В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Рис. 5.18. б)монтажная плата блока питания; в)конструкция блока питания

5.5.7. Блок питания со стабилизатором компенсационного типа

Этот блок питания служит для питания микросхем и имеет выходное напряжение, равное 5 В. В нем используется стабилизатор компенсационного типа, в котором благодаря наличию отрицательной обратной связи обеспечивается постоянство напряжения на нагрузке (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Схема блока питания со стабилизатором компенсационного типа

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора TV1 примерно 3,5 В, выпрямленное напряжение на конденсаторе С1 равно 5,5…6 В. Выходное напряжение с делителя напряжения R2R3 подается на инвертирующий вход (вывод 9 ) операционного усилителя, а образцовое напряжение, снимаемое со стабилитрона VD5, подается на неинвертирующий вход (вывод 10 ). Изменение напряжения между инвертирующим и неинвертирующим входами на несколько сотен микровольт вызывает изменение выходного напряжения в пределах его полного диапазона, определяемого ЭДС источника питания ОУ. Обычно схема включения ОУ такова, что с помощью внешней отрицательной обратной связи напряжение подается с выхода на вход, в результате чего разность напряжений между входами становится равной почти нулю. Поэтому при изменении (например, увеличении) напряжения на выходе стабилизатора изменится (увеличится) напряжение на инвертирующем входе ОУ, а это в свою очередь приведет к уменьшению выходного напряжения, и наоборот. Сопротивление транзистора VT1 увеличится (так как на его базе уменьшится положительное напряжение), напряжение на нагрузке уменьшится. Это приведет к тому, что напряжение между выводами 9 и 10 станет практически равно нулю. Этот переходный процесс длится несколько микросекунд. Напряжение на выходе блока питания можно определить по упрощенной формуле:

U вых= U ст∙( R2+ R3)/ R3

где U ст— напряжение на стабилитроне VD5.

Изменяя в небольших пределах сопротивления резисторов R2, R3, можно изменять выходное напряжение источника. При этом, как видно из формулы, выходное напряжение не может быть меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD5. Резистор R4 ограничивает выходной ток, конденсатор С2 предотвращает возбуждение операционного усилителя. Коэффициент стабилизации стабилизатора составляет 200…400, а выходное сопротивление — несколько миллиом. Сила максимального выходного тока равна произведению предельно допустимой силы выходного тока ОУ на коэффициент h 21этранзистора VT1 и составляет примерно 150 мА.

Трансформатор выполнен на магнитопроводе Ш16х35, первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭВ-2 0,1, а вторичная — 55 витков провода ПЭВ-2 0,47. Конструкция блока питания произвольная. Детали выпрямителя и стабилизатора напряжения можно смонтировать на печатной плате или навесным методом.

Выводы деталей пропускают через отверстия в плате и соединяют между собой (по принципиальной схеме) непосредственно или отрезками монтажного провода с другой стороны платы.

5.6.1. Номограммы для расчета RC- и LC- фильтров нижних частот

Конструирование различной аппаратуры почти всегда сопряжено с расчетом сглаживающих фильтров, которые применяются для уменьшения амплитуды пульсаций напряжения, используемого для питания электронных устройств и в цепях развязки по низкой частоте. Наибольшее распространение получили Г-образные RC-и LC-фильтры. Способность фильтра уменьшать пульсации характеризуется коэффициентом сглаживания:

К c= р вх/ р вых

где р вхи р вых— коэффициенты пульсаций на входе и выходе фильтра.

Величина р вхопределяется режимом работы выпрямителя. Коэффициент пульсаций на выходе фильтра р выхзависит от характера нагрузки и находится в пределах от 0,00001 до 0,2.

Для расчета Г-образных фильтров используются формулы:

RC= 1,5∙10 5∙ K c/ m 2 f 2

LC= 2,5∙10 4∙( K c+ 1)/ m 2 f 2

где R, L и С — элементы сглаживающих фильтров, измеряемые соответственно в Ом, Гн, мкФ; К с— коэффициент сглаживания; m — число фаз выпрямления (для однополупериодной схемы m = 1; для двухполупериодной, мостовой и параллельной схемы удвоения m = 2); f — частота выпрямляемого тока, Гц.

Расчет фильтров значительно упрощается при использовании номограмм, приведенных на рис. 5.20, а и рис. 5.20, б . На номограмме для расчета RC-фильтров (рис. 5.20, а ) по оси I отложена в логарифмическом масштабе частота питающей сети, по оси II — величина К с, тоже в логарифмическом масштабе с модулем в два раза меньшим, чем модуль оси I. По осям III и IV отложены соответственно величины емкости в микрофарадах и сопротивления в омах. Модуль осей III и IV равен модулю оси I. Пользоваться номограммой следует так: через точки, соответствующие заданной частоте и требуемой величине К с, проводится прямая до пересечения с осью III. Точка встречи прямой с осью III определяет линию равных произведений RC (наклонные прямые линии, расположенные между осями III и IV), представляющую собой геометрическое место точек, у которых произведение R и С есть постоянная величина. Обычно при расчете оказывается заданным значение какого-либо одного элемента фильтра — R или С .

Рис. 5.20, а. Номограммы для расчёта RC-фильтров нижних частот

Рис. 5.20, б. Номограммы для расчёта LC-фильтров нижних частот

Определение величины другого элемента заключается в отыскании на выбранной линии равных произведений такой точки, у которой проекция на координатную ось соответствует заданной величине.

Проекция найденной точки на другую ось определит искомую величину. На рисунке приведен пример пользования номограммой для следующих условий: f = 750 Гц, m = 1, К с= 100. Если задано R = 200 Ом, то необходимая величина емкости С = 100 мкФ; если задано С = 25 мкф, то R = 800 Ом. Если оказывается, что одно звено фильтра не обеспечивает необходимую величину К с, можно использовать два или более последовательно включенных звена. В этом случае общий коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания каждого звена.