Каталог огранизаций по электромонтажу и электролабораторий:
Москва
Санкт-Петербург

Регулируемый стабилизатор напряжения

С развитием электронной промышленности небывалую популярность приобрели различные регулируемые стабилизаторы напряжения. Если во времена СССР этот класс устройств был представлен громоздкими ЛАТР-ами, то сегодня с подобными задачами справляются скромных размеров микросхемы и компактные преобразователи.

Современный ЛАТР
Современный ЛАТР

Что такое стабилизатор напряжения с регулировкой

Суть и задачи устройства полностью раскрываются в его названии. Слово «стабилизатор» означает то, что этот прибор способен поддерживать на своих выходных клеммах неизменный уровень напряжения. Их, кстати, может быть больше, чем две. Слово «напряжение» указывает на то, с каким параметром работает устройство, ведь, помимо этого, существуют и регулируемые стабилизаторы тока, относящиеся к другому классу. Фраза «с регулировкой» означает, что выходной вольтаж может изменяться человекам или какими-либо внешними факторами.

Сразу стоит подметить, что стабилизаторы бывают разными по мощности, конструкции и назначению. Самые распространённые следующие:

  • ЛАТРы – из-за простоты и надёжности востребованы уже многие десятилетия;
  • стабилизированные источники питания, на подобие тех, что применяются для LED лент;
  • интегральные стабилизаторы, которые в основном монтируются на печатные платы.
Стабилизатор LM7805
Стабилизатор LM7805

Дополнительная информация. Для правильного питания аккумулятора смартфона применяются платы стабилизации. Они нужны, чтобы управлять током заряда. Собрать подобное устройство можно и самостоятельно на основе биполярных или полевых транзисторов.

ЛАТРы и последующая их эволюция

Лабораторные автотрансформаторы хороши своей простотой и неприхотливостью. Всё что нужно – подать этому устройству на вход переменное напряжение. Как правило, это обычные сетевые 220-230 вольт. Выходной потенциал снимается со вторичных клемм ЛАТРа. Он лежит в пределах от единиц вольт до 250-300 В. Из этого следует, что ЛАТР может выступать в роли повышающего узла, что также нередко бывает полезным.

В старых моделях регулировка осуществлялась вращением специальной рукоятки. Одновременно нужно было смотреть на измерительные приборы и уже по ним выставлять требуемое напряжение. Современные ЛАТРы оснащены ЖК экранами, удобными кнопками, «крутилками» и прочими прелестями 21 века.

Дополнительная информация. Необязательно, но желательно перед вращением регулятора ЛАТР-а отключить его от нагрузки, особенно, если она мощная. Так удастся избежать дуго,- и искрообразования на его подвижном контакте. В результате срок службы прибора заметно увеличится.

Технические характеристики стабилизаторов напряжения

При подборе стабилизатора следует учитывать его назначение. Исходя из него, можно определиться, прибор с какими характеристиками будет наиболее подходящим. Важнейшие параметры стабилизаторов таковы:

  1. диапазоны входных и выходных напряжений;
  2. максимально допустимый ток;
  3. предельная мощность;
  4. уровень пульсаций и шумов на выходе;
  5. КПД стабилизатора.

Первые 3 параметра при подборе являются наиболее важными. Не считаться с ними нельзя, ведь в противном случае стабилизатор долго не проработает. Характеристики 4 и 5 нужны для проведения более профессиональных ремонтов, разработок и экспериментов.

Функции приборов

Любой регулируемый стабилизатор напряжения, независимо от его мощности и рода тока, с которым он работает, должен поддерживать широкий диапазон входных напряжений. При этом выходное напряжение должно быть максимально неизменным и без критических искажений.

Диапазон входного напряжения стабилизатора

Входной вольтаж интегрального стабилизатора – это один из его важнейших параметров. При его превышении устройство, вероятнее всего, выйдет из строя. Особенно к этому параметру чувствительны неоригинальные стабилизаторы из Китая. В этом случае всё, казалось бы, просто и логично, однако проблема есть и с недостатком напряжения. Если вольтаж на входе будет меньше минимального, то проблем не избежать. Стабилизатор не запустится, и на его выходе будет либо 0 В, либо какое-то неадекватное значение.

В случае с блоками питания и подобными им устройствами при заниженном питающем напряжении будет срабатывать соответствующая защита (UVP).  В результате стабилизатор будет периодически включаться и выключаться по несколько раз в секунду. Такой режим работы не считается допустимым.

ЛАТРы подобных проблем лишены. Они более терпимы к ненормальным режимам работы и критическим отклонениям входных параметров.

Системный контроль параметров

Особенность регулируемых стабилизаторов заключается в возможности управления их выходными параметрами, то есть человек при помощи рук может влиять на конечный вольтаж устройства. Такое применимо к мощным лабораторным автотрансформаторам и некоторым блокам питания (БП).

Стабилизированные БП имеют одну особенность, выгодно отличающую их от других приборов аналогичного назначения. В их схему может быть включено большое количество защит. Например, от:

  • пониженного и/или повышенного входного и/или выходного напряжения;
  • защита от перегрева;
  • от переполюсовки питания (в случае DC-DC конверторов);
  • защита по максимальному выходному и/или входному току.

