В магазинах, киосках подземных переходов, на радиорынках можно купить так называемые адаптеры, оформленные в виде сетевой вилки. Большие пульсации выходного напряжения и его зависимость от тока нагрузки затрудняют питание от них какой-либо радиоэлектронной аппаратуры. Как стабилизировать выходное напряжение таких адаптеров и рассказывается в данной статье.
Для фиксирования «круглых» значений выходного напряжения проще всего использовать микросхемы КР142ЕН5 и КР142ЕН8 с соответствующими буквенными индексами [1], устанавливая их на теплоотводе в корпус адаптера и дополняя выходным конденсатором емкостью не менее 10 мкФ. Если же необходимо «нестандартное» напряжение, следует применить микросхему КР142ЕН12А [2].
Микросхема DA1 установлена на ребристый теплоотвод размерами 10x18x38 мм от промышленного устройства. Для хорошего охлаждения в нижней и верхней стенках корпуса адаптера (ориентация при включении его в настенную розетку) просверлены по шесть отверстий диаметром 6 мм.
Если ограничение выходного тока не требуется, резистор R1 и конденсатор C3 можно исключить. В таком варианте максимальный выходной ток составлял 0.5А при напряжении пульсаций около 1 мВ. Подобрав сопротивления резисторов R3 и R4, можно можно собрать стабилизатор на любое выходное напряжение в пределах, допустимых трансформатором адаптера.
Для сверления крепежных отверстий и отверстий для установки переключателей и светодиода удобно применить печатную плату от используемого адаптера как трафарет. Чтобы выпаять переключатель из платы и при этом не повредить ее, необходимо, прогревая одновременно несколько соседних контактов паяльником, изгибать плату. Переходя постепенно к другим контактам, можно выпаять переключатель целиком.
Микросхема DA1 установлена на медную пластину размерами 52x38x1 мм, выполняющую роль теплоотвода. Пластина имеет отбортовку для крепления на плате, а по ее периметру просверлены отверстия диаметром 4 мм для обеспечения вентиляции. Для тех же целей в верхней и нижней стенках корпуса просверлено по восемь отверстий диаметром 6 мм.
Существует три основных типа источников питания: нестабилизированные источники питания, источники питания с линейными стабилизаторами и импульсные источники питания. Четвертый тип схем источников питания называется источник питания с импульсным стабилизатором, представляет собой гибрид между нестабилизированной и импульсной схемами и заслуживает отдельного подраздела сам по себе.
Нестабилизированные источники питания
Нестабилизированный источник питания – это самый простой тип, состоящий из трансформатора, выпрямителя и фильтра нижних частот. Эти источники питания обычно имеют большие пульсации напряжения (то есть быстро изменяющуюся нестабильность) и другой «шум» переменного напряжения, накладываемые на выходное постоянное напряжение питания. Если входное напряжение меняется, выходное напряжение будет меняться пропорционально. Преимущество нестабилизированного источника питания заключается в том, что он дешевый, простой и эффективный.
Источники питания с линейными стабилизаторами
Источник питания с линейным стабилизатором – это просто нестабилизированный источник питания, за которым следует транзисторная схема, работающая в своем «активном», или «линейном» режиме, отсюда и название линейный стабилизатор. Типовой линейный стабилизатор предназначен для вывода фиксированного напряжения для широкого диапазона входных напряжений, и на нем просто падает любое избыточное напряжение, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение на нагрузке. Это падение избыточного напряжения приводит к значительному рассеиванию мощности в виде тепла. Если входное напряжение станет слишком низким, схема утратит стабилизацию, что означает, что она не сможет поддерживать неизменное напряжение. Она может только отбрасывать избыточное напряжение, но не может восполнять недостаток напряжения в секции нестабилизированного источника. Поэтому необходимо поддерживать входное напряжение выше требуемого выходного напряжения как минимум на 1–3 вольта в зависимости от типа стабилизатора. Это означает, что мощность, эквивалентная, по крайней мере, 1–3 вольтам, умноженным на полный ток нагрузки, будет рассеиваться схемой стабилизатора, выделяя много тепла. Это делает источники питания с линейными стабилизаторами довольно неэффективными. Кроме того, чтобы избавиться от всего этого тепла, они должны использовать большие радиаторы, которые делают их большими, тяжелыми и дорогими.
