назад

Умножители на напрежение инж Любен Неделчев
Млад Конструктор 1993/2/стр. 4-6

Схемите на токоизправители, при които изходното напрежение е 2 – 3 и повече пъти
по – високо от това на обикновения еднопътен изправител, са известни от десетилетия. Наричат се удвоители, утроители или просто УМНОЖИТЕЛИ НА НАПРЕЖЕНИЕ. През различните исторически етапи от развитието на електрониката (лампи, транзистори, интегрални схеми) тези устройства по различни причини привличат вниманието на любители и специалисти. Данни за тях и за изчисленията им намираме в справочниците от 50 – те, 60 – те, а и от 90 – те години. Изглежда няма по – лесен начин да получим ВИСОКИ ПОСТОЯННИ НАПРЕЖЕНИЯ – САМО С НЯКОЛКО ДИОДА И КОНДЕНЗАТОРА!
Но... Преди време във френското списания „Електроник практик” беше публикувана статия, посветена на умножителите на напрежение. В нея се припомня кои са създателите на тези схеми, дава се кратко обяснение на действието им, съпоставят се различни варианти и се посочват данни за избора на подходящи компоненти. Но тази статия показва и много нови въпроси. Даваме ли си сметка, че процесите в тези схеми са доста по – сложни, отколкото изглежда? Знаем ли за какви цели можем да използваме и докъде се простират техните възможности? Как да направим умножителите безопасни за нас, пък и... за тях? Какви експерименти ще ни ориентират бързо в техните „плюсове” и „минуси”? Как да подбираме и тестваме компонентите им?

1. УДВОИТЕЛ НА ЛАТУР

На фиг. 1 е показан двуполупериоден изправител – удвоител по схемата на Латур, наричана още схема от паралелен тип. През положителните полупериоди диодът Д1 се отпушва и кондензаторът С1 се зарежда почти до максималната стойност на входнорто напрежение.

Аналогично през отрицателните полупериоди кондензаторът С2 се зарежда през диода Д2. Например при входно напрежение ~220 V кондензаторите се зареждат до 220*(корен от 2) = 311 V. Следователно спрямо точката 3 можем да получим едно положително и едно отрицателно напрежение със стойност по 311 V, a между точките 1 и 2 – напрежение от 622 V. Също така забелязваме, че:
а) кондензаторите С1 и С2 трябва да издържат (с достатъчен запас) напрежение 311 V, т.е. подходящо е да имат работно напрежение 400 V;
b) когато диодите Д1 и Д2 са запушени, върху тях се прилага сумата от напрежението на съответния кондензатор и входното напрежение, т.е. те трябва да издържат в обратна посока 622 V;
в) честотата на пулсациите на изправеното напрежение върху С1 и С2 съвпада с тази на входното напрежение, а между точките 1 и 2 е двойно по – голяма;
г) изходът между точките 1 и 2 няма обща точка с входа и не може да се обезопаси чрез „зануляване”;
д) при включване на товар на изхода кондензаторите се разреждат (между всеки две зареждания!) и изправеното напрежение ще се понижи;
е) при първоначалното зареждане на кондензаторите, токовите импулси през диодите са много силни и ако не вземем предпазни мерки, могат да ги повредят;
ж) напрежението върху кондензаторите не променя знака си, т.е. можем да използваме подходящи електролитни кондензатори.

2. УДВОИТЕЛ НА ШЕНКЕЛ

Еднопътният изправител – удвоител по схемата на Шенкел (според някои автори – схема на Вилард) е представен на фиг. 2. Нарича се още удвоител от последователен тип. Схемата на Шенкел работи

по – различно от тази на Латур. Да приемем, че поляритетът през първия полупериод на входното напрежение съвпада с показания на фиг. 2. Тогава С1 се зарежда през Д1 до съответната амплитудна стойност. През следващия полупериод сумата от напрежението върху С1 и входното попада през Д2 върху С2 и го зарежда до напрежение, почти два пъти по – високо от амплитудата на входното. Ако сега съпоставим схемата на Шенкел с тази на Латур, ще забележим, че:
а) напрежението върху С2, т.е. изходното, е двойно по – високо от това върху С1;
б) ако при включването поляритетът на входното напрежение е както показания в скоби на фиг. 2, то С1 ще се зареди с обратен знак по веригата на С1, Д2, С2, а това може да затрудни използването на електролитен кондензатор;
в) честотата на пулсациите в изхода е равна на тази във входа;
г) входът и изходът имат обща точка.;
д) казаното в точките б, д, и е при предишната схема е в сила и тук.

3. МНОГОЗВЕННИ УМНОЖИТЕЛИ НА НАПРЕЖЕНИЕ
Чрез подходящо добавяне на К диодно – кондензаторни звена схемите на Латур и Шенкел могат да се развият в многозвенни (К – звенни) умножители на напрежение. Този процес е илюстриран на фиг.3 и фиг.4, където са показани съответно учетворителите (К = 4) на Латур и Шенкел.

Поради наличието на обща точка между вход и изход схемата на Шенкел е по – популярна, като най – често се представя във вида, показан на фиг. 5. Това начертаване демонстрира ясно изяществото на схемното решение и лекотата, с която можем да добавим произволен (но все пак разумен !) брой звена. По – нататък при разглеждане на реализацията и приложението на умножителите на напрежение ще подразбираме именно схемата от фиг. 5.

4. ИЗЧИСЛЕНИЕ И ПРАКТИЧЕСКО ИЗПЪЛНЕНИЕ
В досегашните разсъждения и числени примери, наличието на консумация от умножителя се пренебрегваше. Наистина при тези схеми цената на повишеното напрежение е съответно намаленият изходен ток Io. Това е особенно забележимо при високоволтовите схеми, където Io е в границите от микроампери до няколко милиампера. За многозвенните умножители на напрежение по схемата на Шенкел с К звена и означенията на фиг. 5 известните от литературата изчислителни формули се прилагат по следния начин:
а) Използваме връзката KU~=0,85 Uo за да определим според случая Uo, K или U~. Съвет: да не забравяме, че се работи с ефективната стойност на входното напрежение U~ и че за мрежата у нас тя е 220 V.
b) Обратното напрежение, което трябва да издържа всеки от употребените диоди, е Uобр = 2,8*U~. Съвет: няма да сбъркаме, ако закръглим коефициента във формулата на 3.
в) Напрежението на първия кондензатор е Uс1 = Uo/K. Съвет: работното напрежение на ВСИЧКИ кондензатори да превишава достатъчно 2Uo/K.
г) При зададен изходен ток Io [mA] и определен коефициент на пулсациите на изходното напрежение (примерно 6%) капацитетът на всеки от кондензаторите се намира от израза С[мkF] = 34Io*(K+2)/U~. Употребата на по – големи капацитети води до по – малък коефициент на пулсациите.
Пример: U~ = 220 V; K = 4; Io = 100 мkA.
Последователно намираме:
Uo = 4*220/0,85 = 1035 V;
Uoбр = 2,8*220 = 616 V;
Uс1 = U~/0,85 = 220/0,85 = 259 V;
Uc2 = Uc3 = Uc4 = 2*220/0,85 = 518 V;
C = 34*0,1*(4 + 2)/220 = 0,093 = прибл. 0,1 мкF.

За практическото изпълнение на изчисления умножител на напрежение ще трябва да определим и конкретния тип диоди и кондензатори. Главният проблем е съответно обратното и работното им напрежение, тъй като най – често умножителите са високоволтови. Много подходящи за целта са диодите 1N4001 до 1N4007 (производство на САЩ, Унгария и др.) Те допускат изправен ток до 1А, кратки импулси до 10 А, обратният им ток е 5 мкА, а допустимото обратно напрежение на 1N4007 e 1300 V. Подобни качества имат и българските силициеви диоди КД2016К и
КД 2016М – съответно 1000 V и 1500 V. Понякога се използват и високоволтови диодни или селенови стълбове.
Известни затруднения могат да възникнат с високоволтовите кондензатори, тъй като с отминаването на ламповата ера, производството им беше значително намалено. За работни напрежения до 400 - 500 V могат да се използват електролитни кондензатори от стари типове, а за по – високи напрежения – кондензатори с диелектрик слюда, керамика или хостафан.

5. КЪДЕ И КАК ДА ИЗПОЛЗВАМЕ УМНОЖИТЕЛИТЕ?
Както вече казахме, „стихията” на схемите на Латур и Шенкел са високите напрежения и слабите токове – киловолти, микроампери. Използването им за безтрансформаторно захранване на електронните устройства позволява рязко да намалим теглото им.
Понякога използването на умножители на напрежение улеснява практическата реализация и на нисковолтови схеми. Ще посочим няколко примера и идеи за възможни приложения.
а) Схемата на Шенкел (фиг. 2) се използва и като амплитуден детектор с удвояване на напрежението.
б) Ако разполагаме с готов мрежов трансформатор с вторична намотка за 6,3 V, можен, без да го пренавиваме, да получим около 15 – 16 V (за задействане на реле, стабилизатор с ценеров диод и пр.) чрез удвоител на Латур.
в) Необходимото високо напрежение за проверка на изолационно съпротивление или устойчивост на пробив може да се получи направо от мрежата чрез многозвенен умножител на Шенкел (фиг. 5).
г) Фабричният йонизатор на въздуха „Рига” тежи под 500 грама и се състои от 13- звенна схема на Шенкел. Захранва се с 220 V, а на изхода си дава около 3,5 кV при ток 10 – 20 мкА. Използвани са кондензатори 0,025 мкF/500 V.
д) Експероменти за запалване на газоразрядни лампи, луминисцентни тръби, фотосветкавици и други подобни могат да се провеждат също с високоволтов умножител на мрежовото напрежение, снабден с изводи от всяко звено. На мрежовия вход на умножителя трябва да се постави предпазен резистор, ограничаващ тока през диодите до допустимата за тях стойност.

6. ОПАСНОСТИ, ПРЕДПАЗНИ МЕРКИ, ПРОБИ
а) Работата с високи напрежения изисква ИЗКЛЮЧИТЕЛНО ВНИМАНИЕ, СЪСРЕДОТОЧЕНОСТ И ПРЕДПАЗВАНЕ ОТ ТОКОВ УДАР. Промените в схемата трябва да се правят след изключване и разреждане на изходните лондензатори. Пробно присъединяване на елементи към работещ умножител може да става чрез приктепването им към дълги пластмасови шишове, които се държат внимателно за противоположния им край.
б) За защита на диодите от първоначалните токови импулси, а също и при късо съединение и пробив, във входа на умножителя може да се постави електрическа крушка 220 V/100 W. В студено състояние нейното съпротивление е под 40 Оm, което почти не влияе на работата на умножителя.
в) Диодите и кондензаторите за бъдещия умножител могат да се изпробват чрез високото напрежение на вече направен и проверен умножител (вж. точка 5, в и д). За целта тестваният диод или кондензатор се свързва последователно с глимлампа с вграден резистор и на групата се подава подходящо изправено напрежение (за диодите – обратна посока!). Липсата на светене показва, че изпробваният елемент е изправен.


Регулируем стабилизатор Богомил Лъсков
Радио телевизия електроника 2000/2/стр. 22

Изходното напрежение на прецизния регулируем стабилизатор със защита от претоварване по ток може да се регулира в границите от 0 до 15 V. Toва е номиналното напрежение на ценеровия диод при среден ток, протичащ през него без товар в изхода, около 10 – 12 mA, при което се определя стойността на съпротивлението на резистора R1.
Максимален изходен ток 300 mA. Брумът при изходен ток 300 mA не надвишава 2 mV. С намаляване на консумирания ток, брумът спада под 1 mV. Нестабилността на изходното напрежение зависи от токовото натоварване, но не е повече от 0,8%. Вторичната намотка на трансформатора се оразмерява за ток около 500 – 600 mA.

Съпротивленията на резисторите R4, R5 и R6 трябва да се уточнят в зависимост от коефициента на усилване по ток на транзисторите. Желателно е (бета) на транзисторите да е повече от 100. Транзисторът VT1 трябва да е „ключов”.
При задействане на токовата защита, изходното напрежение стига до нула, а токът – не повече от 6 mA. Защитата се задейства с ток 50 mA при положение 1 на превключвателя SK2, 100 mA при положение 2 и 300 mA при положение 3.
Варирането на напрежението от мрежата не влияе на изходното. Тази вариация се компенсира от ценеров диод.
Кондензаторът С2 филтрира шумовете на ценеровия диод и създава малко входно съпротивление на транзистора VT2 по променлив ток. Кондензаторът С3 намалява изходното съпротивление на стабилизатора по променлив ток и създава плавност при регулиране на напрежението.


Регулируеми стабилизатори Петко Кънев
Радио телевизия електроника 1993/10/стр. 20,21

На схемата на фиг. 1 е даден стабилизатор на двуполярно захранване, при което с RP1 се регулира изходното напрежение в обхвата от 0 до +/-27 V едновременно за двете рамена, а с RP2 се регулира самостоятелно отрицателното напрежение в границите 0,2U+изх < Uизх < 1,4U+изх При така избраното съпротивление на Rог максимално консумираният ток от всяко рамо е 1,3 А.

На схемата на фиг. 2 е даден съставен стабилизатор на двуполярно захранване с подобрени характеристики по отношение на товара, т.е. изходното напрежение се променя с по – малко от 0,003% при преминаване от режим на празен ход към пълно натоварване. Защитата по ток е с линейна падаща характеристика, при която консумираният ток е функция на разликата Uзахр – Uизх и е по – гъвкава, отколкото при просто ограничение по ток. Предлаганата схема осигурява ток при късо съединение 3,4 А при разлика между Uзахр и Uизх, по – малка от 9 V, и 0 А при разлика, равна на 29 V. Стойностите на Iтов във функция от Uизх са показани на графиката при така избраната стойност на елементите и захранващо напрежение +/- 30 V. Използваният операционен усилвател LM358 представлява два ОУ в един корпус.


Нисконапрежителен токоизправител Георги Кузев
Радио телевизия електроника 1993/10/стр. 21

Изправител за ниско напрежение може да се построи без понижаващ трансформатор. Схемата му е показана на фиг. 1.

Устройството е разчетено при захранване от мрежата 220V/50 Hz да осигурява ток до 30 mA при изходно напрежение 12 V. Принципът на действие на изправителя се състои в това, че електролитният кондензатор С1 със сравнително голям капацитет се зарежда през положителните полупериоди от напрежението на електрическата мрежа, постъпващо на кондензатора посредством токоограничаващия резистор R1 и превключвателя, построен с елементите VD1 и VS1 и управляван от транзистора VT1

Захранващото напрежение на транзистора VT1 се осигурява от мрежата посредством елементите R1, R2 и VD1. Колекторът на VT1 е свързан с управляващия електрод на тиристора VS1. Ценеровият диод VD2, включен в емитерната верига на VT1, e подбран със стабилизиращо напрежение 11 V. Базата на VT1 посредством резистора R3 е свързана с C1. При така изпълнената схема на свързване на управляващия електрод на VS1 ще се подава отпушващо напрежение с положителна полярност само когато напрежението на С1 спадне под 11,6 V.
При това положениетранзисторът VT1 е запушрн и колекторният му ток е минимален, а тиристорът VS1 e отпушен. Ако обаче напрежението на кондензатора достигне 12 V, VT1 се отпушва и неговият вече увеличен колекторен ток понижава напрежението на управляващия електрод на тиристора до стойност, недостатъчна за отпушването му. От това става ясно, че VS1 ще е включен по – дълго или по – кратко време към променливото мрежово напрежение в зависимост от стойността на консумирания ток.
Включеният на изхода кондензатор с голям капацитет осигурява коефициент на пулсации 0,1%, като коефициентът на стабилизация е 30.
При късо съединение на изхода протичащият през тиристора ток с голяма стойност понижава напрежението в управляващия електрод и VS се запушва.
Тиристорът VS1 може да се замени с КУ202И, КТ712, ST103/2, а ценеровият диод – съответно с КС211Г, КZ260/11. За да се получи необходимата стойност на съпротивлението на резистора R1, може да се използват два резистора тип МЛТ със съпротивление по 24 kOm и мощност 2 W, свързани паралелно.
При монтаж, изпробване и работа с устройството трябва да се има предвид, че схемата е галванически свързана с електрическата мрежа и трябва да се вземат всички мерки за безопасност.


Стабилизиран токоизправител 9V/250 mA Стоян Михайлов
Радио телевизия електроника 2000/4/стр.20,21

Описаният стабилизиран токоизправител е предназначен за захранване на портативни радиоприемници с постоянно захранващо напрежение 9 V и консумация до 250 mA (консумирана мощност до 2,25 W).
Мрежовият трансформатор понижава напрежението от мрежата до необходимата стойност (около 20 V) и я галванично токоизправителя от електрическата мрежа. Може да се използва готов трансформатор за напрежение U2 прибл. = 20 V и номинален ток I2 прибл. = 0,32 А.

Пониженото от трансформатора променливо напрежение се подава към мостова изправителна схема Грец. През положителния полупериод токът протича през диодите VD1, VD4 и през товара, а през отрицателния полупериод протича през диодите VD2, VD3 и през товара в същата посока както през положителния полупериод. По този начин се получава двуполупериодно изправяне на напрежението.
Полученото напрежение има много големи пулсации. То се подава към изглаждащ филтър, който в случая представлява два електролитни кондензатора (С2 и С3). За променливите съставки на изправеното напрежение те имат много малко реактивно съпротивление и шунтират товара по променлив ток, като върху него се получава почти постоянно напрежение.
Стойността на полученото след филтъра напрежение се променя при изменение на консумацията на товара или на ефективната стойност на напрежението от мрежата (по БДС то може да варира от 198 до 242 V). Затова е необходимо след филтъра да има стабилизатор, който поддържа постоянно изходното напрежение независимо от различните дестабилизиращи фактори.
Използван е компенсационен стабилизатор на напрежение.
Еталонният източник съставен от елементите R11 и VD6. Работната точка на ценеровия диод VD6 е избрана върху волт-амперната му характеристика (ВАХ) в областта на ценеровия пробив. В този обхват ВАХ е много стръмна. За това, когато входното напрежение на параметричния стабилизатор се измени, токът през VD6 и R11 също се променя, но напрежението върху VD6 остава почти постоянно.
Към изхода на токоизправителя е свързан резисторният делител R15, R18, R19 за получаване на напрежение, пропорционално на изходното напрежение, което може да се регулира чрез тример-потрнциометъра RP18.
Опорното напрежение от еталонния източник и част от изходното напрежение се подават за сравняване на входовете на диференциален усилвател, осъществен с елементите VT4, VT5, R12, R13 и R17. Toй е съставна част и на усилвателя за обратна връзка, включващ още елементите VT3, VT2 и R7. Транзисторът VT2 осигурява необходимия базов ток на регулиращия транзистор VT1. Той разсейва сравнително голямо количество топлина (Pст1 < или = 2,44 W), затова се монтира върху охлаждащ радиатор, който може да бъде алуминиева плоча с размери 60 х 60 х 3 mm.
Когато поради определен дестабилизиращ фактор изходното напрежение се увеличи, токът през делителя R15, R18, R19 също нараства. Потенциалът на плъзгача на RP18 става по – отрицателен спрямо общия проводник (положителния полюс на изхода на токоизправителя). Транзисторът VT5 се отпушва в по – голяма степен и колекторният му ток се увеличава. Това предизвиква нарастване на спада на напрежение върху R17, при което потенциалът на емитера на VT4 става по – отрицателен. VT4 се запушва и колекторният му ток намалява. Базовият ток на VT3, VT2 и VT1 също намалява, а оттам и колекторният ток на VT1. Пропорционално на него се понижава и изходното напрежение до достигане на номиналната му стойност.
Ако изходното напрежение стане по – ниско от номиналното, схемата действа по аналогичен начин.
Кондензаторът С5 служи за допълнително изглаждане на опорното еталонно напрежение.
За защита на стабилизатора от обратно напрежение са свързани диодите VD7 и VD8.
Koндензаторите С6 и С7 шунтират по променлив ток колекторните преходи на транзисторите VT3 и VT5. Това води до устойчива работа на усилвателя за обратна връзка, предотвратяваща самовъзбуждането на токоизправителя.
Кондензаторът С8 служи за допълнително изглаждане на изходното напрежение.
За да се избегнат стабилизиращите качества при празен ход, активните елементи (VT1, VT2, VT3, VT4 и VT5) трябва да работят в режим на усилване. Това се постига с включването на товарния резистор R16.
Резисторите R3 и R4 определят режима на работа на транзисторите VT1 и VT2.
Електронната система за ограничаване на тока включва елементите R1, R2, VD5, C4, R5, R6 и VT6.
При претоварване или късо съединение на изхода на токоизправителя, колекторният ток на VT1, спадът на напрежение върху R1 и токът през R2 се увеличават. Затова спрямо отрицателния полюс на филтъра и емитера на VT6 се увеличава потенциалът на плъзгача на RP2. Това увеличаване се предава през VD5 и R5 към базата на VT6 и той се отпушва. Потенциалът на колектора му, съответно на базата на VT3, намалява, в резултат на което базовите и колекторните токове на VT3, VT2 и VT1 намаляват. Освен това при претоварване токът през резисторите R5 и R6 се увеличава, което предизвиква допълнително повишаване на базата на VT6. Tова води до силно ограничаване на колекторния ток на VT1.
Чрез тример-потенциометъра RP2 се регулира в известни граници максималният товарен ток, след който започва да действа защитата от претоварване.
VD5 служи за температурна стабилизация на токоизправителя. Делителят на напрежение R8, R10, включен в емитера на VT6, служи за компенсиране на отпушващото напрежение UVD5, приложено към базата на VT6.
При претоварване или късо съединение на изхода на токоизправителя защитата се осигурява от описаната схема за токоограничаване. Когато се получи вътрешно късо съединение (например пробив в някой от диодите на мостовата схема Грец), предпазителят прекъсва веригата към първичната намотка на трансформатора и предпазва останалата част от схемата.
Напрежението от мрежата не е абселютно синусоидно и съдържа хармонични съставки. За да не проникват те и другите промишлени смущения в токоизправителя, паралелно на първичната намотка на трансформатора се свързва кондензаторът С1.
За практическото изработване на токоизправителя от табл. 1 се вземат мощностите на резисторите и работните напрежения на кондензаторите.


Стабилизиран токоизправител за уокмен           Красимир       Клисарски
Радио телевизия електроника 1993/9/стр. 5

Предлаганото устройство (фиг. 1) е предназначено за захранване на малки транзисторни радиоприемници и уокмени с работно напрежение 3 V и консумация до 300 mA. Променливото

напрежение от вторичните намотки на мрежовия трансформатор се изправя с елементите VD1 – VD4 и се филтрира с кондензаторите C1 и С2. В минусовото рамо на двуполярното захранване е включен параметричният стабилизатор R1 – VD5. Toй управлява стабилизирано напрежение -1,7 V за управляващия електроф на DA1. Съпротивлението на резистора R1 е подбрано така, че протичащият през VD5 ток e 25 – 30 mA. Стабилизиращ елемент за 1,7 V е светодиодът VD5. DA1 е интегрален стабилизатор за фиксирано напрежение 5 V. Включването на управляващия му електрод към нулевата шина би гарантирала това напрежение. В описаното схемно решение на управляващия електрод се подава отрицателно напрежение -1,7 V и затова изходното напрежение на DA1 е прибл. = 3,25 V. От същия порядък е захранващото напрежение на две последователно свързани батерии по 1,5 V. При изменение на консумирания ток от нула до 200 mA изходното напрежение намалява само с 11 mV. Такава добра стабилизация трудно се постига с двутранзисторен параметричен стабилизатор и опорен диод КС 133А. Изходният ток е 300 mA и на практика е ограничен от диодите VD1 – VD4. Направените измервания на няколко марки уокмени показаха, че консумацията им е в рамките на 80 – 130 mA при работа и 180 – 210 mA за уокмени без автостоп в края на касетата.

Токоизправителят работи много добре и с електронни елементи със занижени параметри. Регулаторът DA1 е монтиран на алуминиева пластина с размери 20 х 55 mm и дебелина 2 mm. За пиков ток до 300 mA може да се използва трансформатор с Ш – образна ламела със сечение на магнитопровода 2,1 кв sm (ламела с широчина на средното ядро 12 mm и пакет с дебелина 18 mm). Първичната намотка има 4620 нав. фи 0,35 mm. При по – голяма консумация от посочената трансформаторът трябва да се преоразмери и диодите да се подменят с 1N4001. Графичният оригинал на печатната платка е показан на фиг. 2а, а разположението на елементите на фиг. 2б. Светодиодът VD5 е изнесен извън платката и се използва като индикатор на включено захранване.
ЛИТЕРАТУРА
1. Клисарски К. Адаптер за уокмен. – Радио, телевизия, електроника, 1991, N 7.

Стабилизатори с МАА723 инж Б. Кожухаров
Радио телевизия електроника 1977/7/стр. 21, 22

Статията има за цел да запознае читателите с интегралната схема МАА723 и приложението и в стабилизираните токозахранващи устройства.
Тази микроелектронна схема спада към стабилизиращите интегрални схеми. Товарните напрежения и токове за нея са точно определени. Има изводи само за източник на товар, което значително опростява строежа на токозахранването. Освен това тя има изводи, чрез които може да се разшири обхватът на приложението и, по – точно използва се за различни товарни токове и напрежения.

На фиг. 1 е показан принципният строеж на стабилизиращата микроелектронна схема МАА723. Тя съдържа:
- източник на опорно напрежение, което се получава независимо от стабилизацията;
- регулиращ усилвател с диференциален вход като сравняваща схема; това в същност е операционен усилвател;
- управляващ транзистор;
- защита против претоварване по ток – ограничаващ транзистор.
Тъй като основен блок в схемата е регулиращият усилвател, ще го разгледаме. Терминът „операционен усилвател” за първи път се появява през 1947 г., когато започва моделирането на различни функции (операции) с помощта на усилвател, обхванат от обратна връзка. По – късно подобни усилватели широко се използват в аналоговите изчислителни машини и с течение на времето терминът става общоприет. Понастоящем „операционен усилвател” (ОУ) обикновено се нарича усилвател на напрежение, който има в честотната лента на пропускане коефициент на усилване няколко хиляди и повече. Той има два входа – инвертиращ и неинвертиращ, голямо входно съпротивление и много ниско изходно съпротивление.
В разглежданата схема ОУ изпълнява регулираща роля, като сравнява опорното напрежение с изходното на стабилизираното захранване, изработвайки управляващо напрежение за поддържане на неизменно изходно напрежение на стабилизатора. На фиг. 2 а, б са дадени номерата на изводите на корпуса.

Схемата (фиг. 3) се свързва чрез някои допълнителни елементи, зависещи от това, какво напрежение се стабилизира и какъв ток ще се консумира. Техническите данни са следните:
За различни напрежения на мястото на R1 и R2 може да се постави потенциометър със стойност над 7 кОm, но по – малка или равна на 10 кОm. Taka ще може да се регулира изходното напрежение. Не трябва да се забравя и максималната разсеяна мощност, която за по – високите напрежения се достига при по – малък ток.
Друг вариант на свързване при стабилизация на по – високи напрежения е даден на фиг. 4. Технически данни:

Както се вижда, схемата МАА723 има широки възможности относно стабилизираното изходно напрежение. Възможно е да бъдат разширени начините и за използване при консумация на по – голям ток. Това става с добавянето на един транзистор (фиг. 5).

На тази фигура е показано най – простото решение. Мощният транзистор се включва като емитерен повторител след стабилизирането. От това схемата принципно не се променя. Може да се използват и PNP мощни транзистори, ако се окаже по – резултатно. Необходимите изменения са дадени като

допълнение към фиг. 5.

На фиг.6 и 7 са показани две разработени схеми на стабилизирани токозахранващи устройства за 5V при консумиран ток 1 А и 3 А на базата на микроелектронна схема МАА723.

Параметри и основни приложения на ИС тип 723 в линейни стабилизатори на напрежение     Радио телевизия електроника 1997/1-3/Справочник

BXA75 - DC/DC преобразуватели с ниско ниво на шума  Радио телевизия електроника 1997/1-3/Справочник

Миниатюрно AC/DC захранване с мощност 65 W и собствена корекция на фактора на мощността   Радио телевизия електроника 1997/4-6/стр. 14

NLP40 - Най - малкото AC/DC електрозахранване с мощност  40 W в света  Радио телевизия електроника 1996/10/стр. 25

SIP20 - Нова серия от неизолирани DC/DC преобразуватели Радио телевизия електроника 1998/6/стр. 29

NLP150 - Най - малкото електрозахранване с мощност 150 W, универсален вход и корекция на фактора на мощността   Радио телкевизия електроника 1998/6/стр. 29

BXA15  и  BXA30 - DC/DC преобразуватели с мощност 15 W и 30 W Радио телевизия електроника 1997/1-3/стр. 25,26

Регулируема електронна защита И. Веселинов (По материали на: DC Power supply Hewlett Packard)
Радио телевизия електроника 1977/2/стр. 29, 30

Регулируемата електронна защита е предназначена за защита на крайни изходни стъпала на НЧ усилватели или източници на ток. Изработена е така, че да може допълнително да се вгради в готово устройство. Има голяма бързина на изключване. Реагира дори и на разколебаване на захранващото устройство, при което запазва стабилността си до максимално ограничения ток.. Има възможност за регулиране на тока от 0,5 до 4 А при напрежение от 6 до 60 V; максимално падение на напрежението – 1,6 V при 4 А.

