Источник питания на двухбазовом диоде
Источник питания на двухбазовом диоде
В статье рассматриваются принципы построения обратноходового импульсного источника питания для зарядки автомобильных аккумуляторов с использованием инвертора состоящего из генератора на двухбазовом диоде (однопереходном транзисторе) и мощного транзисторного ключа.
Введение: Конструирование источников питания на силовых трансформаторах прекратилась ещё в прошлом веке, ввиду больших габаритов и массы, и потерями электроэнергии на нагрев стабилизирующих элементов.
Разработка мощных высокочастотных транзисторов привела к их использованию в лёгких малогабаритных источниках тока. Применение ферритовых высокочастотных трансформаторов позволяют выполнить инвертирование энергии в нагрузку на частотах – соизмеримых с длиной радиоволн.
Трёхфазный генератор переменного тока автомобиля при выпрямлении и стабилизации выходного напряжения не имеет циклической составляющей с определённой скважностью для импульсного режима восстановления аккумулятора, возможно это боязнь повредить электронную начинку автомобиля, аккумулятор в автомобилях заряжается без снятия крупнокристаллической сульфатации, что приводит его к преждевременному износу. Помехи импульсных источников питания легко устраняются введением сетевых фильтров в блоках питания и подачей энергии в нагрузку при отключенном инверторе, то есть при отсутствии преобразования – снижении тока преобразования почти до нуля, и устранением паразитных колебаний вызванных резонансом контура обмоток высокочастотного трансформатора.
Для борьбы с этим отрицательным эффектом используется специальный порядок намотки обмоток трансформатора с применением внутренних межобмоточных экранов, снижением поверхностного эффекта тока простым расщеплением проводников на большее количество с меньшим сечением.
Принцип работы: В однотактный преобразователь входит два основных элемента – тактовый генератор на однопереходном транзисторе и блокинг- генератор на мощном транзисторе. Инвертирование энергии происходит многократно: энергия электросети выпрямляется диодным мостом и подаётся на ключевой преобразователь в виде постоянного напряжения.
Высокочастотный ключ инвертора на транзисторе преобразует постоянное напряжение питания в импульсный ток первичной обмотки трансформатора.
Вторичное напряжение выпрямляется и подаётся на нагрузку.
В обратноходовых инверторах (1), в период замкнутого состояния транзисторного ключа, идёт накопление энергии в трансформаторе. Передача накопленной в трансформаторе энергии в нагрузку происходит при нахождении транзисторного ключа в разомкнутом состоянии.
Однополярное намагничивание феррита трансформатора приводит к остаточной намагниченности трансформатора после магнитного насыщения магнитопровода.
Для однополярного намагничивания важно наличие немагнитного зазора в замкнутом магнитопроводе, он уменьшает остаточную магнитную индукцию, в результате чего можно снимать гораздо больший ток нагрузки без насыщения трансформатора.
Энергия, запасённая в трансформаторе за время коммутирующего импульса, не всегда успевает рассеяться за время паузы, это может привести к насыщению трансформатора и потере магнитных свойств. Для устранения этого эффекта первичная цепь трансформатора шунтирована быстродействующим диодом с резистивной нагрузкой.
Дополнительное действие оказывает отрицательная обратная связь с эмиттера ключевого транзистора на его базу через параллельный стабилизатор- такое решение позволяет ключевому транзистору переключится до насыщения магнитопровода, что снижает его температуру и улучшает рабочее состояние устройства в целом.
Вторичное высокочастотное напряжение трансформатора выпрямляется и подаётся в нагрузку. Для защиты транзисторного ключа в электронную схему вводятся элементы защиты от теплового и электрического пробоя.
В момент переключения транзисторного ключа на обмотке индуктивного реактора возникают колебания импульсных напряжений, превышающие напряжение питания в несколько раз, что может привести к пробою транзисторного ключа.
В этом случае обязательно устанавливается демпфирующий диод для симметрии протекающего двухполярного тока.
Управление почти всей мощностью преобразования одним транзистором требует выполнение некоторых условий его безаварийной работы (2): 1. Ограничение базовых и коллекторных токов до допустимых пределов. 2.
Отсутствие дефектов в электронных компонентах. 3. Правильно рассчитанный трансформатор. 4. Устранение возможного пробоя импульсными напряжениями преобразователя. 5. Снижение перегрева ключевого транзистора.
6. Переключение ключевого транзистора до момента насыщения магнитопровода.
Источником высокочастотных электромагнитных помех (3) является паразитный высокочастотный резонанс контура, образованного индуктивностью рассеивания и выходной ёмкостью цепей транзистора и трансформатора, возникающих в процессе преобразования энергии.
Необходимо оптимизировать конструкцию трансформатора для максимального снижения индуктивности рассеивания, выполнить выбор сечения и количества проводников, уменьшить собственную ёмкость трансформатора, правильно выбрать транзисторный ключ и элементы кламперной цепи, подавляющей выброс обратного напряжения.
В схему инвертора входят: 1. Сетевой высоковольтный выпрямитель с фильтрами помех преобразования. 2. Элементы ограничения тока заряда конденсаторов сетевого фильтра. 3. Элементы защиты от импульсных помех высокого уровня. 4.
Цепи преобразования вторичного напряжения. 5. Элементы индикации преобразования. 6. Формирователь импульсов запуска на однопереходном транзисторе VT1. 7. Блокинг – генератор на транзисторе VT2. 8. Элементы защиты от предельных токов силового ключа. 9.
Параметрический стабилизатор напряжения питания генератора.
10. Элементы стабилизации выходного напряжения.
Характеристики транзисторного инвертора: Напряжение сети 220Вольт Вторичное напряжение 13,8 Вольт Ток заряда максимальный 10Ампер Ёмкость аккумулятора 24-120 А/час Ток восстановления аккумулятора 0,05С 1,2-6 ампер Время восстановления 3-5 часов. Потребляемая мощность 160ватт.
Частота преобразования 23кГц
Описание принципиальной схемы:
В состав принципиальной схемы входит сетевой выпрямитель напряжения электросети на диодной сборке VD4.
Коммутационные помехи в импульсных источниках питания возникают как следствие применения переключающего режима работы мощных регулирующих элементов (4).
Для защиты сети и преобразователя от импульсных помех установлен сетевой фильтр на двухобмоточном дросселе T2 с конденсаторами С7, С8,С10 для подавления нессиметричных помех.
Двухобмоточный дроссель Т2 с синфазно включенными обмотками служит для подавления симметричных помех.
Ограничение зарядного тока конденсатора фильтра C4 выполнено на позисторе RT1,сопротивление которого падает с повышением температуры корпуса.
Импульсные помехи преобразователя, образованные ключевым транзистором VT2 и обмотками трансформатора Т1, в моменты переключения токов устраняются параллельными RC –цепями – VD2C5R11 и C6R13.
Снижение импульсных помех преобразования в низковольтных цепях нагрузки устраняются введением индуктивности L1 в одну из цепей. Длительность пауз между импульсами выходного тока при этом незначительно увеличивается без ухудшения преобразования.
Возможно использование в схеме магнитных дросселей из аморфного сплава.
Двунаправленный индикатор на светодиоде HL1 и цепь стабилитрона VD1 снижают уровень высоковольтных импульсных помех в цепях питания инвертора.
Формирователь импульсов запуска инвертора выполнен на двухбазовом диоде (однопереходном транзисторе) VT1. Импульсный блокинг- генератор собран на транзисторе VT2.
Стабилизация выходного напряжения выполняется оптопарой U1. Вторичное напряжение, с гальваническим разделением, через оптопару автоматически поддерживает поступление напряжения обратной связи с обмотки 2Т1 на вход транзистора VT2.
При подаче сетевого питания напряжение с конденсатора фильтра C4 через обмотку 1Т1 поступает на коллектор транзистора VT2 инвертора.
Зарядно-разрядный цикл конденсатора C1 создаёт на резисторе R4 последовательность импульсов с частотой зависящей от сопротивления резисторов R1,R2 и конденсатора С1.
Напряжение питания генератора на однопереходном транзисторе стабилизировано диодом VD1.
Импульсное напряжение с резистора R4 открывает транзистор VT2 на несколько микросекунд, ток коллектора VT2 возрастает до 3-4 ампер.
Протекание коллекторного тока через обмотку 1Т1(5) сопровождается накоплением энергии в магнитном поле сердечника – после окончания положительного импульса ток коллектора прекращается.
Прекращение тока вызывает появление в катушках ЭДС самоиндукции, которая создаёт на вторичной обмотке 3Т2 положительный импульс.
При этом через диод VD5 протекает положительный ток. Положительный импульс обмотки 2Т1 через резисторы R5,R9,R14 поступает на базовый вывод транзистора VT2. Конденсатор С3 поддерживает устойчивость работы блокинг-генератора и схема переходит в режим автоколебаний.
Повышение напряжения нагрузки приводит к открытию светодиода оптопары U1, фотодиод шунтирует сигнал с обмотки 2Т2 на минус источника питания, уровень импульсного напряжения на базе транзистора VT2 понижается со снижением зарядного тока аккумулятора GB1.
Перегрузка транзистора VT2 токами приводит к увеличению уровня импульсного напряжения на резисторе R12 цепи эмиттера, открыванию параллельного стабилизатора напряжения на таймере DA1.
Шунтирование импульсного напряжения на входе транзистора VT2 приведёт к снижению энергии в сердечнике трансформатора, вплоть до форсированной остановки режима автоколебаний.
Напряжение отсечки тока транзистора VT2 корректируется резистором R10.
После устранения сбоя произойдёт повторный запуск блокинг-генератора от формирователя импульсов запуска на транзистор VT1.
Выбор высокочастотного трансформатора зависит от мощности нагрузки. При эффективном токе нагрузки в десять ампер и напряжении вторичной обмотки 16 вольт мощность трансформатора составит 160 ватт.
С учётом действия тока заряда на аккумулятор для его восстановления достаточно мощности не более 100 ватт. Мощность трансформатора напрямую зависит от частоты автогенератора и марки феррита, и при увеличении частоты в десять раз мощность увеличивается почти в четыре раза.
Ввиду сложности самостоятельного изготовления в схеме использован трансформатор от монитора, возможно использование и от телевизоров.
Рекомендации по самостоятельному изготовлению высокочастотного трансформатора в (6).
Примерные данные трансформатора Т1:
Б26М1000 с зазором в центральном стержне 1-56 витков ПЭВ-2 0,51, 2 – четыре витка ПЭВ2 0,18, 3– 14 витков ПЭВ-2 0,31*3.
Наладку схемы начинают с проверки платы печатного монтажа, в цепь разрыва сетевого питания включают лампочку 220 вольт любой мощности, вместо нагрузки лампочку от автомобиля 12 вольт 20свечей.
При первом включении и неисправных деталях сетевая лампочка загорит ярким светом – автомобильная не горит, при исправной схеме сетевая лампочка может гореть слабым накалом, а автомобильная ярко. Яркость лампочки в нагрузке, можно поднять или понизить резисторами R1.
Защита от перегрузки по току устанавливается резистором R10, стабилизация напряжения под максимальной нагрузкой, регулируется резистором R5.
Резистором R15, при установке иных оптопар, корректируется ток светодиода оптопары U1 в пределах 5-6 мА.
При наличии осциллографа удобно проверить работу генератора на транзисторе VT1 с временной подачей на инвертор напряжения питания 30-50 вольт,частоту генератора можно изменить резистором R1 или конденсатором C1.
При слабой обратной связи (велико значение сопротивления резистора R5) или неверном подключении обмотки 2Т2 в режиме блокинг-генератора транзистора VT2 может отключиться от кратковременной перегрузки и не работать,повторный запуск произойдёт после повторного включения схемы, обратная связь с обмотки 2Т1 позволяет работать схеме в режиме автозапуска и последующего выбора устойчивого состояния работы схемы установкой значения резистора R5.
Таблица 1: Транзисторы обратноходовых преобразователей:
| Транзистор | Uкэ | Iк | Рватт | H 21э | Корпус | Примечание |
| 2SC3153 | 800 | 6 | 100 | 10 | TO-3PB | С радиатором |
| 2SC3460 | 800 | 6 | 100 | 10 | TO-3PB | То-же |
| 2SC3486 | 800 | 6 | 120 | 5 | TO-3PB | – |
| 2SC3552 | 800 | 12 | 150 | 2 | TO-3PB | – |
| 2SC3688 | 800 | 10 | 150 | 5 | TO-3PB | – |
| 2SC3996 | 800 | 15 | 180 | 5 | TO-3PBL | – |
| 2SD1402 | 800 | 5 | 120 | 5 | TO-3PB | – |
| 2SD3997 | 800 | 20 | 250 | 5 | TO-3PBL | – |
| 2SD4111 | 700 | 10 | 150 | 6 | TOP-3L | – |
Таблица 2: Элементы импульсного источника тока.
| Тип по схеме | Наименование | Замена | Характеристика | Примечание |
| VT1 | КТ117А | КТ117Б | 30В 1А | |
| VT2 | C4770 | По таблице | 800В 4А | радиатор |
| DA1 | TL431 | КР142ЕН19А | 30В 1 А | |
| U1 | АОД101А | АОД107ААОД133А | 3,5Вольт 20ма- макс. | С уточнением распайки выводов |
| R2,R3,R4,R7,R8,R9,R14.R15,R16 | C2-23 | МЛТ | 0,125ватт | R6,R11,R13- 0.5-1ватт |
| VD1 | КС527Ж | Д814Д*2 | 20 ма макс. | |
| VD2,VD3 | КД226Б,UF5404 | КД257Г, FR155КД258,UF5404 | Вч -быстродействующие | |
| VD4 | PBU 805 | RS605 | 5А 600В | |
| Т1 | SH-T104 | BALAE0440 | 150-200ватт | 26кГц |
Печатный монтаж двухсторонний размерами 115*65, перемычки расположены со стороны радиокомпонентов.
Радиатор ключевого транзистора VT2 использован от северного моста сопроцессора компьютера, бюджетный вентилятор компьютерного блока питания можно использовать по назначению с подключением к источнику питания 13,8 Вольт через резистор 33-56 Ом.
Используемая литература: 1. С.Косенко Особенности работы индуктивных элементов в однотактных преобразователях. Радио,№7,2005,с.30-32. 2. В.Старков. Диагностика и ремонт строчной развёртки мониторов. Радиодело, №10-11, 2006г., с.74-82. 3. Владимир Рентюк.
Читайте также: Инфракрасный порт для компьютера
Уменьшение паразитных колебаний в обратноходовых импульсных источниках питания. Радиохобби,3/2009 с.53-56. 4. М.Дорофеев. Снижение уровня помех от импульсных источников питания. Радио, №9, 2006, с.38-40. 5. С.А.Ельяшкевич. Цветные телевизоры 3УСЦТ. Радио и связь,1989г.,с.80.
6. А.Петров. Индуктивности, дроссели, трансформаторы. Радиолюбитель №1/96 с.13-14.
Список радиоэлементов
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
Источник: http://cxem.net/pitanie/5-213.php
Регулируемый двухполярный источник питания
О том, что такое двухполярное питание – написаны целые трактаты, от 2 абзацев до статьи длинной в 40 листов, поэтому мы не будем расписывать здесь эти подробности, отметим лишь самые важные моменты.
Данный тип питания чаще всего применяется измерительной технике и различной аналоговой аппаратуре, особенно в аудио и видео – причина этого довольно проста: многие сигналы, которые надо измерять и обрабатывать имеют не только положительное значение, но и отрицательное, в соответствии с порождающим их неэлектрическим физическим явлением. Ярким примером такого явления являются звуковые волны, которые раскачивают мембрану динамического микрофона, порождая в катушке ток, направление которого показывает положение этой самой мембраны относительно точки покоя. Следовательно, схема обработки такого сигнала должна нормально работать при любом знаке напряжения на входе. Таких схем реализовано огромное множество, но многим из них требуется двухполярное питание.
Опять же, существует огромное количество всевозможных схем для получения двухполярного питания – от примитивных, до весьма нестандартных, использующих совершенно неочевидные схемотехнические решения.
Рассматривать преимущества абстрактных схем и решений, вних примененных, можно бесконечно долго, а наилучшего варианта попросту не существует, т.к.
в каждом конкретном случае существуют определенные требования (в том числе и наличие необходимых компонентов на текущий момент времени), которые и определяют конечный вариант сборки устройства.
Выбор схемы двухполярного источника питания
С учетом вышеизложенного, соберем небольшой регулируемый стабилизированный двухполярный источник питания для использования в лабораторных условиях при наладке маломощных усилителей НЧ, измерительных схем, содержащих в себе операционные усилители, и других устройств, по тем или иным причинам требующих двухполярного питания. Добавим, что данный источник должен иметь низкий уровень собственных шумов и как можно более низкую пульсацию выходного напряжения. Дополнительно требуется, чтобы он был достаточно надежным и мог пережить подключение к нему некорректно собранного устройства. Также хотелось бы сделать его в виде универсального модуля, который можно было бы использовать для быстрого макетирования новых конструкций или временно установить его в устройство, для которого еще не изготовлен окончательный вариант блока питания. Определив ТЗ можно перейти к подбору схемы будущего устройства.
Все схемы преобразователей однополярного питания в двухполярное, наподобие приведенных на Рис. 1, мы не рассматриваем, т.к. их применение возможно только со строго определенной нагрузкой.
Так, например, в случае возникновения короткого замыкания в цепи, подключенной к одному из плеч – возникнет непредсказуемый перекос напряжений или токов, который в свою очередь может привести к выходу из строя и источника, и исследуемой схемы.
Рис. 1 – Неподходящие схемы преобразователей
Отличнейшая схема преобразования однополярного питания в двухполярное, но, увы, без регулировки выходного напряжения приведена в журнале «Радиоаматор» № 6 за 1999 год:
Рис. 2 – Схема преобразования однополярного питания в двухполярное без регулировки выходного напряжения
В экстренных случаях можно смело рекомендовать ее к повторению, но для нашей задачи она не подходит.
Сразу же отбросим идею простого импульсного источника, т.к. при использовании простейших схем, которые содержат минимальный набор компонентов – источник получается очень шумным, т.е. на выходе у него присутствует довольно много шумов и разного рада помех, от которых не так-то просто избавиться.
Рис. 3 – Схема из книги «500 схем для радиолюбителей. Источники питания», автор А.П. Семьян
При этом для питания УНЧ на микросхеме TDA – это отличный вариант, а вот для микрофонного усилителя с большим коэффициентом усиления – уже не очень.
К тому же, все равно придется делать отдельные узлы стабилизации и защиты от короткого замыкания.
Хотя, если бы нам требовался источник мощностью от 150 Вт и более – построение импульсного блока питания с регулировкой, хорошей фильтрацией и встроенной защитой стало бы превосходным, да к тому же экономически выгодным решением.
Самым простым и надежным решением для нашей задачи будет использование трансформатора мощностью около 30 Вт с двумя обмотками или обмоткой с отводом от средней точки. Данные трансформаторы широко распространены на рынке, их легко найти в отжившей свой век аппаратуре, а в крайнем случае всегда можно домотать дополнительную обмотку на имеющийся в данный момент в наличии.
Рис. 4 – Трансформаторы
Так как нам нужен стабилизированный источник, то соответственно после трансформатора и диодного моста нам нужен некий регулируемый блок стабилизации напряжения с защитой от короткого замыкания (хотя защиту от замыкания можно добавить и после).
Следующим шагом бракуем все варианты стабилизаторов, собранные на дискретных элементах и состоящие из огромного числа деталей, как слишком сложные для поставленной задачи. К тому же, в подавляющем большинстве случаев они требуют тщательной настройки с подбором некоторых элементов.
Рис. 5 – Стабилизатор, собранный на дискретных элементах
Наиболее простым решением в нашем случае будет использование регулируемых линейных стабилизаторов, таких как LM317. Сразу же хочется предостеречь от в корне неверной идеи использования двух положительных стабилизаторов, включенных как показано ниже. Данная схема, хотя и может работать – функционирует некорректно и нестабильно!
Рис. 6 – Схема с использованием двух положительных стабилизаторов
Соответственно, придется использовать «комплементарный» регулируемый стабилизатор LM337. Плюсом обоих стабилизаторов является встроенная защита от перегрева и короткого замыкания на выходе, а также простая схема включения и отсутствие необходимости в настройке. Подсмотреть типовую схему включения данных стабилизаторов можно в даташите от производителя:
Рис. 7 – Типовая схема включения стабилизаторов LM337
Немного доработав ее, получим итоговый вариант модуля регулируемого двухполярного источника питания, собирать который мы будем по следующей схеме:
Рис. 8 – Схема модуля регулируемого двухполярного источника питания
Схема кажется сложной из-за того, что мы отметили на ней все рекомендуемые детали обвязки, а именно шунтирующие конденсаторы и диоды, служащие для разряда емкостей. Дабы убедиться в необходимости установки большинства из них – можно снова обратиться к даташиту:
Рис. 9 – Схема обвязки из datasheet
Мы добавили еще несколько элементов, чтобы еще больше защитить наш стабилизатор и максимально сгладить все пульсации и выбросы напряжения на выходе.
Для упрощения изготовления, а именно – уменьшения количества операций, необходимых для сборки применим технологию поверхностного монтажа, т.е. все детали в нашей конструкции будут SMD. Еще одним важным моментом будет тот факт, что в нашем модуле не будет сетевого трансформатора, его мы сделаем подключаемым.
Причина кроется в том, что при большой разнице между питающим и выходным напряжениями, и работе с максимальным током, разницу между подводимой и отдаваемой в нагрузку мощностями необходимо рассеивать на регулирующих элементах нашей схемы, а конкретно – на интегральных регуляторах.
Максимальная рассеиваемая мощность для таких стабилизаторов и так невелика, а при использовании SMD-корпусов становится еще меньше, и в результате максимальный ток подобного стабилизатора, работающего с разницей между входным и выходным напряжениями в 20 В, легко может опуститься до 100 mA, а этого для наших задач уже недостаточно.
Решить эту проблему можно уменьшив разницу между этими напряжениями, например, подключив трансформатор с напряжениями вторичных обмоток наиболее близкими к тому, которое требуется в данный момент.
Подбор компонентов
Одним из сложных моментов реализации нашей идеи внезапно оказался подбор интегральных стабилизаторов в нужном корпусе.
Несмотря на то, что мне было достоверно известно об их существовании во всех возможных SMD-корпусах, просмотр даташитов различных производителей не позволял найти точной маркировки, а поиск по параметрам у нескольких глобальных поставщиков показывал лишь отдельные варианты, и чаще всего различных производителей. В итоге, искомая комбинация в корпусах SOT-223, к тому же из одной серии, обнаружилась на сайте Texas Instruments: LM337IMP и LM317EM:
Рис. 10 – Интегральные стабилизаторы LM337IMP и LM317EM
Стоит отметить, что различных пар, состоящих из разнополярных стабилизаторов напряжения можно подобрать великое множество, однако производителем рекомендована пара из стабилизаторов одной серии.
Оба стабилизатора обеспечивают максимальный ток до 1 A при разнице между входным и выходным напряжением до 15 В включительно, однако номинальным током, при котором стабилизатор гарантированно не уходит в защиту по перегреву можно считать 0,5-0,8 А.
Тока в 500 mA в тех приложениях, для которых мы строим данный стабилизатор более чем достаточно, поэтому будем считать задачу по подбору стабилизаторов выполненной.
Перейдем к остальным компонентам.
Диодный мост – любой, с номинальным током 1-2 А. на напряжение не менее 50 В, мы использовали DB155S.
Электролитические конденсаторы в данной схеме применимы практически любые, с небольшим запасом по напряжению.
Подбор осуществляется исходя из следующих соображений: так как размах питающего напряжения, которое нам требуется не превышает 15 В, а рекомендуемый максимум для стабилизаторов составляет 20 В – конденсаторы на 25 В имеют запас минимум в 25%.
Все электролитические конденсаторы необходимо зашунтировать пленочными или керамическими с номиналами согласно схемы, на напряжение не менее 25 В. Мы использовали типоразмер 0805 и тип диэлектрика X7R (можно применить NP0, а Z5U или Y5V – не рекомендуются из-за плохих ТКС и ТКЕ, хотя в отсутствие альтернативы – подойдут и такие).
Резисторы постоянного номинала – любые, в делителе напряжения, отвечающем за напряжение стабилизации лучше применить более точные, с допуском в 1%. Типоразмер всех резисторов -1206, исключительно для удобства монтажа, однако можно смело применять 0805.
Подстроечный резистор номиналом в 100 Ом – многооборотный, для точной регулировки (используется 3224W-1-101E). Резистор, применяющийся для регулировки выходного напряжения – номиналом в 5 КОм, любой имеющийся, мы взяли 3314G-1-502E под отвертку, но можно применить и переменный резистор для монтажа на корпус, соединив его с платой стабилизатора проводами.