Импульсные источники питания
Импульсный источник питания («импульсник») – это попытка реализовать преимущества как нестабилизированной, так и линейной стабилизированной конструкций источников питания (небольшой, эффективный и дешевый, но при этом с «чистым», стабильным выходным напряжением). Импульсные источники питания работают по принципу выпрямления входного переменного напряжения в постоянное напряжение, повторного преобразования его в высокочастотное прямоугольное переменное напряжение с помощью транзисторов, работающих как ключи (открыт/закрыт), затем понижения или повышения этого переменного напряжения с помощью небольшого трансформатора, а затем выпрямления выходного переменного напряжения трансформатора в постоянное напряжение и фильтрации до конечного выходного напряжения. Стабилизация напряжения достигается путем изменения скважности («коэффициента заполнения») преобразования постоянного напряжения в переменное на первичной обмотке трансформатора. В дополнение к меньшему весу трансформатора из-за меньшего сердечника, «ипульсники» имеют еще одно огромное преимущество по сравнению с предыдущими двумя конструкциями: этот тип источника питания может быть сделан настолько независимым от входного напряжения, что он может работать в любой системе электроснабжения в мире; эти источники питания называются «универсальными».
Недостатком импульсных источников питания является то, что они являются более сложными, и из-за своего принципа действия они имеют тенденцию генерировать много высокочастотного «шума» на линии питания. Большинство «импульсников» также имеет на выходе значительные пульсации напряжения. У более дешевых типов эти шум и пульсации могут быть такими же плохими, как и у нестабилизированного источника питания; такие низкобюджетные «импульсники» не бесполезны, потому что они по-прежнему обеспечивают стабильное среднее выходное напряжение и обладают возможностями «универсального» входа.
На выходе дорогих импульсных источников питания пульсаций нет, а шум почти такой же низкий, как у некоторых линейных стабилизаторов; эти «импульсники», как правило, стоят также дорого, как и источники питания с линейными стабилизаторами. Причиной использования дорогого «импульсника» вместо хорошего источника с линейным стабилизатором является необходимость универсальной совместимости с системами электроснабжения или высокая эффективность. Высокая эффективность, малый вес и малые размеры – вот причины, по которым импульсные источники питания практически повсеместно используются для питания цифровых компьютерных схем.
Источники питания с импульсными стабилизаторами
Источник питания с импульсным стабилизатором – это альтернатива схеме с линейным стабилизатором: нестабилизированный источник питания (трансформатор, выпрямитель, фильтр) представляет собой «начало» схемы, а транзистор, работающий строго в режимах открыт/закрыт (насыщение/отсечка), передает питание постоянным напряжением на большой конденсатор так, чтобы поддерживать выходное напряжение между верхним и нижним установленными значениями. Как и в импульсных источниках питания, транзистор в импульсном стабилизаторе никогда не пропускает ток, находясь в своем «активном», или «линейном», режиме в течение какого-либо существенного промежутка времени, что означает, что в таком стабилизаторе будет теряться очень мало энергии в виде тепла. Однако самым большим недостатком этой схемы стабилизации является вынужденное наличие некоторых пульсаций напряжения на выходе, так как постоянное напряжение изменяется между двумя контрольными значениями напряжения. Кроме того, эти пульсации напряжения изменяются по частоте в зависимости от тока нагрузки, что затрудняет окончательную фильтрацию выходного напряжения питания.
Схемы импульсных стабилизаторов, как правило, немного проще схем импульсных источников питания, и им не нужно работать с большими мощностями.
1. Нестабилизированные блоки питания – выходное напряжение зависит от тока нагрузки.
Плюсы:
Минусы:
2. Стабилизированные блоки питания – выходное напряжение не зависит от тока нагрузки.
Плюсы:
Минусы:
* КПД существенно меньше, чем у импульсных блоков питания, трансформаторные БП греются, имеют большой размер и вес.
Плюсы:
Минусы:
** Ценовое преимущество импульсных блоков очевидно для достаточно мощных изделий, также благодаря высокому КПД и малым габаритам, у них лучше соотношение цена/качество
Импульсного блока питания на 5000мА вполне достаточно чтобы закрыть все ваши потребности, он подойдет как для мощных устройств, так и для устройств, требующих ток в 300мА.
