Андрей Смирнов
Время чтения: ~11 мин.
Просмотров: 0

Стабилитрон

Стадии

Как и любое другое инфекционное заболевание, микробная экзема протекает в несколько стадий:

  • I — начало болезни (эритематозная экзема). Проявляется зудом и легким покраснением ограниченных участков кожи.
  • II — развитие патологии (папуловезикулярная стадия). Характеризуется появлением узелковых высыпаний, которые со временем заполняются прозрачной жидкостью.
  • III — разгар болезни (стадия мокнутия). Пузырьки самопроизвольно вскрываются с выделением серозной жидкости, в местах папул формируются гнойные очаги.
  • IV — затухание патологии (сухая экзема). Воспаленные участки кожи подсыхают, покрываются серовато-желтыми корками, которые со временем могут трескаться.

Острая микробная экзема диагностируется в случае, когда длительность заболевания не превышает 3 месяца. Воспалительные очаги при этом имеют ярко-красную окраску, подвергаются постоянному мокнутию, сильно зудят.

В случае если симптомы экземы не проходят в период от 3 до 6 месяцев, речь идет о подостром течении патологии. При данной форме пораженные участки кожи имеют менее насыщенный цвет (розоватый, светло-красный), отличаются большей плотностью, сухостью и постоянно шелушатся.

Для хронической формы патологии характерно длительное, более 6 месяцев, течение. Протекает с периодами ремиссии и обострения. В неактивной фазе экземы кожа практически не отличается от здоровой, но имеет более плотную структуру, склонна к повышенной сухости. Клинические симптомы активной фазы болезни сходны с проявлениями острой экземы.

Общие сведения

В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования напряжения для электрических потребителей:

  • Линейные регуляторы напряжения
  • Импульсные DC-DC преобразователи

Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции и работают по разным технологиям.

Линейные регуляторы напряжения

Линейный регулятор применяется, когда нужно преобразовать небольшие мощности или минимизировать помехи. Например, запитать одноплатный компьютер или 3,3-вольтовые датчики. Преимущество линейного регулятора в простоте, отсутствии помех и минимальной обвязке. Но на больших мощностях его КПД падает.

Рассмотрим принцип работы линейного преобразователя — подключим к нему микросхему LM7805.

Линейный стабилизатор работает как умный делитель напряжения. На вход делителя подаётся входное напряжение, а выходное снимается с одного из плеч делителя.

Одно из плеч постоянно корректирует сопротивление и тем самым гасит лишнее напряжение.

Импульсный DC-DC преобразователь

У импульсного стабилизатора выше КПД, поскольку регулирующий элемент работает в ключевом режиме. Но из-за чувствительного перепада тока и напряжения такие преобразователи дают импульсные помехи в выходном напряжении.

Чтобы лучше понять принцип работы импульсного преобразователя, сравним его с водопроводным краном. У преобразователя так же, как и у крана, есть три вывода. По одному вода поступает в кран, по другому — вытекает. Третий вывод — это вентиль, который управляет потоком воды. Когда вентиль открыт, вода протекает через кран, когда закрыт — вода не течёт. По такому же принципу работает преобразователь: ток течёт, когда транзистор открыт, и не течёт, когда транзистор закрыт. Такой режим работы называют ключевым.

В состав импульсного регулятора напряжения входят пять основных элементов:

  • источник питания;
  • ключевой коммутирующий элемент;
  • индуктивный накопитель энергии: катушка индуктивности или дроссель;
  • блокировочный диод;
  • фильтрующий конденсатор фильтра.

В зависимости от величины выходного напряжения по отношению ко входному различают три типа преобразователей: понижающий, повышающий и понижающе-повышающий. Самые распространённые первые два, рассмотрим их подробнее.

Понижающий преобразователя уменьшает входное напряжение.

При открытом ключе диод закрыт, энергия от источника питания накапливается в индуктивном накопителе энергии . При закрытом ключе запасённая энергия передается в сопротивление нагрузки индуктивным накопителем через диод. Конденсатор сглаживает пульсации напряжения.

Повышающий преобразователя увеличивает входное напряжение.

При открытом ключе ток от источника питания протекает через катушку индуктивности , в которой запасается энергия. Цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии.

