Стабилизатор напряжения 3 вольта своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 05.10.2024
Для питания различных электронных устройств и схем, сделанных своими руками нужен такой источник питания, напряжение на выходе которого можно регулировать в широких пределах. С его помощью можно наблюдать, как ведёт себя схема при том или ином напряжении питания. При этом он должен иметь возможность выдавать большой ток, чтобы питать мощную нагрузку, и минимальные пульсации на выходе. На роль такого источника питания отлично подойдёт линейный стабилизатор напряжения – микросхема LM338, она обеспечивает ток до 5 А, имеет защиту от перегрева и короткого замыкания на выходе. Схема её включения достаточно проста, она представлена ниже.
Схема
Микросхема LM338 имеет три вывода – вход (in), выход (out) и регулирующий (adj). На вход подаём постоянное напряжение определённой величины, а с выхода снимаем стабилизированное напряжение, величина которого задаётся переменным резистором Р2. Напряжение на выходе регулируется от 1,25 вольт до величины входного, с вычетом 1,5 вольт. Проще говоря, если на входе, например, 24 вольта, то на выходе напряжение будет меняться в пределах от 1,25 до 22,5 вольт. Подавать на вход более 30 вольт не следует, микросхема может уйти в защиту. Чем больше ёмкость конденсаторов на входе, тем лучше, ведь они сглаживают пульсации. Ёмкость конденсаторов на выходе микросхемы должна быть небольшой, иначе они будут долго сохранять заряд и напряжение на выходе будет регулироваться неверно. При этом каждый электролитический конденсатор должен быть зашунтирован плёночным или керамическим с малой ёмкостью (на схеме это С2 и С4). При использовании схемы с большими токами микросхему обязательно нужно установить на радиатор, ведь она будет рассеивать на себе всё падение напряжения. Если токи небольшие – до 100 мА, радиатор не потребуется.
Сборка стабилизатора
Вся схема собирается на небольшой печатной плате размерами 35 х 20 мм, изготовить которую можно методом ЛУТ. Печатная плата полностью готова к печати, отзеркаливать её не нужно. Ниже представлены несколько фотографий процесса.
Дорожки желательно залудить, это уменьшит их сопротивление и защитит от окисления. Когда печатная плата готова – начинаем запаивать детали. Микросхема запаиваться прямо на плату, спинкой в сторону края. Такое расположение позволяет закрепить на радиаторе всю плату с микросхемой. Переменный резистор выводится от платы на двух проводках. Можно использовать любой переменный резистор с линейной характеристикой. При этом средний его вывод соединяется с любым из крайних, полученные два контакта идут на плату, как видно на фото. Для подключения проводов входа и выхода удобнее всего использовать клеммник. После сборки необходимо проверить правильность монтажа.
Запуск и испытания
Когда плата собрана, можно переходить к испытаниям. Подключаем на выход маломощную нагрузку, например, светодиод с резистором и вольтметр для контроля напряжения. Подаём напряжение на вход и следим за показаниями вольтметра, напряжение должно меняться при вращении ручки от минимума до максимума. Светодиод при этом будет менять яркость. Если напряжение регулируется, значит схема собрана правильно, можно ставить микросхему на радиатор и тестировать с более мощной нагрузкой. Такой регулируемый стабилизатор идеально подойдёт для использовании в качестве лабораторного блока питания. Особое внимание стоит уделить выбору микросхемы, ведь её очень часто подделывают. Поддельные микросхемы стоят дёшево, но легко сгорают при токе уже 1 – 1,5 Ампера. Оригинальные стоят дороже, но зато честно обеспечивают заявленный ток до 5 Ампер. Удачной сборки.
Смотрите видео
На видео наглядно показана работа стабилизатора. При вращении переменного резистора напряжение плавно меняется от минимума к максимуму и наоборот, светодиод при этом меняет яркость.
Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?
Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания. Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его. Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:
Регулятор напряжения на LM317T
Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно здесь ). Еще читайте про lm317t.
Интегральный стабилизатор и стабилитрон
На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!
Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ — это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:
Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 — 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать здесь.
U стабилитрона — это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт. 8 Вольт — уже нестандартный ряд напряжения ;-). Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений ;-).
Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:
Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.
Теперь берем стабилитрон на Uстабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.
Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает! Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.
Интегральный стабилизатор и диод
Есть также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода — 0,3-0,4 Вольта? Именно этим свойством диода и воспользуемся ;-).
Итак, схему в студию!
Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.
Итак, что на выходе?
Почти 5.7 Вольт ;-), что и требовалось доказать.
Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:
На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.
Напряжение стабилизации составляет 5 вольт или 3,3 вольта в зависимости от номиналов резисторов. Может использоваться для питания различных устройств от батарей или аккумуляторов, а также в системах бесперебойного питания от электросети, если на вход подключить соответствующее зарядное устройство для аккумуляторов. Коэффициент стабилизации порядка 150,выходное сопротивление 0,1 Ом. Ток нагрузки зависит от допустимой рассеиваемой мощности силового транзистора.
Принципиальная схема стабилизатора показана на Рис.1. Номиналы резисторов в скобках указаны для стабилизатора 3,3 вольта. Источником входного напряжения для стабилизатора 5 вольт служат 4 батареи АА (ААА) напряжением 6,4 вольта или 4 аккумулятора АА(ААА) напряжением 5,6 вольта, а для стабилизатора 3,3 вольта 3 батареи нпряжением 4,8 вольта или 3 аккумулятора напряжением 4,2 вольта.
Рис1.
Силовой полевой n-канальный транзистор VT2(IRLML6344) включен после нагрузки и не требует для управления дополнительного источника питания. Это транзистор c логическим уровнем напряжения на затворе открывается уже при напряжении 2,5 вольта (Rси=37мОм) в корпусе SOT23, ток нагрузки до 4 ампер, рассеиваемая мощность до 1,3 Вт, напряжение сток исток 30 вольт. Могут использоваться любые транзисторы с логическим уровнем управления и низким сопротивлением сток исток, например IRLMR2905, AUIRL3114.
Делитель напряжения на резисторах R5, R6, R7 и светодиод оптопары U1.2 образуют датчик выходного напряжения и являются одновременно нагрузкой стабилизатора при неподключенной
рабочей нагрузке. Напряжение на светодиоде оптопары определяется напряжением на резисторах R6 и R7 так как ток через светодиод (30-50 мкА) много меньше тока через эти сопротивления(около 2мА) и составляет около 0,9 вольта. Это нелинейный участок вольтамперной характеристики светодиода, на котором небольшое изменение напряжения приводит к значительному изменению тока. Это изменение приводит к изменению фототока транзистора оптопары U1.1, который усиливается транзистором VT1, коллекторный ток которого создаёт падение напряжения на резисторе R4, изменяет напряжение на затворе транзистора VT2.
При входном напряжении от 5,05 до 6,4 вольта и токе нагрузки 0,2 ампера выходное напряжение меняется от 5 до 5,01 вольта. Без нагрузки 5,02 вольта. Для стабилизатора 3,3 вольта при изменении от 3,35 до 4,8 вольта и токе 0,2 ампера выходное напряжение меняется от 3,3 до 3,31 вольта. Без нагрузки 3,32 вольта. Максимальная рассеиваемая мощность на VT2 составляет 300 мВт. Если такой коэффициент стабилизации не нужен, микросхему TL431 можно исключить. При этом изменение выходного напряжения возрастёт до 0,07 вольта (Кст около 20). При указанных на схеме номиналах стабилизатор в настройке не нуждается. Нужно только резистором R6 подстроить выходное напряжение. Быстродействие определяется резистором R4 и входной ёмкостью Cси транзистора VT2 (Cси=600 пФ ). Постоянная времени
при R4=10 кОм равна 6 мкс а время отклика 2,3*6=13,8 мкс, то есть эффективно будут подавляться частоты до 70 кГц.
Схема может быть реализована как на обычных, так и SMD компонентах. Поскольку силовой транзистор VT2 в корпусе SOT23, я решил использовать чип резисторы 0805, TL431 в корпусе SOT89, VT1 тоже в SOT23, оптопара BC817 в DIP-4 установлена поверхностным монтажом, так же как и резистор R6 . Фотография платы и печатная плата с установленными деталями стабилизатора показаны на Рис.2.
Рис.2
Плата стабилизатора разведена в программе Sprint-Layout 6, там же нарисована принципиальная схема. Дорожки и контактные площадки платы нарисованы линиями толщиной 0,8 мм не в слое металлизации а в слое П(слой контура платы), в котором можно рисовать только линии и окружности. Этого достаточно чтобы нарисовать плату. Далее создаётся файл фрезеровки, в котором фреза идёт по центрам дорожек, а не вокруг них, потом рисунок платы не фрезеруется, а рисуется на фольгированном стеклотекстолите маркером Edding 780 (ширина линии 0,8мм) на плоттере с ЧПУ. Затем плата травится в хлорном железе, дорожки лудятся и впаиваются компоненты. Готовая плата не содержит никаких отверстий, а в устройство просто приклеивается универсальным клеем.
На Рис.3 фотографии стабилизаторов 5 и 3,3 вольта, собранных на отсеках для четырёх и трёх батарей АА.
Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый прибор обладающий свойством стабилизации напряжения. В отличии от обычного диода работает в обратной полярности (на катод подается плюс), в режиме лавинного пробоя. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется. На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.
Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.
Принцип работы стабилизатора на стабилитроне
Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций по напряжению, называется он фильтрующим. Резистор нужен для сглаживания пульсаций по току и называется он гасящим. Стабилитрон стабилизирует напряжение на нагрузке. Для нормальной работы данной схемы напряжение питания должно быть больше 40…50 %. Стабилитрон следует подобрать под нужное нам напряжение и ток.
Стабилизатор на одном транзисторе
Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.
Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе
Цепочка из R1 и VT1 нам уже знакома из предыдущей схемы, это простейший стабилизатор, он задает стабилизированное напряжение на базе транзистора VT2. Транзистор в свою очередь выполняет функцию усилителя тока и является управляющим элементом в этой схеме. Например, при повышении входного напряжения, выходное напряжение будет стремится к возрастанию. Это приводит к понижению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, что приводит к его закрытию. При этом падение напряжения на участке эмиттер – коллектор возрастает на столько, что напряжение на стабилитроне уменьшается до исходного уровня. При понижении напряжения стабилизатор реагирует в обратном порядке.
Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ
В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.
Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.
Принцип работы защиты стабилизатора
Данная схема рассчитана на ток срабатывания от КЗ 250…300 мА, пока он не превышен, ток будет проходить через делитель напряжения состоящий из диода V7 и резистора R3. Путем подбора данного резистора можно регулировать порог срабатывания защиты. Диод V6 при этом будет закрыт и никакого влияния на работы оказывать не будет. При срабатывании защиты диод V7 закроется, а диод V6 откроется и зашунтирует подключений стабилитрон, при этом транзисторы V4 и V5 закроются. Ток на нагрузке упадет до 20…30 мА. Транзистор V5 следует устанавливать на теплоотвод.
Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением
В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.
Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения
Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение. При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод. При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.
Данные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке. Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Читайте также: