Построение двуполярных стабилизаторов напряжения на ОУ

Операционные усилители (ОУ) находят все более широкое применение в самых различных узлах радиолюбительской аппаратуры, в том числе и в стабилизированных блоках питания. ОУ позволяют резко повысить качественные показатели стабилизаторов и их эксплуатационную надежность. Об использовании ОУ в стабилизаторах можно прочитать в журнале Радио (1975, № 12, с. 51, 52 и 1980, № 3, с. 33—35); В помещенной ниже статье описано построение двуполярных стабилизаторов на ОУ.

Проще всего двуполярный стабилизатор напряжения может быть получен из двух одинаковых однополярных, как показано на рис. 1.

Этот двуполярный стабилизатор может обеспечить по каждому из плеч питание нагрузки током до 0,5. А. Коэффициент стабилизации при изменении входного напряжения на ±10% равен 4000. При изменении сопротивления нагрузки от нуля до максимума выходное напряжение стабилизатора изменяется не более чем на 0,001%, т. е. его выходное сопротивление не превышает 0,3 МОм. Пульсации выходного напряжения частотой 100 Гц при максимальном токе нагрузки— не более 1 мВ (двойное амплитудное значение).

Достоинство, такого способа построения двуполярного стабилизатора очевидно — возможность применения однотипных элементов для обоих плеч. Недостаток же заключается в том, что источники входного переменного напряжения в этом случае не должны иметь общей точки, иными словами необходимы две изолированные одна от другой вторичные обмотки на сетевом трансформаторе, два отдельных выпрямителя и четырехпроводное соединение стабилизатора с выпрямителями.

Для того чтобы сократить число соединительных проводов до трех, необходимо регулирующий элемент (транзисторы V4, V5) нижнего по схеме плеча стабилизатора перенести из его плюсового в минусовбй провод (верхний канал остается без изменения). Сделать это можно, применив транзисторы другой структуры: п—р—я для транзистора V4 и р—п—р для V5 (рис. 2, а). Выходное напряжение операционного усилителя А2 при этом будет иметь отрицательную полярность относительно общего провода. По параметрам этот стабилизатор практически не отличается от описанного выше.

Заметим, что при указанном перенесении регулирующего элемента можно ограничиться заменой только одного из транзисторов, а именно V5, если включить регулирующий элемент по схеме составного транзистора (рис. 2, б) — при этом мощные регулирующие транзисторы в обоих плечах стабилизатора (VI и V4 по рис. 2, а) остаются одинаковыми. Коэффициент стабилизации При таком видоизменении регулирующего элемента практически остается прежним (около 4000), но выходное сопротивление нижнего плеча может увеличиться, так как при переходе к составному регулирующему транзистору теряется преимущество, свойственное сочетанию в регулирующем , элементе двух транзисторов разной структуры (подробнее об этом см. в Радио, 1975, № 12, с. 51). При экспериментальной проверке рассматриваемых стабилизаторов было зафиксировано, например, увеличение выходного сопротивления в три раза.

Мощные регулирующие транзисторы одного типа в обоих плечах двуполярного стабилизатора могут быть применены и в том случае, если по схеме составного транзистора включить регулирующий элемент верхнего по схеме плеча стабилизатора (рис. 2, в), оставив в другом стабилизаторе транзисторы разной структуры. В рассмотренных стабилизаторах ОУ питаются непосредственно входным однополярным напряжением, но это возможно только в тех случаях, когда входное напряжение примерно равно номинальному напряжению питания ОУ.

Если первое, из названых напряжений превышает второе, то питать ОУ можно, например, от простейших параметрических стабилизаторов, ограничивающих входное напряжение на необходимом уровне. В том случае, когда напряжение питания, каждого, из плеч стабилизатора оказывается, значительно меньше: необходи-. мого для питания ОУ, следует перейти к его питанию двуполярным напряжением. В двуполярных стабилизаторах это реализуется сравнительно просто.

На рис, 3 показана схема стабилизатора, выходное двуполярное напряжение которого . равно, напряжению питания. ОУ, что позволило питать их непосредственно, с выхода стабилизатора. Тр.анзисторы V3 и V8 обеспечивают усиление выходного напряжения ОУ до .необходимого уровня. Диод V4 защищает эмиттерный переход транзистора V3 от обратного напряжения, которое может появляться на выходе ОУ (при его двуполярном питании), например, при переходных процессах. В том случае, когда наибольшее допустимое обратное напряжение между эмиттером и базой транзистора превышает напряжение питания ОУ, применение такого диода является излишним. Именно поэтому в базовой цепи транзистора V8 диод отсутствует.

Место включения источников образцового напряжения (стабилитронов V5 и V9) по сравнению с рассмо-тренным ранее стабилизатором (см. рис. 2, а) здесь изменено для того, чтобы сохранить отрицательный характер обратной связи при наличии дополнительных усилителей на транзисторах V3 и V8. Обратная связь была бы отрицательной и в том случае, если каждый из. стабилитронов V5 и V9 включить между инвертирующим входом соответствующего ОУ и общим проводом стабилизатора, но в рассматриваемом случае такое включение недопустимо, так как при этом будет превышено предельное синфазное напряжение, которое для ОУ К1УТ40ДБ (новое наименование К140УД1Б) равно ±6 В.

При питании ОУ выходным напряжением следует обращать особое внимание на надежность запуска стабилизатора. В рассматриваемом случае такой запуск обеспечивается тем, что сразу после подачи входного напряжения через нагрузочные резисторы R2 и R9 протекают базовые токи транзисторов V2 и V7 соответственно. Регулирующие, элементы плеч стабилизатора при этом открываются, выходные напряжения увеличиваются, вводя устройство в рабочий режим.

Экспериментальная проверка этого стабилизатора дала следующие результаты: коэффициент стабилизации при изменении входного напряжения на ±10% превышает 10 000, выходное сопротивление равно 3 МОм.

Все рассмотренные выше двуполярные стабилизаторы напряжения представляют собой сочетание двух объединенных общим проводом однополярных стабилизаторов, выходные напряжения которых устанавливают не зависимо одно от другого. При таком построении двуполярного стабилизатора трудно обеспечить равенство напряжений его плеч как при налаживании стабилизатора, так и в условиях его эксплуатации.

В ряде случаев, например в преобразователях код-напряжение, к двуролярному стабилизатору предъявляются весьма высокие требования в отношении симметричности его выходного напряжения относительно общего провода. Выполнение таких требований сравнительно просто обеспечивается в стабилизаторе, схема которого показана на рис. 4.

Здесь верхнее по схеме плечо ничей не отличается от верхнего плеча предыдущего стабилизатора (см. рис. 3). Нижнее же плечо построено иначе. В нем инвертирующий вход ОУ соединен с общим проводом, и, следовательно, напряжение на этом входе равно нулю. Так как дифференциальное входное напряжение ОУ незначительно (доли или единицы милливольт), то и напряжение на неинвертирующем входе будет равно нулю. Но этот вход ОУ подключен к средней точке делителя напряжения R14R15, включенного между крайними выводами стабилизатора. Благодаря этому абсолютная величина напряжения Uвых.н на выходе нижнего плеча ста-билизатрра будет определяться следующим выражением:

— напряжение верхнего плеча.

это приведет к увеличению напряжения на неинвертирующем входе ОУ А2 и, следовательно, на его выходе. При этом транзистор V8 начнет закрываться, и напряжение на регулирующем транзисторе V6 уменьшится. Выходное напряжение , нижнего плеча увеличится до такого, уровня, при котором напряжение на неинвертирующем входе ОУ А2 вновь станет равным нулю, т. е. до вновь установленного уровня

Таким образом, в рассматриваемом двуполярном стабилизаторе напряжение на выходе обоих плеч устанавливается одним подстроечным резистором R8, а равенство абсолютных. величин положительного и отрицательного выходных напряжений при R14 = R15 определяется лишь классом точности этих резисторов.

По своим качественным показателям стабилизатор не отличается от предыдущего,

Регулировка в двухполярном стабилизаторе напряжения

В современной электронной технике широкое распространение получили операционные усилители. Данные электронные компоненты могут работать от однополярного напряжения, но более стабильная работа достигается применением двухполярного напряжения питания.

Двухполярное напряжение необходимо так же для питания большинства схем УМЗЧ и некоторых других. Двухполярный источник питания – это источник питания, который имеет, как правило, два выходных канала, напряжения которых равны по абсолютному значению, но имеют противоположную полярность относительно общей точки. Двухполярное питание имеет большое количество вариантов схемотехнического решения, рассмотрим некоторые из них.

На рис. 1. показан двухполярный нестабилизированный источник питания. Отличительной особенностью данного источника питания является наличие двух выходных напряжений 12 и 15 вольт. Источник питания состоит из понижающего трансформатора, вторичная обмотка которого имеет средний вывод; двухполупериодных выпрямителей с выводом нулевой точки. Хотя внешне выпрямитель напоминает мостовой, но здесь два двухполупериодных выпрямителя с выводом нулевой точки. Один из них обеспечивает положительное напряжение на выходе, соответственно, второй – отрицательное. Напряжение 12 вольт получается снижением основного напряжения 15 вольт при помощи резисторов R1 и R2.

Читать еще: Регулировка яркости у vlc

На рис.2. изображен простой двухполярный нестабилизированный источник питания. Отличие от схемы на рис. 1. в том, что в качестве трансформаторов применены ТВК110 – выходные трансформаторы кадровой развертки телевизоров. Применение двух ТВК110 позволяет быстро решить проблему вывода средней точки. Вторичные обмотки соединены последовательно. Точка соединения является общим выводом. Выходное напряжение одной величины – 15 вольт.

Схема на рис. 3. – это уже стабилизированный двухполярный источник питания. Главным отличием данной схемы от рассмотренных выше является наличие стабилизатора напряжения, точнее двух, так как схема двухполярная. Режимы работы регулирующего транзистора VT1 и стабилитрона VD2 задаются резистором R1. Транзисторы включены по схеме эммитерного повторителя. Напряжением пробоя стабилитрона VD2 задается потенциал базы транзистора VT1 относительно земли, что и определяет выходное напряжение. Аналогичным образом работает стабилизатор отрицательного напряжения. Единственное отличие данных стабилизаторов в проводимости транзисторов.

Случаются ситуации, когда требуется возможность изменения выходного напряжения источника питания. Для этого применяют регулируемые двухполярные источники питания. Один из вариантов таких источников питания представлен схемой на рис.4. Особенностью данной схемы является не только возможность регулировки напряжений, но и то, что стабилизатор напряжения собран на интегральных микросхемах КР142ЕН12А и КР142ЕН18А. Микросхема КР142ЕН12А – это трехвыводной стабилизатор положительного напряжения с возможностью питания электронных устройств током до 1,5 ампера в диапазоне напряжений от 1.5 до 37 вольт. Микросхема КР142ЕН18А аналогична КР142ЕН12, только применяется для стабилизации отрицательных напряжений. Резисторы R1, R2 и R3, R4 являются регулируемыми делителями напряжения, применение которых позволяет регулировать выходное напряжение. Конденсаторы С3 и С6 необходимы для снижения уровня фона при минимальных выходных напряжениях.

Иногда возникает необходимость в питании устройств от автономных двухполярных источников питания. Возможные схемы, для применения в таких случаях, показаны на рисунках 5 и 6. Два соединенных последовательно стабилитрона образуют делитель напряжения. Средняя точка этого делителя заземляется. Отличия схем в том, что в первой можно применить две батарейки типа «Крона», во второй применяется аккумулятор.

Двухполярные стабилизаторы напряжения

Если имеются стабилизаторы положительного напряжения, то по логике вещей должны быть и стабилизаторы отрицательного напряжения. Строятся они по комплементарным симметричным схемам, т.е. с другой структурой проводимости транзисторов и с противоположной полярностью включения диодов, стабилитронов, электролитических конденсаторов.

Классификация стабилизаторов отрицательного и положительного напряжения одинакова: параметрические на стабилитронах и компенсационные на интегральных микросхемах. В последнем случае выручает схожесть названий. Например, эквивалентом для «положительной» серии 78хх является «отрицательная» серия 79хх.

Сам по себе стабилизатор отрицательного напряжения интереса не представляет (всё в мире относительно!). Эффект от его применения наблюдается только при двухполярном питании. Такая необходимость возникает, в частности, если в устройстве кроме МК используются внешние ОУ, коммутаторы, АЦП.

На выходах стабилизаторов положительного и отрицательного напряжения ставят сглаживающие электролитические конденсаторы. В малогабаритной аппаратуре удобно применять «SMD-столбики» ёмкостью 1…10000 мкФ, рассчитанные на рабочее напряжение 6.3… 100 В. Кроме того, при выборе типа электролитического конденсатора надо учитывать динамические параметры. Наиболее показательными из них являются предельный ток пульсаций RIPPLE (Ripple Current) — чем он больше, тем лучше, а также эквивалентное последовательное сопротивление ESR (Equivalent Series Resistance, по-русски ЭПС) — чем оно меньше, тем лучше. Динамические параметры для зарубежных конденсаторов нормируются на частоте 120 Гц или в диапазоне 100…300 кГц.

Конденсатор, рассчитанный на большее напряжение, имеет меньшее сопротивление ESR. Например, у конденсатора 1000 мкФхб.З В по даташиту ESR = 53 мОм, а у конденсатора 1000 мкФх1б В по даташиту ESR = 23 мОм. Дальнейшее увеличение напряжения с 16 В до 35… 100 В не приводит к заметному снижению ESR. Следовательно, при питании МК от 5 В лучше поставить между Усс и GND конденсаторы с напряжением 16 В, а не на 6.3 В (заодно повышается надёжность работы).

ESR одного «большого» конденсатора обычно выше, чем ESR двух параллельных конденсаторов вдвое меньшей ёмкости, что видно из Табл. 6.4, поэтому выгодно по питанию запаять много «мелких» конденсаторов, равномерно распределяя их на печатной плате.

На Рис. 6.7, а…е показаны схемы параметрических, а Рис. 6.8, а…г — компенсационных двухполярных стабилизаторов напряжения.

Рис. 6.7. Схемы параметрических двухполярных стабилизаторов напряжения <начало)’.

а) два однополупериодных выпрямителя на элементах VDI, C1 и VD2, С2обеспечивают двух-полярное питание. Одинаковые стабилитроны VD3, VD4 создают примерно равную нагрузку на трансформатор 77 при положительной и отрицательной полуволнах сетевого напряжения. Это необходимо для устранения подмагничивания сердечника трансформатора 77. С той же целью применяется двухцветный (а не одноцветный) индикатор питания HL1, который проводит ток попеременно в обоих направлениях и светится суммарным жёлтым цветом;

б) двухполупериодный мостовой выпрямитель со средней точкой во вторичной обмотке трансформатора 77. Два стабилизатора напряжения выполнены по симметричным схемам. Они содержат стабилитроны VD2, VD3 и усилители тока на транзисторах VTI, VT2. Частота пульсаций двухполупериодной схемы — 100 Гц, что пригодится при расчёте необходимой ёмкости конденсаторов С1…С4

в) источник несимметричного двухполярного питания на батареях GBI, GB2. Эффект стабилизации создают сами батареи, поскольку они длительное время поддерживают на своих зажимах почти не изменяющееся напряжение; О

Рис. 6.7. Схемы параметрических двухполярных стабилизаторов напряжения (окончание):

г) получение двухполярного стабилизированного напряжения от трёхфазной сети 380 В. Конденсаторы C1…СЗбалластные. Снижение пульсаций на входе осуществляется фильтрами L1, С4, L2, С5, а на выходе — конденсаторами С6, С7. Транзисторы VTI, VT2 применяются одинаковой проводимости, поскольку не существует трёхвыводных стабилитронов VD7, VD8 обратной, т.е. «отрицательной», полярности. Аналогичную схемотехнику можно использовать и в сети 220 В, подавая переменное напряжение с диодного моста прямо на катушки индуктивности L1, L2. Ёмкости всех электролитических конденсаторов фильтра придётся увеличить, поскольку в трёхфазном выпрямителе частота пульсаций выше;

д) двухполярное питание от батареи GB1 с искусственной средней точкой на низкоомном делителе RI, R2. Собственно стабилизатором является сама батарея, которая поддерживает мало изменяющееся напряжение на своих зажимах вплоть до момента полного разряда. Конденсаторы C1…С5 снижают импеданс источника питания на низких и высоких частотах. Все электро-литтические конденсаторы в целях унификации можно выбрать одинаковыми на 16 В, несмотря на то, что рабочее напряжение конденсаторов С2, СЗ может быть меньше, чем у C1;

е) двухполярное питание обеспечивают два трёхвыводных стабилитрона VDI, VD2. Если не требуется двухполярное питание, то можно использовать однополярное 5 В, подключив общий провод GND к цепи -2.5 В, а положительный вывод Vcc — к цепи +2.5 В.

Рис. 6.8. Схемы компенсационных двухполярных стабилизаторов напряжения:

а) организация искусственной средней точки от одного источника питания. Компенсационный стабилизатор DA 1 находится в канале положительного напряжения, а параметрический стабилизатор на диодах VD2… VD4 — в канале отрицательного напряжения;

б) микросхема DAJ понижает входное напряжение до +5 В, а преобразователь DA2 (фирма Calogic Corporation) инвертирует полярность с сохранением абсолютного значения. Суммарный ток нагрузки по цепям +5 и -5 В не должен превышать 100 мА (максимально допустимый ток для DA1). Напряжение в канале -5 В зависит оттока нагрузки больше, чем в канале +5 В;

в)двухполярный стабилизатор напряжения на комплементарных микросхемах DAI, DA2. Диоды VD2, VD3 защищают радиоэлементы в каналах +5 и -5 В от подачи обратного напряжения. Такое может случиться при аварии или переходных процессах, когда одно из напряжений временно отсутствует. Если сопротивление Rn очень велико, то диоды VD2, VD3 не нужны;

Читать еще: Схемы отопления для регулировки температуры

г) стабилизаторы DAI, DA2 такого же типа, но в «перевёрнутом» включении.

Регулируемый последовательный стабилизатор с низким падением напряжения вход — выход. Схемы, расчет online, конструкция, проектирование

Для регулировки выходного напряжения в предыдущей схеме в качестве стабилитрона можно применять интегральный элемент с регулируемым напряжением стабилизации (управляемый стабилитрон). Есть и другой вариант.

Вашему вниманию подборки материалов:

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Схема работает так. Если напряжение на движке подстроечного резистора повышается выше напряжения стабилизации стабилитрона плюс напряжение насыщения перехода база-эмиттер VT2, то транзистор начинает открываться, отводит часть тока от базы транзистора VT1. В результате VT1 закрывается и напряжение на выходе снижается.

[Напряжение стабилизации стабилитрона, В] = [Минимальное выходное напряжение, В] — [Напряжение насыщения база-эмиттер VT2, В]

[Сопротивление резистора R1, Ом] = ([Минимально возможное входное напряжение, В] — [Максимальное выходное напряжение, В] — [Напряжение насыщения база-эмиттер VT1, В]) * ([Минимально возможный коэффициент передачи тока транзистора VT1] — 1) / [Максимально возможный выходной ток, А]

[Сопротивление резистора R2, Ом] = [Минимальное выходное напряжение, В] * [Сопротивление резистора R1, Ом] * [Минимально возможный коэффициент передачи тока транзистора VT2] / ([Максимально возможное входное напряжение, В] — [Напряжение стабилизации стабилитрона, В]) / 3

Выбираем резистор R2 так, чтобы ток через него был по крайней мере в три раза больше необходимого тока управления.

[Мощность транзистора VT1, Вт] = ([Максимально возможное входное напряжение, В] — [Минимальное выходное напряжение, В]) * [Максимально возможный выходной ток, А]

[Мощность стабилитрона, Вт] = ([Максимально возможное входное напряжение, В] — [Напряжение стабилизации стабилитрона, В]) * [Напряжение стабилизации стабилитрона, В] / [Сопротивление резистора R1, Ом]

На транзисторе VT2 мощность практически не рассеивается.

[Максимально возможный ток через транзистор VT1, А] = ([Максимально возможное входное напряжение, В] — [Минимальное выходное напряжение, В] — [Напряжение насыщения база-эмиттер VT1, В]) * [Максимальный коэффициент передачи тока транзистора VT1] / [Сопротивление резистора R1, Ом]

Онлайн расчет

Стабилизатор с низким падением напряжения

Обе предыдущие схемы хорошо работают, если разница между входным и выходным напряжением позволяет сформировать нужное смещение на базе транзистора VT1. Для этого надо минимум несколько вольт. Иногда такое напряжение поддерживать нецелесообразно, например потому, что потери и нагрев силового транзистора пропорциональны этому напряжению. Тогда применяется следующая схема.

Она может работать, даже если разница входного и выходного напряжений составляет всего насколько десятых долей вольта, так как в ней это напряжение не участвует в формировании смещения. Смещение подается через транзистор VT2 с общего провода. Если напряжение на движке подстроечного резистора меньше напряжения стабилизации стабилитрона плюс напряжение насыщения перехода база-эмиттер VT3, то транзистор VT3 закрыт, транзистор VT2 открыт, транзистор VT1 открыт. Когда напряжение на движке резистора превышает сумму напряжения стабилизации стабилитрона и насыщения перехода база-эмиттер VT3, транзистор VT3 открывается и отводит ток от базы VT2. VT2 и VT3 закрываются.

[Напряжение стабилизации стабилитрона, В] = [Минимальное выходное напряжение, В] — [Напряжение насыщения база-эмиттер VT3, В]

[Сопротивление резистора R1, Ом] = ([Минимально возможное входное напряжение, В] — [Напряжение насыщения база-эмиттер VT2, В]) * [Минимально возможный коэффициент передачи тока транзистора VT1] * [Минимально возможный коэффициент передачи тока транзистора VT2] / [Максимально возможный выходной ток, А]

[Сопротивление резистора R2, Ом] = [Минимальное выходное напряжение, В] * [Сопротивление резистора R1, Ом] * [Минимально возможный коэффициент передачи тока транзистора VT3] / [Максимально возможное входное напряжение, В] / 3

[Мощность транзистора VT2, Вт] = [Максимально возможное входное напряжение, В] * [Максимально возможный выходной ток, А] / [Минимально возможный коэффициент передачи тока транзистора VT1]

Мощный стабилизатор двухполярного напряжения для УМЗЧ

Автор предлагает двухполярныи стабилизатор напряжения питания, пригодный для усилителей мощностью до 50- 100 Вт на канал. Устройство выполнено на мощных полевых транзисторах, способных работать при многократных кратковременных перегрузках по току. Применение таких стабилизаторов в значительной степени оправдано в усилителях с высокой чувствительностью к изменению и пульсациям питающего напряжения, что особенно присуще несложным усилителям без общей обратной связи.

Как известно, для питания мощного выходного каскада УМЗЧ в ряде конструкций используется отдельный источник питания, а остальная часть усилителя питается от стабилизатора напряжения. Большинство таких источников питания — нестабилизированные и представляют собой два двухполупе-риодных выпрямителя (на напряжения положительной и отрицательной полярности) со средней точкой со сглаживающими конденсаторами. Это нестабили-зированное напряжение не используется остальной частью усилителя, если в нём есть дополнительные узлы и коммутатор источников сигнала (полный, "интегральный" усилитель). Кроме того, общая обратная связь, применяемая в большинстве УМЗЧ, существенно снижает чувствительность к пульсациям напряжения питания. А если глубина общей ООС невелика или её совсем нет, пульсации питающего напряжения могут прослушиваться через акустические системы.

Кардинальным способом подавления пульсации и нестабильности является питание выходных каскадов усилителя стабилизированным напряжением, однако применение интегральных стабилизаторов тоже наталкивается на ряд проблем. Дело в том, что такие стабилизаторы имеют относительно большое падение напряжения. Кроме того, в них, как правило, встроены ограничители по току и мощности, которые вообще могут свести на нет достоинства стабилизатора. Можно, конечно, применить интегральный стабилизатор большой мощности (например, с выходным током в 10 А), однако его стоимость, на мой взгляд, неприемлема.

Альтернативой при решении этой задачи может быть использование в стабилизаторе напряжения питания мощных полевых транзисторов. Эти транзисторы, кстати, недороги и имеют малое сопротивление открытого канала (сотые доли ома) и максимальный ток до 70. 100 А, что позволяет конструировать стабилизаторы с очень малым падением напряжения (не более 0,25 В) при токе до 20 А.

Параметры описываемого стабилизатора следующие. При выходном напряжении в 27 В его максимальный ток достигает 4,5 А. При таком токе нагрузки минимальное рабочее напряжение между входом и выходом не превышает 0,25 В. Разница между выходным напряжением стабилизатора без нагрузки и напряжением при токе нагрузки в 4,5 А составляет не более 0,15 В, при токе в 6 А эта разница не превышает 0,16 В.

Такие параметры стабилизатора обеспечивают применённые в нём мощные полевые транзисторы — IRF4905 (р-канальный) с максимальным током стока 74 А и сопротивлением открытого канала в 0,02 Ом и IRL2505 (п-канальный), с соответствующими током 104 А и сопротивлением 0,008 Ом.

Двухполярный стабилизатор состоит из двух независимых источников напряжения положительной и отрицательной полярности (рис. 1). Верхняя часть схемы относится к стабилизатору положительной полярности, а нижняя — отрицательной полярности. Для удобства сравнения нумерация соответствующих элементов различается лишь префиксами 1 и 2.

Вначале о некоторых особенностях стабилизатора. В нём имеются три критических элемента — это конденсаторы С2 и СЗ и стабилитрон VD1.

Указанные на схеме значения ёмкости конденсаторов С2 и СЗ являются в некотором смысле компромиссом: при их уменьшении возникает вероятность самовозбуждения стабилизатора. Увеличение их ёмкости до 1 мкФ приводит к тому, что на выход стабилизатора проникают пульсации, которые всегда имеются в выпрямленном напряжении.

Теперь несколько слов о том, почему был выбран стабилитрон VD1 (BZX55-C7V5) с напряжением стабилизации 7,5 В. Целесообразно выбрать такой стабилитрон, у которого дифференциальное сопротивление минимально (оно влияет на свойства всего стабилизатора). Из всех стабилитронов серии BZX55 наименьшее дифференциальное сопротивление (7 Ом) имеют стабилитроны BZX55-C7V5 и BZX55-C8V2. Если входное напряжение стабилизатора менее 20. 25 В, целесообразно использовать стабилитрон на напряжение не более 3,3 В (например, BZX55-C3V3).

Читать еще: Регулировка кранов коллектора отопления

Схема стабилизатора отрицательной полярности с небольшими изменениями позаимствована из [1] и уже однажды была применена мной для регулятора скорости вращения дрели (с запасом по току 20. 30 А). По сравнению со схемой из [1] в схеме на рис. 1 изменены номиналы некоторых конденсаторов, резисторов, добавлен стабилитрон VD2 для защиты затвора VT2 от пробоя и использован стабилитрон (VD1) на другое напряжение стабилизации (7,5 В).

Схема стабилизатора положительной полярности является зеркальным отражением схемы стабилизатора отрицательной полярности Вместо n-ка-нального в нём использован р-ка-нальный полевой транзистор IRF4905 в корпусе ТО-220 (VT2), вместо биполярного транзистора структуры р-п-р — транзистор структуры n-p-n ВС337-40 или КТ503Б (VT1), а нагрузка параллельного стабилизатора DA1 (TL431CZ в корпусе ТО-92) включена в его анодную цепь Хотя такое включение нагрузки менее известно, оно наиболее распространено в импульсных источниках питания компьютеров.

Несколько замечаний о том, как описываемый стабилизатор можно доработать для использования при напряжении питания +/-35. 45 В. В этом случае сопротивление резистора R4 (620 Ом) нужно увеличить до 0,9.. 1 кОм, чтобы ток через стабилизатор DA1 (TL431CZ) не превышал половину его максимального тока 50 мА. Вместо комплементарной пары транзисторов ВС327/ВС337 (Uкэ max = 45 В, Iктах = 0,8 А, РКmax = 0,6 Вт) следует использовать пару с неСКОЛЬКО бОЛЬШИМ напряжением иКэ max.

например, 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 В, lKmax = 0,5 А, РКmах = 0,9 Вт). Полевые транзисторы желательно установить на теплоотводы с большой площадью охлаждения Необходимо также добавить, что для установки нужного напряжения стабилизации потребуется изменение номиналов резисторов R5, R6 и R7. Стабилитрон желательно использовать на напряжение стабилизации 7,5 В (BZX55-C7V5). Микросхему TL431CZ рекомендую приобретать производства National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola.

Все резисторы, кроме подстроечно-го R6 (СПЗ-19А) имеют мощность 0,25 Вт, керамические конденсаторы — нанапряжение 50 В.

Поскольку мне понадобилось две платы двухполярного стабилизатора (по одной на каждый канал УМЗЧ), с помощью программы Sprint Layout 5.0 я развёл печатный монтаж платы (рис. 2 распечатал её чертёж на кальке, предназначенной для печати лазерным принтером, и изготовил методом, описанным мной в [2, 3]. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3

Для тестирования работы стабилизатора я использовал три цифровых мультиметра, два из которых измеряли входное и выходное напряжения стабилизатора, а третий в режиме амперметра — его выходной ток. Здесь необходимо добавить, что схема на рис. 4 использована для тестирования стабилизатора положительного напряжения Подобным образом проверены свойства и стабилизатора отрицательного напряжения.

В качестве нагрузки (R1) применён керамический резистор SQP мощностью 20 Вт сопротивлением 1 Ом, а в качестве R2 — резистор ПЭ-75 мощностью 75 Вт сопротивлением 5 Ом. Таким образом общее сопротивление нагрузки (6 Ом) стабилизатора соответствовало общей мощности 95 Вт. а ток — 4,5 А.

В качестве источника питания при тестировании стабилизатора мной использован доработанный стабилизированный блок питания Б5-47, в котором выходное напряжение (до 30 В) обеспечивается при токе нагрузки до 4 5 А (до 3 А без доработки). Для повышения предела ограничения тока до 4,59 А необходимо в разъеме дистанционного управления, расположенном на задней стенке блока установить перемычки между контактами 23, 24, 26 и 50, а на лицевой панели выставить максимальное значение тока 2,99 А

Результаты тестирования работы стабилизаторов полностью подтвердили их параметры. Стабилизаторы имеют значительный запас по току, а мощность в нагрузке каждого из стабилизаторов соответствует 121,5 Вт, что в сумме составляет 243 Вт.

Если мощность одного канала усилителя Р = 35 Вт, а сопротивление на-
грузки R = 4 Ом, то амплитуды напряжения сигнала U " 17 В и тока lm = 4,25 А. Это означает что, если стабилизатор двух-полярный и состоит из стабилизаторов положительной и отрицательной полярности, каждый из них должен обеспечивать максимальный ток 4,25 А.

Если выходное напряжение стабилизатора составляет 27 В и ток в нагрузке 4,25 А, то эквивалент нагрузки соответствует сопротивлению RэKB = 6,35 Ом. Вот поэтому и выбрано сопротивление нагрузки стабилизатора, равное 6 Ом.

При испытаниях использован также реальный выпрямитель источника питания с большим током и высоким уровнем пульсации (накопительный конденсатор емкостью 10000 мкФ и выпрямительные диоды DSS 60-0045В (Uoбp = 45 В, lmax = 60 А, Uпр = 0,35 В/10 А), включённые по мостовой схеме.

Описываемый стабилизатор устойчив и к кратковременным перегрузкам. Я использовал его для регулировки скорости вращения дрели, у которой пусковой ток двигателя достигает 20 А. Таким образом, стабилизатор имеет значительный запас по току, позволяющий использовать его с большими теп-лоотводами и в более мощных УМЗЧ Теперь несколько слов об установке и регулировке стабилизатора в усилителе

Прежде всего, необходимо оценить с помощью осциллографа минимальные значения питающего напряжения выходных каскадов УМЗЧ при максимальной нагрузке. Для этого к выходу УМЗЧ следует подключить резистор номиналом, равным сопротивлению АС (4 или 8 Ом) и мощностью, соответствующей максимальной для УМЗЧ На вход усилителя подать от генератора 34 сигнал частотой 20. 30 Гц, а регулятором громкости установить уровень сигнала, соответствующего максимальной мощности усилителя.

Далее нужно определить минимальное абсолютное значение (с учётом амплитуды пульсаций) питающих напряжений и установить подстроечным резистором R6 напряжение стабилизации приблизительно на 1 В меньше этого минимального значения в каждом из стабилизаторов.

До установки двух плат таких стабилизаторов в каждый из каналов в усилитель ("Кумир У-001") я заменил диоды КД208А (Unp = 1 В/1.5 А) в мостовых выпрямителях источников питания диодами Шотки MBR10100 (Unp = 0,45 В/1,5 А) и диоды КД209А в стабилизаторе напряжения 30 В диодами HER503. Кроме того ёмкость сглаживающих конденсаторов увеличил в два раза (как в выпрямителях выходных каскадов, так и в стабилизаторе 30 В).

После установки стабилизаторов в корпус и включения усилителя необходимо проверить и подстроить баланс выходных каскадов по постоянному току, а затем ток покоя мощных транзисторов

Отрегулировав режимы работы транзисторов выходных каскадов УМЗЧ с установленными стабилизаторами, я обнаружил заметное снижение фона даже на максимальной чувствительности при отсутствии входного сигнала.

1 Нечаев И. Модуль мощного стабилизатора напряжения на полевом транзисторе. — Радио, 2005, № 2. с 30. 31

2 Кузьминов А. Метод фоторепродуцирования для изготовления фотошаблона печатных плат в домашних условиях. — Технологии в электронной промышленности, 2010 №5-7

3 Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. — Технологии в электронной промышленности, 2010. № 8-10

Автор: А.Кузьминов, г. Москва

Мнения читателей

Евгений / 08.06.2019 — 16:25

Здравствуйте друзья, собрал этот стабилизатор. Но вот не задача, по минусу работает нормально, регулирует, а вот по плюсу нет регулировки. Нет ли случайно опечатки в схеме, как то странно включен TL431 по плюсовой ветке, ножки 2 и 3 не перепутаны случайно, может быть на месте 2 должна быть 3, а на месте 3 должна быть 2? Заранее благодарен, с уважением Евгений.

Здравствуйте друзья, скажите пожалуйста, каким стабилитроном можно заменить КС170А в этом стабилизаторе? Заранее благодарен с уважением Евгений.

ДобавлюНа Веге создали также тему по этому стабуhttp://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=73037&p=2140762#top

Стаб хорош своей простотой.-тут отзыв и вариант собранного в железе с печаткойhttp://forum.cxem.net/index.php?showtopic=98565&st=20#entry1498562а далее (там же постом ниже) моя усовершенствованная схема . — прогонялись все (в том числе авторская) в симуляторе — полученные результаты выше. — Всем удачи в творчестве.

а если повысить все номиналы на раз можно будет питать с +-65 и на выход брать 56?

Здравствуете здоровья вам и процветания!Был у вас на сайте есть у меня трансформатор двухполярный на 63в(63,5)после фильтра в районе 80-82вольтнужно питать аудио усилитель на+- 55в 6А помогите пожалуйста в конструкций двухполярного стабилизатора (схема и номиналы нужны)прошу сразу дать ответ поможете или нет!mail:tudordjсобакаmail.ruвсего доброго!

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

0 0 голоса

Рейтинг статьи