Простой ключевой стабилизатор напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

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

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

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики

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

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

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

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

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

Рис.2

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

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

Рис.3 (нажмите для увеличения)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Рыжий ген и ускоренная эволюция 30.04.2026

Вопрос о том, как и насколько быстро меняется человеческий вид, давно занимает биологов и генетиков. Долгое время считалось, что эволюционные процессы происходят крайне медленно, однако новые данные заставляют пересматривать эти представления. Особенно интересные результаты связаны с изменением частоты редких генетических признаков, включая рыжий цвет волос. Рыжеволосость сегодня остается редкой чертой: ее носители составляют менее 2 процентов мирового населения. Однако анализ древней и современной ДНК показывает, что ген, связанный с этим признаком, за последние примерно 10 тысяч лет стал заметно более распространенным, особенно среди популяций Европы. Более того, вместе с ним исследователи фиксируют и другие изменения в генетическом профиле человека, затрагивающие внешность и физиологические особенности. Среди сопутствующих тенденций, выявленных в генетических данных, отмечается увеличение частоты светлой кожи, снижение вероятности мужского облысения, а также некоторые физиолог ...>>

Нейтринный лазер 30.04.2026

Нейтринный лазер - это гипотетическое устройство, способное управлять потоками одних из самых трудноуловимых частиц во Вселенной. Такая разработка открывает новые горизонты в изучении фундаментальных законов природы и может изменить представления о космосе. Идею нового типа излучателя представили физики из Massachusetts Institute of Technology, предложив лазер, который вместо света генерирует поток нейтрино. Эти частицы, почти не взаимодействующие с материей, настолько слабо проявляют себя, что их часто называют "частицами-призраками". Тем не менее они пронизывают все вокруг: по оценкам, триллионы нейтрино ежесекундно проходят через человеческое тело, не оставляя следа. Несмотря на их колоссальную распространенность во Вселенной, нейтрино остаются одними из наименее изученных частиц. Их крайне сложно регистрировать, а еще сложнее контролировать, поэтому традиционно их получают в крупных установках вроде ядерных реакторов или ускорителей частиц. Такие комплексы требуют огромных за ...>>

Мороженое не такое вредное, как принято считать 29.04.2026

В питании часто встречаются продукты, которые одновременно вызывают удовольствие и сомнения с точки зрения здоровья. К таким относится и мороженое: оно воспринимается как типичный десерт с высоким содержанием сахара и жиров, однако современные научные данные постепенно усложняют это привычное представление. Долгое время считалось, что мороженое не может быть частью рационального питания, однако исследования последних лет показывают более неоднозначную картину. Ученые подчеркивают, что влияние этого продукта на организм зависит не только от его сладости или калорийности, но и от состава, качества ингредиентов и общего образа жизни человека. Одни из наиболее масштабных данных были получены в рамках долгосрочных наблюдений в США, включавших проекты Nurses Health Study, Nurses Health Study II и Health Professionals Follow-Up Study. В этих исследованиях на протяжении 20-40 лет наблюдали примерно 190 тысяч взрослых участников, регулярно собирая данные об их питании, физической активнос ...>>

Случайная новость из Архива Стрижи почти всю жизнь находятся в полете 07.11.2018 Ученым удалось установить, что белобрюхие стрижи фактически всю свою жизнь проводят в небе. Для получения таких выводов специалисты, представляющие Швейцарский орнитологический институт и Бернский университет прикладных наук, провели исследования. Они прикрепили полтора граммовые датчики к шестерым особям указанного вида птиц. Через год ученые смогли выловить лишь троих из упомянутых стрижей. Однако и информации, полученной с их датчиков, было достаточно, чтобы сделать конкретные выводы. Так, результаты показали, что данные птице летели от Швейцарии к Западной Африке и тем же путем возвращались назад. Специалисты выяснили, что во время миграции стрижи все время находились в воздухе. Отдыхать им позволило дрифтование. Все свои физиологические потребности они реализуют в воздухе. Например, стрижи питаются планктоном, который есть в наличии в небесном пространстве. Специалисты отметили, что в некоторые моменты скорость движение птиц уменьшалась. Вероятно, эти короткие периоды и служили отдыхом для стрижей. Однако неизвестно, спят ли они в этот период или просто уменьшают ритм движения для релакса. По данным ученых на протяжении года стрижи находились в состоянии покоя только во время пребывания в Швейцарии. Там они обзавелись потомством, и вся их энергия уходила на вскармливание птенцов. Все остальное время года стрижи находятся в состоянии полета.

Другие интересные новости:

▪ Опасности раннего использования антибиотиков

▪ Samsung Wireless: 1,5-Тбайт беспроводной накопитель, точка доступа, автономная зарядка

▪ Подводные тайфуны

▪ Многоцветный фломастер Colorpik Pen

▪ Защита организма от негативных последствий недостатка сна

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД). Подборка статей

▪ статья Вставайте, граф, вас ищут великие дела! Крылатое выражение

▪ Что послужило причиной объединения Германии в XX в.? Подробный ответ

▪ статья Кардон. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Модуль управления кодовым замком. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Роза в стеклянной вазе. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026