Как проектировать электронные схемы - Галле Клод (читать книги TXT) 📗
Импульсная техника используется не только для создания источников питания, работающих от сети. Часто необходимо понизить относительно высокое постоянное напряжение до заданного стабилизированного значения. Если для выполнения такой задачи используется серийный аналоговый стабилизатор, то неизбежно встает проблема рассеяния значительной мощности. Схема, данная на рис. 2.73в, представляет собой оригинальный вариант использования классической микросхемы LM723. Она управляет импульсным источником питания, способным обеспечить в нагрузке максимальный ток 2 А при напряжении 5 В. При этом напряжение на входе может достигать 28 В. Рабочая частота составляет около 20 кГц, остаточные колебания выходного напряжения не превышают 40 мВ.
При значительной разнице напряжений между входом и выходом мощность, рассеиваемая силовым регулирующим элементом (транзистор Дарлингтона р-n-р типа), намного ниже, чем в традиционных схемах.
На рис. 2.73 г показан пример использования специализированной микросхемы типа TL497. Здесь представлен преобразователь с входным напряжением 12 В, который может обеспечить на выходе до 28 В при максимальном токе 3 А.
Важную роль в работе устройства играет дроссель, накапливающий энергию и в нужный момент отдающий ее в нагрузку. Модель TL497 отличается от других аналогичных микросхем принципом генерации сигналов. Стабилизация производится не за счет варьирования длительности импульсов, а в связи с изменения частоты их следования. Если источник питания нагружен слабо или не нагружен совсем, импульсы следуют с частотой порядка 1 Гц. В таком режиме можно слышать легкие щелчки, исходящие от дросселя, частота которых при работе регулирующего устройства изменяется в соответствии с частотой следования импульсов.
СТАБИЛИЗАТОРЫ НА ДИСКРЕТНЫХ КОМПОНЕНТАХ
При разработке источника питания, как правило, используют одну из специализированных серийных микросхем стабилизаторов. Наряду с этим можно построить простую схему стабилизатора на дискретных компонентах. Схема, представленная на рис. 2.74а, позволяет получить на выходе высокостабильное регулируемое напряжение.
При необходимости переменный резистор можно вынести за пределы устройства для удобства регулировки. Тип балластного транзистора выбирается в соответствии с требуемым током. Если он не превышает 200 мА, можно использовать транзистор ВС547, при более высоких токах (вплоть до 1 А) потребуется составной транзистор Дарлингтона типа TIP 122. Мощность, рассеиваемая транзистором, определяется разностью входного (на коллекторе) и выходного (на эмиттере) напряжений, а также потребляемым током. При значительной величине рассеиваемой мощности требуется принять меры для охлаждения транзистора.
Вторая схема (рис. 2.74б) дополнительно обеспечивает ограничение выходного тока. Уровень ограничения определяется сопротивлением резистора, включенного последовательно с нагрузкой. Как только напряжение на его выводах достигает порога открывания третьего транзистора (около 0,6 В), по коллекторной цепи начинает протекать ток. Это приводит к уменьшению проводимости балластного транзистора и к снижению выходного напряжения стабилизатора. При выборе типа резистора необходимо, как обычно, оценить рассеиваемую им мощность.
СТАБИЛИЗАЦИЯ ТОКА
Сегодня ассортимент интегральных импульсных стабилизаторов напряжения весьма широк. Для их использования в устройствах с небольшим потребляемым током, как правило, достаточно добавить несколько резисторов, конденсаторов, дроссель и быстродействующий диод. К этому же семейству принадлежат и некоторые микросхемы стабилизаторов тока, в основном предназначенные для зарядки аккумуляторов. Они также работают при весьма ограниченных токах.
Для стабилизации и регулировки более значительных токов можно использовать устройства на базе стабилизатора напряжения. В данном случае задача состоит в том, чтобы преобразовать ток в соответствующее ему напряжение и приложить его к тому входу стабилизатора, который обычно используется для измерения выходного напряжения. Для получения нужного напряжения в цепь потребляемого тока включаются один или несколько резисторов (рис. 2.75).
Иногда возникает необходимость усилить это напряжение, чтобы довести его до уровня, требуемого стабилизатору.
Основой устройства является популярная микросхема импульсного стабилизатора типа SG3524 (или LM3524). Эта схема может работать непосредственно на сравнительно маломощную нагрузку или, как показано на рисунке, управлять коммутатором повышенной мощности (в том числе переключателем на МОП транзисторах). Стабилизация основана на модуляции длительности импульсов, следующих с постоянной частотой. Имеющийся в микросхеме дифференциальный усилитель постоянно сравнивает сигнал, в данном случае пропорциональный регулируемому току (на выводе 1), с установленным опорным уровнем (на выводе 2), который должен находиться в диапазоне 1–4 В. В этом же диапазоне находится и напряжение, пропорциональное току. Следует выбирать измерительные резисторы с учетом рассеиваемой ими мощности, которая иногда достигает значительной величины.
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЛЕ
Защита управляющего транзистора
Для управления реле обычно используются дискретные транзисторы или компоненты микросхемы, содержащей матрицу транзисторов (см. раздел «Транзисторные матрицы»). Параллельно обмотке реле всегда включается защитный диод (рис. 2.76).
При протекании тока управления через обмотку в ней накапливается энергия, которая препятствует прекращению тока при выключении транзистора.
Если не принять меры предосторожности, это явление может вызвать импульс напряжения, опасный для управляющего транзистора. Диод обеспечивает путь протекания индуктивного тока при выключении реле, что предохраняет транзистор от перегрузки.
Реле с самоблокировкой
В электротехнике широко используется реле с самоблокировкой, у которого питание обмотки осуществляется через один из контактов. Такая схема имеет ряд достоинств. В частности, она позволяет избежать ситуации, когда управляемое устройство, отключившееся из-за снятия напряжения питания, неожиданно включается снова при возобновлении питания. Также имеется возможность выполнять включение и выключение с помощью двух независимых кнопок. Для этого требуется реле, имеющее по крайней мере два нормально разомкнутых контакта.
На схемах, приведенных на рис, 2.77а, б, показаны два упомянутых варианта применения реле с самоблокировкой. Кроме этого, представлена схема включения индикатора отсутствия напряжения сети (рис. 2.77в).
Индикаторный светодиод подключен к батарейке или аккумулятору через нормально замкнутый контакт реле, катушка которого питается сетевым напряжением 220 В. Нажатие на кнопку (она должна быть рассчитана на напряжение сети) вызывает срабатывание реле, которое остается включенным после отпускания кнопки благодаря наличию параллельного ей замкнутого контакта. Одновременно разрывается цепь питания светодиода. Если напряжение сети отключается, реле возвращается в исходное состояние и светодиод зажигается. Когда напряжение сети восстанавливается, требуется повторное нажатие на кнопку, чтобы индикатор сбоя погас. При желании светодиод можно заменить зуммером.
