Схема маломощного широкодиапазонного стабилизатора напряжения
Проектирование компенсационных стабилизаторов с низким выходным напряжением вызывает определенные трудности. Предлагаемый маломощный стабилизатор (рис.1) обеспечивает выходное напряжение 1,5 В при входном - от 10 до 90 В. Ток, потребляемый стабилизатором, порядка 0,5 мА, выходной ток - до 1,5 мА.
Такого рода стабилизатор можно использовать, например, для питания электронных часов и даже будильника "Слава" (с выключенным звонком) от телефонной линии. Стабилизатор не мешает работе линии и позволяет одновременно вести телефонный разговор.
Обычный компенсационный стабилизатор с отрицательной обратной связью по напряжению хорошо работает при выходном напряжении не менее нескольких вольт. Часто низкое напряжение получают как разницу между напряжениями двух разных стабилизаторов, что неудобно, так как требуется минимум два стабилизатора.
Другая трудность при проектировании - это отсутствие маломощных источников опорного напряжения. К примеру, рабочий ток большинства стабилитронов бывает не менее 1 мА, но в отдельных случаях может понадобиться стабилизатор с гораздо меньшим потребляемым током.
Наконец, бывает трудно построить простой стабилизатор, работающий при значительных перепадах (в 6...8 раз) входного напряжения. При проектировании таких устройств зачастую приходится применять нестандартные схемные решения.
Кроме того, в телефонных линиях большинства АТС присутствует постоянное напряжение около 60 В, которое при снятии телефонной трубки снижается до 10...15 В. При поступлении сигнала звонка в линию подаются импульсы переменного тока с амплитудой порядка 100 В. Таким образом, телефонная линия может стать своеобразным источником напряжения. Этот курьезный способ "получения электроэнергии" может оказаться весьма актуальным для некоторых районов нашей страны, где постоянно отключают электричество.
Работает стабилизатор следующим образом. Входное напряжение через диодный мост VD1-VD4 поступает на опорный элемент - диоды VD5-VD11. Транзистор VT1, включенный параллельно диодам, представляет собой параллельный стабилизатор напряжения. При входном напряжении порядка 10 В транзистор закрыт (или открыт совсем немного) и практически не шунтирует диоды. При увеличении напряжения на входе стабилизатора увеличивается напряжение на опорных диодах, что нежелательно. Одновременно растет ток через резисторы R1 и R2. При увеличении этого тока транзистор VI1 начинает открываться и шунтировать диоды, что приводит к понижению напряжения на них. Транзистор VТ2 - эмиттерный повторитель и усилитель мощности. Конденсаторы С1-СЗ фильтрующие.
Следует отметить, что использованный в стабилизаторе способ регулирования (в автоматике его называют "регулирование по возмущению") в настоящее время используется редко - и совершенно напрасно. Автоматические системы, регулирующие "по возмущению", в отличие от устройств, регулирующих "по ошибке", являются абсолютно устойчивыми, так как в них отсутствует обратная связь. Единственный серьезный недостаток таких устройств заключается в том, что бывает довольно трудно построить требуемую передаточную характеристику устройства.
Вот почему в настоящее время чаще всего применяют регуляторы "по ошибке". Однако данный стабилизатор, при всей его простоте, может дать более высокую точность выходного напряжения, чем более сложные стабилизаторы с обратной связью и регулированием "по ошибке".
Настройка. Полезно собрать временный блок питания с регулируемым выходным напряжением от 10 до 90 В (рис.2). Стабилизатор подключают к блоку питания и, регулируя напряжение на его входе, измеряют напряжение на выходе. Для удобства измерений конденсаторы С1-СЗ можно временно отключить. При плавном повышении напряжения на входе, начиная с 10 В, выходное напряжение сначала будет расти (но совсем немного), а затем, при достижении некоторого порогового уровня, оно начнет даже немного снижаться (!) - это значит, что происходит так называемая перекомпенсация.
Степень компенсации и порог срабатывания транзистора VJ1 устанавливают резистором R4, добиваясь минимального изменения выходного напряжения при изменениях входного. Передаточную характеристику устройства можно несколько менять, подбирая номинал резистора R2. Если вместо резистора R2 использовать диод или диод с резистором (здесь возможны разные варианты), то заметно изменится форма передаточной характеристики.
При подключении стабилизатора к телефонной линии регулировкой резистора R4 добиваются того, чтобы выходное напряжение стабилизатора практически не менялось при снятии трубки с телефонного аппарата. Саму величину выходного напряжения можно менять, подключая базу транзистора VТ2 к разным диодам.
Детали. Вместо диодов VD1-VD4 можно использовать диодный мост из серий КЦ402, КЦ405 и др. Конденсатор С1 - бумажный или металлопле-ночный типа МБМ, К73-17 и др. Конденсаторы С2 и СЗ - любые электролитические типа К50-6 и т.п. Вместо диодов Д220 можно использовать другие маломощные кремниевые диоды. Однако из-за отличающихся вольтамперных характеристик у разных диодов, возможно, придется заново подобрать количество последовательно включенных диодов.
Транзистор VI1 - любой из серии КТ315 и др. Транзистор VТ2 - любой из серии КТ605. Если транзистор имеет пластмассовый корпус, его желательно установить на небольшой теплоотвод. Можно применять и другие транзисторы малой и средней мощности с максимально допустимым коллекторным напряжением не менее 150 В. Резистор R4 -любой переменный или подстроечный, например, типа СПЗ-4АМ. Остальные резисторы - типа МЛТ.К
С.Л. Дубовой, г. Санкт-Петербург