Диоды желательно применять быстродействующие, на ток не мене 1 А и напряжение от 50 В, например HS1D.
Светодиодный индикатор включения рассчитан по следующему принципу: ток через стабилитрон при самом большом напряжении на входе не должен превысить 40 mA, при подаче на вход напряжения до 30 В, номинал токоограничивающего резистора будет равен 750 Ом, для надежности лучше применить 820 Ом. Подавать на стабилизаторы напряжение меньше чем 8 В на плечо бессмысленно (т.к. во внутренней структуре микросхемы присутствуют стабилитроны на 6,3 В), таким образом при напряжении в 16 В ток через стабилитрон будет составлять 20 mA, а через подключенный параллельно ему светодиод – порядка 8 mA, чего будет достаточно для свечения SMD-светодиода. Стабилитрон любой, на напряжение стабилизации 3,3 В (применен DL4728A), и соответственно токоограничивающий резистор для светодиода в 150 Ом для обеспечения его продолжительной работы при максимальном токе через стабилитрон.
Изготовление устройства
Рисуем печатную плату нашего устройства, особое внимание обращая на контактные площадки для крупных SMD-конденсаторов. С ними может возникнуть следующее затруднение – базово они предназначены для пайки в печи, т.е.
Читайте также: Два варианта модема: hamcomm и hamcomm+
припаять их снизу, особенно маломощным паяльником довольно сложно, однако выводы конденсатора доступны сбоку и можно прочно припаять его при условии, что толщина подходящих к нему дорожек будет достаточной для обеспечения механической прочности соединения.
Также, немаловажным является тот факт, что положительный и отрицательный стабилизаторы имеют разную цоколевку, т.е. просто отзеркалить одну половину печатной платы при разводке не получится.
Рисунок печатной платы переносим на предварительно подготовленный кусок фольгированного стеклотекстолита, и отправляем его травиться в раствор персульфата аммония (или другого подобного реагента на ваш выбор).
Рис. 12 – Плата с перенесенным рисунком + травилка
После того как плата была вытравлена, удаляем защитное покрытие и наносим на дорожки флюс, лудим их для защиты меди от окисления, после чего начинаем припаивать компоненты, начиная с наименьшего по высоте. Особых проблем возникнуть не должно, а к возможным трудностям с SMD-электролитами мы подготовились заранее.
Рис. 13 – Плата после травилки + наносим флюс + лужение
После того как все компоненты припаяны, а плата омыта от флюса необходимо подстроечным резистором в 100 Ом отрегулировать напряжение на отрицательном плече, чтобы оно совпало с напряжением на положительном плече.
Рис. 14 – Готовая плата
Рис. 15 – Регулировка напряжения на отрицательном плече
Испытания собранного устройства
Подключим к нашему стабилизатору трансформатор и попробуем нагрузить оба его плеча, и каждое из плеч независимо друг от друга, попутно контролируя токи и напряжение на выходах.
Рис. 16 – Первое измерение
После нескольких попыток произвести измерения на максимальном токе, стало понятно, что малюсенький трансформатор не в состоянии обеспечить ток в 1,5 А, и напряжение на нем проседает больше чем на 0,5 В, поэтому схема была переключена на лабораторный источник питания, обеспечивающий ток до 5 А.
Все работает в штатном режиме. Данный регулируемый двухполярный источник питания, собранный из качественных компонентов, благодаря своей простоте и универсальности, займет достойное место в домашней лаборатории или небольшой ремонтной мастерской.
Измерения и пуско-наладочные работы проводились на базе испытательной лаборатории АО «КППС», за что им отдельное спасибо!
Регулируемый двухполярный блок питания
Источник: https://oao-sozvezdie.ru/6-stati/42-reguliruemyy_istochnik_dvuxpolyarnogo_pitaniya/
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Cтраница 1
Двухбазовый диод при том включении, при котором он был нами рассмотрен выше, будет иметь ту же полярность приложенных напряжений и те же направления токов в электродах, что и точечный триод ( рис. XI.
Связь между входом и выходом, так же как и в точечном триоде, осуществляется по току через распределенное сопротивление базы.
В то же время выходной электрод представляет собой невыпрямляющий контакт и, казалось бы, не должен обеспечивать усиления по току. [1]
| Схематические изображения переключающих полупроводниковых приборов. [2] |
Двухбазовые диоды – неудачное название приборов, представляющих собой полевые транзисторы с р – n – переходом, в которых на затвор подается напряжение, создающее ток в прямом направлении.
В основание прибора инжектируются неосновные носители, которые благодаря выбору веществ и подбору количества примесей имеют значительно большую подвижность, чем основные, и это приводит к резкому увеличению проводимости основания.
Изменение гроводимости за счет инжектировалных неосновных носителей заряда может быть сделано очень большим, так что процесс нарастания тока в основании носит лавинный характер. Чаще двухбазовые диоды включаются при запирающем потенциале на затворе, но при обратном потенциале стока.
При повышении потенциала стока сверх некоторого предельного р – – переход открывается и процессы в приборе развиваются так, как это было описано выше. [3]
Двухбазовые диоды широко распространены в схемах управления в зарубежной полупроводниковой технике. Структурная схема такого диода ДД приведена на рис. 6.44, а, а схема включения и вольт-амперная характеристика приведены на рис. 6.44, бив. [4]
Двухбазовый диод ( по ряду характеристик более близкий к полупроводниковым Рнс. [6]
Двухбазовый диод представляет собой единственный прибор, существующий в нескольких разновидностях, который хорошо приспособлен для подачи импульсов управления на УПВ. [7]
| Статические характеристики двухбазового диода. [8] |
Двухбазовый диод ( рис. 9 – 107) представляет собой пластинку из германия или кремния n – типа с двумя выводами б, б2 и расположенным сбоку р-п переходом. Ток, проходящий через пластинку от источника Ее, создает внутреннее падение напряжения t / вн на участке, входящем в цепь р-п перехода. [9]
| Однопереходный транзистор ( а и его характеристика ( б. [10] |
Двухбазовый диод представляет собой кристалл полупроводника с омическими контактами по краям и р-п переходом ( инжектором) посередине. [11]
Конструктивно двухбазовые диоды представляют собой полупроводниковую кристаллическую пластинку, на концах которой расположены контакты баз Б1 и Б2 ( рис. 6 – 11, о), а сбоку – эмиттер-ный р – n – переход. Через эти участки под действием напряжения Е0 протекает ток / и создается падение напряжения ( У61, запирающее р – / г-нереход. [12]
G открытиемдвухбазового диода конденсатор С начинает разряжаться, и изменивший свое направление ток в цепи управления тиристора проходит через эмиттер-ную цепь двухбазового диода ДД. Тиристор ТД при этом быстро закрывается. При закрытии тиристора исчезает ток в нагрузочном сопротивлении Rn и возникает положительный импульс напряжения в выходной цепи тиристора. [14]
| Конструкция и структура элемента канального диода. [15] |
Страницы: 1 2 3 4
Источник: http://www.ngpedia.ru/id4442p1.html
Однопереходный транзистор или двухбазовый диод
Структура однопереходного транзистора и его эквивалентная схема приведены на рисунке 7.58. двухбазовый диод содержит один эмиттерныйпереход и две базы. В отличие от биполярного транзистора рабочей характеристикой однопереходного транзистора является входная характеристика – зависимость напряжения на эмиттере от тока эмиттера при различных напряжениях между базами.
Рисунок 7.58 – Структура (а), эквивалентная схема (б) и обозначение (в)
однопереходного транзистора
Принцип действия однопереходного транзистора основан на инжекции неосновных носителей заряда в базу, модуляции проводимости базы, приводящей к снижению запирающего напряжения на эмиттере, задаваемого напряжением между базами, и к появлению участка отрицательного сопротивления на ВАХ эмиттерногоперехода.
Однопереходной транзистор используется в качестве активного элемента в схемах релаксационных генераторов, а также формирователей импульсов управления мощными тиристорными ключами.
Отличительная особенность однопереходного транзистора – высокая температурная стабильность и устойчивость к токовым и мощностным перегрузкам.
Рисунок 7.59 – Входная ВАХ однопереходного транзистора
Полярность напряжения(рисунок 7.58) обеспечивает смещение эмиттерногоперехода в обратном направлении,
.
При этом напряжении протекает обратный ток эмиттера(рисунок 7.59). По мере увеличения внешнего напряжения этот ток практически не изменяется вплоть до. При, ток эмиттера равен нулю и меняет направление.
Инжекция неосновных носителей заряда в базу, нейтрализуемых за время релаксации основными носителями, уменьшает сопротивление первой базы, что приводит к уменьшению падения запирающего напряжения на нем и большему прямому смещению эмиттера, а следовательно, тока инжекции.
Таким образом, включается положительная токо-потенциальная связь, приводящая к возникновению статического отрицательного сопротивления. Остаточное напряжение определяется суммой падений напряжения на прямосмещенном эмиттере и промодулированном сопротивлении первой базы (5.63):
.
Величинасоставляет (1,5…3) В при толщине базы.
Напряжение включения однопереходного транзистора определяется,
.
При обратном смещении обратный ток эмиттера слабо возрастает по закону(резкий переход) до напряжений, а затем наступает лавинный пробой (рисунок 7.59).
Для изготовления однопереходных транзисторов применяют кремний с удельным сопротивлением,Ом∙см, коэффициент деления потенциала,для более глубокой модуляции. Инерционность включения и выключения однопереходного транзистора определяется временем жизни. Поэтому данный прибор не обладает высоким быстродействием, как биполярный транзистор.
Основное достоинство однопереходного транзистора заключается в высокой стабильности, которое практически не зависит от температуры. Кроме того, с ростом температуры увеличиваются сопротивленияи, что приводит к снижению мощности потребления и уменьшению перегрева структуры.
Эта особенность обеспечивает высокую эксплуатационную надежность устройств управления мощными тиристорными ключами.
Дата добавления: 2016-08-06; просмотров: 1079;
Источник: https://poznayka.org/s54501t1.html
Транзистор
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“
На этом занятии Школы начинающего радиолюбителя мы продолжим изучение полупроводников. На прошлом занятии мы рассматривали диоды, а на этом занятии рассмотрим более сложный полупроводниковый элемент – транзисторы.
Транзистор является более сложной полупроводниковой структурой, чем диод. Он состоит из трех слоев кремния (бывают еще и германиевые транзисторы) с разной проводимостью. Это могут быть структуры типа n-p-n или p-n-p. Функционирование транзисторов, также как и диодов, основывается на свойствах p-n переходов
Центральный, или средний слой, называют базой (Б), а два других соответственно – эмиттер (Э) и коллектор (К).
Следует отметить, что существенной разницы между двумя типами транзисторов нет, и многие схемы могут быть собраны с тем или другим типом, при соблюдении соответствующей полярности источника питания.
На рисунке ниже приведено схемное изображение транзисторов, транзистор p-n-p отличается от транзистора n-p-n направлением стрелки эмиттера:
Выделяют два основных типа транзисторов: биполярные и униполярные, которые различаются по конструктивным особенностям. В рамках каждого типа существует много разновидностей.
Главное различие этих двух типов транзисторов заключается в том, что управление процессами, происходящими в ходе работы прибора, в биполярном транзисторе осуществляется входным током, а в униполярном транзисторе – входным напряжением.
Биполярные транзисторы, как уже говорилось выше, представляют собой слоенный пирог из трех слоев. В упрощенном виде транзистор можно представить как два встречно включенных диодов:
(при этом, следует отметить, что переход база – эмиттер представляет собой обычный стабилитрон, напряжение стабилизации которого 7…10 вольт).
Исправность транзистора можно проверить также как и исправность диода, обычным омметром, измеряя сопротивление между его выводами. Переходы, аналогичные имеющимся в диоде, существуют в транзисторе между базой и коллектором, а также между базой и эмиттером.
На практике такой способ для проверки транзисторов используется очень часто. Если омметр подключить между коллекторным и эмиттерным выводами, прибор покажет разрыв цепи (при исправном транзисторе), что естественно так как диоды включены встречно.
А это означает, что при любой полярности приложенного напряжения один из диодов включен в прямом направлении, а второй в обратном, поэтому ток проходить не будет.
Объединение двух пар переходов приводит к проявлению чрезвычайно интересного свойства, именуемого транзисторным эффектом. Если к транзистору между коллектором и эмиттером приложить напряжение, тока практически не будет (о чем и говорилось чуть выше).
Если же произвести подключение в соответствии со схемой (как на рисунке ниже), где на базу через ограничивающее сопротивление (чтобы не повредить транзистор) подается напряжение, то через коллектор будет проходить ток более сильный чем ток базы.
При повышении тока базы ток коллектора тоже будет увеличиваться.
С помощью измерительного прибора можно определить соотношение токов базы, коллектора и эмиттера. Это можно проверить простым способом. Если сохранить напряжение питания, к примеру на уровне 4,5 В, изменив значение сопротивления в цепи базы с R до R/2, ток базы удвоится, пропорционально увеличится и ток коллектора, к примеру:
| U=4,5 В; сопротивление =R | U=4,5 В; сопротивление =R/2 |
| Iб=1 мА | Iб=2 мА |
| Iэ=100 мА | Iэ=200 мА |
| Iк=99 мА | Iк=198 мА |
Следовательно, при любом напряжение на сопротивление R, ток коллектора будет в 99 раз больше тока базы, то есть транзистор имеет коэффициент усиления по току равный 99. Другими словами, транзистор усиливает ток базы в 99 раз. Этот коэффициент обозначают буквой ?. Коэффициент усиления равен отношению тока коллектора к току базы:
Читайте также: Использование внутренних портов ноутбука на примере asus eee pc, добавление bluetooth
? = Iк/Iб
На базу транзистора можно подать и переменное напряжение. Но, необходимо, чтобы транзистор работал в линейном режиме. Для нормального функционирования в линейном режиме транзистору следует подать на базу постоянное напряжение смещения и подвести переменное напряжение, которое он будет усиливать.
Таким образом транзисторы усиливают слабые напряжения, поступающие к примеру с микрофона, до уровня, который способен привести в действие громкоговоритель. Если коэффициент усиления не достаточен, можно использовать несколько транзисторов или их последовательных каскадов.
Чтобы при соединении каскадов не нарушать режимов работы каждого из них по постоянному току ( при которых обеспечивается линейность), используют разделительные конденсаторы.
Биполярные транзисторы обладают электрическими характеристиками, обеспечивающими им определенные преимущества по сравнению с другими усилительными компонентами.
Как мы уже знаем, существуют еще (кроме биполярных) и униполярные транзисторы. Коротко рассмотрим два их них – полевые и однопереходные транзисторы. Как и биполярные они бывают двух типов и имеют по три вывода:
Электродами полевых транзисторов являются: затвор – З, сток – С, соответствующий коллектору и исток – И, отождествляемый с эмиттером.
Полевые транзисторы с n- и p- каналом различаются по направлению стрелки затвора.
Однопереходные транзисторы, которые иногда называют двухбазовыми диодами, в основном используются в схемах генераторов импульсных периодических сигналов.
Имеется три фундаментальных схемы включения транзисторов в усилительном каскаде:
? с общим эмиттером (а)
? с общим коллектором (б)
? с общей базой (в)
Биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, в зависимости от выходного сопротивления источника питания R1 и сопротивления нагрузки Rн усиливает входной сигнал и по напряжению, и по току.
Коэффициент усиления биполярного транзистора обозначается как h21э (читается: аш-два-один-э, где э – схема с общим эмиттером), и у каждого транзистора он разный.
Величина коэффициента h21э (его полное название – статический коэффициент передачи тока базы h21э) зависит только от толщины базы транзистора (ее изменить нельзя) и от напряжения между коллектором и эмиттером, поэтому при небольшом напряжении (менее 20 В) его коэффициент передачи тока при любом токе коллектора практически неизменен и незначительно увеличивается при увеличении напряжения на коллекторе.
Коэффициент усиления по току – Кус.i и коэффициент усиления по напряжению – Кус.u биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, зависит от отношения сопротивления нагрузки (на схеме обозначено как Rн) и источника сигнала (на схеме обозначено как R1).
Если сопротивление источника сигнала в h21э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы (0,95…0,99), а коэффициент усиления по току равен h21э.
Когда сопротивление источника сигнала более чем в h21э раза меньше сопротивления нагрузки, то коэффициент усиления по току остается неизменным (равным h21э), а коэффициент усиления по напряжению уменьшается.
Если же, наоборот, входное сопротивление уменьшить, то коэффициент усиления по напряжению становится больше единицы, а коэффициент усиления по току, при ограничении протекающего через переход база-эмиттер транзистора тока, не изменяется.
Схема с общим эмиттером – единственная схема включения биполярного транзистора, которая требует ограничения входного (управляющего) тока.
Можно сделать несколько выводов: – базовый ток транзистора нужно ограничивать, иначе сгорит или транзистор, или управляющая им схема; – с помощью транзистора, включенного по схеме ОЭ, очень легко управлять высоковольтной нагрузкой низковольтным источником сигнала. Через базовый, а следовательно и коллекторный переходы протекает значительный ток при напряжении база-эмиттер всего 0,8…1,5 В. Если амплитуда (напряжение) больше этого значения – нужно поставить между базой транзистора и выходом управляющей схемы токоограничивающий резистор (R1). Рассчитать его сопротивление можно по формулам:
Ir1=Irн/h21э R1=Uупр/Ir1 где:
Irн – ток через нагрузку, А; Uупр – напряжение источника сигнала, В; R1 – сопротивление резистора, Ом.
Еще одна особенность схемы с ОЭ – падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора можно практически уменьшить до нуля. Но для этого надо значительно увеличивать базовый ток, что не очень выгодно. Поэтому такой режим работы транзисторов используют только в импульсных, цифровых схемах.
Транзистор, работающий в схеме усилителя аналогового сигнала, должен обеспечивать примерно одинаковое усиление сигналов с разной амплитудой относительно некоторого “среднего” напряжения. Для этого его нужно немножко “приоткрыть”, постаравшись не “переборщить”. Как видно из рисунка ниже (левый):
ток коллектора и падение напряжения на транзисторе при плавном увеличении тока базы вначале изменяются почти линейно, и лишь потом, с наступлением насыщения транзистора, прижимаются к осям графика.
Нас интересуют только прямые части линий (до насыщения) – очевидно, что они символизируют линейное усиление сигнала, то есть, при изменении управляющего тока в несколько раз во столько же раз изменится и ток коллектора (напряжение в нагрузке).
Форма аналогового сигнала показана на рисунке выше (справа). Как видно из графика, амплитуда сигнала постоянно пульсирует относительно некоего среднего напряжения Uср, причем она может как увеличиваться, так и уменьшаться. Но биполярный транзистор реагирует только на увеличение входного напряжения (вернее тока).
Вывод: нужно сделать так, чтобы транзистор даже при минимальной амплитуде входного сигнала был немножко приоткрыт. При средней амплитуде Uср он откроется чуть сильнее, а при максимальной Umax откроется максимально. Но при этом он не должен входить в режим насыщения (см.рис.
выше) – в этом режиме выходной ток перестает линейно зависеть от входного, в следствии чего происходит сильное искажение сигнала.
Обратимся снова к форме аналогового сигнала.
Так как и максимальная и минимальная амплитуды входного сигнала относительно средней примерно одинаковы по величине (и противоположны по знаку), то нам нужно подать на базу транзистора такой постоянный ток (ток смещения – Iсм), чтобы при “среднем” напряжении на входе транзистор был открыт ровно наполовину. Тогда при уменьшении входного тока транзистор будет закрываться и ток коллектора будет уменьшатся, а при увеличении входного тока он будет открываться еще сильнее.
Источник: http://radio-stv.ru/nachinayushhim-radiolyubitelyam/tranzistor
Какие диоды нужны для диодного моста? Как правильно подобрать диоды для выпрямления
Тема: как выбрать диод для получения постоянного тока из переменного
Порой, когда дело приходится иметь с блоками питания (их ремонтом, сборкой своими руками) сталкиваешься с его выпрямительной частью, которая из переменного напряжения делает постоянное. Эта часть есть не что иное как диодный выпрямительный мост.
Для технарей электротехников известно, что это такое и какова функция этого элемента электрических схем.
Для непосвященных поясню — большинство электротехники содержат в своих схемах блок питания, который понижает сетевое напряжение 220 вольт в меньшее, что используется устройствами (3, 5, 9, 12, 24 вольта, это наиболее распространенные величины пониженных напряжений).
В сети используется переменный ток, а практически все электронные схемы работают на постоянном. Так вот, для преобразования переменного напряжения в постоянное и используется диодный мост.
Выпрямительные диодные мосты бывают готовыми сборками в едином корпусе, а бывают и самодельными, которые спаиваются из четырех одинаковых диодов.
А какие диоды нужны для самодельного диодного моста и как правильно подобрать их для выпрямителя? Все достаточно просто.
Основными параметрами для выбора диодов на мост являются напряжение (обратное) и сила тока (которую они могут через себя пропускать без перегрева).
Напомню, что диоды при прямом подключении (плюс диода к плюсу прилагаемого напряжения, а минус диода к минусу прилагаемого напряжения) к питанию пропускают через себя электрический ток. В этом режиме (открытом) на них оседает небольшое напряжение в пределах около 0,6 вольт.
Как и любые другие проводники они имеют свое внутреннее сопротивление (что и обуславливает это небольшое падение напряжения на них в открытом состоянии). Чем оно больше, тем меньшую силу тока диод способен через себя пропустить.
Если же на диод приложить постоянное обратное напряжение (на плюс диода подать минус источника, и на минус диода подать плюс источника), то диод будет работать в режиме запирания. Он не будет через себя пропускать постоянный ток (будет закрыт).
Так вот, есть максимальная величина обратного напряжения, которую диод может выдержать не входя в режим электрического и теплового пробоя. Именно это обратное напряжение и нужно учитывать при выборе диодов на выпрямительный мост.
Если на диодный мост будет подаваться напряжение 220 вольт переменного тока, значит диоды моста должны быть рассчитаны на большее напряжение (с запасом не менее 25%). А лучше вовсе брать с достаточно большим запасом. Это убережет полупроводники от попадания на них случайных скачков напряжения, идущие от сети.
Сейчас на обычные, небольшие блоки питания ставят диоды серии 1n4007, у которых обратное напряжение равно 1000 вольтам, а долговременный ток они могут выдерживать до 1 ампера (при температуре 75 градусов).
Второй, и пожалуй главной характеристикой выпрямительного диода является сила тока, которую он может пропускать через себя длительное время (без перегрева). Изначально вы должны знать, на какой максимальный ток рассчитан ваш блок питания. И только после этого уже нужно подбирать выпрямительные диоды на мост.
К примеру, вы решили сделать себе самодельный регулируемый блок питания с выходным напряжением до 15 вольт и максимальным током в 6 ампер. Следовательно, под такой источник питания нужно брать диоды, рассчитанные на силу тока порядка 10 ампер (плюс определенный запас по току). Ток в 6 ампер как бы относительно немалый. Он будет нагревать диоды выпрямительного моста.
Значит под эти диоды, мост еще нужно предусмотреть охлаждающий радиатор.
Напомню, что большинство полупроводниковых компонентов сделаны из кремния, а этот материал имеет максимальную рабочую температуру 150—170 °C.
Выход за эти пределы разрушаю полупроводник, в нашем случае диоды диодного моста. Лучше держать температуру диодов в пределах до 75 °C.
Поставьте на мост небольшой радиатор и посмотрите не выходит ли температура при максимальной нагрузки блока питания за допустимые пределы.
Диодных мостов и диодов (под них) существует достаточно большое количество. При выборе сначала в поисковике найдите справочную таблицу диодов и диодных мостов, где указаны основные технические характеристики выпрямителей.
Выберите наиболее подходящий компонент с учетом номинального обратного напряжения и силы тока. Если вы поставите на диодный мост диоды с большими номинальными токами и напряжениями, ничего страшного, это будет даже лучше, как бы излишний запас.
Но подбирать меньшие или впритык лучше не стоит.
P.S. Кроме основных характеристик (тока и напряжения) диодов, которые будут ставится на диодный мост, еще нужно обращать внимание на частоту, на которой они могут нормально работать.
Частота сети в 50 герц является достаточно малой и под нее подойдут практически все диоды. Выше приведенный диод 1n4007 имеет рабочую частоту в 1 мГц.
Обращать внимание на частоту актуально для электрических схем, рассчитанных на действительно высокие частоты.
Источник: https://electrohobby.ru/kakie-diod-nugn-gss.html
Спасибо за ваше внимание к сайту нашим новым публикациям.