Несмотря на простую конструкцию, этот регулируемый источник питания имеет два очевидных преимущества. Во-первых, он собирается быстро. А во-вторых, схему очень легко адаптировать под индивидуальные нужды. В статье приведены практические решения для этого.
Описанная здесь схема представляет собой стабилизированный источник питания классической конструкции, в котором можно регулировать как выходное напряжение, так и ограничение тока. В принципе, эти значения могут изменяться от нуля, но, регулируя предел максимального напряжения и тока, каждый радиолюбитель может адаптировать эти величины в точном соответствии со своими собственными желаниями и требованиями. Поскольку предельные значения могут варьироваться от 10 ... 40В и ток до 0,5 ... 3А, источник питания можно использовать для множества различных конструкций. Принципиальная схема приведена на рисунке.
Как можно видеть, на схеме приведенной выше ограничились частью стабилизации, потому что размеры трансформатора, диодного моста и сглаживающего фильтра, конечно, полностью зависят от желаемого выходного напряжения и тока. При более внимательном рассмотрении схемы быстро выясняется, что реальный стабилизатор напряжения здесь выполнен на транзисторе T1, включенного последовательно между входом и выходом, в которого используется транзистор 2N3055.
Транзистор T1 вместе с T2 и T3 образуют эмиттерный повторитель с высоким коэффициентом усиления по току и низким напряжением база / эмиттер. Дифференциальный усилитель, выполненный на транзисторах T5 и T6, сравнивает (желаемое) напряжение, установленное на потенциометре P1, с частью выходного, снятого с делителя напряжения P4 / R5. Дифференциальный усилитель выравнивает эти напряжения и делает соответствующим образом управлением выходным эмиттерным повторителем через транзистор T4. Если выходное напряжение превышает значение, установленное с помощью потенциометра P1, тогда транзистор Т4 регулирует Т3. В результате T3, T2 и T1 прикрываются, и поэтому выходное напряжение уменьшается - в противном случае, конечно, происходит с точностью до наоборот.
Транзистор Т7 обеспечивает ограничение тока, а резистор R4 работает как датчик. Когда ток и, следовательно, напряжение на R4 превышает определенное значение, напряжение в цепи P3 / R6 / P2 также будет увеличиваться до такой степени, что транзистор T7 открывается. Далее транзистор управляет T4, так что последний, в свою очередь, начинает управление T3, поэтому эмиттерный повторитель будет проводить меньше, и выходное напряжение упадет. Поскольку ток через T3 и D1 очень мал, нагрев почти не происходит, а ограничение тока практически не имеет температурного дрейфа.
Кратко о работе потенциометров. С помощью потенциометра P1 выходное напряжение регулируется от 0В до максимума. Максимум может быть установлен с помощью потенциометра P4, при этом применяется формула: Umax = 10 Vx(l + P4 / R5). При P4 = 0 максимальное значение составляет 10В, а при P4 = 25 кОм это значение может составлять 40В.
При помощи потенциометра P2 можно регулировать ограничение тока от 0 A до максимального значения, которое может быть установлено с помощью потенциометра P3. При P3 = 0 (средний вывод на R6) максимум составляет примерно 2,5А, а при P3 = 25Ок максимальный ток составляет примерно 0,5А.
Теперь можно рассмотреть, как в каждом отдельном случае должен быть рассчитан исходный источник питания, состоящий из трансформатора, диодного моста, который установлен перед регулируемым стабилизатором. В качестве примера возьмем экспериментальный источник питания с желаемым регулируемым выходным напряжением, к примеру от 0 до 18В и регулируемым пределом ограничении тока от 0 до 1А - также приведенные пример определения мощности применимы к любому другому источнику.
Для максимального выходного напряжения 18В при токе 1А требуется трансформатор на 18В переменного напряжения и обмотки на выходной ток 1,4А. На практике также необходимо учитывать потери в диодном мосте, на транзисторе T1 и резисторе R4. Вот почему применяется практическое правило, лучше выбрать трансформатор, который может выдавать примерно на 50% больше мощности, чем теоретически требуемое значение.
Также лучше взять диодный мост для этого с более высокими параметрами. В конце концов, диодный мост на 1А находится на пределе с максимальным током в 1А, и риск того, что он не выйдет из строя в случае случайного увеличении нагрузки, не исключен. Здесь также применяется коэффициент 1,5 в качестве запаса прочности, поэтому в данном случае это означает диодный мост на 35В / 1,5 А.
Наконец, мы должны выбрать значение сглаживающего конденсатора C. Его емкость определяет максимальную пульсацию на входе стабилизатора. Для допустимой максимальной пульсации достаточно простого расчета, желаемое выходное напряжение составляет 18В на R4, напряжение падает на 0,56В при токе 1А, и необходимо рассчитать максимальное падение напряжения примерно 3В на транзисторе T1. Это приводит к минимально необходимому входному напряжению 21,6В.
После выпрямления и фильтрации трансформатор 18В подает напряжение V2x18 В = 25,4 В Строго говоря, для элемента моста необходимо вычесть 1,4В, но на практике эти потери обычно компенсируются тем фактом, что большинство трансформаторов выдает немного выше напряжение. Максимально допустимая пульсация теперь известна, потому что она формируется разницей между доступным выпрямленным напряжением и требуемым входным напряжением стабилизатора, т.е. 25,4В - 21,6В = 3,8В.
На основе этого напряжения теперь можно определить значение сглаживания по формуле C = I-T / Ur. Здесь I - максимальный выходной ток, T - время периода после выпрямления (0,01 с), а Ur - максимальные пульсации. В нашем примере мы получаем: C = (1X0,01) / 3,8 = 2632 мкФ. Принимая во внимание падение напряжения на диодном мосте, округляем значение в большую сторону и возьмем электролитический конденсатор на 3300 мкФ и рабочее напряжение 35В, но лучше округлить больше и использовать электролитический конденсатор 4700 мкФ / 35В.
Помимо определения мощности трансформатора, диодного моста и электролитического конденсатора, мы также должны выбрать подходящий радиатор для транзистора. Максимальное рассеиваемая мощность на транзисторе можно рассчитать, просто умножив входное напряжение на максимальный выходной ток. В приведенном выше примере мы получаем примерно 26 Вx1A = 26Вт.
Таким образом, максимальная температура радиатора около 70 °C является безопасной отправной точкой. Другими словами, это на 50 °C выше средней температуры в помещении. Чтобы использовать максимальное рассеивание 26Вт, для этого требуется радиатор с термостойкостью 50: 26 = 1,9 °C / Вт. С таким радиатором источник питания можно включать в течение нескольких часов при выходном напряжении, например, 1В и токе 1 А, ничего не плохого не произойдет.
Есть еще несколько практических моментов, о которых не должны забывать. Хотя схема стабилизации довольно универсальна по конструкции, необходимо поддерживать минимальное входное напряжение 15В - в противном случае напряжение стабилитрона D2 и D3 больше не будет должным образом работать. Наконец, ввиду стабильности источника питания, к выходу должен быть добавлен электролитический конденсатор примерно 1/10 значения коэффициента сглаживания, рассчитанного выше.
Когда схема будет полностью настроена и проверена, подключите вольтметр к выходу, установите потенциометр P1 на максимум и настройте P4 на желаемое максимальное выходное напряжение (18В в примере выше).
Затем к выходу подключается нагрузка или нагрузочный резистор (галогенная лампа 24В / 50 Вт - отличный нагрузочный резистор в приведенном выше практическом примере) с амперметром последовательно. Потенциометр P3 сначала выставляем на максимальное сопротивление (наименьший ток), P2 на максимальный ток и P1 на максимальное напряжение - затем с помощью P3 выходной ток устанавливается на желаемое максимальное значение. Схемотехника достаточно старовата, но и сейчас используется.