Тенденции: будущее за импульсными блоками питания. По мере удешевления компонентов импульсных блоков питания, они все больше и больше теснят и маломощные трансформаторные. Пример: зарядные устройства мобильных телефонов сейчас преимущественно импульсные, хотя еще несколько лет назад на таких небольших мощностях использовались трансформаторные блоки питания.
Нестабильный блок питания может вызвать серьезные системные проблемы, такие как слышимый шум от пассивных компонентов, неожиданное дрожание частоты переключения, сильные колебания выходного напряжения во время переходных процессов нагрузки и отказы в полупроводниковых переключателях.
Нестабильный импульсный блок питания: советы по диагностике и стабилизации
Хотя существуют разные причины нестабильности, не настроенная компенсационная сеть является причиной большинства проблем нестабильности в импульсных блоках питания. В этой статье дается руководство о том, как определить, является ли источником нестабильности не настроенная компенсационная сеть, и предлагаются быстрые советы по повышению стабильности нестабильных источников питания.
Нестабильный переходный отклик: мера стабильности блока питания
Переходные характеристики импульсного блока питания характеризуются двумя основными критериями: полосой пропускания (BW) и запасом по фазе (PM). Более широкая полоса пропускания приводит к быстрой переходной реакции. С другой стороны, высокое значение фазовой модуляции означает лучшую стабильность. Для получения приемлемых переходных характеристик требуются широкая полоса пропускания и высокая PM. Однако существует компромисс между BW и PM. Методы увеличения BW обычно уменьшают PM, и наоборот.
На рис. 1 показан типичный переходной отклик блока питания с широкой полосой пропускания и низкой PM. Когда происходит переход нагрузки, выходное напряжение проходит несколько колебаний, прежде чем установится на регулируемом напряжении. Количество колебаний выходного напряжения во время переключения нагрузки является хорошим показателем стабильности блока питания. Количество колебаний напрямую связано с PM и, следовательно, стабильностью блока питания.
Компенсационные сети в коммутационных регуляторах
Обычно для коммутирующих регуляторов широко используются два типа компенсационных сетей: Тип II и Тип III. В компенсационных сетях типа II применяется установка нулевого полюса для достижения желаемых BW и PM. Для дальнейшего улучшения переходной характеристики регулятора используется компенсационная сеть типа III. В компенсационных сетях типа III добавлен дополнительный набор нулевых полюсов, который помогает достичь более широкой полосы пропускания или более высоких значений PM. На рисунке 2 показана схема компенсационной сети типа III.
Цель этой статьи — показать, как можно использовать простые методы для стабилизации и исправить другие проблемы, которые имеет нестабильный блок питания. Обратите внимание, что предложенные методы будут эффективны только в том случае, если источником нестабильности является не настроенная компенсационная сеть.
Два типа импульсных регуляторов, описанные ниже, относятся к реализации сети компенсации. Это два типа: импульсные регуляторы с внешней компенсационной сетью и импульсные регуляторы с внутренней компенсационной сетью. На рисунке 3 показаны типичные схемы применения для этих двух типов источников питания.
Нестабильный блок питания: наличие регулятора для стабилизации
Как обсуждалось ранее, нестабильность импульсного регулятора можно проверить, посмотрев на его переходную реакцию на изменение нагрузки.
На рис. 1 показан в качестве примера нестабильный блок питания, в котором наблюдается несколько колебаний выходного напряжения при переходе нагрузки. На рис. 4 показан график Боде для блока питания изображенного на рисунке 1. В этом примере полоса пропускания составляет 65 кГц, а PM — только 16°.
Чтобы получить источник питания с приемлемыми переходными характеристиками, рекомендуется полоса пропускания не более 10% от частоты переключения и PM 60°. Частота переключения блока питания на рисунке 1 составляла 400 кГц. Это ограничивает допустимую полосу пропускания до 40 кГц. На рисунке 4 высокая полоса пропускания 65 кГц приводит к небольшой PM (только 16°).
