8-900-374-94-44
Электропитание
Главная Радиолюбителю Электропитание
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.
Рис. 1
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).
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.
Рис. 2
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
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.
Рис. 4
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.
Литература
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
Дата публикации: 24.01.2013
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
www.radioradar.net
Двуполярный регулируемый стабилизатор основана на микросхеме КР142ЕН5А. Такой стабилизатор обладает следующими характеристиками:
Принцип работы
Диоды VD1, VD2 представляют собой выпрямитель с удвоением напряжения. Конденсаторы С1-С4 выполняют роль фильтра, они сглаживает пульсации на входе стабилизатора. Цепочка R1,R2, VD3 задают напряжение на управляющем электроде микросхемы DA1. Резисторы R3, R4 образуют делитель. По напряжению с этого делителя операционный усилитель сравнивает напряжение в плюсовом и минусовом плече и корректирует его с помощью регулирующего транзистора VT1 . Например, если напряжение минусового плеча становится меньше, чем плюсового, напряжение на входе DA1 становится больше 0, и его выходное напряжение понижается, открывая регулирующий транзистор VT1, тем самым, компенсируя снижение напряжения минусового плеча.
Рекомендации по выбору радиоэлементов и сборке двуполярного стабилизатора
Трансформатор следует выбирать с напряжением вторичной обмотки 13-15В и током до 1А.
Транзистор VT1- КТ818 с любым буквенным индексом, вместо ОУ К140УД7 можно использовать К(Р)140УД6А(Б). За место микросхемы КР142ЕН5А подойдут К142ЕН5А, К142ЕН5В.
Транзистор VT1 и микросхему DA1 следует устанавливать на радиаторы. При установке на общий радиатор следует использовать изолирующие прокладки и втулки. Провода от печатной платы до навесных элементов следует делать как можно короче, не более 10 см.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Успехов!
electrongrad.ru
Короче, появилось желание иметь подобный источник для моделирования/макетирования. Под руки попался корпус от некоего устройства со встроеным трансформатором. Публикую в надежде, что кому-то хоть отдельные части разработки пригодятся.
Итак повторю исходные условия.
Вторичка трансформатора 11+11В на х.х., импеданс полуобмотки 0,95 ом (получен экспериментально). При нагрузке 0,5А напряжение на выходе 2х 10,53В.
Хочу сделать регулируемый БП +/-2..12В с токоограничением 0,5А.
Анализ:
1. выпрямитель + сглаживающий фильтр
холостой ход: напряжение на фильтре = 11 х 1,41 — 0,6 = 14,9 В;
нагрузка 0,5А: пиковое напряжение = 10,53 х 1,41 — 0,8 = 13,8 В
при емкости фильтра 4700 µF мин. напряжение = 12,9 В
Если применить в выпрямителе диоды Шоттки с малым падением (я взял STPS340U), тогда напряжение на фильтре под макс.нагрузкой (0,5А) выглядит так: пик = 15 В, мин.= 13,4 В. Ну это без учета возможного снижения сетевого напряжения.
Короче – выбор пал на вариант с Шоттки и биполярными транзисторами. Смакетировал и получил удовлетворительные результаты. Макетировать плечи пришлось по-отдельности ввиду отсутствия счетверенного ОУ (или двух сдвоенных) в выводном корпусе. В «железе» применен LM224D в SMD-корпусе – пожертвовала некоторая списанная плата.
Теперь – окончательная схема и ее разбор. Читабельная схема во-вложении.
Описывать буду положительное плечо, поскольку функционирование отрицательного аналогично.
На резисторах R13/RP1/R14 собран регулируемый делитель цепи обратной связи. RP1 естественно переменный, а не подстроечный, как на схеме. Подстроечник выбран исключительно для проектирования платы и на его место впаяны штыри разъема. R13 у меня впаян на 68 ом, поскольку сопротивление переменника оказалось меньше заявленых 4,7кОм, которые заложены в расчете, и не позволяло достичь желаемых 12В. В результате этой доработки диапазон регулировки оказался 1,56 — 12 вольт.
Теперь об ограничении тока.
Для снижения влияния на проходное напряжение шунт выбран довольно низкоомным и реализован параллельным включением 4-х одноомных резисторов. Замечу, что вся конструкция разрабатывалась по-принципу «как можно меньше покупать», отсюда же и наборной шунт.
Надеюсь изложил доступно. Если что — спрашивайте :)
we.easyelectronics.ru
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 двухполупериодных выпрямителя (на напряжения положительной и отрицательной полярности) со средней точкой со сглаживающими конденсаторами. Это нестабилизированное 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 (p-канальный) с максимальным током стока 74 А и сопротивлением открытого канала в 0,02 Ом и IRL2505 (n-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).
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-канального в нём использован p-канальный полевой транзистор IRF4905 в корпусе ТО-220 (VT2), вместо биполярного транзистора структуры p-n-p — транзистор структуры n-p-n BC337-40 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, IK max = 0,8 A, PK max = 0,6 Вт) следует использовать пару с несколько большим напряжением UКЭ max, например, 2SA1284/2SC3244 (UKЭ max = 100 В, IK max = 0,5 А, РK max = 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 подстроенного R6 (СПЗ-19А), имеют мощность 0,25 Вт, керамические конденсаторы — на напряжение 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 разъёме 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 121,5Вт, что в сумме составляет 243 Вт.
Если мощность одного канала усилителя Р = 35 Вт, а сопротивление нагрузки R = 4 Ом, то амплитуды напряжения сигнала U ≈ 17 В и тока Im = 4,25 А. Это означает, что, если стабилизатор двухполярный 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 Rэкв = 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 пульсаций (накопительный конденсатор емкостью 10000мкФ и выпрямительные диоды DSS 60-0045B (Uo6p = 45 В, Imax = 60 A, 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 теплоотводами 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-ООГ) я заменил диоды КД208А (Uпр = 1 В/1.5 А) в мостовых выпрямителях источников питания диодами Шотки MBR10100 (Uпр = 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.
ЛИТЕРАТУРА
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.
А. КУЗЬМИНОВ, г. Москва
“Радио” №5 2012г.
radioelectronika.ru
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;
г) стабилизаторы DAI, DA2 такого же типа, но в «перевёрнутом» включении.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.
www.qrz.ru
Компенсационные стабилизаторы напряжения непрерывного действия последовательного типа обладают невысоким КПД, однако большим коэффициентом стабилизации и низким выходным сопротивлением. Поэтому они всё ещё имеют широкое распространение. Однако им свойственна низкая надёжность при перегрузке или замыкании в нагрузке. Это особенно опасно для транзисторных устройств, поэтому приходится вводить в стабилизаторы сложные узлы защиты с датчиками тока. В рассматриваемом в этой статье мощном двухполярном стабилизаторе напряжения выходной ток ограничен. Устройство не боится перегрузок и может работать на фильтрующие конденсаторы большой ёмкости.
Анализ схем УМЗЧ позволяет сделать вывод о том, что для питания их выходных ступеней стабилизаторы напряжения непрерывного действия применяют редко. Причины этого — высокая стоимость таких стабилизаторов, большие энергетические потери при их применении, а главное — «и так сойдёт», ведь работает и без стабилизатора.
Когда стабилизатора нет, напряжение питания усилителя меняется в зависимости от нагрузки в широких пределах (в AV-ресивере «Pioneer-714» — 30…50 В). Дело в том, что среднее выходное напряжение выпрямителя с ёмкостным фильтром сильно зависит от тока нагрузки. Причём конденсаторы фильтра заряжаются импульсами в каждом полупериоде сетевого напряжения. Процесс может занять несколько полупериодов, и это частично передаётся в нагрузку УМЗЧ.
В радиолюбительской литературе неоднократно высказывалось мнение о необходимости питать УМЗЧ от стабилизированного источника для обеспечения более естественного звучания. Действительно, при максимальной выходной мощности усилителя размах пульсаций напряжения нестабилизированного источника достигает нескольких десятков вольт. Это незаметно на пиковых значениях высокочастотных составляющих звуковых сигналов, но сказывается при усилении их низкочастотных составляющих большого уровня, пики которых имеют большую длительность. В результате фильтрующие конденсаторы успевают разрядиться, снижается напряжение питания, а значит, и пиковая выходная мощность усилителя. Если же снижение напряжения питания таково, что приводит к уменьшению тока покоя выходных транзисторов усилителя, это может вызывать дополнительные нелинейные искажения.
Кардинальный способ подавления пульсаций и нестабильности напряжения питания — его стабилизация. Стабилизатор снижает пульсации напряжения на линиях питания на один-два порядка, что позволяет без труда получить максимальную амплитуду выходного сигнала усилителя. Кроме снижения уровня фона частотой 50 (100) Гц, уменьшаются также нелинейные искажения и вероятность ограничения сигнала на пиках громкости. Увеличивается запас по предельно допустимым параметрам транзисторов выходной ступени усилителя. Снижается вероятность проникновения сетевых помех на выход усилителя.
Кроме того, применение стабилизатора позволяет упростить усилитель, что благотворно сказывается на звуке. Ещё один плюс — функцию защиты выходной ступени усилителя от перегрузки тоже можно поручить стабилизатору.
Из минусов — реализация мощного и надёжного стабилизатора напряжения непрерывного действия становится существенной финансовой проблемой и технически непростой задачей. Помимо этого, возникает необходимость отводить от силовых транзисторов стабилизатора большое количество тепла. Суммарные КПД и рассеиваемая мощность усилителя вместе со стабилизатором гораздо хуже, чем без него.
Для повышения качества источника питания в нём желательно применить сетевой трансформатор с пониженной индукцией. Как известно, пусковой ток обычных трансформаторов достигает значений, значительно превосходящих рабочий ток. Уменьшение амплитуды индукции в магнитопроводе вдвое значительно повышает надёжность, уменьшает поток рассеивания трансформатора и уменьшает его пусковой ток до значения, не превышающего номинальный ток холостого хода. Однако меньшая индукция приводит к увеличению необходимого числа витков обмоток и, как следствие, к ухудшению массогабаритных показателей трансформатора, его стоимости и возрастанию потерь энергии на активном сопротивлении обмоток. Но ведь речь идёт о действительно высококачественном звуковоспроизведении, не так ли? А звучание усилителя, питающегося стабилизированным напряжением, существенно лучше по сравнению со звучанием того же усилителя без стабилизатора.
Двухполярный стабилизатор напряжения, схема которого изображена на рисунке, предназначен для питания УМЗЧ.
Основные технические параметры
Он состоит из двух независимых стабилизаторов напряжения положительной и отрицательной относительно общего провода полярности. Верхняя часть схемы относится к стабилизатору положительной полярности, а нижняя — отрицательной полярности. Схема стабилизатора отрицательной полярности представляет собой, по существу, зеркальное отражение схемы стабилизатора положительной полярности. Поэтому подробно рассмотрим только стабилизатор напряжения положительной полярности.
Переменное напряжение, снимаемое с обмотки II трансформатора Т1, выпрямляет двухполупериодный выпрямитель на сдвоенных диодах Шотки VD3 и VD4 SR30100P, имеющих изолированный корпус, поэтому их удобно крепить на общем теплоотводе.
Через помехоподавляющий дроссель L1 выпрямленное напряжение поступает на сглаживающие и помехоподавляющие конденсаторы С8—С16 и далее на уравнивающие эмиттерные токи параллельно соединённых транзисторов VT1 —VT9 резисторы R3—R11. Эти резисторы имеют довольно большое сопротивление, что способствует эффективной «изоляции» коллекторных цепей транзисторов VT1 —VT9 от сетевых помех.
Вместе с транзистором VT20 транзисторы VT1—VT9 образуют мощный составной транзистор с большим коэффициентом усиления тока. Базовый ток транзистора VT20 втекает в коллектор транзистора VT22. Транзистором VT22 управляет напряжение с выхода ОУ DA3.1.
К выходу стабилизатора подключены соединённые последовательно стабилитроны VD13, VD14, суммарное напряжение стабилизации которых служит образцовым для рассматриваемого стабилизатора. Вместо стабилитронов можно установить резистор такого сопротивления, чтобы вместе с резистором R29 он обеспечивал нулевой потенциал в точке их соединения при номинальном выходном напряжении стабилизатора. Но по сравнению со стабилитронами это менее эффективный вариант. Сдвинутый стабилитронами или резистором потенциал в системе стабилизации представляет собой сигнал рассогласования и поступает на инвертирующий вход ОУ DA3.1, неинвертирующий вход которого соединён с проводом «0».
Имейте в виду, что провода «0» и «Общ.» должны быть соединены между собой и с общим проводом питаемого от стабилизатора устройства (усилителя) на плате последнего. Это значительно уменьшает уровень наводок и помех в стабилизированном напряжении. Резистор R21 обеспечивает работоспособность стабилизатора, когда к нему не подключён усилитель.
В процессе работы ОУ непрерывно сравнивает потенциал на своём инвертирующем входе с нулевым потенциалом на неинвертирующем входе. Далее он так управляет транзистором VT22, а вместе с ним и составным транзистором VT20, VT1—VT9, чтобы на выходе стабилизатора поддерживалось заданное напряжение.
Предположим, напряжение на выходе стабилизатора уменьшилось вследствие увеличения тока нагрузки. Потенциал на инвертирующем входе ОУ DA3.1 станет отрицательным относительно неинвертирующего, и напряжение на выходе ОУ увеличится. Это приведёт к увеличению коллекторного тока транзистора VT22, а с ним базового и эмиттер- ного тока транзистора VT20. В результате увеличится суммарный коллекторный ток транзисторов VT1—VT9, компенсируя приращение тока нагрузки. Выходное напряжение вернётся к прежнему значению.
Устройство мягкого старта на транзисторе VT19 и реле К1 обеспечивают плавное нарастание напряжения на батарее конденсаторов С28—С30, С34— С63 при подключении стабилизатора (первичной обмотки трансформатора Т1) к сети. В этот момент через резистор R2 начинает течь ток, заряжающий конденсатор С27. Когда через 30…35 с напряжение, приложенное к стабилитрону VD9, достигает 36 В, он открывается. Это приводит к открыванию транзистора VT19 и срабатыванию реле К1, которое переключает резисторы, ограничивающие выходной ток стабилизатора.
Пока реле не сработало, этот ток ограничен резистором R32 до 450…650 мА, что устраняет бросок тока зарядки батареи конденсаторов С28—С30, С34—С63 общей ёмкостью более 100000 мкФ. Сработавшее реле подключает параллельно резистору R32 резистор R35. С этого момента стабилизатор может отдавать в нагрузку ток, достигающий 4 А.
При случайном замыкании выхода стабилизатора с общим проводом ток тоже не превысит 4 А, но резко увеличится мощность, рассеиваемая на транзисторах VT1—VT9. Однако она не превысит 25 Вт на каждый транзистор. Из этого следует, что стабилизатор напряжения надёжен и не боится замыканий в нагрузке.
Чтобы точно установить уровни ограничения тока, необходимо временно заменить резистор R32 переменным резистором сопротивлением около 500 кОм, а резистор R35 не устанавливать. Движок переменного резистора переведите в положение максимального сопротивления. Замкнув выход стабилизатора амперметром, включите стабилизатор и плавно уменьшайте сопротивление переменного резистора, наблюдая за показаниями амперметра. При достижении требующегося безопасного пускового тока выключите стабилизатор, измерьте введённое сопротивление переменного резистора и замените его постоянным резистором такого же сопротивления.
Затем вместо резистора R35 подключите переменный резистор сопротивлением 100 кОм, а к выходу стабилизатора через амперметр — максимальную нагрузку. Включите стабилизатор и дождитесь срабатывания реле. После этого начинайте плавно уменьшать сопротивление переменного резистора. При достижении номинального напряжения стабилизации и заданного максимального тока нагрузки выключите стабилизатор, измерьте введённое сопротивление переменного резистора и замените его постоянным.
Такую же процедуру нужно выполнить и со стабилизатором отрицательного напряжения. Нельзя просто устанавливать резисторы R33 и R36 такого же сопротивления, как соответственно R32 и R35. Дело в том, что коэффициенты передачи тока у транзисторов, применённых в обоих стабилизаторах, существенно различаются. Например, у транзисторов 2SA1943 он — около 140, а у 2SC5200 — только 85.
Трансформаторы Т1 и Т2 — заказные с пониженной индукцией и вторичными обмотками на 2×54 В (со средними выводами) при токе нагрузки 5 А. Трансформаторы устанавливают каждый со своей стороны в самой нижней части теплообменника (акваблока) системы водяного охлаждения стабилизатора. Акваблок служит своеобразным шасси, на котором размещены все узлы устройства. Перед установкой трансформаторов для них формуют с помощью эпоксидной смолы идеально плоские посадочные площадки. Затем резьбовыми шпильками М12 трансформаторы прижимают к акваблоку.
В режиме холостого хода напряжение на выходах выпрямителей (входах собственно стабилизаторов) — 76 В. При подключении к выходу стабилизатора нагрузки сопротивлением 10 Ом оно падает до 64 В. Если необходим больший ток нагрузки, например 10 А, то номиналы резисторов R3—R20 следует уменьшить до 10 Ом.
Диоды-супрессоры VD1 и VD2 предназначены для гашения перенапряжений во время переходных процессов, сопровождающих включение стабилизатора в сеть.
При правильном монтаже и сборке стабилизатор начинает работать без каких-либо проблем. При непрерывной нагрузке током 4 А на транзисторах VT1 — VT9 рассеивается мощность около 60 Вт (по 6 Вт на каждом транзисторе). На каждом из резисторов R3—R11 — по 4 Вт. Совместно стабилизаторы напряжения положительной и отрицательной полярности рассеивают около 180 Вт. Две пары стабилизаторов для питания усилителей левого и правого стереоканалов, установленные на общем акваблоке, рассеивают 360 Вт.
Акваблок состоит из двух отрезков дюралюминиевой шины сечением 100×10 мм и длиной 1000 мм, стянутых винтами по периметру. Для герметизации стыка между шинами применён автомобильный герметик. На внутренней поверхности каждой шины отфрезерованы по две параллельные канавки размерами 960x15x4 мм, по которым течёт охлаждающая вода. Общее сечение водопроводящего канала — 15×8 мм, его суммарная длина — 1920 мм, расход воды — 0,75 л/мин, температура воды на входе акваблока — 24°С, на выходе — 29°С. Вода поступает из водопровода через одноступенный фильтр.
Четырёхлетний опыт эксплуатации такой открытой системы водяного охлаждения показал стабильность её тепловых параметров. Но систему можно сделать и закрытой с циркуляцией дистиллированной воды через акваблок и внешний автомобильный радиатор.
Транзисторы VT1—VT18 смонтированы на печатной плате с алюминиевой подложкой, прижатой к акваблоку с применением теплопроводной пасты. Температура поверхности платы — около 34°С. Транзисторы 2SA1943 и 2SC5200 нагреваются до температуры около 50°С. Испытания показали, что эта температура в течение трёх часов работы оставалась неизменной.
Описанная система охлаждения компактна, эффективна и абсолютно бесшумна. Она позволяет отводить около киловатта тепловой мощности. В качестве сигнализатора аварийного отсутствия проточной воды в системе в подводящем её трубопроводе установлен датчик давления ДРД-40. Он идеально подходит для стандартной водопроводной сети. При аварийном отключении воды контакты этого датчика размыкаются и отключают стабилизатор от электрической сети.
Кроме того, необходимо установить датчики температуры на одном или нескольких транзисторах 2SA1943, которые, как показала практика, нагреваются сильнее, чем транзисторы 2SC5200. Такие же датчики рекомендуется установить и на трансформаторах.
Автор: В. ФЕДОСОВ, г. Краснодар
meandr.org
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
В. Крылов
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.
Рис. 1. Схема стабилизатора, построенного из двух одинаковых однополярных
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 двуполярно-го 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 минусовой провод (верхний канал остается без изменения). Сделать это можно, применив транзисторы другой структуры: n — р — n для транзистора V4 и р — n — 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.
Рис. 2. Схема стабилизатора с питанием от одного выпрямителя
Рис. 3. Схема стабилизатора с питанием ОУ от выходного напряжения
В рассмотренных стабилизаторах ОУ питаются непосредственно входным однополярным напряжением, но это возможно толвко 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.1 В том. случае, когда напряжение питания каждого из плеч стабилизатора оказывается значительно меньше необходимого 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. Транзисторы 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 рассмотренным 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 К1УТ401Б (новое наименование К.140УД1Б) 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 объ-единенных общим проводом однополярных стабилизатор ров, выходные напряжения которых устанавливают не-зависимо одно от другого. При таком построении дву-полярного 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 двуполярному стабилизатору предъявляются ресьма высокие требования в отношении симметричности его выходного напряжения относительно общего провода. Выполнение таких требований сравнительно просто обеспечивается в стабилизаторе, схема которого показана на рйс. 4.
Рис. 4. Схема стабилизатора с симметричным выходным напряжением
Здесь, верхнее по схеме плечо ничем 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 стабилизатора будет определяться следующим выражением:
где Uвых. н — напряжение верхнего плеча.
При равенстве сопротивлений резисторов R14 и R15 выходное напряжение нижнего плеча автоматически устанавливается равным напряжению верхнего, и устройство постоянно «следит» за его значением. Например, если мы с помощью подстроечного резистора R8 увеличим напряжение UВых. в, 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 UВЫX. B.
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.
pandia.ru