, как показано на рисунке. При снятии питающего напряжения они предотвратят несанкционированную разрядку выходных конденсаторов через вывод 2 (VOUT) микросхемы.

На рисунке приведена рекомендуемая схема подключения LM317 с защитными диодами для напряжения на выходе свыше 25 В или высоких значений емкости (CO > 25µF, CAdj > 10µF).

Комбинация диодов D1 и D2 полностью защищает микросхему от возможного разряда конденсаторов CAdj и СО.

Рисунок: регулятор напряжения с диодной защитой.

Импортные и отечественные аналоги LM317

Уже не одно десятилетие интегральные регуляторы напряжения с различными параметрами выпускаются импортными и отечественными производителями радиоэлектронных компонентов. Поэтому найти для замены LM317 полный аналог или микросхему с максимально близкими характеристиками не представляет особого труда.

Среди продукции отечественных производителей самой популярной заменой является КР142ЕН12.

Перечень полных аналогов LM317 импортного производства включает: GL317; SG317; UPC317; ECG1900.

Список для замены LM317 будет неполным, если в него не включить элементы с близкими техническими параметрами:

  • LM117 LM217 – работают в диапазоне температур -55… +150 °С,
  • LM338, LM138, LM350 — регуляторы напряжения на 5А, 5А и 3А,
  • LM317HV, LM117HV — выходное напряжение на выходе до 60V.

Типовые эксплуатационные характеристики

Зависимость относительного изменения выходного напряжения от температуры кристалла.

Зависимость выходного тока от разницы входного и выходного напряжения.

Зависимость силы тока на выводе «регулировка» от температуры кристалла.

Зависимость опорного напряжения от температуры кристалла.

Зависимость минимального рабочего тока (тока покоя) от разницы входного и выходного напряжения.

Зависимость уровня пульсаций от выходного напряжения.

Зависимость уровня пульсаций от выходного тока.

Зависимость уровня пульсаций от частоты.

Зависимость выходного импеданса от частоты.

График отклика микросхемы на импульс входного напряжения.

График отклика микросхемы на импульс изменения нагрузки.

11 схем питания различной сложности

Сохранить и прочитать потом —

О пользе силикона

В полной мере сказанное относится не только к ламповым проектам, поэтому все, что будет описано ниже, пригодится и для цифровых, и для аналоговых трактов на полупроводниках.

«А в чем, собственно, проблема? Для накала существуют трехвыводные сильноточные стабилизаторы, а анодные делаются либо на тех же лампах, либо на высоковольтных MOSFET’ах», — такова была первая реакция большинства конструкторов аудио, с кем я пытался завести разговор на эту тему. А жизнь, между прочим, не так проста, как кажется на первый взгляд. Любимые всеми интегральные стабилизаторы серий LM78, LM79, LM317 и LM337 очень удобны и стоят копейки, но в технике класса High End применяются крайне редко из-за широкого спектра ВЧ-шумов, которые у них вообще не нормируются. Эти шумы не слышны, но, взаимодействуя с полезным сигналом, становятся причиной интермодуляции. А вот она уже ведет к излишней жесткости на верхних частотах и частичной потере разрешения. Если от такого стабилизатора питаются катоды прямонакальных ламп, особенно входных, вы можете вообще потерять интерес к проекту — вся грязь из сети, изрядно приправленная собственным шумом микросхемы, будет усилена и попадет на выход усилителя. Поэтому серьезные разработчики в последнее время все чаще предпочитают более сложную схемотехнику, но гарантирующую защиту от ВЧ-неприятностей. Что же касается высоковольтных стабилизаторов, то там ситуация еще хуже. Во-первых, в качестве источников эталонного напряжения используются либо кремниевые, либо газоразрядные стабилитроны, и включаются они, как правило, в катод управляющей лампы (или эмиттер транзистора, что существа дела не меняет). Во-вторых, в ламповых усилителях, особенно однотактных, проходной элемент стабилизатора находится в цепи звукового сигнала и вносит в него свой неповторимый акцент. Так что, кроме конденсаторов, усилительных ламп и трансформаторов, вы будете еще слушать какой-нибудь MOSFET или 6С33С. У меня есть подозрение, что аналогичная ситуация наблюдается и в транзисторных усилителях, но сам не экспериментировал, врать не стану.

Начнем с питания низковольтных цепей — накала, смещения и т.д. В каталоге любого крупного производителя полупроводников обязательно есть малошумящие источники опорного напряжения, и некоторые с регулируемым напряжением выхода. У этих стабилитронов только один минус — ток через переход ограничен несколькими миллиамперами, поэтому для сколько-нибудь серьезной нагрузки их придется дополнить внешним проходным транзистором. Наиболее широко распространен чип TL431, выпускаемый фирмой Texas Instruments. Напряжение шумов на его выходе около 7 мкВ на частоте 10 Гц, стоит около 16 руб. и выглядит, как обычный маломощный транзистор в пластмассовом корпусе ТО-92. Очень удачная схема его применения выложена на сайте www.klausmobile.narod.ru (рис.1).

Здесь IC1 служит источником опорного напряжения, а IC2 является датчиком схемы защиты от КЗ выхода. Достоинство схемы в том, что в качестве проходного элемента работает МДП-транзистор с изолированным затвором, поэтому при любой нагрузке (схема нормирована до 5 А) ток через стабилитрон остается в пределах нормы. R3 задает выходное напряжение, а R2 — ток срабатывания защиты. MOSFET может быть любым из серий IRF400 — 600 и устанавливается на теплоотводе. Рассеиваемая на нем мощность подсчитывается по формуле P = (Uвх — Uвых) x Iнагр. Если стабилизатор должен обеспечивать фиксированное напряжение, то его тоже легко рассчитать: Uвых = (1+R1/R2) x Uref, где Uref — опорное напряжение TL431, т.е 2,5 В. Из этого легко видеть, что для получения Uвых = 5 В, например, питания цифровой части ЦАПа, сопротивления R1 и R2 должны быть одного номинала (примерно 3,3 — 6,8 К).

Для слаботочных цепей, например, сеточного смещения или питания ОУ в тракте CD-проигрывателя, очень хороши параллельные стабилизаторы. В них регулирующий элемент включен параллельно нагрузке, что имеет неоспоримые преимущества — по переменному току его сопротивление очень мало, а по постоянному — очень велико. Вам это ничего не напоминает? Правильно, конденсатор, причем без какой-либо абсорбции, утечки, с мизерным ESR и индуктивностью. Короче, почти идеальный. Пример такого стабилизатора показан на рис. 2. Источник опорного напряжения здесь тот же — TL431, и выходное напряжение рассчитывается по той же самой формуле и подстраивается триммером R1. Стабилизация (если кто не знает) происходит за счет падения напряжения на резисторе R0. Номинал R3 выбирается с тем расчетом, чтобы ток через TL431 был в пределах 1 — 3 мА. Еще более очевидны выгоды такой схемы для построения высоковольтных стабилизаторов, но об этом ниже.

На той же TL431 легко собрать схему задержки включения анодного питания (рис. 3). Время задержки задается параметрами цепочки R1/С1 и при указанных номиналах составляет около 25 секунд. Оптрон — 293КП9В или ему подобный.

В схемах дифференциальных каскадов с т.н. long tail отрицательное напряжение для лучшей симметрии следует подавать через источник тока. Часто для этого используют лампы. А если нет места, или трансформатор питания работает на пределе и уже не потянет еще один накал?

Пригодится простенькая схемка на полевом транзисторе (рис. 4). Единственный элемент, на качество которого стоит обратить внимание — электролитический конденсатор в делителе затвора. Он должен быть либо Black Gate, либо Elna Cerafine. Собирается источник тока на крошечной печатной плате и может быть встроен в любой усилитель при апгрейде. Отрицательное напряжение на «хвост» можно получить выпрямлением напряжения накала.

Еще один возможный путь апгрейда — снижение шумов стандартных источников питания. Способ примерно тот же, т.е. шунтирование шины питания активным фильтром с определенными параметрами (рис. 5). Без какой-либо настройки он подавляет ВЧ-составляющую на 20 дБ, а если подобрать резистор в цепи эмиттера, то можно додавить их и до 40 дБ. Потребление тока самим шунтом около 10 мА, так что он вряд ли перегрузит стабилизатор. Если ток в нагрузке более 300 мА, то шунт придется умощнить (рис. 6). Для этого понадобится составной транзистор (КТ825/827 в зависимости от полярности источника), который будет забирать на себя уже около 40 мА. Зато им можно «чистить» сильноточные шины, например накальные. Если в предварительном усилителе или фонокорректоре выносной блок питания, то к сетевым помехам и шумам стабилизатора добавятся ВЧ и СВЧ-наводки на соединительные провода. Частично эта проблема решается с помощью ферритовых колец, надеваемых на жгут или отдельные проводники, но гораздо более заметный эффект дает схема, показанная на рис. 7. Она ставится на приемном конце, т.е. в самом усилителе, и питается от той же шины, которую чистит. ОУ должен быть по возможности малошумящим и широкополосным, к качеству остальных деталей особых требований не предъявляется. На рис. 8 видно, что эффективность подавления шумов на частоте 100 Гц достигает 24 дБ без точного подбора номиналов. Более подробное описание этих шумоподавителей можно найти по адресу www.wenzel.com/documents/finesse.html .

Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8

Теперь об анодном питании. В 1998 г. компания Technics начала выпускать усилители DVD Audio Ready, т.е. с расширенным динамическим диапазоном. Для них пришлось разрабатывать новые источники питания, поскольку при имеющихся невозможно было снизить шумы усилителя до нужной величины. Была запатентована схема т.н. виртуальной батареи или, как ее еще называют, схема с умножением емкости. Высоковольтный вариант такой батареи показан на рис. 9 (верхняя часть схемы). Как видите, здесь вообще нет стабилитрона, поэтому, строго говоря, это не стабилизатор, а фильтр с составным проходным элементом. Суть идеи в том, что входное сопротивление МДП-транзистора — несколько сотен мегаом, что позволяет подключить его затвор к RC-цепочке с такой огромной постоянной времени (4,7 мОм и 47 мкФ соответственно), что никакие помехи через нее не проходят. Минусы схемы — уже упомянутое отсутствие стабилизации и очень долгий заряд, время которого составляет примерно 20 мин. Аппарат с таким источником питания вообще выключать не рекомендуется.

Более серьезные люди питают аноды ламп от параллельных стабилизаторов. Помимо перечисленных выше преимуществ, они обладают и еще одним — после выключения питания быстро разряжают емкости фильтров. Кстати, об этом почему-то мало кто заботится, а ведь вреда от этого ничуть не меньше, чем при подаче напряжения на анод холодной лампы. В предах, например, конденсаторы разряжаются несколько минут, а катоды остывают значительно быстрее. Кроме того, шунты начинают потреблять ток мгновенно после включения, благодаря чему фильтр застрахован от перегрузок по напряжению в режиме холостого хода. Схема относительно простого и недорогого шунт-регулятора (рис. 10) содержит мощный высоковольтный MOSFET IRF820 и схему управления на малошумящем ОУ TL-071. Опорное напряжение задается делителем на инвертирующем входе, а напряжение шины питания контролируется через интегрирующую RC-цепочку 1,5 мОм и 1 мкФ. Между выходом ОУ и затвором транзистора стоит режекторный ВЧ-фильтр, вырезающий самый вредный участок шумового спектра. Обратите внимание, что нагрузка подключается к шинам в том месте, где припаяны элементы делителя, еще лучше подключить верхнюю точку интегрирующей цепочки непосредственно к потребителю, например, к анодной обмотке выходного трансформатора. Между выпрямителем и стабилизатором должно быть включено либо сопротивление, на котором будет падать разница напряжений, либо, что значительно лучше, мощный источник тока. Такой, например, как на рис. 11 слева. Это вообще очень интересная схема, ее автор, Манфред Хубер (http://home.t-online.de/home/MHuber/bjtreg.htm) уверен, что она дает тот же эффект, что и тефлоновый конденсатор емкостью 1000 мкФ, включенный параллельно нагрузке. Я пробовал запитывать от этого стабилизатора фонокорректор с выходным трансформаторным каскадом на 4П1Л, разница по сравнению с виртуальной батареей действительно заметна на слух. Во-первых, бас становится более собранным, заметно уменьшается интермодуляция, схема — менее чувствительной к качеству трансформатора. Очевидно, возвратный путь сигнала на землю здесь намного короче, да и выходное сопротивление источника практически не зависит от частоты. Заодно несколько советов: если выходное напряжение не должно регулироваться в широких пределах, дорогие полевые транзисторы BSS135 (около 120 руб. каждый), работающие как источники тока стабилитронов LM4041 и ZPD30, можно заменить обычными сопротивлениями. Их номинал рассчитывают так, чтобы через них протекал ток 1,3 мА. Транзисторы ZTX458/558 фирмы Zetex с напряжением Uкэ = 450 В у нас найти невозможно, зато есть недорогие аналоги Philips и Motorola. Ток стабилизатора рассчитывается по формуле I = 1,23/(P1 + R2), а напряжение вот как: Uвых = 30(1 + (P2 + R9)/R8). Число 30 означает напряжение стабилитрона D4, если будет другой, нужно внести поправку. Стабилитронов здесь бояться не надо — шум D4 гасится цепочкой R5-C2-C5, а D5 выполняет сугубо защитные функции, и в нормальном режиме лавинного пробоя в нем нет. Транзисторы Q2 и Q8 устанавливаются на теплоотводы, способные рассеять 6 — 8 Вт.

Рис. 10
Рис. 11

Приятных вам экспериментов, и будьте осторожнее с высоким напряжением!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector