Описание принципа действия устройства

Стабилизатор напряжения - электрическое устройство, получающее питание от внешнего источника питания и выдающее на своём выходе напряжение, не зависящее от напряженияпитания. Данныйстабилизаторпредназначен для питания устройств в процессе их налаживания.

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади

Он защищает устройства от повышения или понижения напряжения питающей сети. Работа стабилизатора происходит без разрыва цепи нагрузки, без искажения формы выходного напряжения, что имеет большое значение. Использование стабилизатора напряжения позволяет увеличить ресурс и срок службы оборудования, а так же к экономии электроэнергии.

Входное напряжение и мощность рассеяния

Входное напряжение для интегрального стабилизатора (ИС) должно быть минимум на 2 Вольт больше выходного и не превышать 40 Вольт. ИС LM-317 рассчитана на нормальную оптимальную (долговременную) эксплуатацию при токе в 1,5 Ампер (для корпуса ТО-220, показанного на рисунке). Мощность рассеяния, выделяемая в виде тепла, может ограничить выходной ток до меньшего значения (если нет эффективного теплоотвода - UA9LAQ). Рассеиваемая на ИС мощность может быть рассчитана как разность между входным и выходным напряжениями ИС в вольтах, умноженная на выходной ток стабилизатора в амперах.

Выбираем сопротивления резисторов

Для правильной работы ИС сумма сопротивлений резисторов R1 и R3 должна иметь такое значение, которое бы обеспечивало ток примерно 8 мА (0,008 Ампер) при необходимом выходном стабилизированном напряжении (Vo). Разделите величину необходимого выходного напряжения Vo на 0,008, чтобы получить суммарный номинал резисторов R1, R2 и R3. Этот номинал не очень критичен и обеспечит (при приведённом расчёте) максимальное значение сопротивлений резисторов. Значение тока в 8 мА (0,008 А) - идеально, но может быть и выше (например, 10 мА), если необходимо согласовать этот ток с имеющимися в наличии номиналами резисторов.

R1 + R2 + R3 = Vo/0.008

Значение сопротивления потенциометра (R2) зависит от желаемого диапазона выходных напряжений стабилизатора. Чаще всего, сопротивление потенциометра составляет 10% от суммы сопротивлений резисторов R1 и R2. Поскольку, приведённая здесь информация носит обобщённый характер, то сопротивление потенциометра и постоянных резисторов может быть уточнено экспериментально. Выходное напряжение стабилизатора (Vo) есть функция от соотношения сопротивлений резисторов R1 и R3. Переменный резистор R2 используется для установки желаемого выходного напряжения стабилизации. Чтобы рассчитать примерные значения сопротивлений резисторов R1 и R3, воспользуйтесь формулой: Vo = 1.25 (1 + R1/R3). Стандартные значения ряда сопротивлений резисторов можно использовать в стабилизаторе с фиксированным выходным напряжением или с переключением напряжения ступенями. Следует пользоваться номиналами резисторов, ближайшими к расчётным. С помощью R2 производится точная установка выходного напряжения (точного соотношения сопротивлений) стабилизатора.

Вот что удалось получить при 3 положениях переменного резистора:

Рисунок 8

Далее нагрузку стабилизатора составил стабилизатор резистор на 25 Ом и картина полностью преобразилась:

Рисунок 9

Далее решено было проверить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для чего задано входное напряжения 15В, подстрочным резистором выставлено выходное напряжение около 5Вольт, и выход нагрузил переменным 100 Омным проволочным резистором. Вот что получилось:

Рисунок 10

Методика испытаний данного устройства состоит в замере напряжений на входе и выходе стабилизатора напряжения. Измерения будем проводить при помощи осциллографа, подключенного соответствующими каналами ко входу и выходу стабилизатора напряжения. Для получения входного напряжения для стабилизатора используем понижающий трансформатор (как наиболее простое и распространенное решение), со вторичной обмотки которого снимаем переменное напряжение, которое выпрямляем при помощи диодного моста (двухполупериодного) и подаем на вход рассчитанного стабилизатора, U=20 В. К выходу стабилизатора подключаем нагрузку, рассчитанную по формуле R_{нагрузки} =10 Ом.

R_{нагрузки} =Uвых/ Iвых.

5. В случае, если система не работает, провести диагностику неисправности и, найдя неисправность, устранить её (п.1.7).

Защита и стабилизация

Диод D1 и конденсатор С2 могут отсутствовать. Диод защищает микросхему от обратных напряжений, которые могут возникать в некоторых электронных схемах. Конденсатор С2 немного замедляет реакцию микросхемы на изменения напряжения, но и уменьшает возможность наводок, при расположении стабилизатора в местах с сильными электромагнитными полями. Для упрощения схемы, резистор R2 может быть изъят, при этом, резистор R1 соединяется непосредственно с R3, а точка их соединения подключается к управляющему электроду LM-317. Постоянные резисторы стандартных номиналов, однако, ограничивают возможности ИС.