Низковольтный стабилизатор напряжения

При стационарной эксплуатации высококачественной аппаратуры, CD и аудиоплейеров возникают проблемы с источниками питания. Большинство блоков питания, выпускаемых серийно отечественным производителем, (если быть точным) практически все не могут удовлетворить потребителя, так как содержат упрощенные схемы. Если говорить об импортных китайских и им подобных блоках питания, то они, вообще, представляют интересный набор деталей "купи и выброси". Эти и многие другие проблемы заставляют радиолюбителей самостоятельно изготовлять блоки питания. Но и на этом этапе любители сталкиваются с проблемой выбора: схем опубликовано множество, но не все хорошо работают.

Данная схема представлена как вариант нетрадиционного включения операционного усилителя, ранее опубликованного в [1] и вскоре забытого. Она отличается от ранее опубликованных предельной простотой схемы, использованием недефицитных радиодеталей, простотой в наладке и улучшенными характеристиками. При выходном напряжении 3 В схема (рис.1) обеспечивает ток в нагрузке от 0 до 0,5 А, коэффициент стабилизации приблизительно 1500, ток короткого замыкания 0,85 А.

При работе стабилизатора суммарный ток ОУ и транзистора, протекающий через R2, вызывает на нем падение напряжения, приложенного к базе регулирующего транзистора VT1, и тем самым обеспечивает работу стабилизатора. К выходу ОУ DA1 подключен резистор, являющийся сопротивлением нагрузки, приблизительно равный Rh.mhh = 300 Ом, хотя DA1 работает и при меньших сопротивлениях. На неинвертирующий вход DA1 подано напряжение с параметрического стабилизатора, собранного на HL1 и R3, запитанного также от стабилизированного напряжения, что в общем снижает уровень пульсаций выходного напряжения, т.е. улучшает характеристики стабилизатора. Инвертирующий вход DA1 подключен к делителю выходного напряжения стабилизатора R4.

Транзистор VT1 необходимо установить на радиатор для отвода тепла, площадь которого можно рассчитать, исходя из типа транзистора и мощности рассеяния. Например, для VT1 типа КТ837 Рмакс = 1,5 В. Мощность рассеяния транзистора максимальная в данной схеме.

Из справочника находим тепловое сопротивление переход-корпус Rthjc = 3,33 °С/Вт, максимальную допустимую температуру перехода TJMaKC = 125 °С.

Принимаем максимальную температуру атмосферы (окружающей среды) Та.макс=50°С. Рассчитываем тепловое сопротивление Rtherm = "П"макс - Та.макс / Рмакс/Т1 = =125 °С - 50 °С / 1,5 Вт = 75 °С/Вт.

Определяем тепловое сопротивление охлаждающей поверхности Ratherm = Rtherm - Rthjc = 75 - 3,33 = 71,67 °С/Вт, требуемую площадь охлаждающей поверхности (радиатора) S = 1 / a Ratherm = 1/1,5 мВт/(°С см2)0,07167°С/мВт=10 см2, где а - 1,5 мВт / (°С см2) - константа теплообмена для спокойного воздуха.

Детали. В качестве ОУ можно применить любой, работающий при ипит = 2...3 В, с соответствующим изменением схемы. Я предлагаю использовать широко распространенный, недефицитный и недорогой ОУ типа К157УД2, К157УДЗ, в корпусе которого находятся два ОУ, нормально работающих при ипит = 3 В. Неиспользуемый ОУ можно отрезать для уменьшения габаритов корпуса микросхемы, как показано на рис.2,а. У микросхемы откусить 5-й - 10-й выводы, потом аккуратно зажать часть корпуса ОУ с обрезанными выводами в тиски по уровню 6-го - 9-го выводов и ножовочным полотном по металлу разрезать ровно вдоль 5-го - 10-го выводов. В результате новый ОУ будет иметь нумерацию выводов согласно рис.2,6. При этом проведение вышеуказанной операции никак не отражается на работе и параметрах ОУ. Параметрический стабилизатор HL1 и R3 не критичен к марке светодиода и резистору R3. При токе 2-10 мА напряжение стабилизации в пределах 1,5-2 В.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ814, КТ816, КТ818. Трансформатор Т1 - любой соответствующей мощности, обеспечивающий напряжение на входе диодного моста VD1 около 5,6-6 В, при максимальном токе нагрузки 0,5 А. Диодный мост VD1 можно заменить диодами типа КД208А, КД212 или аналогичными, а также при меньших токах нагрузки КЦ407А (1макс = 300 мА), что важно для миниатюризации.

Конденсатор С1 любой с соответствующим напряжением. Следует также учитывать, что напряжение на нем в режиме холостого хода повышается. При меньших токах нагрузки его емкость можно соответственно уменьшить, как и габаритную мощность Т1.

Печатная плата стабилизатора на ОУ показана на рис.3.

Налаживание правильно собранного стабилизатора из исправных деталей заключается в регулировке R4 (11вых = 3 В) и проверке входного напряжения при подключении эквивалента нагрузки стабилизатора: двух параллельно соединенных резисторов МЛТ-2 по 12 Ом, которое должно быть в пределах 6 В. Резистор R3 подбирают под номинальный ток используемого светодиода HL1. Емкость конденсатора С2 желательно не уменьшать, так как некоторые экземпляры ОУ могут возбуждаться. Лучше, чтобы она была несколько большей. Без особых усилий стабилизатор может выдавать 6; 9 и 12 В, нужно только увеличить соответственно сопротивление резисторов R3 и R4, а также рабочее напряжение конденсатора С4.

Также можно собрать данный стабилизатор: с плавной регулировкой в диапазоне, например: 11мин = 3 В, 11макс = 12 В, используя вместо R4 переменный резистор с ручкой и простейшей j градуированной шкалой с шагом 0,5 или 1 В. R4 J марки СПЗ-16 б под него разработана плата. ; При этом последовательно с R4 включить два I резистора, подбором номиналов которых установить 0мин и 11макс в крайних положениях R4. При больших токах нагрузки вместо VT1 можно применить составной транзистор.

Литература

Шитяков А, Морозов М., Кузнецов Ю. Стабилизатор напряжения на ОУ // Радио.-1986.- №9.

Автор: А.Л.Данильчук, г.Новоград-Волынский, Житомирская обл.

Источник: www.diagram.com.ua