Каталог радиолюбительских схем

Низковольтный стабилизатор

В.Беседин, г.Тюмень, а/я 1310

В последнее время появилось большое количество аппаратуры, питаемой напряжением 3В (плейеры, радиоприемники, микрокалькуляторы и т.п.). Несмотря на небольшое количество гальванических элементов, используемых для питания такой аппаратуры, в стационарном положении все-таки выгоднее питать ее от сети.

Перепробовав несколько схем стабилизаторов, автор остановился на описанном в [1], модернизировав схему стабилизатора с учетом требования получения малого напряжения.

Рис. 1. Схема низковольтного стабилизатора

Стабилизатор (рис.1) выполнен в виде приставки к более высоковольтному блоку питания, например описанному в [2], но может являться и частью самостоятельного блока питания, для чего к стабилизатору необходимо добавить понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 5...7 В. Можно использовать трансформаторы от старой ламповой аппаратуры с обмоткой накала ламп, выпрямительный диодный мост и емкостный сглаживающий фильтр (оксидные конденсаторы достаточной емкости - 2000...5000 мкФ х 16...25 В). При использовании малогабаритных деталей такой БП может быть размещен в небольшой коробке, прикрепленной к сетевой вилке (как сейчас модно).

Стабилизатор нечувствителен к коротким замыканиям, регулирующий транзистор может быть установлен на металлическом корпусе приставки без прокладки, т.е. корпус приставки является одновременно и "развернутым" радиатором. Недопустимо в этом случае касание корпуса приставки с корпусом БП [2], что приводит к замыканию коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VT1; полное входное напряжение приставки поступает к низковольтной аппаратуре, питаемой через приставку.

Входное напряжение стабилизатора-приставки может быть в пределах 4,5...13,5 В и даже выше, но нужен эффективный теплоотвод для регулирующего транзистора VT1. С увеличением входного напряжения падает КПД стабилизатора. Наивыгоднейший режим использования стабилизатора-приставки устанавливается тогда, когда он настроен под конкретное входное напряжение с шагом в 1,5 В, хотя может быть использован, с тем или иным успехом, во всем вышеуказанном диапазоне входных напряжении. Для примера рассмотрим настройку при входном напряжении 9 В.

В смонтированном стабилизаторе отпаиваем вывод стабилитрона VD1 от плюсовой шины. В разрыв включаем миллиамперметр с пределом 10...30 мА, включаем источник входного напряжения 9 В и подбором сопротивления резистора R1 устанавливаем ток через стабилитрон VD1, равный 10 мА. Отключаем входное напряжение, восстанавливаем соединение.

Подключив к выходу стабилизатора резистор 3 Ом с мощностью рассеяния не менее 2 Вт, вновь подключаем источник входного напряжения 9 В. Параллельно нагрузочному резистору подключаем вольтметр постоянного тока с пределом 3...6 В. Вращая движок подстроечного резистора R2, устанавливаем выходное напряжение стабилизатора равное 3 В. Отключая и подключая нагрузочный резистор, отмечаем изменение выходного напряжения. Если это изменение составляет более 0,35 В, необходимо при подключенном нагрузочном резисторе 3 Ом (лучше даже 2,7 Ом) как можно точнее подобрать значение сопротивления резистора R3 по максимальным показаниям вольтметра на выходе стабилизатора, т.е. поднять порог начала ограничения выходного напряжения стабилизатора. Все перепайки необходимо осуществлять при отключенном входном напряжении. Необходимо также проверить, не выходит ли стабилитрон VD1 из режима стабилизации напряжения при подключении нагрузки.

Убираем нагрузочный резистор, подключаем аппаратуру, которую необходимо питать напряжением 3 В, на вход стабилизатора-приставки, подключаем напряжение 9 В, на включенном аппарате устанавливаем точное значение напряжения питания 3 В при максимальном потребляемом аппаратом токе. Приставка, будучи подключенной непосредственно к гальваническим элементам, например типа 316, может регенерировать их, увеличивая срок службы. Гнезда аппаратуры для подключения внешнего питания обычно имеют контакты, разрывающие цепь батареи. Их нужно замкнуть. Увеличение напряжения на выходе приставки при сбросе нагрузки (выключении аппарата) создает избыток напряжения на гальванических элементах и этим самым — небольшой зарядный ток, при котором происходит регенерация элементов, однако последние не нагреваются [2]. В качестве регулирующего транзистора VT1 следует выбирать такой, который имеет меньшее напряжение насыщения при большем токе. VT2 должен иметь большой коэффициент усиления по току. В качестве диода VD2 можно использовать любой кремниевый или германиевый диод с максимальным прямым током не менее 100 мА.

Для улучшения сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на входе приставки можно включить оксидные конденсаторы, максимальная емкость которых не ограничена, т.е. чем больше, тем лучше. На выходе приставки увеличивать емкость более чем до 1000 мкФ не имеет смысла, тем более, что это замедляет время реакции на изменение нагрузки, при к.з. например. Площадь радиатора зависит от разницы между входным и выходным напряжениями и потребляемого радиоаппаратурой тока и может быть рассчитана по методике, приведенной например в [3]. Стабилизатор-приставка может быть настроен и на другое выходное напряжение, которое устанавливается R2. Если применить в качестве резистора R3 переменный на 220...470 Ом, можно оперативно "выставлять" и порог начала ограничения выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки, т.е. получается регулируемая защита по току.

РадиоЛюбитель, №11, 1995 г.

К нам пришло письмо:
Привет коллеге по увлечениям! Сайт интересный. Есть маленькое замечание по поводу статьи Беседина "Низковольтный стабилизатор". В своё время собирал исходную схему. Работала как танк!
Усовершенствование интересное, но отладку можно немного изменить. Для подбора R1(установка ток VD1) автор рекомендует отпайку VD1 и прямой замер его тока. Известно, что это не самое удачное решение, особенно для этой схемы, где проще рассчитать этот ток, чем измерять его. Замерив напряжение на VD1(R2) , вычисляем текущий через R2 ток (отбор тока составным тр-ром можно не учитывать ввиду его малости). Зная напряжение на R1, вычисляем текущий через него ток и вычитаем ток R2, получая в остатке ток VD1.
С уважением, Михаил.