Схемата е дадена на фиг. 1. Отпушването и запушването на Т1 се управлява от транзисторите Т2, Т3, Т4. Когато Т1 е отпушен, са отпушени и Т2 и Т3. Транзисторът Т4 е запушен и се довежда до проводимо състояние при определено напрежение на неговата база, свързана с делителя R6, R4. Спадът на напрежението се разпределя между R1 и прехода колектор – емитер на Т1. При увеличаване на стойността на консумирания ток се увеличава и спадът на напрежението върху R1, T1 и базата на Т4. Когато това напрежение достигне определено ниво, Т4 се отпушва. Намаляването на напрежението на колектора на този транзистор предизвиква запушването на Т3, Т2 и Т1. Спадът на напрежението върху Т1 поддържа отпушен Т4, докато консумираният ток не спадне под зададената му стойност. Кондензаторът С1 премахва възможното разколебаване на схемата.
Елементите на схемата се монтират на печатна платка, показана на фиг. 2. Резисторът R1 е навит върху керамично тяло с проводник под 10 Om/m и трябва да разсейва мощност, не по – малка от 6 W. Под Т1 е необходимо да има разстояние (поне 1 cm) до платката, определено с дистанционни втулки. Ако защитата ще се използва в токозахранващо стъпало, тример-потенциометърът R5 може да се замени с линеен потенциометър и обхватът му да се регулира за определени стойности на тока. При пускане на защитата в действие, R5 трябва да се постави на максимално съпротивление, което отговаря на минималкния ток, при който ше задейства защитата. Ако искаме през малки интервали от време да опитваме правилното действие на схемата след задействане на защитата, необходимо е захранването на източника да се прекъсне или да се изчака около 1 min за разреждането на кондензатора му.
Възможни са следните промени в транзисторите:
T1 – KU605, KU606, KU607;
T2 – 2N2904, 2T6821, KFY18;
T3 – 2T6551; KF508;
T4 – BC108, KC509, 2T3109.

Стабилизатори на напрежение в интегрално изпълнение 1РН01А, 1РН01Б н.с. Петя Кишева, Ботевград
Радио телевизия електроника 1977/2/стр. 21, 22

За захранването на варикапни диоди в телевизионни приемници е необходим източник на много стабилно напрежение с номинална стойност около 33 V.
Може да се използват един или няколко последователно свързани дискретни ценерови диода, но за постигане на малък температурен коефициент е необходимо свързването на допълнителни елементи и осигуряване на подходяща температурна връзка между тях.
За избягване на неудобствата, свързани с използването на дискретни диоди, са разработени интегрални схеми (тип ТАА550, МАА550, ZTK33 и др.), които имат същата волт-амперна характеристика като обикновен ценеров диод, но се характеризират с малък температурен коефицирнт на стабилизираното напрежение.
Аналог на тези схеми е разработен и се произвежда в Института по полупроводникова техника в Ботевград (~1977 г.).
Принципната електрическа схема на стабилизатора е дадена на фиг. 1.

Постъпващият от външен генератор ток 1 се разпределя между опорната група Z и транзистора Т. През опорната група протича ток, определен от отношението Ube/R, при условие, че транзисторът е с достатъчно голям коефициент на усилване по ток, за да поеме измененията на захранващия ток.
Опорната група, включена успоредно на прехода колектор-база на Т, се изготвя от последователно свързани три обратнополяризирани емитер-базови преходи.
Известно е, че пробивното напрежение на PN преходи е температурно зависимо. За пробива с лавинен механизъм (над 5,5 – 6 V) температурният коефициент е положителен, като стойността му се изменя в зависимост от тока, напрежението и температурния интервал, за който се определя.
Температурният коефициент на право поляризиран емитер-базов преход е отрицателен.
В процеса на изготвяне на интегралните схеми, неминуемо се получава статистически разброс на параметрите на елементите им. Предварителното изравняване на температурните коефициенти на елементите в опорната верига чрез включване на определен брой право поляризирани диоди е трудно и несигурно. Затова последователно на шестте диода се включва транзисторно стъпало, което се държи като (1 + R1/R2) броя право поляризирани диоди. Съпротивлението R1 се изготвя на отделни секции и с допълнителна фотолитографска операция се свързва подходяща част от него. Така се променя ефективният брой на правополяризираните диоди, като в резултат се изменя стабилизираното напрежение. Температурният коефициент се поддържа в границите от -3 до +1,5 mV/C, независимо от технологическия разброс и причинените от него вариации на пробивното напрежение и температурния коефициент на обратно поляризираните диоди.
Колкото по – голям е броят на секциите на съпротивлението R1, толкова по – точно може да се компенсира ТКИz, но това е свързано с увеличаване броя на необходимите фотошаблони и с прецизен сондов контрол.
За добрата температурна компенсация допринася и силната топлинна връзка между елементите в интегралната схема.
Важна особеност на схемата е, че колекторите на всички транзистори са под еднакъв потенциал, следователно отпада необходимостта за изолирането им и схемата се изготвя по стандартния технологичен цикъл на планарно-епитаксиални транзистори на силициев кристал с размери 0,5 х 0,5 mm.
Българските схеми 1РН01А са оформени в метално-стъклен корпус с два извода от типа ТО-18/2, а 2РН01Б са в пластмасов корпус ТО-92, при което средният извод е свободен (фиг. 2).
Минималният ток, при който схемата стабилизира, е 2 mA. С намаляването му диференциалното съпротивление на стабилизатора започва бързо да расте (фиг. 3).
Максимално допустимият ток се определя в зависимост от максимално допустимата мощност, разсейвана от корпуса, при зададена температура на околната среда (фиг. 4).
При осигуряване температурата на корпуса Тк < или = 65 С максимално допустимият ток е 15 mA.
Схемите 1РН01А могат да работят при температура на околната среда от минус 20 С до плюс 120 С, а 1РН01Б – от минус 10 С до плюс 100 С.
При номинален ток 5 mA стабилизираното напрежение е в границите 28,5 - 36 V, диференциалното съпротивление е под 25 Om (при честота 1 кHz), а температурният коефициент на стабилизираното напрежение е от -3,2 до +1,6V/C за температура на околната среда от 0 до 50 С.
Независимо от вида на корпуса си, схемите се ят на групи в зависимост от големината на стабилизираното напрежение, означени с цветен код:
Червен - Uz = [28,5 – 32,2] V,
Жълт - Uz = [32 – 34] V,
Зелен - Uz = [34 – 36] V.
Препоръчителната схема на свързване на стабилизаторите е дадена на фиг. 5.
Стойността на външното захранващо напрежение U трябва многократно да превишава стойността на стабилизираното напрежение на интегралната схема. Стойността на резистора R1 се избира такава, че да се осигури през схемата желаният номинален ток (около 5 mA); R2 > или = 22 Om, C1 = 300 – 4700 pF. Кондензаторът С2 се свързва, ако е необходима филтрация на нискочестония шум и стойността му е над 10 мкF.

Изключваща автоматика Д. Г.
„Млад Конструктор” 1987/1/стр. 14

Нерядко поради разсеяност, забравяме да изключим батерийното захранване на някой измервателен уред след краткотрайно измерване. И точно когато този уред отново ни потрябва, се оказва, че батерията се е изтощила и че не разполагаме с друга. С предложената схема на автоматичен изключвател на захранването се избягват подобни неприятности.

При включване на измервателния уред, кондензаторът С се свързва през диода Д към +9 V. Понеже С е разреден отначало, гейтът на транзистора Т3 се „издърпва” към същото това напрежение, така, че транзисторите Т2 и Т3 се отпушват. Такова е положението, когато уредът е нормално включен чрез К.
Ако забравим ключа К затворен по – продължително време, кондензаторът С започва да се разрежда бавно през резистора R2. След около 2-3 минути, напрежението върху него спада, като спада и гейтовото напрежение на Т3. При определена стойност този транзистор се запушва, като се запушва и транзисторът Т2, с което веригата на захранването се прекъсва. Транзисторът Т1 е включен, за да се разрежда С веднага, когато уредът се изкл/чи с К.
Елементите от схемата се монтират на малка печатна платка, която се поставя някъде в измервателния уред. Необходимо е проводникът от положителния поилюс на захранването след ключа К да се прекъсне, като краищата му се свържат към сорса и дрейна на MOS – транзистора Т2. За Т2 може да се използва и биполярен транзистор от типа ВС516. Тогава между дрейна на Т3 и базата на Т2 трябва да се включи резистор 1 Mom. Но трябва да се има предвид, че с MOS-транзистори, по – добре се използва капацитетът на батериите.

Някои данни за ИС АК317 (LT317, MC317 и др.) Радио телевизия електроника 1998/7/стр.28,29

Пълни комплекти аналогови схеми за компютри тип НОУТБУК Радио телевизия електроника 1995/7/Справочник

DC/DC преобразуватели BXB100    Радио телевизия електроника 1996/11,12/стр. 26

SXA 15-DC/DC преобразуватели за повърхностен монтаж  Радио телевизия електроника 2001/5/вътрешна корица

DC/DC преобразуватели от 2 до 200 W, Серии BXB, BXA, NFC, Радио телевизия електроника 1997/8/Справочник

DC/DC преобразуватели с мощност 40 W - Серия EXA40  Радио телевизия електроника 2000/1/стр. 30 (някои данни)

Материалите подготви за сайта:

Иван Парашкевов

e-mail: ivanparst@dir.bg

         главна страница      напред        горе