Напряжение на сопротивлении нагрузки поддерживается благодаря запасённой энергии на конденсаторе фильтра . При размыкании ключа накопленная энергия на катушке суммируется с напряжением питания и передается в нагрузку через открытый диод . Полученное таким способом выходное напряжение превышает напряжение питания.

Разновидности 12В стабилизаторов

Подобные устройства могут быть собраны на транзисторах или на интегральных микросхемах. Их задача – обеспечить значение номинального напряжения Uном в нужных пределах, несмотря на колебания входящих параметров. Наиболее популярны следующие схемы:

  • линейная;
  • импульсная.

Схема линейной стабилизации представляет собой простой делитель по напряжению. Его работа заключается в том, что при подаче на одно «плечо» Uвх, на другом «плече» изменяется сопротивление. Это поддерживает Uвых в заданных пределах.

Важно! При такой схеме при большом разбросе значений между входным и выходным напряжениями происходит падение КПД (некоторое количество энергии переходит в тепло), и требуется применение теплоотводов. Импульсная стабилизация контролируется ШИМ-контроллером

Он, управляя ключом, регулирует длительность токовых импульсов. Контроллер проводит сравнение величины опорного (заданного) напряжения с напряжением на выходе. Входное напряжение подаётся на ключ, который, открываясь и закрываясь, подаёт полученные импульсы через фильтр (ёмкость или дроссель) на нагрузку

Импульсная стабилизация контролируется ШИМ-контроллером. Он, управляя ключом, регулирует длительность токовых импульсов. Контроллер проводит сравнение величины опорного (заданного) напряжения с напряжением на выходе. Входное напряжение подаётся на ключ, который, открываясь и закрываясь, подаёт полученные импульсы через фильтр (ёмкость или дроссель) на нагрузку.

К сведению. Импульсные стабилизаторы напряжения (СН) обладают большим КПД, требуют меньшего отвода тепла, но электрические импульсы при работе создают помехи для электронных устройств. Самостоятельная сборка подобных схем имеет существенные сложности.

Классический стабилизатор

Такое устройство имеет в своём составе: трансформатор, выпрямитель, фильтры и узел стабилизации. Стабилизация обычно осуществляется при помощи стабилитронов и транзисторов.

Основную работу выполняет стабилитрон. Это своеобразный диод, который подключается в схему в обратной полярности. Рабочий режим у него – режим пробоя. Принцип работы классического СН:

  • при подаче на стабилитрон Uвх < 12 В элемент находится в закрытом состоянии;
  • при поступлении на элемент Uвх > 12 В он открывается и удерживает заявленное напряжение постоянным.

Внимание! Подача Uвх, превышающего максимальные значения, указанные для определённого вида стабилитрона, приводит к его выходу из строя. Схема классического линейного СН


Схема классического линейного СН

Интегральный стабилизатор

Все элементы конструкции таких устройств располагаются на кристалле из кремния, сборка заключена в корпусе интегральной микросхемы (ИМС). Они собраны на базе двух типов ИМС: полупроводниковых и гибридно-плёночных. У первых компоненты твердотельные, у вторых – изготовлены из плёнок.

Главное! У таких деталей всего три вывода: вход, выход и регулировка. Такая микросхема может выдавать стабильно напряжение величиной 12 В при интервале Uвх = 26-30 В и токе до 1 А без дополнительной обвязки.


Схема СН на ИМС

Условно графическое обозначение на схемах

Все приборы имеют графическое обозначение. Это необходимо, чтобы не загромождать электрическую схему. Стабилитрон имеет свое условно-графическое обозначение, которое утверждено межгосударственным стандартом единого стандарта конструкторской документации (ЕСКД).

На рисунке снизу представлено как обозначается на схеме по ГОСТ 2.730-73, стабилитрон обозначается практически как диод, так как, в сущности, является одной из его разновидностей.

Для правильного включения следует различать, где плюс, где минус. Если смотреть на приведенный выше рисунок, то на нем плюс (анод) расположен слева, а минус (катод) справа. Согласно ЕСКД размеры УГО диодов должны составлять 5/5 мм. Это иллюстрирует рисунок снизу.

Назначение и принцип работы

Стабилизаторы должны обеспечивать постоянный рабочий ток светодиодов когда в сети питания есть проблемы с отклонением напряжения от нормы (вам будет интересно узнать, как подключить светодиод от сети 220 вольт). Стабильный рабочий ток в первую очередь необходим для защиты LED от перегрева. Ведь при превышении максимально допустимого тока, светодиоды выходят из строя. Также стабильность рабочего тока обеспечивает постоянство светового потока прибора, например, при разряде аккумуляторных батарей или колебаниях напряжения в питающей сети.

Стабилизаторы тока для светодиодов имеют разные виды исполнения, а обилие вариантов схем исполнения радует глаз. На рисунке приведены три самые популярные схемы стабилизаторов на полупроводниках.

  1. Схема а) — Параметрический стабилизатор. В этой схеме стабилитрон задает постоянное напряжение на базе транзистора, который включен по схеме эмиттерного повторителя. Благодаря стабильности напряжения на базе транзистора, напряжение на резисторе R тоже постоянно. В силу закона Ома ток на резисторе также не меняется. Так как ток резистора равен току эмиттера, то стабильны токи эмиттера и коллектора транзистора. Включая нагрузку в цепь коллектора, мы получим стабилизированный ток.
  2. Схема б). В схеме, напряжение на резисторе R стабилизируется следующим образом. При увеличении падения напряжения на R, больше открывается первый транзистор. Это приводит к уменьшению тока базы второго транзистора. Второй транзистор немного закрывается и напряжение на R стабилизируется.
  3. Схема в). В третьей схеме ток стабилизации определяется начальным током полевого транзистора. Он не зависит от напряжения, приложенного между стоком и истоком.

В схемах а) и б) ток стабилизации определяется номиналом резистора R. Применяя вместо постоянного резистора подстрочный можно регулировать выходной ток стабилизаторов.

Производители электронных компонентов производят множество микросхем стабилизаторов для светодиодов. Поэтому в настоящее время в промышленных изделиях и в радиолюбительских конструкциях чаще применяются стабилизаторы в интегральном исполнении. Почитать про все возможные способы подключения светодиодов можно здесь.

Типовые схемы включения

Самые распространенные типовые схемы включения lm317 приведены в технической документации (datasheet). Кроме тех конструкций, что приведены выше, микросхема позволяет выполнить блок питания для светодиодных источников света. Как известно, светодиод требует питания  источником тока, а не напряжения.

Параметры LM-317 допускают использовать ее в качестве стабилизатора бортового оборудования в авто, в том числе для питания аудиоаппаратуры, для замены штатных источников света на светодиодные.

Радиолюбителями постоянно проводятся эксперименты по расширению возможностей типовых схем. Одно из основных направлений – как увеличить допустимую мощность нагрузки источника питания.

Важно! Мощный транзистор, включенный совместно со стабилизатором lm317, увеличивает ток выхода пропорционально статическому коэффициенту усиления

Примеры работы

Линейный регулятор преобразует входное повышенное напряжение в диапазоне от 4,3 до 20 вольт в стабильные 3,3 вольта.

Подключение миникомпьютеров

Линейный регулятор поможет запитать одноплатник внешним источником напряжения. В качестве примера подключим Onion Omega2 от импульсного источника с выходным напряжением 12 вольт.

Подключение модулей

Стабилизатор также возьмёт на свои плечи питание для 3,3 вольтовых модулей, например Wi-Fi ESP8266 или модуль беспроводной связи nRF24L01+.

На контактных колодках Arduino расположен пин . Многие ошибочно запитывают от этого пина модули с 3,3 вольтовой логикой. Этого делать категорически нельзя. На большинстве плат Arduino стоит слабенький регулятор напряжения с током всего на 50 мА. Такой силы хватит только на парочку светодиодов.

В качестве примера подключим Wi-Fi модуль ESP8266 через линейный регулятор напряжения к Arduino Uno.

На схеме к ESP8266 подключены только линии питания и земли. Пример подключения питания и логических уровней читайте в технической документации на модуль.

Подключение к WiFi Slot

Линейный регулятор благодаря форм-фактору Troyka-модулей как родной встанет на платформу WiFi Slot и расширит диапазон питания платформы до 20 вольт.

  • Джампер объединения выходного питания с линией установлен. В итоге выходное питание поступает на линию платформы WiFi Slot.
  • Джампер объединения входного питания с линией не установлен.