Регулировка выходного напряжения

ЛАТР-ы относятся к управляемым стабилизаторам напряжения. Их регулировка осуществляется с помощью подвижного графитового контакта (ролика), который способен перемещаться по виткам трансформатора, тем самым изменяя его коэффициент.

Устройство ЛАТРа
Устройство ЛАТРа

Дополнительная информация. Плавное регулирование ручки ЛАТР-а позволяет добиться аналогичного изменения выходного напряжения. Подключив к такому прибору двигатель, можно постепенно изменять скорость его вращения.

В блоках питания светодиодных лент для этих целей предусмотрен подстроечный резистор. Его часто можно наблюдать близь выходных клемм источника. Этот резистор включен в цепь обратной связи по напряжению и влияет на режим работы БП. При этом выходное напряжение не зависит от потребляемого тока, т.е. мощности нагрузки.

Стабилизированный блок питания с регулировкой
Стабилизированный блок питания с регулировкой

В линейных интегральных стабилизаторах LM7805 и им подобных микросхемах контроль выходного вольтажа осуществляется с помощью встроенного источника опорного напряжения. Для их ручной регулировки необходимы дополнительные радиодетали (подстроечный резистор или потенциометр).

Особенности включения стабилизатора

Если говорить о ЛАТР-ах, то подключаются они проще других стабилизаторов. У прибора имеются две клеммы на входе и две на выходе. На ЛАТР подаётся заниженное/завышенное переменное напряжение. С него же снимается нужный вольтаж. При этом никакой полярности нет, т.к. прибор работает с переменным током.

В стабилизированных БП примерно так же. Имеется вход 220 вольт, на который можно подавать напряжение с некоторым отклонением. На выходе при этом всегда будет поддерживаться стабильное постоянное напряжение, установленное пользователем.

Микросхемы-стабилизаторы уже сложны. На примере самых распространённых LM78ХХ можно сказать, что у них имеется 3 вывода:

  1. вход нестабилизированного питания постоянного напряжения (Vin);
  2. общий вывод – так называемая «земля» (gnd);
  3. выход стабильного напряжения (Vout);
Выводы LM7805
Выводы LM7805

Важно! Если микросхема будет эксплуатироваться на своих максимальных мощностях, то через неё будут протекать большие токи. Соответственно, она будет сильно перегреваться и может выйти из строя. Из-за этого у интегральных стабилизаторов, наподобие LM78ХХ в корпусе TO-220, предусмотрено отверстие для крепления на радиатор охлаждения.

Варианты использования в электронных схемах

В электронных схемах применяются именно линейные интегральные стабилизаторы. Объясняется это их миниатюрностью и тем, что их можно удобно впаять в любую плату.

В электронике стабилизаторы чаще всего выполняют две основные задачи. В одном случае их используют в качестве прецизионного источника питания. Он способен выдавать с минимальным отклонением именно тот вольтаж, который требуется. Вторая функция – стабилизатор как источник опорного напряжения (Vref).

Тестирование микросхемы

Независимо от роли, которую играет стабилизатор, он должен быть исправным. Для проверки этого электронного компонента потребуются его даташит, по возможности точный мультиметр и блок питания с регулировкой выходного напряжения. Саму деталь лучше выпаять из платы.

Тест проведен на примере LM7805. Из даташита видно, что максимальное входное напряжение (V1), которое можно подать на этот стабилизатор, составляет 35 В. При этом выходной вольтаж (V0) должен ровняться 5 вольт, а пиковый ток Ipk может достигать 2,2 ампер (не путать с максимальным действующим). Ниже описан более подробный тест. При входном напряжении от 8 до 20 В, выходное должно лежать в диапазоне от 4,85 до 5,15 В. Если тестируемый стабилизатор не удовлетворяет этим характеристикам, то он считается неисправным.

Фрагмент даташита LM7805
Фрагмент даташита LM7805

Настройка и ремонт

Ремонтом стабилизаторов микросхем никто не занимается по той причине, что это едва ли осуществимо технически, а сами детали стоят сущие копейки. В настройке такой прибор не нуждается, ведь он изначально создаётся под одно конкретное напряжение.

Блоки питания и различные преобразователи напряжения вполне поддаются ремонту. Их стоимость может лежать в пределах от единиц до тысяч долларов, по понятным причинам восстанавливают только дорогие модели.

ЛАТР – прибор не самый дешёвый, но устроен довольно просто. Его ремонт – это по большей части восстановление подгоревших контактов и протяжка различных креплений. В редких случаях, если ЛАТР всё-таки удастся сжечь, то придётся перемотать его обмотку.

Существует широкий выбор регулируемых стабилизаторов напряжения. Некоторые из них громоздкие и справляются с нагрузками в сотни ватт. Другие размером не больше 5 мм, легко помещаются в смартфонах. Понимание того, где, как и какой стабилизатор применить, позволяет использовать их максимально эффективно.

Видео