Как лучше регулировать напряжение

Регулирование напряжения генератора

Мы уже говорили о необходимости поддержания напряжения генератора в определенных пределах, и что эти функции выполняют регуляторы напряжения, включенные в цепь обмотки возбуждения генератора. Рассмотрим подробнее процесс регулирования.

На автомобилях для регулирования напряжения генераторов применяются регуляторы напряжения дискретного типа. В основу работы этих регуляторов положен принцип действия различного рода реле. Рассмотрим работу регулятора на примере простейшего вибрационного (электромагнитного) регулятора напряжения (рис. 1).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Вибрационный регулятор напряжения имеет добавочный резистор, который включается последовательно с обмоткой возбуждения. Величина сопротивления резистора рассчитана на то, чтобы обеспечить необходимое напряжение генератора при максимальной частоте вращения. Обмотка регулятора 00, намотанная на сердечнике, включена на полное напряжение генератора. При неработающем генераторе пружина оттягивает якорек вверх, удерживая контакты в замкнутом состоянии. При этом обмотка возбуждения через контакты и якорек подключена к генератору, минуя резистор

С увеличением частоты вращения ток возбуждения работающего генератора и его напряжение растут. При этом увеличивается ток в обмотке регулятора и намагничивание сердечника. Пока напряжение генератора меньше установленного значения, силы магнитного притяжения якорька 2 к сердечнику 4 недостаточно для преодоления силы натяжения пружины I и контакты 3 регулятора остаются замкнутыми, а ток в обмотку возбуждения проходит, минуя добавочный резистор.

При достижении напряжением генератора значения размыкания Up сила магнитного притяжения якорька к сердечнику преодолевает силу натяжения пружины и контакты регулятора напряжения размыкаются. При этом в цепь обмотки возбуждения включится добавочный резистор и ток возбуждения, достигший к моменту срабатывания значения /р, начнет падать. Уменьшение тока возбуждения повлечет за собой уменьшение напряжения генератора (рис. 2.9).

Уменьшение напряжения генератора сопровождается уменьшением тока в обмотке 00. Когда напряжение уменьшится до значения замыкания, сила натяжения пружины преодолевает силу магнитного притяжения якорька к сердечнику, контакты вновь замкнутся и ток возбуждения начнет вновь возрастать. Далее процесс будет периодически повторяться.

В результате происходит пульсация напряжения генератора и тока возбуждения. Среднее значение напряжения Ucp, измеряемое вольтметром, определяет величину регулируемого напряжения генератора. Напряжение генератора, поддерживаемое регулятором, зависит от натяжения пружины. Изменением натяжения пружины регулируется напряжение генератора.

В реальных конструкциях вибрационных регуляторов напряжения содержится ряд дополнительных узлов, назначение которых — обеспечить повышение частоты колебаний якорька с целью уменьшения пульсаций (ускоряющие обмотки или резисторы), лучшую стабилизацию напряжения (выравнивающие обмотки), уменьшение влияния температуры на величину регулируемого напряжения (добавочные резисторы из нихрома или константана, биметаллические пластины, магнитные шунты). Так как вибрационные регуляторы напряжения в настоящее время почти не применяются, особенности их конструкции не рассматриваются.

Недостатком вибрационных регуляторов является наличие V них вибрирующих контактов, которые подвержены износу, и пружины, характеристики которой в процессе эксплуатации меняются. Особенно сильно эти недостатки проявились при переходе от генераторов постоянного тока к генераторам переменного тока, у которых ток возбуждения почти в 2 раза больше. А так как обычный вибрационный регулятор напряжения может работать при токе не более 1,5—1,8 А, то при больших токах контакты регулятора очень быстро изнашиваются.

Для обеспечения возможности использования вибрационных регуляторов с генераторами переменного тока найдено техническое решение, при котором обмотку возбуждения разделяют на две параллельные ветви и в каждую ветвь включают отдельный регулятор напряжения. При этом ток через контакты регулятора уменьшается вдвое.

Для уменьшения силы тока разрыва применяют также двухступенчатый регулятор напряжения, который имеет две пары контактов и добавочный резистор с меньшим сопротивлением.

Однако в последние годы совершенствование регуляторов напряжения шло прежде всего по пути широкого применения полупроводниковых приборов. Сначала появились контактно-транзисторные конструкции, а затем и бесконтактные.

В полупроводниковых регуляторах ток возбуждения регулируется при помощи транзистора, эмиттерно-коллекторная цепь которого включена последовательно с обмоткой возбуждения генератора.

Транзистор работает аналогично контактам вибрационного регулятора. При повышении напряжения генератора выше заданного уровня транзистор переключается в закрытое состояние (разомкнутые контакты). При снижении уровня регулируемого напряжения транзистор переключается в открытое состояние (замкнутые контакты). В состоянии «открыт» транзистор имеет сопротивление в доли ома, в состоянии «закрыт» — бесконечно большое сопротивление.

Контактно-транзисторный регулятор напряжения работает следующим образом. До момента достижения напряжением генератора Ur регулируемого значения контакты вибра-циойного реле разомкнуты. При этом транзистор VT открыт, так как через переход эмиттер-база протекает ток базы Б от « + » генератора через переход эмиттер-база транзистора, резистор R6 на «—» генератора. Сопротивление резистора R6 подбирается таким образом, чтобы ток базы обеспечивал полное отпирание транзистора. По обмотке возбуждения ОВ через эмиттер Э и коллектор К транзистора в этом случае протекает полный ток возбуждения, и напряжение генератора возрастает с возрастанием частоты вращения.

При достижении напряжением генератора регулируемого значения ток в обмотке реле 00 достигает значения, при котором реле срабатывает. При замкнутых контактах реле потенциал базы становится больше потенциала эмиттера благодаря включенному в его цепь диоду VD. Вследствие этого базовый ток становится равным нулю, что приводит к запиранию транзистора. Диод VD обеспечивает активное запирание транзистора.

В результате запирания транзистора ток возбуждения, поддерживаемый э. д. с. самоиндукции обмотки возбуждения, при протекании через гасящий диод VDr уменьшается. При этом уменьшается и напряжение генератора Ur, контакты реле размыкаются и транзистор открывается. Затем процесс повторяется.

Гасящий контур, включающий в себя диод VDr, является обязательным элементом любого транзисторного регулятора. Если бы его не было, э. д. с. самоиндукции обмотки возбуждения, возникающая в моменты закрытого состояния транзистора и достигающая нескольких сотен вольт, могла бы вызвать пробой транзистора и выход его из строя.

В контактно-транзисторном регуляторе напряжения через контакты протекает незначительный ток, благодаря чему увеличивается срок их службы. Однако надежность работы регулятора по-прежнему определяется возможной разрегулировкой.

Указанный недостаток исключен в бесконтактных схемах регулирования напряжения.

Бесконтактный регулятор напряжения содержит транзистор VT1, который выполняет функции контактов в кон-тактно-транзисторном регуляторе. Управление транзистором VT1 производится посредством резисторов Rl, R2 и стабилитрона VD1.

При напряжении генератора меньше регулируемого значения напряжение на резисторе R1, включенном параллельно” стабилитрону VD1, меньше значения, соответствующего рабочему пробою стабилитрона. Стабилитрон при этом ток не проводит, следовательно, ток базы транзистора VT1 равен нулю. Транзистор VT1 при этом закрыт, а транзистор VT2 открыт.

При достижении напряжением генератора регулируемого значения напряжение на резисторе R1 повышается до значения, при котором стабилитрон пробивается, т. е. его сопротивление в обратном направлении резко уменьшается. В результате возникает ток базы транзистора VT1, протекающий по цепи: «-» генератора — переход эмиттер-база транзистора VT1 — стабилитрон VD1 — резистор R2 — «—» генератора. Транзистор VT1 при эдом открывается, транзистор VT2 запирается, а ток возбуждения и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого напряжение на стабилитроне снижается ниже напряжения стабилизации, и он запирается, прерывая ток базы транзистора VT1. Транзистор VT1 запирается, а транзистор VT2 переключается в открытое состояние и т. д.

Соотношение величин сопротивлений резисторов R1 и R2 определяет уровень регулируемого напряжения.

Мы рассмотрели схему регулятора, в котором выходным является транзистор типа р—п—р (прямой проводимости). Схема управления таким транзистором позволяет включать обмотку возбуждения генератора между коллектором и отрицательным выводом генератора.

Рассмотрим простейшую схему регулятора напряжения с использованием транзистора типа п—р—п (обратной проводимости). В данной схеме обмотка возбуждения включена между коллектором транзистора VT2 и положительным выводом генератора. Работает схема следующим образом. Когда напряжение генератора меньше регулируемого значения, напряжение на стабилитроне VD1 меньше его напряжения стабилизации. Стабилитрон закрыт, отсутствует ток базы транзистора VT1, и он также закрыт. При этом выходной транзистор VT2 открыт током базы, протекающим по цепи: « + » генератора — резистор R3—диод VD2 — переход база-эмиттер транзистора VT2—«—» генератора. В результате через коллектор и эмиттер транзистора VT2 к обмотке возбуждения протекает ток.

Когда напряжение генератора достигает регулируемого значения, происходит рабочий пробой стабилитрона VD1. Это достигается необходимым соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2. При пробое стабилитрона появляется ток базы транзистора VT1, и он открывается. Открытый транзистор шунтирует резистор R4, и ток в нем прекращается. В результате потенциалы базы и эмиттера транзистора VT2 становятся одинаковыми, и он закрывается, прерывая ток возбуждения.

Регулятор напряжения: описание, принцип работы, назначение

Регулятор напряжения – это устройство, предназначенное для автоматической поддержки в требуемых пределах значения напряжения потребителя электрической энергии. Такое устройство обеспечивает бесперебойную работу приборов при любом режиме работы: как при изменении электрической нагрузки, так и при любой температуре окружающей среды.

Читать еще: Как отрегулировать стояки в доме

Назначение

Регулятор напряжения часто используется для регулировки температуры нагрева паяльников, повышения или понижения яркости свечения ламп накаливания, скорости вращения генераторов и двигателей и т. д. Часто такие устройства называют регуляторами мощности, но это не совсем правильно. Более точное название — регулятор напряжения, или же диммер, потому что в действительности регулируется фаза. То есть изменяется время прохождения сетевой волны в нагрузку. В результате получаем регулировку напряжения с помощью скважности импульса, а также регулировку значения мощности потребляемой нагрузкой. Эффективно и целесообразно использовать эти приборы для регулирования напряжения с одновременно подключенной резистивной нагрузкой, например, с лампами накаливания, ТЭНами, обогревателями и пр. При работе с индуктивными нагрузками эффективность регулировки сильно снижается, это связано с тем, что индуктивный ток существенно ниже резистивного.

Регулятор напряжения для управления освещением

Такие устройства имеют малые габаритные размеры, их часто устанавливают вместо стандартного выключателя. Простой регулятор напряжения позволяет плавно регулировать силу свечения ламп. Назначение такого устройства заключается во включении и выключении освещения, ну, и, конечно же, для регулирования его интенсивности. Также некоторые модели регуляторов имеют и дополнительные функции: автоматическое включение (отключение) по таймеру, плавное отключение, голосовое или акустическое управление, дистанционное управление, подключение к программе «умный дом», а также имитация присутствия человека (включение и отключение, изменение интенсивности свечения по заданной программе). Существует множество различных типов регуляторов: модульные (внешне они похожи на обычные автоматические выключатели, их монтируют в электрощитах); для установки в монтажных коробках (такие диммеры устанавливаются как розетки и выключатели в монтажных коробках); моноблочные (также устанавливаются в коробках, выполнены в виде единого блока) и так далее.

Симисторный регулятор напряжения

Такие приборы благодаря простой схеме регулировки получили довольно широкое применение от регулировки скорости вращения однофазных двигателей с напряжением питания 220 В до регулировки яркости систем освещения. Основные преимущества симисторных регуляторов напряжения: высокая точность регулировки, большой ресурс работы элементов, малые габаритные размеры силового блока, невысокий уровень шума коммутации в силовых цепях. Кроме того, симисторы — это наиболее динамично развивающиеся компоненты мировой электроники. Объемы их производства, а также применение этих элементов постоянно растут.

Регулируемый стабилизатор напряжения

Для получения переменного питающего напряжения обычно применяются различные интегрированные схемы, типичной представительницей которых является схема на регулируемый стабилизатор тока на lm317. Он выполняется в виде корпусной микросхемы с тремя выводами и рассчитан на выходные напряжения от 1,2 до 37 Вольт. Общий вид возможных вариантов его исполнения приводится на рисунке ниже.

Общий вид стабилизатора

Для самостоятельной сборки регулируемого стабилизатора напряжения достаточно к ножкам размещённого на печатной плате или радиаторе корпуса микросхемы подпаять несколько дискретных радиоэлектронных компонентов.

Технические характеристики

Управляемый стабилизатор напряжения трехвыводной имеет следующие рабочие характеристики:

Номинальный ток в цепи нагрузки – 100 мА;
Выходное стабилизированное напряжение – от 1,2 до 37 Вольт (с погрешностью не более 0,1%);
Максимальный выходной ток – 1,5 Ампера (с учётом размещения корпуса на радиаторе площадью не менее 7-9 кубических сантиметров);
Рассеиваемая на приборе мощность – не более 2-х Ватт (без радиатора);
Предельно допустимая температура корпуса микросхемы во всех режимах работы – от -25 до +125 градусов;
Тип корпуса – ТО-200 (ТО200 FP, ТО-3);
Число ножек для подключения внешних элементов – 3.

Важно! Помимо всего перечисленного, в устройстве имеется встроенная защита от короткого замыкания.

При рассмотрении номинальных параметров следует исходить из того, что в нормальных условиях его ток имеет ограниченное значение (не более 100 миллиампер). Рассеиваемая при этом мощность очень мала и не обеспечивает требуемые управляющие режимы без угрозы выхода прибора из строя.

Во избежание этого корпус LM317 практически всегда устанавливается на радиатор, крепящийся на общей плате или отдельно от неё (на корпусе изделия, например).

LM317 на радиаторе

Особенности включения стабилизатора

Подключение в питающую цепь осуществляется посредством запайки в схему трёх ножек микросхемы, разводка которой представлена ниже:

Значком «ADJUST» обозначают «регулирующую» ножку, используемую одновременно для входной и выходной цепи;
OUTPUT – это выходная ножка, с которой снимается стабилизированное регулируемое напряжение;
INPUT – вход нестабилизированного питающего напряжения.

Спецификой монтажа изделий этого класса является обязательность использования дополнительных дискретных элементов, а также переменного резистора, используемого для регулировки выходного напряжения. Кроме того, при его монтаже обязателен расчёт предельных режимов работы устройства, по результатам которых можно сделать вывод о необходимости специального охлаждающего элемента.

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока обеспечивает нормальные условия эксплуатации в течение длительного времени лишь при условии определенных токовых ограничений, задаваемых площадью теплоотводящего радиатора. Вот почему грамотный выбор качественного радиатора при монтаже LM317 – это половина успеха дела.

Обратите внимание! В отдельных случаях (при очень больших нагрузках или в критических режимах работы), помимо радиатора, в конструкцию вводится миниатюрный вентилятор от ноутбука.

В нормальных условиях работы этот прибор может включаться в схему без входного фильтрующего конденсатора (смотрите схему включения).

Но в ситуации, когда регулируемый модуль находится на значительном удалении от источника нестабилизированного питания, входная ёмкость примерно на 100-1000 микрофарад должна устанавливаться обязательно. На выходе микросхемы также монтируется фильтрующий конденсатор, номинал которого может быть чуть меньше, чем у входного изделия (10-22 микрофарады).

Использование этих элементов позволяет снизить пульсации питающего напряжения до минимально возможных значений. И, наконец, между выходным и земляным контактом размещается набор резисторов, состоящий из постоянного и переменного элементов. Изменяя их значение, удаётся регулировать величину напряжения на выходе схемы.

Варианты использования в электронных схемах

Регулируемые источники питания находят широкое применение в различных сферах прикладной электроники и радиолюбительстве. Как правило, они устанавливаются в устройствах, нуждающихся в управлении посредством изменяющегося по величине напряжения. Это могут быть самые различные электронные цепи, но чаще всего потребность в таких источниках возникает в следующих случаях:

При необходимости стабилизации выходного тока в цепях питания LED: светодиодов и других радиоэлементов;
Если нужен регулируемый стабилизатор напряжения, используемый для настройки электронных схем;
При потребности в питающем модуле с переменными характеристиками, обеспечивающем получение на выходе целого ряда фиксированных (образцовых) напряжений.

Отметим также, что модуль LM317 широко применяется в схемах с большими девиациями питающего напряжения, используемыми при проведении различных экспериментов и опытов.

Тестирование микросхемы

Рассмотрим пример тестирования приобретённого в китайском магазине стабилизатора на предмет соответствия указанным в паспорте характеристикам. С этой целью прибор включается по типовой схеме и проверяется на стабильность выходных параметров (тока и напряжения). Схема включения контрольных приборов приводится на размещённом ниже рисунке.

Порядок включения при тестировании

Для проверки качества стабилизации входное напряжение изменялось в пределах от одного до 30 Вольт. При этом эксперимент предполагал учёт следующих ситуаций:

Измерение напряжения при отсутствии нагрузки (выходные контакты просто висят в воздухе);
Те же измерения, но при наличии подключенной к выходу контролируемой схемы нагрузочного резистора 25 Ом (40 Ватт);
Всё то же, но только для случая, когда LM317 управляет токовой составляющей.

Дополнительная информация. Тестирование проводилось при фиксированном значении регулировочного резистора.

По итогам тестирования, проведённого согласно рассмотренной ранее схемы, удалось получить следующие результаты:

При отсутствии нагрузки говорить о каких-либо признаках стабилизации (как по напряжению, так и по току) не приходится;
В случае, когда стабилизатор LM317 нагружен на внешний резистор, параметры стабилизации полностью соответствуют тем, что заявлены в его характеристиках.

На основании полученных после тестирования данных сам собой напрашивается следующий вывод: заявленные характеристики стабилизатора LM317 проявляются лишь в том случае, когда он включён на внешнюю нагрузку, то есть работает в активном режиме.

Зависимость его выходных параметров от изменения входного напряжения (проходная характеристика) в этом случае выглядит, как положено, поскольку на ней чётко просматривается горизонтальная ветвь.

По итогам этих исследований не остаётся никаких сомнений в эффективности работы этого устройства (в каких бы целях оно ни применялось).

Настройка и ремонт

После того, как стабилизатор размещён на радиаторе или запаян в рабочую схему, следует проверить режимы его работы, воспользовавшись любым подходящим для этих целей инструментом (тестером, мультиметром или подобными им приборами).

Для этого, в первую очередь, нужно подключить на выход стабилизатора нагрузочный резистор номиналом 25 Ом и мощностью порядка 30-40 Ватт (при значениях тока в пределах до 0,5 Ампера этот элемент будет нагружен в половину). Далее, после подачи на вход микросхемы напряжения от любого нестабилизированного источника питания (2-45 Вольт), следует убедиться в наличии на соответствующих ножках выходного сигнала.

Читать еще: Как регулировать радиатор danfoss

Обратите внимание! Это напряжение при вращении ручки переменного резистора должно изменяться в заданных характеристиками прибора пределах (от 1,2 до 37 Вольт).

Если на выходных контактах сигнала совсем нет, или он не меняется при вращении регулировочного резистора, это «говорит» о том, что неисправна или сама микросхема, или была допущена ошибка при монтаже дискретных элементов (резисторов, в частности). Многие невнимательные исполнители нередко путают местами ножки, что также может привести к выходу LM317 из строя.

Независимо от того, какая ошибка была допущена при монтаже стабилизатора, этот элемент следует выпаять из платы и попытаться установить его в заведомо рабочую аналогичную схему. Если после его установки она перестаёт функционировать, это однозначно указывает на неисправность проверяемого изделия.

В завершение обзора отметим, что современным стабилизированным регуляторам напряжения по-прежнему отдают предпочтение как профессиональные разработчики аппаратуры, так и любители. Можно надеяться, что заложенные в них технические возможности позволят применять эти изделия ещё не один десяток лет.

Видео

Электронные схемы — регуляторы

Следующим и последним этапом перед нагрузкой в системе электропитания является часть регулятора. Давайте теперь попробуем понять, что такое регулятор и что он делает.

Часть электроники, которая занимается управлением и преобразованием электроэнергии, может быть названа силовой электроникой . Регулятор является важным устройством, когда речь идет о силовой электронике, поскольку он контролирует выходную мощность.

Нужен регулятор

Для источника питания, обеспечивающего постоянное выходное напряжение, независимо от изменений входного напряжения или изменений тока нагрузки, необходим регулятор напряжения.

Регулятор напряжения — это такое устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение вместо любых колебаний входного напряжения или любых изменений тока, потребляемых нагрузкой. Следующее изображение дает представление о том, как выглядит практический регулятор.

Типы регуляторов

Регуляторы могут быть классифицированы на различные категории, в зависимости от их работы и типа подключения.

В зависимости от типа регулирования регуляторы в основном делятся на два типа, а именно линейные и нагрузочные регуляторы.

Линейный регулятор — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения входной линии, он называется Линейным регулятором .

Регулятор нагрузки — Регулятор, который регулирует выходное напряжение, чтобы быть постоянным, несмотря на изменения нагрузки на выходе, он называется регулятором нагрузки .

В зависимости от типа подключения , существует два типа регуляторов напряжения. Они есть

Серийный регулятор напряжения
Шунтирующий регулятор напряжения

Расположение их в цепи будет таким же, как на следующих рисунках.

Давайте посмотрим на другие важные типы регуляторов.

Стабилизатор напряжения стабилитрона

Регулятор напряжения Зенера — это регулятор, который использует стабилитрон для регулирования выходного напряжения. Мы уже обсуждали детали, касающиеся стабилитрона, в руководстве по базовой электронике.

Когда стабилитрон работает в области пробоя или стабилитрона , напряжение на нем по существу постоянное для большого изменения тока через него. Эта характеристика делает стабилитрон хорошим стабилизатором напряжения .

На следующем рисунке показано изображение простого регулятора Зенера.

Приложенное входное напряжение V i , когда оно превышает значение напряжения стабилитрона V z , затем диод стабилитрона работает в области пробоя и поддерживает постоянное напряжение на нагрузке. Последовательный ограничивающий резистор R s ограничивает входной ток.

Работа стабилизатора напряжения Зенера

Стабилитрон поддерживает постоянное напряжение на нем, несмотря на колебания нагрузки и колебания входного напряжения. Следовательно, мы можем рассмотреть 4 случая, чтобы понять работу стабилизатора напряжения Зенера.

Случай 1 — Если ток нагрузки I L увеличивается, то ток через стабилитрон I Z уменьшается, чтобы поддерживать ток через постоянный резистор R S постоянным. Выходное напряжение Vo зависит от входного напряжения Vi и напряжения на последовательном резисторе R S .

Это можно записать как

V o = V в − I R S

Где I постоянен. Следовательно, V o также остается постоянным.

Случай 2 — Если ток нагрузки I L уменьшается, то ток через стабилитрон I Z увеличивается, так как ток через резистор серии RS I_S $ через резистор RS остается постоянным. Хотя ток I Z через стабилитрон увеличивается, он поддерживает постоянное выходное напряжение V Z , которое поддерживает постоянное напряжение нагрузки.

Случай 3 — Если входное напряжение V i увеличивается, то ток I S через последовательный резистор RS увеличивается. Это увеличивает падение напряжения на резисторе, то есть увеличивается V S . Хотя ток через стабилитрон I Z увеличивается с этим, напряжение на стабилитроне V Z остается постоянным, сохраняя постоянное напряжение на выходе нагрузки.

Ограничения стабилитрона напряжения

Есть несколько ограничений для стабилизатора напряжения Зенера. Они —

Он менее эффективен для токов большой нагрузки.
Импеданс Зенера немного влияет на выходное напряжение.

Следовательно, стабилизатор напряжения Зенера считается эффективным для применений с низким напряжением. Теперь давайте рассмотрим другие типы регуляторов напряжения, которые сделаны с использованием транзисторов.

Регулятор напряжения серии транзистор

Этот регулятор имеет транзистор, последовательно соединенный с регулятором Зенера и оба параллельно нагрузке. Транзистор работает как переменный резистор, регулирующий напряжение эмиттера на коллекторе, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. На рисунке ниже показан транзисторный последовательный регулятор напряжения.

При входных рабочих условиях ток через базу транзистора изменяется. Это влияет на напряжение на соединении базового эмиттера транзистора V B E . Выходное напряжение поддерживается постоянным напряжением стабилитрона V Z . Поскольку оба они поддерживаются равными, любое изменение входного питания указывается изменением базового напряжения эмиттера V B E .

Следовательно, выходное напряжение Vo можно понимать как

V O = V Z + V B E

Работа транзисторного стабилизатора напряжения серии

Работу последовательного стабилизатора напряжения следует учитывать при изменении входного напряжения и нагрузки. Если входное напряжение увеличивается, выходное напряжение также увеличивается. Но это, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения на базовом переходе коллектора V B E , так как напряжение Зенера V Z остается постоянным. Проводимость уменьшается по мере увеличения сопротивления в области коллектора эмиттера. Это дополнительно увеличивает напряжение на соединении эмиттера коллектора VCE, тем самым уменьшая выходное напряжение V O . Это будет похоже на уменьшение входного напряжения.

Когда происходят изменения нагрузки, что означает, что если сопротивление нагрузки уменьшается, увеличивая ток нагрузки I L , выходное напряжение V O уменьшается, увеличивая базовое напряжение эмиттера V B E .

С увеличением базового напряжения эмиттера V B E проводимость увеличивается, уменьшая сопротивление коллектора эмиттера. Это, в свою очередь, увеличивает входной ток, который компенсирует снижение сопротивления нагрузки. Это будет похоже на увеличение тока нагрузки.

Ограничения транзисторного стабилизатора напряжения серии

Регуляторы напряжения серии транзисторов имеют следующие ограничения —

На напряжения V B E и V Z влияет повышение температуры.
Хорошее регулирование для больших токов невозможно.
Рассеиваемая мощность высокая.
Рассеиваемая мощность высокая.
Менее эффективны.

Чтобы минимизировать эти ограничения, используется транзисторный шунтирующий регулятор.

Транзисторный Шунт Регулятор Напряжения

Транзисторная схема шунтирующего регулятора формируется путем последовательного подключения резистора к входу и транзистора, база и коллектор которого соединены стабилитроном, который регулирует оба параллельно нагрузке. На рисунке ниже показана принципиальная схема транзисторного шунтирующего регулятора.

Работа транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения

Если входное напряжение увеличивается, V B E и V O также увеличиваются. Но это происходит изначально. На самом деле, когда V i n увеличивается, текущий I i n также увеличивается. Этот ток, когда протекает через RS, вызывает падение напряжения V S на последовательном резисторе, которое также увеличивается с V i n . Но это заставляет V o уменьшаться. Теперь это уменьшение V o компенсирует начальное увеличение, поддерживая его постоянным. Следовательно, V o поддерживается постоянным. Если вместо этого уменьшается выходное напряжение, происходит обратное.

Если сопротивление нагрузки уменьшается, должно быть уменьшение выходного напряжения V o . Ток через нагрузку увеличивается. Это приводит к уменьшению тока базы и тока коллектора транзистора. Напряжение на последовательном резисторе становится низким, так как ток течет интенсивно. Входной ток будет постоянным.

Появится выходное напряжение, которое будет представлять собой разницу между приложенным напряжением V i и падением последовательного напряжения V s . Следовательно, выходное напряжение будет увеличено для компенсации начального снижения и, следовательно, будет поддерживаться постоянным. Обратное происходит, если сопротивление нагрузки увеличивается.

IC Регуляторы

Регуляторы напряжения в настоящее время доступны в виде интегральных микросхем (ИС). Они вкратце называются регуляторами IC.

Наряду с функциями, подобными обычному регулятору, регулятор IC имеет такие свойства, как термокомпенсация, защита от короткого замыкания и защита от перенапряжения, которые встроены в устройство.

Читать еще: Что значит адаптивная регулировка яркости экрана

Типы регуляторов IC

Регуляторы IC могут быть следующих типов —

Фиксированные положительные регуляторы напряжения
Фиксированные отрицательные регуляторы напряжения
Регулируемые регуляторы напряжения
Регуляторы напряжения с двойным слежением

Давайте теперь обсудим их подробно.

Фиксированный положительный регулятор напряжения

Выход этих регуляторов фиксируется на определенном значении, и значения являются положительными, что означает, что выходное напряжение является положительным напряжением.

Наиболее используемая серия — это серии 7800, и ИС будут похожи на IC 7806, IC 7812, IC 7815 и т. Д., Которые обеспечивают + 6 В, + 12 В и + 15 В соответственно в качестве выходных напряжений. На рисунке ниже показана микросхема 7810, подключенная для обеспечения фиксированного 10 В положительного регулируемого выходного напряжения.

На приведенном выше рисунке входной конденсатор C 1 используется для предотвращения нежелательных колебаний, а выходной конденсатор C 2 действует как линейный фильтр для улучшения переходного процесса.

Регулятор Фиксированного Отрицательного Напряжения

Выход этих регуляторов фиксируется на определенном значении, и значения являются отрицательными, что означает, что выходное напряжение является отрицательным напряжением.

Наиболее используемая серия — это серия 7900, и микросхемы будут похожи на IC 7906, IC 7912, IC 7915 и т. Д., Которые обеспечивают -6 В, -12 В и -15 В соответственно в качестве выходных напряжений. На рисунке ниже показана ИС 7910, подключенная для обеспечения фиксированного 10В отрицательного регулируемого выходного напряжения.

Регулируемые регуляторы напряжения

Регулируемый регулятор напряжения имеет три клеммы IN, OUT и ADJ. Входные и выходные клеммы являются общими, тогда как регулируемая клемма снабжена переменным резистором, который позволяет варьировать выходной сигнал в широком диапазоне.

На приведенном выше рисунке показан нерегулируемый источник питания, приводящий в действие регулируемый регулятор IC 317, который обычно используется. LM 317 представляет собой трехполюсный положительный регулируемый регулятор напряжения и может подавать 1,5A тока нагрузки в регулируемом диапазоне выходных напряжений от 1,25 до 37 В.

Регуляторы напряжения с двойным слежением

Двойной регулятор слежения используется, когда необходимо разделить напряжение питания. Они обеспечивают равные положительные и отрицательные выходные напряжения. Например, микросхема RC4195 обеспечивает выходы постоянного тока + 15В и -15В. Для этого необходимо два нерегулируемых входных напряжения, например, положительный вход может варьироваться от + 18 В до + 30 В, а отрицательный вход может варьироваться от -18 В до -30 В.

На изображении выше показан регулятор RC4195 с двойным слежением. Также доступны регулируемые регуляторы двойного прихвата, выходы которых варьируются между двумя номинальными пределами.

Включение или отключение по достижению напряжения

Если вы читаете этот материал, значит вам понадобилось устройство для включения или отключения нагрузки по достижению определенного напряжения. Не важно для чего — отключить заряд аккумулятора от ЗУ по предельному вольтажу, подключить резервное питание при снижении основного источника или чего-там ещё. Все эти функции может сделать простая и 100 раз проверенная схема на операционном усилителе (ОУ) LM358 плюс реле. С их помощью соберем эту схему, а также подробно рассмотрим принцип действия, чтоб вы смогли адаптировать её под свои нужды.

Схема простого тестера аккумуляторов

Для начала задействуем модуль как LED тестер аккумуляторов.

Схема питается от 12 В. За аккумулятором находится стабилизатор напряжения, благодаря которому на чип LM358 поступает питание 5 В. Напомним, что контакт 3 — это так называемый вход неинвертирующий In (+), а контакт 2 — это вход, инвертирующий In (-). Если напряжение при In (+) > In (-) на выходе, то получим напряжение, близкое к напряжению подаваемому на усилитель, и загорится красный светодиод. В противном случае, то есть когда In (+) меньше или равно In (-), выходное напряжение близко к 0 В, светодиод не загорится.

Ножка 3 ОУ будет подключена к одному из полюсов аккумулятора. Второй вывод подключается к земле и источнику питания через потенциометр 10 кОм. Резистор 1 МОм и конденсатор 100 нФ предотвращают возбуждение схемы. При сборке поместите микросхему на макетную плату, а затем отрегулируйте ручку потенциометра так, чтобы напряжение вольтметра было 1,45 В. Почему такое значение? Просто будем тестировать обычные пальчиковые батареи с номинальным напряжением 1,5 В. Когда они новые, их напряжение составляет около 1,6 В, когда они разряжены, их напряжение будет например 1,2 В или меньше. Напряжение 1,45 В означает, что аккумулятор еще для чего-то годен.

Если подключим к схеме новую исправную батарею, напряжение на In (+) будет, например, 1,6 В и будет больше, чем напряжение на In (-), которое будет 1,45 В. In (+) > In (-), значит светодиод горит. В данном случае имеем свежий элемент с напряжением 1,57 В.

Если подключим подуставшую батарею к схеме, напряжение на In (+) будет, например, 1,2 В, и значит ниже, чем напряжение на In (-), которое выставили на 1,45 В. Имеется In (+) < In (-), поэтому светодиод не загорается.

Срабатывание реле по достижению напряжения

Теперь немного доработаем схему, добавив к ней реле.

Электромагнитные реле: а) 12 В, b) 5 В

Реле — это электромеханический элемент, внутри которого есть переключаемые контакты, а также катушка, которая генерирует магнитное поле.

Ток, протекающий через катушку реле (намотанные витки провода), создает магнитное поле, которое притягивает железный якорь, что, в свою очередь, вызывает замыкание или размыкание соответствующих контактов.

В зависимости от типа реле: 5 В или 12 В или другое какое напряжение, соберите схему на рисунке а или б. В этой схеме использовали реле на напряжение 12 В.

Как проверить реле о котором ничего не знаем и хотим узнать, для каких клемм используются подключения?

Мультиметр будет полезен в этой задаче. Настроим его на измерение сопротивления в диапазоне, например, 2 кОм, а затем приложим щупы к отдельным парам контактов реле, проверив, какое сопротивление будет между ними. Таким образом нужно найти пару контактов, между которыми сопротивление будет большим (например более 100 Ом), и пару контактов, между которыми сопротивление будет наименьшим (порядка 1 Ом).

Высокое сопротивление покажет, что нашли катушку, создающую магнитное поле. Если подадим напряжение на клеммы с высоким сопротивлением, ток будет течь через катушку и контакты, в зависимости от типа реле замкнутся или разомкнуться (нормально открытое и нормально закрытое реле).

Низкое сопротивление будет означать, что мы обнаружили замкнутые контакты реле. В случае нормально разомкнутых реле между двумя контактами вообще не будет сопротивления, потому что когда через реле не протекает ток, они остаются разомкнутыми.

Принципиальная схема автомата с реле: а) на 5 В, b) на 12 В

Далее вид на собранную плату с реле и дополнительным светодиодом в цепи контактов реле.

Если напряжение поступающее на неинвертирующий вход LM358, больше, чем на инвертирующем входе, то есть In (+) > In (-), то получим напряжение на выходе, которое вызовет протекание тока в базовой цепи и таким образом включит транзистор. Через катушку реле и транзистор (в цепи коллектор-эмиттер) будет протекать ток, который создаст магнитное поле, что приведет к замыканию контакта и протеканию тока через светодиод или другую нагрузку, которую вам надо подключить.

Если напряжение на входах операционного усилителя изменится и In (+) меньше или равно In (-), на выходе получим напряжение, близкое к нулю, которое будет слишком низким, чтобы заставить ток течь в цепи базы — транзистор будет выключенный. Как следствие, ток тоже перестанет течь через реле. Но на сердечнике, на котором намотана катушка, сохраненная энергия останется и ее нужно куда-то девать, поэтому в цепи, близкой к катушке реле, есть быстрый диод 1N4148. Если забыть об этом диоде при проектировании схемы (что является довольно частой ошибкой начинающих электронщиков), энергия от сердечника реле создаст высокое напряжение на выводах катушки, что приведет к повреждению транзистора!

Для чего используются реле тут? Благодаря им небольшой ток, протекающий от низковольтной схемы, активирует мощную нагрузку, например мотор с питанием 220 В или автомобильный аккумулятор с током в несколько ампер. Просто выставьте напряжение срабатывания и подключитесь к нужным контактам реле — на отключение или включение устройства при достижении заданного напряжения. Успехов в бою!

0 0 голоса

Рейтинг статьи