На рисунке 4 показано, что кривая амплитуды (синяя) достигает 0 дБ, когда фазовая кривая (красная) уже спускается. Для надлежащей PM и хорошей стабильности точка 0 дБ на кривой амплитуды должна появиться до того, как фазовая кривая начнет снижаться.
Представленные ниже методы позволят читателям быстро исправить нестабильные импульсные источники питания, а также предложат методы, позволяющие увидеть, может ли уменьшение полосы пропускания улучшить стабильность. Если стабильность улучшается по мере того, как BW значительно уменьшается, это подтверждение того, что источником нестабильности была ненастроенная компенсационная сеть.
Регулирующие органы с внешними компенсационными сетями
Нестабильный блок питания с внешними компенсационными сетями, цепь которой размещается на выводе COMP. В этом сценарии быстрый способ увидеть, вызваны ли колебания на выходе ненастроенной компенсационной схемой, — для этого нужно установить большой конденсатор на вывод COMP.
Эта емкость на выводе COMP вводит низкочастотный полюс в контур управления, что значительно ограничивает полосу пропускания. Чем больше значение этого конденсатора, тем ниже полоса пропускания. На рисунке 5 показан эффект добавления большой емкости на вывод COMP. Типичный диапазон для конденсатора на выводе COMP составляет от 100 нФ до 1 мкФ.
Регуляторы с внутренней компенсационной сетью
Для регуляторов с внутренней компенсационной сетью вывод COMP недоступен. Следовательно, необходимо использовать внешние регуляторы, чтобы уменьшить полосу пропускания и улучшить стабильность. Наиболее эффективный метод ограничения полосы пропускания импульсного регулятора с внутренней компенсационной схемой — это использование резистора, последовательно соединенного с выводом обратной связи (называемого резистором серии FB).
На рисунке 6 показано влияние добавления резистора серии FB. Этот резистор сдвигает кривую амплитуды вниз с незначительным влиянием на фазовую кривую. Следовательно, он эффективно ограничивает полосу пропускания и увеличивает стабильность, которой не имеет нестабильный блока питания. Чем больше резистор серии FB, тем больше уменьшение полосы пропускания. Типичные резисторы серии FB должны находиться в диапазоне от 5 кОм до 100 кОм.
Проверка предлагаемых методов поиска и устранения нестабильного блока питания
В этой статье, в этом примере будут использоваться две части. MPM3530 — это понижающий силовой модуль на 55v/3 А с внешней компенсационной сетью от Monolithic Power Systems (MPS). На рисунке 7 (а) показана типовая схема применения MPM3530. На рисунке 7 (b) показан MPQ4420, синхронный понижающий стабилизатор на 36v/2А от MPS с внутренней компенсационной сетью.
Чтобы продемонстрировать эффективность добавления большого конденсатора на вывод COMP, рассмотрим MPM3530. В этом примере компоненты компенсационной сети выбраны так, что регулятор становится нестабильным. Для этого увеличьте сопротивление R3 на рис. 7 (а) с 2,53 кОм до 16 кОм. На рисунке 8 показан переходной отклик MPM3530 и его график Боде. Большое количество колебаний на выходе означает низкую стабильность. Небольшая величина PM всего 2° на графике Боде подтверждает низкую стабильность.
На рисунке 9 показано, что происходит с переходной характеристикой после добавления конденсатора емкостью 1 мкФ к выводу COMP. Сильные колебания на выходе гаснут, что означает улучшение стабильности. График Боде показывает, что BW, как и ожидалось, значительно снизилась. Уменьшение BW приводит к значительному увеличению PM, что, в свою очередь, улучшает стабильность.
Однако улучшение стабильности достигается за счет более медленного отклика; время установления выходного напряжения значительно увеличилось с 300 мкс до 2 мс. Также обратите внимание, что из-за более медленной реакции на изменение нагрузки максимальное падение напряжения увеличивается до 700 мВ по сравнению с 15 мВ на Рисунке 8.
