Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучение блоков питания, особенности схем, и какую схему выбрать для блока питания.
И сегодня придётся вспомнить математику для понятия, как работает токовая защита или ограничение тока нагрузки. Для примера рассмотрим один из самых простых стабилизаторов напряжения с дополнительной функцией ограничения тока в нагрузке.
Схему Вы неоднократно встречали на просторах интернета и в литературе. Вот её мы подробно и рассмотрим.
При своей простоте схема обладает хорошими параметрами стабилизации заданного напряжения на нагрузке до начала ограничения тока. Но для того чтобы понять как работает схема, необходимо рассмотреть её упрощенный вариант…
Схема представляет собой два каскада усиления, включенных по схеме с общим эмиттером.
Расчёты токов удобнее начать со стороны нагрузки.
Определим зависимость тока нагрузки от тока базы транзистора VT1:
Из формулы следует, что ток в нагрузке зависит только от тока базы и коэффициента усиления транзистора. Надо понимать, что если сопротивление нагрузки высоко, то ток Iн будет меньше расчётного, но если сопротивление нагрузки уменьшать – ток транзистора будет равен расчётному даже при коротком замыкании!
Находим ток I1, который для транзистора VT1 является током базы, а для транзистора VT2 – током коллектора. Для упрощения расчётов примем, что токи коллектора и эмиттера в транзисторе VT2 равны ( в действительности они отличаются на величину тока базы, ток эмиттера несколько выше тока коллектора ). Каскад на транзисторе VT2, выполненный по схеме с общим эмиттером, но содержащий в цепи эмиттера резистор ООС, ограничивающий ток коллектора. Находим I2:
Из формулы видно, что ток коллектора ( и эмиттера ) транзистора VT2 зависит от заданного напряжения, снятого с движка потенциометра R4 и от величины сопротивления потенциометра R5, включенного реостатом. Следовательно, и ток нагрузки зависит от этих двух величин с учетом еще и коэффициента усиления VT1. Но из этих формул получается, что ток в нагрузке мы можем регулировать ( соответственно будет изменяться и напряжение на нагрузке ):
Из последней формулы видно, что напряжение на нагрузке зависит от величины сопротивления нагрузки Rн, величины сопротивления резистора R5 ( в полной схеме это R5 + R2 ) и заданного напряжения Uзад ( задаётся пользователем БП ). Но в стабилизированном блоке питание напряжение на нагрузке не должно зависеть от сопротивления нагрузки вплоть до установленного резистором R5 порога ограничения тока. Чтобы исключить эту зависимость, вводим отрицательную обратную связь по напряжению при помощи диода VD2.
В итоге в схеме образовалась дополнительная точка «А». Теперь каскад на транзисторе VT2 выполняет две функции: усилитель тока по схеме ОЭ и усилитель сравнения по схеме ОБ. Схема с ОЭ регулирует ток базы VT1 в соответствии с изменением напряжения Uзад, а в режиме с ОБ сравнивает заданный ток I2 с током компенсации Iкомп.
В точке «А» два тока суммируются и как только напряжение на нагрузке станет равным заданному напряжению, ток компенсации уменьшается практически до нуля. При изменении тока нагрузки обратная связь за счёт тока компенсации постоянно отслеживает выходное напряжение. Диод VD2 обеспечивает разделение режимов стабилизации напряжения и ограничения тока нагрузки.
А так как падение напряжения на диоде VD2 приблизительно равно падению напряжения на переходе база-эмиттер, то выходное напряжение можно определить по формуле:
Вот такая простая схема стабилизатора напряжения совмещающая функцию ограничения тока ( при необходимости!!! ). Простота подбора элементов схемы и расчет параметров. В схеме на Рис. 1 по параметрам транзистора VT1 рассчитываются параметры остальных элементов. Если выбран транзистор КТ818 ( коэффициент усиления h21э =12 ) для получения максимально заданного тока нагрузки потребуется VT2 соответствующей мощности, одновременно с этим рассчитывается величина сопротивления резистора R2, определяющего максимальную величину тока ограничения, а максимальная величина резистора R5 определяет самый минимальный ток ограничения. Если в качестве VT1 взять транзистор Дарлингтона, то в качестве транзистора VT2 достаточно будет поставить любой маломощный транзистор ( КТ315; КТ3102 и им подобные из современных ), но одновременно с этим величина резисторов R2 и R5 возрастет значительно, что может затруднить наладку параметров.
Отдельно два слова о диоде VD2, практически во всех схемах, приведенных в интернете, указаны диоды с большим максимальным током. Считаю это излишеством – здесь достаточно практически любого диода с максимальным током больше 50мА.
Если при наладке установить максимальный ток ограничения меньше разрешенного для диодов и трансформатора, то стабилизатор «не боится» короткого замыкания в нагрузке, что позволяет замкнуть выход стабилизатора и регулируя R5установить необходимый ток ограничения. Это очень хорошее свойство этой схемы!!! Схема неоднократно повторялась радиолюбителями, прошла многолетнюю эксплуатацию, прекрасно себя зарекомендовала!
Самая простая схема для повторения начинающим электронщикам!
В следующем материале рассмотрим ещё одну схему стабилизатора напряжения с функцией ограничения тока.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!
