Sfera-perm.ru

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

Стабилизатор тока это источник тока

Стабилизаторы тока

Двунаправленные стабилизаторы тока
Стабилизатор для лабораторного блока питания с защитой по току
Регулируемый стабилизатор тока 0,45..1,1А
Стабилизатор тока на TL431
Стабилизатор тока на LM317 (КР142ЕН12)
Стабилизатор тока для оптрона
Маломощные стабилизаторы тока на полевых транзисторах

Маломощные стабилизаторы тока на полевых транзисторах

Ниже представлены схемы генераторов тока на полевых транзисторах, собранные из периодической литературы.

Для схемы изображенной на рис.1 а), в) сопротивление резистора определяется из соотношения:

где U — напряжение, соответствующее точке перегиба передаточной характеристике (рис.2), I — ток стока при отсутствии напряжения на затворе.

Выходное сопротивление схемы составляет единицы МОм, для увеличения выходного сопротивления до десятков МОм можно воспользоваться схемой из двух полевых транзисторов (для нормальной работы стабилизатора на рис. 3б) необходимо, чтобы напряжение отсечки транзистора V1 было больше, чем у V2 и наоборот для рис. 3а):

Общий недостаток схем на полевых транзисторах — ток стабилизации можно определить только экспериментально из-за большого разброса параметров последних. Тем не менее в упрощенном виде ток стабилизации может быть определен выражением:

где Uотс — напряжение отсечки ПТ, S — крутизна его входной характеристики, Rи — сопротивление резистора в цепи истока.

В качестве примера, для КП303 (рис.1 а): U = 4В, I = 9мА, R1 = 3 кОм ток стабилизации составляет 1..1,1мА при изменении напряжения от 4 до 24 В).

Для стабилизации микротоков значение SRи>>1, следовательно:

Справочно:

  1. Напряжением отсечки полевых транзисторов принято считать напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока равен 10 мкА.
  2. Минимально допустимый ток стабилизации ограничен током утечки затвора и конечной проводимостью канала закрытого транзистора, а также токами утечки других деталей цепи и монтажа. Практически можно говорить о минимальном токе порядка 100 нА. Максимальный ток стабилизации ограничен параметрами примененного транзистора.

Для схемы изображенной на рис.1 б) [2] ток стабилизации составляет 100 мкА и определяется резистором R1 при напряжении питании 10В. График зависимости тока стабилизации от питающего напряжения приведен ниже:

В схеме могут быть применены полевые транзисторы из серии КП306, необходимо выбирать экземпляры с возможно меньшим напряжением отсечки и большей крутизной.

  1. Радио, №1/1978 с.39,40; 2/1978 с.44,45 «Источники тока и их применение»
  2. Радио, №7/1911 с.36,37 «Стабилизатор тока на полевом транзисторе с двумя затворами»
  3. Радио, №2/1974 с.59
  4. Радио, №9/1978 с.40-41 «Стабилизация микротока на полевых транзисторах»

Стабилизатор тока для оптрона

Предложенная схема позволяет стабилизировать ток в цепи светодиода оптрона на уровне 15 мА в широком диапазоне управляющего напряжения. Ток устанавливаться резистором R2.

Стабилизатор тока на LM317 (КР142ЕН12)

Микросхема позволяет конструировать несложные, но при этом достаточно мощные стабилизаторы тока, правда с низким КПД. Подобные драйверы находят широкое применение, в том числе в узлах защиты БП и LED драйверах.

Ниже приведены схемы «умощнения» стабилизатора на больший, чем 1,5 А ток:

Примеры построение драйверов для LED на LM317 из сети (Схемы взяты из сети, обратите внимание на комментарии под ними):

Стабилизатор тока на TL431

Микросхема TL431 позволяет строить простые стабилизаторы с минимумом дискретных элементов. Ток стабилизации от единиц миллиампер до нескольких ампер.

В соответствии с datasheet типовыми схемами включения TL431 в режиме стабилизации тока являются две схемы:

При построении стабилизаторов тока по данным схемам необходимо учитывать, что минимальный/максимальный ток через микросхему составляет соответственно 1 мА/100 мА, а входное напряжение не превышать 36 В.