Как показано на Рисунке 7 (b), вывод COMP недоступен в регуляторах с внутренней компенсационной сетью, таких как MPQ4420. На рисунке 10 показана переходная характеристика MPQ4420 без резистора серии FB (например, R3 установлен на 0 Ом на рисунке 7 (a)). Сильные колебания выходного напряжения при переходе нагрузки демонстрируют низкую стабильность. Глядя на график Боде, полоса пропускания составляет 72 кГц, в то время как PM только 11°. Так как частота переключения MPQ4420 по умолчанию составляет 410 кГц, полоса пропускания должна быть ограничена ниже 41 кГц.
На рисунке 11 показано, как изменение сопротивления R3 с 0 Ом до 51 кОм значительно снижает колебания во время переходной характеристики. Как и ожидалось, введение резистора серии FB сместило кривую амплитуды вниз, что означает более низкую полосу пропускания и более высокую PM. В этом сценарии новая полоса пропускания составляет 21 кГц, а PM улучшилась с 11° до 43,5°.
Дальнейшее улучшение переходной характеристики блока питания
Несмотря на более высокую стабильность и меньшее количество колебаний на выходе, показанном на рисунке 12, PM все еще ниже целевого значения 60°. Дальнейшее сокращение полосы пропускания не приведет к дополнительному увеличению PM и еще больше замедлит время отклика. Как было сказано ранее, более низкая полоса пропускания также увеличивает величину провала напряжения.
Дополнительный регулятор можно использовать для улучшения PM, не замедляя работу регулятора, жертвуя BW. Это решение представляет собой конденсатор прямой связи (CFF).
Поскольку это внутренняя компенсационная сеть Типа II, она не обеспечивает повышения фазы. Если требуется повышение фазы, добавьте CFF в сеть обратной связи (см. Рисунок 12). CFF добавляет еще один ноль к компенсационной сети, что может повысить PM без уменьшения BW. Фактически, если конденсатор выбран правильно, PM может быть улучшен, а BW также может быть увеличена для достижения более быстрой переходной характеристики.
На рисунке 13 показаны переходная характеристика и график Боде для MPQ4420 с резистором серии FB 19 кОм и CFF 220 пФ. Как показано здесь, полоса пропускания увеличилась до 40 кГц, что составляет ровно 10% от частоты переключения, а PM достигла 78°, что соответствует целевому PM 60°.
На Рисунке 13 показано, что есть только одно провисание выходного напряжения, что подтверждает хорошую стабильность устройства. Время отклика также сократилось примерно до 60 мкс, а пониженное напряжение уменьшилось до 8 мВ.
Заключение
В этой статье мы предоставили несколько простых советов, чтобы диагностировать и решать проблемы нестабильности в импульсных источников питания. Были предложены отдельные методы стабилизации регуляторов с внешней компенсационной сетью по сравнению с регуляторами с внешней компенсационной сетью. Эффективность предложенных методов была проверена путем их применения к MPM3530 и MPQ4420 от MPS, и в этой статье было продемонстрировано, как конденсатор прямой связи может еще больше улучшить переходную характеристику импульсного стабилизатора.
Простейший нестабилизированный однополярный источник питания
Схема простейшего источника питания приведена на рис. 9.6. Именно по такой схеме устроены почти все распространенные ныне блоки питания, встроенные в сетевую вилку. Иногда в них вторичная обмотка имеет несколько отводов и присутствует ползунковый переключатель, который коммутирует эти отводы, меняя выходное напряжение. Так как эти блоки весьма дешевы, то в случае, когда вам не требуется большой мощности, спокойно можно покупать такой блок, разбирать его и встраивать в вашу аппаратуру (или даже не встраивать – хотя, на мой вкус, громоздкие надолбы на розетках отнюдь не украшают интерьер, все время хотят вывалиться и к тому же не во всякую розетку влезают). Нужно только обратить внимание на допустимый ток нагрузки, который указан на корпусе блока. Что касается номинального напряжения, то этот вопрос мы сейчас рассмотрим.
Рис. 9.6.Простейший нестабилизированный однополярный источник питания
Как работает эта схема? Здесь переменный синусоидальный ток со вторичной обмотки трансформатора (II) подается на конструкцию из четырех диодов, которая называется диодным мостом и представляет собой простейший двухполупериодный выпрямитель (есть и другие способы двухполупериодного выпрямления – см; далее рис. 9.14 и пояснения к нему). В мосте могут быть использованы любые типы выпрямительных диодов, лишь бы их предельно допустимый ток был не меньше необходимого (для указанных на схеме диодов 1N4001 это 1 А), а предельно допустимое напряжение – не меньше половины амплитудного значения входного переменного напряжения (т. к. в данном случае это всего 7 В, то здесь этому требованию удовлетворяют вообще все выпрямительные диоды на свете). Такие мосты выпускаются уже в сборе, в одном корпусе, на котором иногда даже нарисовано, куда подключать переменное и откуда снимать постоянное напряжения. Их, конечно, тоже можно и нужно использовать.
Проследим за работой моста. Предположим, что на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки в данный момент переменное напряжение, поступающее с обмотки, больше, чем на нижнем. Тогда ток в нагрузку (она обозначена пунктиром) потечет через правый верхний диод моста, а возвратится в обмотку через левый нижний. Полярность на нагрузке, как видим, соблюдается. В следующем полупериоде, когда на верхнем выводе обмотки напряжение меньше, чем на нижнем, ток через нагрузку потечет, наоборот, через левый верхний диод и возвратится через правый нижний. Как видим, полярность опять соблюдается.
В отсутствие нагрузки конденсатор с первых же полупериодов после включения питания заряжается до амплитудного значения пульсирующего напряжения, которое равно амплитудному значению напряжения на вторичной обмотке за вычетом падения напряжения на двух диодах, стоящих на пути тока. Так как в установившемся режиме через эти диоды ток весьма мал (только для подпитки собственных токов утечки конденсатора), то и падение напряжения на них мало и в сумме составляет менее 1 В. Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке равно 10√2 = 14,1 В, так что на холостом ходу напряжение на выходе источника составит чуть более 13 В.
При подключении нагрузки происходит сразу много событий. Во‑первых, снижается напряжение на вторичной обмотке – трансформатор имеет конечную мощность. Во‑вторых, увеличивается падение напряжения на диодах, которое может при максимально допустимом для них токе достигнуть 1В на каждом. В‑третьих, и в‑главных, во время «провалов» пульсирующего напряжения нагрузка питается только за счет того, что через нее разряжается конденсатор. Естественно, напряжение на нем при этом каждый раз немного снижается. Поэтому график выходного напряжения при подключенной нагрузке представляет собой уже не ровную постоянную линию, а выглядит примерно так, как показано на рис. 9.7 (причем снижение входного напряжения за счет «просаживания» трансформатора здесь не учитывается). То есть выходное напряжение немного пульсирует – тем больше, чем больше ток в нагрузке, и тем меньше, чем больше емкость конденсатора. Именно поэтому в источниках применяют электролитические конденсаторы столь большой емкости. Наличие пульсаций также снижает постоянную составляющую выходного напряжения.
Рис. 9.7.Вид пульсаций на выходе нестабилизированного источника:
1– исходное пульсирующее напряжение в отсутствие фильтрующего конденсатора;
2– выходное напряжение при наличии фильтрующего конденсатора и нагрузки
В данной схеме избавиться от этих пульсаций полностью невозможно, как бы вы ни увеличивали емкость. Кстати, а как подсчитать нужную емкость? В принципе, это возможно, если задаться необходимым уровнем пульсаций, но мы здесь приведем только эмпирическое и весьма приблизительное правило – на каждый ампер нагрузки достаточно конденсатора от 1000 до 2200 мкФ. Первая величина ближе к тому случаю, когда на выходе такого источника предполагается поставить стабилизатор напряжения, вторая – если такого стабилизатора не предполагается.
Все указанные причины совместно приводят к тому, что под нагрузкой сверхмаломощные источники (вроде тех, что со встроенной вилкой) могут выдавать в полтора‑два раза меньшее напряжение, чем на холостом ходу. Поэтому не удивляйтесь, если вы приобрели такой блочок с указанным на шильдике номинальным напряжением 12 В, а мультиметр на холостом ходу показывает аж все 18!
Приведем еще одну полезную схему нестабилизированного источника, на этот раз двуполярного, т. е. выдающего два одинаковых напряжения относительно средней точки – «земли» (рис. 9.8). Пояснений она не требует, потому что очень пбхожа на однополярную, только возврат тока в обмотки от обеих нагрузок происходит непосредственно через общую «землю», минуя диодный мост.
Рис. 9.8.Нестабилизированный двуполярный источник питания
В качестве упражнения предлагаю вам самостоятельно разобраться, как она работает. Вторичные обмотки (II и III) здесь, в сущности, представляют собой две одинаковые половины одной обмотки. Жирными точками около вторичных обмоток обозначены их начала, чтобы не перепутать порядок их соединения.
Стабилизаторы
Вы зададите вопрос – а зачем здесь конденсатор? Ведь в нестабилизированном источнике, который мы рассмотрели ранее, и откуда поступает напряжение на этот стабилизатор, один фильтрующий конденсатор уже имеется, не так ли? Ответ простой: на выходе всех типов стабилизаторов всегда ставится конденсатор, как и до них. Он позволяет сгладить наличие остаточных пульсаций, которые все равно просочатся на выход, потому что стабилитрон имеет свое дифференциальное сопротивление, и при изменении входного напряжения или тока в нагрузке напряжение на нем также будет меняться, хоть и в небольшой степени. Величина емкости здесь может быть значительно меньше, чем на выходе выпрямительного моста, но не жадничайте – стоимость конденсаторов нынче такова, что поставить здесь конденсатор емкостью, к примеру, 470 мкФ ничто вам помешать не может, а по размерам и стоимости он будет мало отличаться от такого же, но емкостью 47 мкФ. Для интегральных стабилизаторов, которые мы будем рассматривать далее, конденсатор на выходе положен по рекомендациям производителя, но он может быть меньше, – обычно рекомендуется ставить керамический, емкостью 0,1–1 мкФ.
При указанных на схеме параметрах она выдаст нам около 1 А. Статический коэффициент передачи тока для транзистора КТ815А равен (по справочнику) 40, поэтому базовый ток при 1 А на выходе должен составить не менее 25 мА, а ток через стабилитрон КС156А ни при каких условиях не должен быть меньше 3 мА (минимальное допустимое значение). Из этих соображений выбирается величина сопротивления Rcт = 200 Ом.
Рис. 9.9.Два стабилизатора для источников питания:
а– самый простой на стабилитроне; б – с эмиттерным повторителем
Да, кстати, а какая мощность выделится на «проходном» транзисторе VT1? Не такая уж и маленькая: (12 В – 5 В)·1 А = целых 7Вт! То есть его явно надо ставить на радиатор, методику расчета которых мы будем рассматривать далее. Отсюда виден главный недостаток подобных аналоговых стабилизаторов – низкий КПД.
В данном случае он всего около сорока процентов (проверьте!), остальное рассеивается в пространстве. Мы можем его несколько повысить, снижая входное напряжение, но только до определенного предела – здесь он равен примерно 8 В, иначе эта схема не справится. Помните, однако, что 8 В – это действительно нижний предел, а не среднее значение пульсирующего напряжения на выходе конденсатора фильтра, которое показывает вольтметр – если вы еще раз взглянете на рис. 9.7, то поймете, о чем я. В противном случае стабилизатор просто перестанет стабилизировать. Потому всегда следует иметь запас, и не слишком маленький. Заменой n‑p‑n ‑транзистора на p‑n‑р с соответствующим изменением всех полярностей (в том числе переворотом конденсаторов и стабилитрона) на обратные, мы получим стабилизатор отрицательного напряжения. А для получения большего тока на выходе вместо обычного транзистора можно поставить транзистор с «супербетой». Если мы заменим КТ815 на «дарлингтоновский» КТ829, то можем «выжать» уже до 10 А, только для сохранения значения выходного напряжения вместо КС156А придется использовать КС162А. И не забудьте, что и нестабилизированный источник тоже должен обеспечить такой ток, да и радиатор придется ставить существенно больший!
Рис. 9.10.Мощный двуполярный стабилизатор на ±15 В, 4 А (для усилителя из главы 8)
.jpg "Что такое нестабилизированный блок питания. Смотреть фото Что такое нестабилизированный блок питания. Смотреть картинку Что такое нестабилизированный блок питания. Картинка про Что такое нестабилизированный блок питания. Фото Что такое нестабилизированный блок питания")
