Стабилитрон в блоке питания

Итак, подробно разбираем схему лабораторного блока питания с регулируемым предельным током (начало здесь).

В этой статье:

• пара слов про трансформатор и диодный мост
• зачем в блоке питания стабилитрон
• как рассчитать ограничивающий резистор
• как определить мощность, рассеиваемую на резисторе
• рассчитываем делитель напряжения

Трансформатор и диодный мост

Наверное, вы обратили внимание, что на схеме блока питания отсутствует понижающий трансформатор и диодный мост. Предполагается, что радиолюбитель сам сумеет подобрать и подключить эти элементы, так, чтобы на вход схемы поступало выпрямленное напряжение в пределах 26..29 В, пульсации которого сглаживаются конденсатором C1 большой ёмкости (тысячи микрофарад).

Не буду утомлять читателя расчётами, скажу, что для получения требуемого постоянного напряжения силовой трансформатор должен понизить сетевое напряжение до примерно 20 вольт. На рисунке ниже приведена недостающая часть схемы:

Роль стабилитрона в блоке питания

Перейдём вот к этому участку схемы:

Если наш блок питания претендует на стабильное выходное напряжение, не зависящее от скачков в сети 220 В и прочих помех, нам нужно где-то взять стабильное опорное напряжение, которое мы будем использовать как точку отсчёта.

С такой задачей прекрасно справляется стабилитрон VD1. Стабилитрон — это такая деталь, напряжение на которой остаётся постоянным независимо от проходящего тока (в определённых пределах, конечно). К слову, на первой картинке в этой статье приведена вольт-амперная характериситка стабилитрона.

Заглянем в характеристики используемого в схеме КС175А. Напряжение стабилизации составляет 7.5 В. Ещё там указано, что ток стабилизации от 3 до 18 мА. Если будет меньше, стабилитрон не выдаст нужные нам 7,5 В. Если больше — он выйдет из строя.

Расчёт ограничивающего резистора

За режим работы стабилитрона отвечает резистор R1, это весьма распространённая схема включения стабилитрона. На всякий случай напомню: при последовательном соединение ток, проходящий через все элементы, одинаков, а напряжение делится между ними: чем больше сопротивление элемента, тем выше на нём напряжение.

Применим эти знания на практике. Если на входе 26 В, а на стабилитроне упало 7.5, остальные 18.5 окажутся на R1. Его сопротивление 3.6 К, ток закону Ома будет равен 5 мА, такой же ток потечёт через стабилитрон. Всё в порядке, мы попали внутрь интервала стабилизации, ближе к его началу. В принципе, номинал R1 мог быть и поменьше, но тогда вырастет ток, схема станет менее экономной.

Для очистки совести давайте ещё посчитаем мощность, рассеиваемую на R1. По формуле P = I*I*R получаем 0.09 Вт, так что даже маломощный резистор, рассчитанный на 0.125 Вт, вполне подойдёт. Вообще, на будущее, не лишне будет так просчитывать каждый резистор, особенно, если Вы собираетесь уменьшить его номинал. Чтобы не прогадать с мощностью и не спалить его.

Вы можете спросить, почему мы не учли при расчётах R2 и R3, которые подключены параллельно стабилитрону, следовательно, забирают на себя часть тока? Дело в том, что их суммарное сопротивление много больше, чем сопротивление открытого стабилитрона (а входное сопротивление микросхемы DA1.1 ещё больше), значит, в данном случае они почти не влияют на режим работы стабилитрона и при расчётах ими можно пренебречь.

Делитель напряжения

Раз уж заговорили об R2 и R3 — на них собран делитель напряжения. Этот делитель снимает напряжение со стабилитрона, и часть этого напряжения отдаёт на вход микросхемы. Это то самое стабильное опорное напряжение, которого мы хотели добиться. Поскольку в составе делителя есть переменный резистор R2, то и напряжение мы можем снимать разное. Но! Зависит оно только от угла поворота ручки R2 и не зависит от колебаний напряжения в сети.

В делителе напряжения мы видим последовательное соединение, и, значит, к нему применимы все те же рассуждения, как и к стабилитрону с ограничивающим резистором.

В нижнем положении ручки R2 сопротивление нижнего плеча делителя будет равно 5.1 К (R3), а верхнего - 100 К (весь R2). Суммарно на них приходится 7.5 В, снятных со стабилитрона, значит, согласно пропроции, на среднем контакте R2 будет 0.36 В. Ну а с верхним положением всё просто - там будут полные 7.5 В.

Напряжение с R2, которое, как мы выяснили, укладывается в диапазон 0.36 .. 7.5 В, далее попадает на вход операционного усилителя DA1.1. Как он работает в этой схеме, разберём в следующей статье.

Продолжение: операционный усилитель DA1.1 в блоке питания