Для «умощнения» нагрузочных способностей микросхемы можно воспользоваться следующими решениями (модификация схемы на рис.2):

На данных схемах в качестве T1 используется маломощный транзистор желательно с как можно большим коэффициентом усиления (например, КТ3102 или аналоги), в качестве Т2 мощные транзисторы в зависимости от необходимого тока стабилизации.

Двунаправленные стабилизаторы тока

Приведённые схемы стабилизаторов тока могут работать при любой полярности подводимого напряжения.

На рисунке 1 приведена схема стабилизатора тока на полевом транзисторе, включенного в диагональ диодного моста. При использовании данной схемы необходимо учитывать, что напряжение начала стабилизации тока становится больше на напряжение падения на двух диодах, которые оказываются включены в прямом направлении.

При использовании схемы изображённой на рисунке 2 напряжение начала стабилизации уменьшено (по сравнению с рис.1), так как последовательно с каналом полевого транзистора оказывается включенным только 1 диод. Однако такой стабилизатор имеет сниженный коэффициент стабилизации тока из-за ослабления ООС делением напряжения резисторами R1, R2.

Схема, освобожденная от указанного выше недостатка в части ослабления коэффициента стабилизации, изображена на рисунке 3.

На рисунке 4 изображена схема с повышенным коэффициентом стабилизации тока.

Схемы 1-4 позволяют стабилизировать ток величиной в несколько миллиампер, в целом он определяется начальным током стока используемых транзисторов.

Более мощный стабилизатор тока изображен на рисунке 5, где ток стабилизации может определяться уже током коллектора биполярного транзистора.

Простые стабилизаторы (рисунок 6-10) получаются при их построении на основе p-n переходов транзисторов, выполняющих роль диодов.

На рисунке 11 приведен пример применения стабилизатора тока в генераторе треугольных импульсов.

Во всех описанных стабилизаторах можно использовать полевые транзисторы серии КП103, биполярные транзисторы серий КТ502, КТ503, диоды серий КД521, КД522. Для получения максимально симметричной ВАХ пары транзисторов необходимо подбирать с одинаковыми характеристиками, а ещё лучше использовать транзисторные и диодные сборки: К542, КДС111, КДС523, КДС526, КДС627, КР504, КР159, КР162, КР198.

Налаживание стабилизаторов заключается в подборке соответствующих токозадающих резисторов с целью получения номинального тока стабилизации в рабочем интервале приложенного напряжения.

Читайте так же:
Стабилизатор тока для ангельских глазок
В [2] описана усовершенствованная схема стабилизатора тока 1..40 мА на биполярный транзисторах и светодиодах:

Устройство можно запитывать напряжением от 12 до 300В.

Ток стабилизации задается резисторами R1 и R2, которые рассчитываются следующим образом: Iст=2(Uсд-Uбэ)/Rэ, где Uсд — напряжение падения напряжения на светодиодах, Uбэ — напряжение на эмиттерном переходе (для кремниевого транзистора

0,6..0,7В), Rэ — сопротивление R1 (R2).

Конденсатор С1 должен быть минимально возможной емкости, обеспечивающим работу (запуск) стабилизатора. транзисторы можно выбирать исходя из начального напряжения, например, до 100 В — КТ814Г / КТ815Г, а при снижении тока стабилизации — любые маломощные.

  1. О.Ильин, Двунаправленные стабилизаторы тока. — Радио, 2012, №6 с.28-30
  2. К.Мороз Генератор тока. — Радио, 2013, №4, с.43

Стабилизатор для лабораторного блока питания с защитой по току

Предлагаемый стабилизатор имеет возможность регулировки выходного напряжения от 0 до 25В и токе нагрузки до 3А, что в большинстве случаев достаточно для использования в домашней лаборатории.

В качестве регулятора выходного напряжения выступает составной транзистор VT2VT3, управляемый операционным усилителем (ОУ) DA1. На инвертирующий вход ОУ подается напряжение, пропорциональное выходному, а на не инвертирующий — часть образцового с движка переменного резистора R7, которым регулируется выходное напряжение стабилизатора.

Защита от превышения тока нагрузки собрана на проволочном резисторе R1. При увеличении тока через нагрузку увеличивается падение напряжения на резисторе, в следствии чего начинает открываться транзистор VT1. В результате открытия транзистора загорается светодиод HL1, сигнализирующий о перегрузке. Также увеличивается напряжение на инвертирующем входе, что в свою очередь приводит к ограничению тока через нагрузку на установленном резистором R3 уровне. Выходной транзистор необходимо обязательно установить на теплоотвод площадью 150-200см2.