Контакты микросхемы

Изготовляется в универсальном транзисторном корпусе, позволяющем размещать его на плате или теплоотводе. Наиболее распространённая модель LM317 встречается в корпусе TO-220 с буквой «Т» в конце маркировки. Буква «t» обозначает тип корпуса.

Цоколевка стабилизатора LM317 производится по трем контактам. Если смотреть на устройство спереди, то первый контакт слева (Adj) — это регулируемый вывод, средний (Vout) – выход и последний справа (Vin) — вход.

  • Vin — это вывод, на него подается входное напряжение, которое нужно регулировать. Например, на него может подаваться 12 В, которое устройство будет понижать до 10 В на Vout.
  • Vout — это вывод, на который выводится напряжение. Поверхность радиатора соединена с этим выводом микросхемы.
  • Регулируемый (Adj) — это вывод, который позволяет регулировать выходное напряжение через подстрочный резистор.

Встречается в различных видов корпусов.

Номера контактов разных типов корпусов микросхемы.

Как проверить стабилитрон

Как же проверить стабилитрон? Да также как и диод! А как проверить диод, можно посмотреть в этой статье. Давайте же проверим наш стабилитрон. Ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся красным щупом к аноду, а черным к катоду. Мультиметр должен показать падение напряжения прямого .

Меняем щупы местами и видим единичку. Это значит, что наш стабилитрон в полной боевой готовности.

Ну что же, настало время опытов.  В схемах стабилитрон включается последовательно с резистором:

где Uвх – входное напряжение, Uвых.ст.  – выходное стабилизированное напряжение

Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения.  Здесь все элементарно и просто:

Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

Или словами: входное напряжение равняется сумме напряжений на стабилитроне и на резисторе.

Эта схема называется параметрический стабилизатор на одном стабилитроне. Расчет этого стабилизатора выходит за рамки данной статьи, но кому интересно, в гугл 😉

Итак, собираем схемку.  Мы взяли резистор номиналом в 1,5 Килоом и стабилитрон на напряжение стабилизации 5,1 Вольта. Слева цепляем блок питания, а справа замеряем мультиметром полученное напряжение:

Теперь внимательно следим за показаниями мультиметра и блока питания:

Так, пока все понятно, еще добавляем напряжение… Опа на! Входное напряжение у нас 5,5 Вольт, а выходное 5,13 Вольт!  Так как напряжение стабилизации стабилитрона 5,1 Вольт, то как мы видим, он прекрасно стабилизирует.

Давайте еще добавим вольты. Входное напряжение 9 Вольт, а на стабилитроне  5,17 Вольт! Изумительно!

Еще добавляем… Входное напряжение 20 Вольт,  а на выходе как ни в чем не бывало 5,2 Вольта! 0,1 Вольт  – это ну очень маленькая погрешность, ей можно даже в некоторых случаях пренебречь.

Элементы платы

Линейный регулятор напряжения

Сердце модуля линейный стабилизатор MC33269. Регулятор принимает на входное напряжение и преобразует его значение в 3,3 вольта. Остальная мощность рассеивается в виде тепла. В качестве охлаждения — выступает плата модуля.

Входное и выходное напряжение

На модуле выведен двойной клеммник для подключения входного питания и нагрузки:

  • контакт (Vin) — пин входного напряжения. Подключите к плюсовому контакту источника питания. Диапазон входного напряжения от 4,4 до 20 вольт.
  • двойной контакт (GND) — общая земля. Подключите к минусовому контакту источника питания и земле нагрузки.
  • контакт (Vout) — пин выходного напряжения со значением 3,3 вольта. Подключите к питанию нагрузки.

Джамперы выбора питания

Модуль с регулятором питания позволяет дублировать входное и выходное напряжение на Troyka-контактах путём установкой джаммеров:

  • — на линии будет присутствовать входное напряжение с клеммника .
  • — на линии будет выходное напряжение регулятора с клеммника .

Установка джампера будет полезна при подключении модуля через макетную плату или Troyka Slot Shield.

Troyka-контакты

На модуле выведено две пары Troyka-контактов.

Нижняя группа

  • Питание (V) — выходное напряжение с линейного регулятора напряжения. При установленном джаммпере .
  • Земля (G) — общая земля.

Верхняя группа

Сигнальный (V2) — входное напряжение подаваемое на линейный регулятор. При установленном джаммпере Vin=V2.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации