СТАБІЛІЗАТОР НАПРУЖЕННЯ З Захист від короткого замикання і перевантаження по струму

В. КОЗЛОВ, м. Муром Володимирської обл.

Автор аналізує найбільш характерні особливості та недоліки стабілізаторів напруги, знайомих радіоаматорам за публікаціями у нашому журналі, дає практичні поради, часом нетрадиційні, по поліпшення їх основних параметрів, Як приклад він розповідає про розроблений ним стабілізаторі, які призначені для потужних блоків живлення апаратури, яка працює цілодобово. У статті описується технологія виготовлення тепловідведення потужного транзистора-Редакція чекає відгуків читачів на цю публікацію.

Мережеві блоки живлення в яких для стабілізації випрямленої напруги радіоаматори використовують мікросхемние стабілізатори, не завжди радують їх творців. Причина тому – характерні властиві цим конструкціям недоліки.

У традиційних транзисторних стабілізаторів нерідко ненадійна захист від перевантаження. Безінерційний системи захисту помилково спрацьовують навіть від короткочасних перевантажень при підключенні ємнісний навантаження. Інерційні ж засоби захисту не встигають спрацювати при сильному імпульсі струму, наприклад, при короткому замиканні що приводить до пробою транзисторів [1], Пристрої з обмежувачем вихідного струму – безінерційний в них відсутній критичний ефект, але при короткому замиканні на регулюючому транзисторі розсіюється велика потужності що вимагає застосування відповідного тепловідведення [2].

Єдиний вихід при такій ситуації – одночасне застосування засобів обмеження вихідного струму і інерційної захисту регулюючого транзистора від перевантаження що забезпечить йому в два-три рази меншу потужність і габарити тепловідведення. Але це призводить до збільшення числа елементів, габаритів конструкції і ускладнює повторюваність пристрою в аматорських умовах.

Принципова схема стабілізатора, число елементів у якому мінімально, наведена на рис. 1. Джерелом зразкового напруги служить термостабілізовані стабілітрон VD1.

Для виключення впливу вхідної напруги стабілізатора на режим стабілітрон його ток задається генератором стабільного струму (ГСТ), побудованим на польовому транзисторі VT1. Термостабілізація і стабілізація струму стабілітрон підвищують коефіцієнт стабілізації вихідної напруги.

Зразкове напруга поступає на лівий (за схемою) вхід диференціального підсилювача на транзисторах VT2.2 і VT2.3 мікроскладені К125НТ1 і резистори R7, де порівнюється з напругою зворотного зв'язку, що знімається з дільника вихідної напруги R8R9. Різниця напруг на входах диференціального підсилювача змінює баланс колекторних струмів його транзисторів.

Регулюючий транзистор VT4, керований колекторним струмом транзистора VT2.2, володіє великим коефіцієнтом передачі струму бази. Це збільшує глибину ООС і підвищує коефіцієнт стабілізації пристрою, а також зменшує потужність, розсіює транзисторами диференціального підсилювача.

Розглянемо роботу пристрою більш докладно.

Припустимо, що в усталеному режимі при збільшенні струму навантаження вихідна напруга трохи зменшиться, що викличе і зменшення напруги на емітерний перехід транзистора VT3.2. При цьому струм колектора також зменшиться. Це призведе до збільшення струму транзистора VT2.2, оскільки сума вихідних струмів транзисторів диференціального підсилювача дорівнює току, поточним через резистор R7, і практично не залежить від режиму роботи його транзисторів.

У свою чергу, зростаючий струм транзистора VT2.2 викликає збільшення струму колектора регулюючого транзистора VT4, пропорційне його коефіцієнту передачі струму бази, підвищуючи вихідну напругу до початкового рівня і дозволяє підтримувати його незмінним незалежно від струму навантаження.

Для короткочасної захисту пристрою з поверненням його в початковий стан введено обмежувач струму колектора регулюючого транзистора, виконаний на транзисторі VT3 і резистора R1, R2.

РезісторП1 виконує функцію датчика струму, що протікає через регулюючий транзистор VT4. У разі перевищення струму цього транзистора максимального значення (близько 0,5 А) падіння напруги на резисторі R1 досягне 0,6 В, т тобто порогового напруги відкривання транзистора VT3, відкриватися, він шунтується емітерний перехід регулюючого транзистора, тим самим обмежуючи його ток приблизно до 0,5 А.

Таким чином, при короткочасних перевищення струмом навантаження максимального значення транзистори VT3 і VT4 працюють в режимі ГСТ, що викликає падіння вихідного напруги без спрацьовування захисту від перевантаження по струму. Через деякий час, пропорційне постійної часу ланцюга R5C1, це призводить до відкриванню транзистора VT2.1 і подальшому відкриванню транзистора VT3, який закриває транзистор VT4. Такий стан транзисторів стійке, тому після усунення короткого замикання або знеструмлення навантаження необхідно Вимкнути пристрій від мережі і знову включити після розрядки конденсатора С1.

Струм короткого замикання пристрою дорівнює нулю, а значить, виключає перегрів регулюючого транзистора при спрацьовуванні захисту. Резистор R3 необхідний для надійної роботи транзистора VT4 при малих струмах і високою температурою. Конденсатор С2, шунтувальний вихід стабілізатора, запобігає самозбудження пристрої, причиною якого може стати глибока ООС по напрузі.

Резистор R6 в колекторної ланцюга транзистора VT2, 1 обмежує струм під час перехідних процесів при включенні захисту, а світлодіод HL1 виконує функцію індикатора перевантаження.

Основні параметри стабілізатора

Вхідна напруга, В …….. 14 … 20

Вихідна напруга, В. ………. 12

Струм навантаження, А ……………. 0 … 0,5

Зміна вихідного

напруги при струмі

навантаження від 0 до 0,5 А, В. ……< 0,1

Струм спокою, мА ………………… 15

Струм короткого замикання, мА ……< 0,1

Стабілізатор некритичний до розведення друкованої плати та розміщення деталей на ній. Тому монтаж його залежить головним чином від досвіду самого конструктора і габаритів попередньо підібраних деталей. Польовий транзистор VT1 слід підібрати таким, щоб струм стабілізації, виміряний за схемою рис. 2, а чи 2, б, був у межах 5 .., 15 мА, Статичний коефіцієнт передачі струму бази транзистора VT3 повинен бути не менше 20, а транзистора VT4 – не менше 400. На регулюючому транзисторі VT4, допустимий струм колектора якого повинен бути не менше 1 А, виділяється значна потужність, тому його слід встановити на тепловідвід потужністю близько 5 Вт.

Резистори і конденсатори – будь-яких типів на номінали, зазначені на схемі.

Приступаючи до випробування і налагодження стабілізатора, резистор R5 тимчасово видаляють, щоб система захисту не спрацьовувала, і підбором резистора R8 встановлюють вихідну напругу, рівну 12 В. Після цього включають резистор R5 і підбором резистора R1 домагаються необхідного значення струму спрацювання захисту пристрою по струму.

Які зміни або доповнення можна внести в рекомендований стабілізатор? Якщо у радіоаматора не виявиться підходящого польового транзистора, генератор постійного струму можна зібрати на біполярному транзисторі КТ3108А (рис, 3, а) або аналогічному йому із серії КТ361 з коефіцієнтом передачі струму бази не менше 20. Діоди VD3 і VD4 можуть бути будь-які кремнієві.

Термостабілізовані стабілітрон Д818В (\ / D1) замінимо на будь-який інший аналогічний на напругу стабілізації від 3 до 12 В. Але найбажаніший двуханодний стабілітрон, наприклад КС162А, з малим температурним коефіцієнтом напруги стабілізації. У крайньому разі його замінить ланцюжок з послідовно з'єднаних звичайного стабілітрон і будь-якого кремнієвого діода, як показано на рис, 3,6.

Регулюючий транзистор КТ825А (VT4) можна замінити на два, включивши їх за схемою складеного транзистора, як показано на рис, 4, а чи 4, б.

Транзистор VT4 'повинен бути з коефіцієнтом підсилення по струму не менше 20, максимальним струмом колектора не менше 1 А і максимальної розсіюваною потужністю з тепловідводів не менше 5 Вт Транзистор VT4'' – Будь-якої структури р-n-р з коефіцієнтом підсилення по струму не менше 20, максимальним струмом колектора не меннєє 30 мА і максимальної розсіюваною потужністю не менше 150 мВт, наприклад, серій КТ361, КТ203, КТ208, КТ209, КТ501, КТ502.

Для зменшення напруги насичення транзистора VT4''і, як наслідок деякого зменшення розсіювання потужності складовою транзистор доцільно виконати за схемою рис. 4, ст. При цьому потужність, розсіює транзистором VT4 ", збільшиться до 0,6 Вт, Підійдуть транзистори серій КТ814, КТ816, ГТ402 або інші з аналогічними параметрами.

Транзистори VT2.2 і VT2.3 мікроскладені К125НТ1, що працюють в диференціальній каскаді, можна замінити на збірку з двох npn транзисторів з коефіцієнтом підсилення по струму не менше 20, максимальною напругою колектор-емітер не менше 20 В і струмом колектора не менше 15 мА, наприклад, серії КР198. При цьому важливо лише пам'ятати: однакові вольтамперні характеристики обох транзисторів диференціального каскаду необхідні для забезпечення рівності напруги h знімається з дільника R8R9, – зразковому що гарантує незалежність вихідної напруги стабілізатора від струму навантаження. Якщо така рівність не потрібно, тоді ці елементи мікроскладені можна замінити будь-якими малопотужними npn транзисторами з аналогічними параметрами. У цьому випадку, а також якщо Мікрозборки складається всього з двох елементів, функцію транзистора VT2.1 може виконувати аналогічний npn транзистор малої потужності.

Описаний стабілізатор з фіксованим вихідним напругою нескладно перетворити на Двуполярность з регульованим вихідним напругою від ± 6В до ± 12В. Схема такого пристрою наведена на рис. 5.

Межі напруги стабілізації можливо розширити заміною стабілітрон КС162А (VD1) на КС147А і зменшенням опору резистора R9 до 330 Ом. Припустимо також диференційний підсилювач і дільник напруги R8R9 змонтувати за схемою рис. 6. Тоді вихідна напруга стабілізатора можна буде змінювати від 0 до ± 12 В. Однак система захисту, до якої входять елементи VT2.1, R5, C1, HL1 (рис 1) у цьому випадку втратить сенс і стабілізатор стане досить традиційним.

Транзистори VT1, VT2 і VT4, номінали резисторів і конденсаторів такі ж, як у стабілізаторі за схемою рис. 1, але потужність розсіювання транзистора VT4 (або транзисторів VT4 'VT4 "за схемами рис. 4) зросте пропорційно падінню напруги на ньому.

Теплоотвод потужних транзисторів серій КТ825 або КТ827, що виконують функцію регулірующіх1 можуть бути саморобними. Можлива конструкція одного з таких тепловідводів показана на рис.7, а. Заготівлю для нього (рис. 7.б) вирізають ножицями по металу або випилюють лобзиком з листового люміній товщиною 2 мм. Потім вузькі пелюстки протилежних сторін заготовки повертають пассатижами на 90 ° навколо власної осі кожен, а широкі загинають (за штриховим лініях) вгору.

Радіо № 5, 1998 р., с. 52-53.

ЛІТЕРАТУРА

1. Мансуров М. Лабораторний блок живлення з критичної захистом. – Радіо, 1990, Ns 4, с, 66-70,

2. Нечаєв І. Комбінований лабораторний блок, – Радіо, 1991, № 6, с. 61 – 63.

РАДІО № 5, 1998, с. 54.