Для повышения стабильности работы стабилизатора резистор R6 можно заменить стабилизатором тока на 10..20мА на полевом транзисторе.

Введение

Понадобился мне тут недорогой источник опорного напряжения. Полистав каталоги, я остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 рублей. Сейчас расскажу, что это за букашка и как ее использовать.

TL431

TL431 — это так называемый программируемый стабилитрон. Применяется в качестве источника опорного напряжения и источника питания для малопотребляющих схем. Выпускается несколькими производителями и в разных корпусах, мне досталась от Texas Instruments в корпусе SOT23.

— выходное напряжение от 2.5 до 36 В
— рабочий ток от 1 до 100 мА
— выходное сопротивление 0.2 Ом
— точность 0.5%, 1% и 2%

Имеет три вывода. Два как у стандартного стабилитрона — анод и катод. И вывод опорного напряжения, который подключается к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах обозначается так:

Минимальная схема включения требует один резистор и позволяет получать опорное напряжение 2.5 В.

Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле:

где Ist — ток TL431, а Il — ток нагрузки. Входной ток опорного вывода не учитывается, так как он

В полной схеме включения к TL431 добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение.

Номиналы резисторов делителя напряжения и выходное напряжение TL431 связаны следующим соотношением:

,где Uref = 2.5 В, Iref = 2 мкА. Это типовые значения и они имеют определенный разброс (смотрите даташит).

Если задаться значением одного из резисторов и выходным напряжением, то можно рассчитать значение второго резистора.

А зная выходное напряжение и входной ток, можно рассчитать номинал резистора R1:

,где Iin — входной ток схемы, который складывается из рабочего тока TL431, тока делителя напряжения и тока нагрузки.

Если TL431 используется для получения опорного напряжения, то резисторы R2 и R3 нужно брать с точностью 1% из ряда E96.

Расчет стабилизатора напряжения на TL431

Входное напряжение Uin = 9 В
Требуемое выходное напряжение Uout = 5 В
Ток нагрузки Il = 10 мА

Данные из даташита:

Ist = 1..100 мА
Iref = 2 мкА
Uref = 2.495 В

Задаемся значением резистора R2. Максимальное значение этого резистора ограничено током Iref = 2 мкА. Если брать номинал резистора R2 равным единицам/десяткам кОм, то это подойдет. Пусть R2 = 10 кОм.

Так как TL431 используется в качестве источника питания, высокая точность здесь не нужна и членом Iref*R2 можно пренебречь.

Округленное значение R3 будет равно 10 кОм.

Чтобы рассчитать R1 нужно прикинуть входной ток схемы. Он складывается из тока TL431, тока нагрузки и тока делителя напряжения.

Ток делителя напряжения равен Uout/(R1+R2) = 5/20000 = 250 мкА.

Ток TL431 может быть от 1 до 100 мА. Если взять ток Ist > 2 мА, то током делителя можно пренебречь.

Тогда входной ток будет равен Iin = Ist + Il = 2 + 10 = 12 мА.

А номинал R1 = (Uin — Uout)/Iin = (9 — 5)/0.012 = 333 Ом. Округляем до 300.

Мощнность, рассеиваемая на резисторе R1, равна (9 — 5)*0.012 = 0.05 Вт. На остальных резисторах она будет еще меньше.

R1 = 300 Ом
R2 = 10 кОм
R3 = 10 кОм

Примерно так, без учета нюансов.

Емкость нагрузки

Если будете использовать TL431 и повесите на выходе конденсатор, то микросхема может «загудеть». Вместо уменьшения выходного шума, на катоде появится периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт.

Емкость нагрузки, при которой TL431 ведет себя стабильно, зависит от тока катода и выходного напряжения. Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные области — это те, что за пределами графиков.

О питании. Часть первая.

Цикл статей состоит из трёх частей:

Данный цикл статей является попыткой в очень сжатом виде представить различные темы и вопросы о питании электроники. Статья представляет собой не инструкцию, а , скорее, приблизительное руководство с учётом личного мнения и опыта автора.

Источники питания.

Все электронные устройства можно грубо разделить на два типа: стационарные и портативные (мобильные, переносные). В зависимости от этого в них применяются и различные источники питания. В мобильных электронных устройствах применяются в основном так называемые первичные источник питания, в стационарных — вторичные источники питания.

Первичный источник питания — источник тока, в котором различные виды энергии превращаются в электрический ток. Например: батарейка, электрогенератор, солнечный элемент.
Вторичный источник питания — не вырабатывает, а лишь преобразует электрический ток до определённых параметров. Например: трансформатор, электронный или электромеханический преобразователь.
Читайте так же:
Для чего используются стабилизаторы тока

Многие первичные источники питания (батарейки, аккумуляторы, солнечные элементы, топливные элементы, теплогенераторы) вырабатывают постоянный ток. От остальных первичных источников питания, а так же практически от всех вторичных источников питания получают переменный ток. А так как почти все электронные схемы работают на постоянном токе, полученный переменный ток необходимо преобразовать в постоянный, это делается с помощью выпрямителя.

Выпрямитель электрического тока — устройство, предназначенное для преобразования переменного входного электрического тока в постоянный выходной электрический ток.

Для выпрямления огромных токов, или в специальных установках, выпрямлнение тока может производиться с помощью электромеханических выпрямительных устройств. Но в большинстве случаев для выпрямления тока используются схемы с одним или несколькими диодами: Рис. 1 а)-однополупериодный выпрямитель, Рис. 1 б)-выпрямительный мост).

Электрический ток, пройдя через выпрямитель, хоть и течёт в одну сторону, но течёт пульсирующе. Для сглаживания пульсаций тока применяется сглаживающий электрический фильтр (Рис. 2).
Простейший сглаживающий фильтр может состоять из одного или нескольких конденсаторов большой ёмкости (Рис. 2 «а)»). Фильтры, состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности (дросселей), имеют большую эффективность (LC-фильтр на Рис.2 «б)»). Иногда применяют и многоступенчатые LC-фильтры.

При питании электронных устройств от источников питания постоянного тока надобность в выпрямителе отпадает. Сглаживающий фильтр при этом иногда всё же ставят. Это позволяет снизить внутреннее сопротивление источника против импульсов тока нагрузки: в моменты резкого токопотребления основная часть энергии будет отбираться из конденсаторов фильтра, а не напрямую из источника питания, например, батарейки.

Внутренее сопротивление источника тока.

Любой реальный источник тока (батарейка, электрогенератор, трансформатор) имеет внутренее сопротивление. Что бы объяснить это явление и его влияние его на работу схемы, используют схему замещения источника тока (Рис. 3)

Представление элемента электрической цепи отдельными его параметрами (сопротивлением, ёмкостью, индуктивностью) называется схемой замещения или эквивалентной схемой.

Знаками «+» и «-» на Рисунке 3 обозначены наружние контакты реального источника тока, например, клеммы батарейки. Буквой «E» обозначен идеальный (теоретический) источник тока. Сопротивление R1 соединёно последовательно с источником тока, R2 — параллельно источнику. Оба эти сопротивления находятся внутри источника тока, и величина их зависит от его типа. В батарейках, например, эти сопртивления состоят из переходного сопротивления между электролитом и электродами батарейки, в трансформаторном источнике тока — это сопротивление состоит из сопротивления обмотки и сопротивления выпрямительного устройства. Сопротивление R1 обычно находится в пределах от нескольких миллиом до нескольких Ом (относительно малое сопротивление). Сопротивление R2 — сопротивление изоляции между контактами, это сопротивление достигает нескольких десятков мегаом (очень большое сопротивление).
Так как внутреннее сопротивление R1 включено последовательно с нагрузкой, то при повышении тока через него (а значит и через подключённую нагрузку) растёт и падение напряжения на R1. То есть часть напряжения как бы «остаётся внутри источника». Это объясняет «проседаение» напряжения на контактах источника тока при подключении большой нагрузки.
Сопротивление R2 объясняет явление саморазряда батарейки, так как оно замыкает наружние клеммы источника тока и через него постоянно течёт очень маленький ток в несколько микроампер («ток саморазряда»).

Объяснённые эффекты действительны с любым реальным источником тока: батарейкой или аккумулятором, сетевым блоком питания или электрогенератором; любой реальный источник тока имеет внутренее сопротивление. Внутренее сопротивление одного и того же источника питания может изменяться с течением времени в результате протекания химических или физических процессов как внутри самого источника питания (например, так называемая «сульфатация» в свинцовых аккумуляторах), так и снаружи его (например, повышение температуры окружающей среды).

Электронный стабилизатор.

В процессе работы напряжение на контактах источника питания изменяется. Причин такого изменения напряжения может быть несколько:

  • У вторичных источников питания: отклонения напряжения в питающей сети.
  • У химических источников питания (батареи, аккумуляторы): частичный разряд.
  • Изменение потребляемого тока питаемой конструкцией.
  • Изменение внутреннего сопротивления источника тока.

Для компенсации этого естественного изменения напряжения на выходе источника питания применяют электронные стабилизаторы (далее просто «стабилизатор»).

Электронный стабилизатор — это устройство, автоматически поддерживающее постоянство определённого параметра (часто напряжение или ток) на выходных контактах.

Стабилизаторы применяются в первую очередь для питания тех электронных схем, которые специально расчитаны для работы от источника питания со строго определёнными и постоянными параметрами.
Стабилизаторы в зависимости от способов построения схемы можно разделить на несколько типов:

Встречаются так же и комбинированные схемы стабилизаторов.

Стабилизаторы напряжения поддерживают постоянство напряжения на выходных контактах. Стабилизаторы тока — обеспечивают постоянство тока в нагрузке. Стабилизаторы тока применяются в специальных схемах, например для зарядки аккумуляторов. Наиболее же часто для питания электронных схем требуются стабилиазторы напряжения.
Существует множество типов и схемных решений стабилизаторов. Разные схемы при этом имеют как достоинства так и недостатки. Выбор оптимального типа стабилизатора — это довольно сложный вопрос, на который влияет множество факторов.
Несмотря на разнообразие схем, наибольшее распространение в электронных конструкциях получили два типа стабилизаторов напряжения:

  • Стабилизаторы линейного типа регулировки с последовательным подключением нагрузки и компенсационной стабилизацией выходного напряжения. Типичный представитель: серия КРЕН (аналог LM78xx).
  • Стабилизаторы импульсного типа регулировки с повышающей или понижающей функцией преобразования. Типичный представитель: К1156ЕУ5 (аналог MC34063).
Читайте так же:
Регулируемый стабилизатор напряжения тока радио

Кратко рассмотрим принцип работы хорошо известного линейного компенсационного стабилизатора.

На рисунке 4 изображена внутренняя блок-схема стабилизатора серии LM78xx («xx» — выходное напряжение стабилизатора этой серии).
Опорный Источник ОИ является задающей основой и неотъемлемой частью всех стабилизаторов. В простейшем случае он может представлять собой параметрический стабилизатор на стабилитроне. Опорный источник вырабатывает точно заданное напряжение UОИ , но способен обеспечить лишь очень маленький ток нагрузки.
Блок Сравнения БС непрерывно сравнивает напряжение на выходных контактах стабилизатора (напряжение обратной связи) Uобр. с напряжением Опорного Источника UОИ . Блок Сравнения может быть построен на операционном усилителе или на нескольких транзисторах.
Выход Блока Сравнения соединён с Регулирующим Элеметном РЭ. Регулирующий Элемент может менять своё сопротивление в зависимости от управляющего сигнала Блока Сравнения. Таким свойством обладают все транзисторы, поэтому в качестве Регулирующего Элемента внутри стабилизатора LM78xx и стоит обыкновенный транзистор.
Теперь, если по каким-то причинам напряжение на выходе стабилизатора начало снижаться, Блок Сравнения начнёт сильнее открывать Регулирующий Элемент (уменьшать его сопротивление). Это повлечёт за собой увеличение выходного напряжения стабилизатора. Такое увеличение напряжения будет продолжаться до тех пор, пока выходное напряжение не сравняется с напряжением Опорного Источника. После чего схема придёт в равновесие. Если вдруг выходное напряжение увеличится выше нормы, произойдёт обратный процесс: Регулирующий Элемент будет немного закрываться и выходное напряжение падать.
В результате этих процессов стабилизатор будет постоянно стараться компенсировать изменение напряжения на источнике питания и будет стремиться поддерживать выходное напряжение на заданном уровне. Можно сказать, что последовательный параметрический стабилизатор — это последовательно с нагрузкой включённый автоматический резистор, сопротивление которого автоматически изменяется для поддержания выходного напряжения.
Для обеспечения нормальной работы такого стабилизатора входное напряжение должно быть больше чем выходное. Для стабилизатора 5 вольт, например, LM7805 минимальное входное напряжение должно быть 7 вольт.

Линейный стабилизатор тока построен идентично стабилизатору напряжения. В стабилизаторе тока (Рис. 5.) последовательно с нагрузкой включен резистор малого сопротивления R (от сотых долей Ома до нескольких Ом). Падение напряжения UR на резисторе R постоянно сверяется с напряжением от Опорного Источника ОИ . В случае неравенства величины напряжения на R и напряжения Опорного Источника, Блок Сравнения откорректирует Регулирующим Элеметном РЭ выходное напряжение таким образом, что бы ток через нагрузку оставался неизменным. А так как ток через нагрузку течёт и через токовый резистор R , то по закону Ома падение напряжения на нём ( UR ) меняется.

Простейший стабилизатор тока величной до 1 Ампера можно собрать на микросхеме LM317 (Рис. 6).

Импульсные стабилизаторы тока или напряжения функционируют на похожем принципе, но Регулирующий Элемент управляется Блоком Сравнения в импульсном режиме, а схема обычно дополнительно содержит накопительный дроссель (катушку). Схематично импульсные стабилизаторы построены сложнее, но современные микросхемы позволяют собрать импульсный стабилизатор всего на нескольких элементах.

Используя вышеописанные части (первичный или вторичный источник питания, выпрямитель, фильтр и стабилизатор напряжения), можно собрать полноценный стабилизированный блок питания (Рис. 7):

Если блок питания предназначен для стационарной конструкции — в качестве источника питания используется трансформатор с выпрямителем, если это переносная/мобильная конструкция — используются батарейки или аккумуляторы. Выработанное тут напряжение подаётся на фильтр 1, а затем на стабилизатор. Фильтр 2 повышает эффективность работы стабилизатора блока питания и дополнительно защищает от помех. Стабилизированное напряжение после второго фильтра предназначенно для питания чувствительных электроных схем.
Нестабилизированное напряжение после фильтра 1, указанное пунктирной линией, может использоваться для раздельного питания.
Что такое раздельное питание и для чего оно используется, мы рассмотрим в следующей части статьи. Кроме того, во второй части статьи будут затронуты темы:

  • Явление помех в электронных устройствах.
  • Гальваническая развязка.
  • Борьба с помехами в питании.
  • Выбор аккумулятора или батареек.
  • Выбор типа стабилизатора.
  • Пути снижения токопотребления.

Смелых и Удачных Экспериментов.

Цикл статей состоит из трёх частей:

Дополнения и файлы:

  • URL: СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ. — описание работы простейших стабилизаторов напряжения.
  • URL: Стабилизаторы напряжения. — ещё одно описание работы стабилизаторов напряжения.
  • URL: Виды и особенности импульсных источников электропитания — принцып работы и расчёт импульсных источников.
  • URL: ИС для вторичных источников питания — список микросхем стабилизаторов с указанием аналогов.
  • URL: Elwiki: Регулятор напряжения LM317
  • URL: Конспект лекций: Стабилизаторы напряжения
  • URL: DC-DC преобразователь 12В/5В — простейшая схема импульсного стабилизатора.
  • URL: БЛОКИ ПИТАНИЯ И ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА — много схем БП и ЗУ.
  • URL: Помехоустойчивые устройства — описание помех и методов борьбы с ними.
  • URL: Расчет силового трансформатора.
  • URL: Выпрямители и стабилизаторы напряжения.

Стабилизаторы напряжения и тока.

Стабилизатором напряжения (тока) называют устройство, автоматический обеспечивающее поддержание напряжения (тока) нагрузочного устройства с заданной степенью точности.

колебание напряжения сети (от +5% до -15%)

температура окружающей среды.

Классификация стабилизаторов по признакам:

по роду стабилизируемой величины – стабилизаторы напряжения и тока;

по способу стабилизации – параметрические и компенсационные;

При параметрическом способе стабилизации используют некоторые приборы с нелинейной ВАХ, имеющей пологий участок, где напряжение мало зависит от дестабилизирующих факторов (стабилитроны, бареттеры, лампы накаливания, транзисторы). При компенсационном способе стабилизации постоянство напряжения обеспечивается за счет автоматического регулирования входного напряжения источника питания. Это достигается за счет введения отрицательной обратной связи между выходом и регулирующим элементом, который изменяет свое сопротивление так, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины.

Читайте так же:
Ml317 схема стабилизатор тока

Коэффициент стабилизации по напряжению

Коэффициент стабилизации тока

Внутреннее сопротивление стабилизатора. Определяет падение напряжения на стабилизаторе.

КПД

Параметрический стабилизатор напряжения

Спомощью такого стабилизатора, в котором применяется полупроводниковый стабилитрон Д,можно получать стабилизированное напряжение от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при токах от единиц миллиампер до единиц ампер.

Принцип действия параметрического стабилизатора напряжения легко объяснить по ВАХ стабилитрона и «опрокинутой» ВАХ Rб.

При увели­чении напряжения Uвх1(положение 1) на ΔUвх1, например из-за повы­шения напряжения сети, вольт-ам­перная характеристика резистора R6 переместится параллельно самой себе и займет положение 2.Из рисунка видно, что напряжение (Uст2мало отличается от напряженияUст1, т. е. практически напряжение на стабили­троне и на нагрузочном резисторе Rб останется неизменным. Напряжение на нагрузочном устройстве останется неизменным также при снижении входного напряжения и изменениях нагрузочного токаIн.

Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопро­тивление резистора R6должно быть таким, чтобы его вольт-амперная характеристика пересекала вольт-амперную характеристику стабилитрона в точке А, соответствующей номинальному току ста­билитронаIст.ном, значение которого указано в паспортных дан­ных стабилитрона.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на­пряжения на полупроводниковом стабилитроне может достигать 30÷50.

Iст.min – минимальное значение тока, протекающего через стабилитрон, при котором обеспечивается режим стабилизации.

Iст.max– максимально допустимый ток, протекающий через стабилитрон.

Uст.ном – номинальное напряжение, на которое рассчитан данный стабилитрон.

Ток через стабилитрон задают, исходя из условия:

Основными достоинствами параметрических стабилизаторов на­пряжения являются простота конструкции и надежность работы.

К недостаткам следует от­нести небольшой коэффи­циент полезного действия, не превышающий 0,3, боль­шое внутреннее сопротив­ление стабилизатора (5—20 Ом), а также узкий и нерегулируемый диапа­зон стабилизируемого на­пряжения.

Параметрический стабилизатор тока.

Впараметрических стабилизаторах тока нелинейный элемент вклю­чают последовательно с нагрузочным устройством. Рассмотрим ВАХ применяемого в качестве нелинейного элемента прибора. Как видно, при изменении напряжения отUBXдоU’BXнапряжение на нелинейном элементе изменяется отUнэдо значенияU’нэ,а нагру­зочный токIн, являющийся также током через нелинейный элемент, практически не изменяется.

В параметрических стабилизаторах тока в качестве нелинейно­го элемента используют биполярные и полевыё транзисторы. Значение стабилизируемого тока определяется резистором R. Коэффициент стабилизации тока в таком стабилизаторе составляет несколько десятков. (30÷50).

Компенсационный стабилизатор состоит из блока сравнения БС,в который входят источник опорного напряжения (параметрический стабилизатор) и резистивный делитель, усилителя постоянного тока Уи регулирующего элемента (транзистора) РЭ.

Стабилизатор непрерывного действия.

В этом стабилизаторе в блок сравнения БС входят пара­метрический стабилизатор, состоящий из стабилитрона Д и резис­тора R6,и резистивный делитель R1R2R3.Усилителем постоянного тока является усилитель на маломощном транзисторе Т2и резисто­ре RK.В качестве регулирующего элемента используется мощный транзистор Т1.В рассматриваемом компенсационном стабилизаторе происходитнепрерывноесравнение напряжения на нагру­зочном резистореUн(или части его) с опорным напряжениемUoп, создаваемым с помощью параметрического стабилизатора.

При увеличении входного напряжения стабилизатора или уменьшении нагрузочного тока IннапряжениеUнповышается, отклоняясь от номинального значения. Часть напряженияUн, равная βUн(β— коэффициент деления резистивного делителяR1R2R3, ), являющаяся сигналом обратной связи, сравнивается с опорным напряжением Uоп,снимаемым с параметрического стаби­лизатора. Так как опорное напряжение остается постоянным, то напряжение между базой и эмиттером транзистора Т2из-за увели­чения напряжения βUнуменьшается. Следовательно, коллекторный ток транзистора Т2снижается. Это приводит к уменьшению напря­жения между базой и коллектором транзистора Т1, что равносильно увеличению его сопротивления. Вследствие этого падение напряже­ния на транзисторе Т1возрастает, благодаря чему напряжение Uн приобретает значение, близкое к номинальному с определенной степенью точности. С помощью переменного резистораR2осуществ­ляется регулирование напряжения Uн.

К достоинствам компенсационных стабилизаторов постоянных напряжения и тока относятся: высокий коэффициент стабилизации (К>1000); низкое внутреннее сопротивление; отсутствие собственных помех.

Недостатками являются: невысокие значения коэффициента по­лезного действия, не превышающие 0,5—0,6; большая сложность, следовательно, меньшая надежность по сравнению с параметриче­скими стабилизаторами; значительные масса, габариты и стоимость стабилизаторов.

По способу управления регулирующего элемента делится на:

Стабилизатор тока это источник тока

  • ЖАНРЫ 360
  • АВТОРЫ 277 377
  • КНИГИ 654 410
  • СЕРИИ 25 036
  • ПОЛЬЗОВАТЕЛИ 611 676

Стабилизаторы напряжения и тока на ИМС

Задача создания стабильного источника питания встает всякий раз, когда необходимо обеспечить независимость параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Современная аппаратура, работающая на цифровых и аналоговых микросхемах, всегда предусматривает наличие стабилизаторов напряжения и тока, как правило, нескольких. С распространением интегральных операционных усилителей (ОУ) появилась возможность решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причем ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.

Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.

Следящие стабилизаторы, как известно, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

Стабилизатор по схеме рис. 1 выдает напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор по схеме рис. 2 — меньшее.

Читайте так же:
Lm317 в качестве стабилизатора тока

Рис. 1.Стабилизатор с делителем выходного напряжения

Рис. 2.Стабилизатор с делителем опорного напряжения

Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере — до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе. Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причем датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включенный в цепь эмиттера транзистора VT2. Когда падение напряжения на нем превысит Uб–э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10… 15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилизаторах по схемам рис. 1 и 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой для ОУ суммы напряжений питания.

Если проектируемый источник питания имеет выходное напряжение, не меньшее чем сумма минимально допустимых напряжений питания для имеющегося ОУ, то его лучше включить в стабилизатор таким образом, чтобы усилитель питался стабилизированным напряжением. Схема подобного стабилизатора приведена на рис. 3.

Рис. 3. Улучшенный стабилизатор напряжения:

a — принципиальная схема, б — нагрузочная характеристика

Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода О У DA1 смещен в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эммитерный повторитель — составной (VT2, VT3), а к базе защитного транзистора VT4 подключен делитель R4R5, что позволяет создать «падающую» характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А, хотя нормальный рабочий ток составляет 0,5 А. Термоком–пенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2). Выходное напряжение стабилизатора, равное +15 В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001 %. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1 % за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме рис. 4.

Рис. 4.Источник питания с компенсированными пульсациями

Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.

Стабилизаторы по приведенным выше схемам рассчитаны на положительное выходное напряжение. Чтобы получить отрицательное, надо в качестве повторителя применить р–n–р транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по–другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности. На рис. 5 приведены две упрощенные схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжений разного знака.

Рис. 5. Схема образования двуполярного стабилизированного напряжения:

а — на разнополярных стабилизаторах, б — на одинаковых стабилизаторах

В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме их можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго — выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +UСT и — UCT стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов (несимметричные в общем случае) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

Если для питания устройства используется одна батарея, а необходимы два питающих напряжения с заземленной средней точкой, тр можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (рис. 6).

Рис. 6. Преобразование однополярного напряжения в симметричное двуполярное

Если R1 = R2, то равны и выходные напряжения относительно заземленной средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падения напряжения на участках коллектор — эмиттер равны половине входного напряжения. Зто надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.

Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами-, только за счет уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два–три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышенном уровне помех. Однако рациональное конструирование, когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить «пролезание» высокочастотных помех в не–стабилизиоованный источник первичного питания и нагрузку можно путем включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанных на постоянный точ 1…3 А. Имея в виду эти замечания, подготовленный радиолюбитель может браться за создание ключевых стабилизаторов напряжения, в которых с успехом работают интегральные компараторы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector