Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ. Доработанная схема В. Орешкина (подписка на платы завершена)

Двухполярный источник питания, предложенный В. Орешкиным, во многом отвечает взаимоисключающим требованиям, предъявляемым к стабилизатору напряжения питания УМЗЧ [1, 2]. В настоящей заметке описывается доработанная схема, позволяющая простыми средствами повысить коэффициент стабилизации и уменьшить выходное сопротивление при сохранении малой постоянной времени апериодического процесса. Доработка свелась к замене балластных резисторов в компенсационных стабилизаторах источниками тока и к учету рекомендаций фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ.

↑ Принципиальная схема модернизированного блока питания УМЗЧ

Схема двухполярного источника питания приведена на рис. 1.

Рис.1. Двухполярный источник питания УМЗЧ

Он состоит из двух гальванически не связанных выпрямителей VD1, C1, C2, C5, C6, C9, C11, C13 и VD2, C3, C4, C7, C8, C10, C12, C14, двух параметрических стабилизаторов, выполненных на стабилитронах VD3, VD4 и источниках тока на транзисторах VT5, VT6, и эмиттерных повторителей на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4. Коэффициент стабилизации повышен благодаря питанию источника образцового напряжения одного стабилизатора от выходного напряжения другого и использованию вместо резисторов источников тока.

Выпрямители собраны на диодных мостах VD1, VD2, состоящих из двойных диодов Шотки с общим катодом 16CTQ100. Диоды включены параллельно.

Конденсаторы С1…С8; С9, С10 и RC — цепочки R9, C23 и R10, C24 установлены в соответствии с рекомендациями фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ [3].

Для уменьшения шумов каждый стабилитрон VD3, VD4 зашунтирован парой конденсаторов — оксидным и пленочным (соответственно С15, С17 и С16, С18).

Источники тока на транзисторах VT5, VT6 содержат параметрические стабилизаторы HL1, C19, C21, R8 и HL2, C20, C22 в базах транзисторов.

Ток каждого источника равен: IVD4=(UHL1-UбэVT5)/R4=(1,76-0,56)/0,13=9,2 мА, IVD3=(UHL2-UбэVT6)/R7=9,2 мА.

Резисторы R5, R6 уменьшают мощность, рассеиваемую на коллекторах транзисторов источников тока.

Коллекторы (корпусы) мощных транзисторов VT1, VT2 соединены с общим проводом блока питания, что позволяет обойтись без теплопроводящих прокладок, тем самым улучшить отвод тепла при больших токах нагрузки.

Для снижения динамического сопротивления источника питания его выходы зашунтированы парами конденсаторов оксидный — пленочный (соответственно С25, С27 и С26, С28). Балластные резисторы со светодиодами зеленого цвета служат для индикации (HL3, R11 и HL4, R12).

Резистор R2 предназначен для запуска двухполярного стабилизатора при включении питания.

Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания в нагрузке. При замыкании в любом плече отключаются оба стабилизатора.

Основные технические характеристики:

Выходные напряжения стабилизатора, В …. ±15 Максимальный ток нагрузки, А …. 20 Коэффициент стабилизации, не менее …. 1500 Выходное сопротивление, не более, Ом …. 0,01 Напряжение на понижающих обмотках трансформатора питания, В …. 2×20

Схема подключения на базе LM2940CT-12.0

Корпус стабилизатора можно выполнить практически из любого материала, кроме дерева. При использовании более десяти светодиодов, рекомендуется к стабильнику приделать алюминиевый радиатор.

Может кто-то пробовал и скажет, что можно запросто обойтись без лишних заморочек, напрямую подключив светодиоды. Но в этом случае последние большую часть времени будут находиться в неблагоприятных условиях, посему прослужат недолго или вовсе сгорят. А ведь тюнинг дорогих авто выливается в довольно крупную сумму.

А по поводу описанных схем, их главное достоинство – простота. Для изготовления не требуется особых навыков и умений. Впрочем, если схема слишком сложная, то собирать её своими руками становится не рационально.

↑ Детали и аналоги

Список деталей (BOM) приведен ниже.
Детали:

VD1, VD2 Диод Шоттки 16CTQ100 IR (100V, 16A) — 8 шт., VD3, VD4 Стабилитрон BZX55C16 (16V, 0,4W), стекло — 2 шт., HL1, HL2 Светодиод LED FYL-3014HD красный d= 3 мм — 2 шт., HL3, HL4 Светодиод LED BL-B2141Q G зел.d=3 — 2 шт., VT1 Транзистор КТ827А (20А; 100В), корпус TO-3 — 1 шт., VT2 Транзистор КТ825А (20А; 100В), корпус TO-3 — 1 шт., VT3 Транзистор BD140, корпус TO-126 — 1 шт., VT4 Транзистор BD139, корпус TO-126 — 1 шт., VT5 Транзистор 2SA1013, корпус TO-92mod — 1 шт., VT6 Транзистор 2SC2383, корпус TO-92mod — 1 шт., R1, R3 Резистор -0,25-3,3 кОм — 2 шт., R2 Резистор -2-470 Ом — 1 шт., R4, R7 Резистор -0,25-130 Ом — 2 шт., R5, R6 Резистор -0,25-220 Ом — 2 шт., R8 Резистор -0,25-9,1 кОм — 1 шт., R9, R10 ЧИП резистор F2512-1 Ом, 1Вт 1% — 2 шт., R11, R12 Резистор -0,5-2,7 кОм — 2 шт., С1…С8 Конденсатор 0,1/250V К73-17 — 8 шт., С9, С10, С23, С24 Конденсатор ЧИП 1812 0,1µF/100V X7R 10% — 4 шт., С11…С14 Конденсатор 10000/50V 3035+85°С — 4 шт., С15, С16 Конденсатор 47/63V 0611+105°C — 2 шт., С17…С20 Конденсатор 0,1/63V К73-17 — 4 шт., С21, С22 Конденсатор 47/16V 0511+105°C — 2 шт., С25, С26 Конденсатор 470/35V 0820+105°C — 2 шт., С27, С28 Конденсатор 1/63V К73-17 — 2 шт., Радиатор для VT1, VT2 Печатная плата 150×70×2 мм — 1 шт.

В блоке питания использованы выводные резисторы МЛТ или зарубежные MF мощностью, указанной на принципиальной схеме (рис. 1).

Конденсаторы С1 — С8, С17 — С20, С27, С28 типа К73-17, оксидные конденсаторы импортные. Конденсаторы С17 — С20 могут быть с лучшим результатом заменены на CBB21/MPP из металлизированного полипропилена (например, 0,15 мкФ, 100 В с датагорской ярмарки). В качестве С27, С28 подойдут 1 мкФ, 100 В (Suntan, полиэстер).

Транзисторы КТ825А и КТ827А можно заменить составными (КТ819Г + КТ815Г и КТ818Г + КТ814Г), при этом эмиттерные переходы мощных транзисторов КТ819Г и КТ818Г необходимо зашунтировать резисторами сопротивлением 100 — 150 Ом. Возможна замена мощных составных транзисторов на MJ11032 и MJ11033. При максимальном токе нагрузки 5 — 7 А подойдут транзисторы TIP142 и TIP147, а также BDW42G BDW47G.

Транзисторы VT1, VT2 закреплены на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности 900 кв. см без теплоизолирующих прокладок с применением теплопроводной пасты АЛСИЛ-3.

Вместо транзисторов BD139 и BD140 подойдут 2SC3502 и 2SA1380 или BF471 и BF472. При замене обязательно уточняйте цоколевку транзисторов.

Транзисторы VT5, VT6 типа 2SA1013, 2SC2383 могут быть заменены на отечественные КТ502Е, КТ503Е; КТ6116, КТ6117 или импортные 2N5401, 2N5551; 2SA1145, 2SC2705 и на другие.

Диоды Шоттки в мостах VD1, VD2 заменимы на MBR20200CTG (200 В, 10 А) с общим катодом, либо на SR10100 (10 А, 100 В, ТО-220-2). В последнем случае потребуется корректировка печатной платы.

При токах потребления более 2 А необходимо снабдить диоды небольшими радиаторами и (или) обеспечить их охлаждение вентилятором.

При сравнительно небольших потребляемых токах (до 2 А) в диодных мостах можно применить высокопроизводительные диоды HER505 (5 А, 1000 В), сверхбыстрые диоды SF56 (5 А, 400 В) или ультрафасты STTH5R06FP (5 А, 600 В, ТО-220-2).

Максимальный ток стабилизатора напряжения определяет трансформатор питания. Например, в приведенной на рис. 1 схеме трансформатор Т1 типа ТПП321 обеспечивает максимальный ток не более 4 А.

Нужен ли стабилизатор напряжения для аудиотехники?

Устройство, предназначенное для встраивания в бытовую электрическую сеть для получения на выходе заданных параметров, называется стабилизатором напряжения (англ. Voltage regulator).

Справка. С 2015 года в РФ был принят новый, соответствующий европейскому, стандарт качества электросети. Нормальное напряжение бытовой сети теперь должно составлять 230 В (для промышленной — 400 В). Частота – 50 Гц. Допускается отклонение от номинала в пределах 10%, то есть в промежутке значений 207-253 В.

Примечание: ГОСТ 29322-2014 допускает выдачу напряжения для потребителей по старым нормам – 220 В.

Фактически же устаревшее оборудование во многих регионах страны и некачественная проводка приводит к значительно большим просадкам, что потенциально может окончиться поломкой или уменьшением срока службы электроприборов. Как даже незначительно ухудшение контактов в распределительном щитке сказывается на напряжении в квартире, наглядно показано в этом видеоролике:

В настоящее время ответственность за порчу личного электрооборудования граждан, в результате завышенного или заниженного напряжения, несет энергетическая компания, осуществляющая поставку услуг по электроснабжению. Однако добиваться компенсаций придется в суде, также придется доказывать, что реальные параметры напряжения значительно выше/ниже нормы. А это очень сложный процесс и не все пострадавшие готовы к судебным тяжбам, которые могут длиться несколько месяцев или даже лет.

В конечном итоге людям приходится защищать свое оборудование при помощи вспомогательных приборов – стабилизаторов напряжения.

Необходимо приобретать стабилизатор больше суммарной мощности подключаемых к нему потребителей электроэнергии в 3-5 раз. Например, стабилизатор напряжения для усилителя мощностью 150 Вт должен быть рассчитан не менее, чем на 450 Вт.

Стоит отметить, что сетевой фильтр не спасет приборы от просадок напряжения, он способен лишь немного сгладить импульсные помехи, присутствующие в электросети. Но эту же функцию выполняют и стабилизатор. А это значит, что использовать сетевой фильтр имеет смысл только тогда, когда пользователь уверен в том, что в его квартире или доме параметры электрического тока соответствуют нормам.

Подробнее о том, когда стабилизатор можно заменить обычным сетевым фильтром вы можете прочитать в этой статье.

↑ Печатная плата

Детали устройства, кроме силового трансформатора Т1 и мощных транзисторов VT1, VT2, смонтированы на печатной плате размерами 150×70 мм (см. рис. 2), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита.

Рис. 2. Размещение деталей на печатной плате. Дорожки показаны «на просвет», smd элементы C9, C10, C23, C24, R9, R10 установлены со стороны печатных дорожек

«Силовые» дорожки на печатной плате целесообразно дополнительно пропаять сверху луженым монтажным проводом диаметром 0,5 — 0,7 мм.

Выбор устройства

При выборе стабилизатора учитывают следующие характеристики:

Размеры. Выбранный стабилизатор должен компактно размещаться в запланированном для него месте для установки с возможностью нормального доступа.
Вид. Из имеющихся в продаже устройств наиболее надежными, компактными и недорогими являются стабилизаторы на основе небольших микросхем.
Возможность самостоятельного ремонта. Так как даже самые надежные устройства выходят из строя, необходимо отдавать предпочтение ремонтопригодным стабилизаторам, радиодетали к которым имеются в продаже в достаточном количестве и по доступной цене.
Надежность. Выбранный стабилизатор должен обеспечивать постоянное значение напряжения без значительных отклонений от заявленного их производителем диапазона.
Стоимость. Для электрической системы автомобиля достаточно приобрести устройство стоимостью до 200 рублей.

Также при выборе стабилизатора необходимо учитывать отзывы их покупателей, которые можно найти на специализированных форумах и сайтах.

↑ Выводы

Применение двух отдельных выпрямительных мостов в устройстве, на мой взгляд, является недостатком, так как по сравнению с одним диодным мостом имеем в два раза выше падение напряжения на диодах выпрямителя, следовательно, меньшую максимальную мощность. Кроме того, конструкция с двумя диодными мостами имеет большие габариты.
Наличие двух независимо работающих вторичных обмоток трансформатора выдвигает дополнительное требование равенства их выходных напряжений.

Единственное преимущество схемы с двумя выпрямительными мостами — в два раза меньшее максимальное напряжение на диоде моста может сыграть свою положительную роль при выборе выпрямительных диодов Шоттки, имеющих невысокое обратное напряжение, не более 45 — 200 В.

Описанное устройство можно использовать не только как источник питания УМЗЧ, но и как мощный источник питания устройств автоматики.

Стабилизатор для светодиодов на микросхеме L7812 в авто

Стабилизатор тока для светодиодов может быть собран на базе 3-контактного регулятора напряжения постоянного тока (серии L7812). Устройство навесного исполнения отлично подходит для питания, как светодиодных лент, так и отдельных лампочек в автомобиле.

Необходимые компоненты для сборки такой схемы:

микросхема L7812;
конденсатор 330 мкф 16 В;
конденсатор 100 мкф 16 В;
диод выпрямительный на 1 ампер (1N4001, к примеру, или аналогичный диод Шоттки);
провода;
термоусадка 3 мм.

Вариантов на самом деле может быть много.

↑ Упомянутые источники

1. Орешкин В. Стабилизатор питания УМЗЧ // Радио, 1987, № 8, с. 31 . 2. Доработанный вариант малошумящего двухполярного источника питания (см. комментарии 32-36 к статье.) 3. Рекомендации фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ.
Спасибо за внимание!

Линейный стабилизатор для светодиодных ламп на авто

Итак, почему же так быстро перегорают габаритные, светодиодные лампочки или другие светодиодные лампочки, которые стоят в автомобиле, потому что в них используется в качестве драйвера обычный токоограничивающий резистор.

Как правило, светодиодные световые приборы, мощностью от 10 Вт и выше используют уже качественный импульсный стабилизатор — драйвер и такой болезнью не страдают в отличие от габаритных, дешевых светодиодных ламп.

Сначала эти лампочки начинают мерцать, то есть это уже первые признаки деградация кристалла, ну и потом они попросту перегорают. В среднем простой, светодиодной лампочки продолжительность жизни составляет один год, где-то меньше, где-то чуть больше.

Почему же так происходит?

А происходит это потому, что данный токоограничивающий резистор рассчитывается по специализированной формуле, (таких калькуляторов онлайн много в интернете) и подключается на соответствующие напряжение.

Классическая модель

Классические стабилизаторы – это большой класс устройств, собираемых на основе таких полупроводниковых деталей, как биполярные транзисторы и стабилитроны. Среди них основную функцию по поддержанию напряжения на уровне 12 В выполняют стабилитроны – разновидность диодов, подключаемых в обратной полярности (к катоду такого полупроводникового прибора подключается плюс источника питания, к аноду – минус), работающих в режиме пробоя. Суть работы данных полупроводниковых деталей заключается в следующем:

При напряжении подключенного к стабилитрону источника питания меньше 12 В он находится в закрытом положении и не участвует в регулировке данной характеристики электрического тока.
При превышении порога в 12 Вольт стабилитрон «открывается» и поддерживает данное значение в заданном его характеристиками диапазоне.

В случае превышения напряжения, подаваемого на стабилитрон, относительно заявленного как максимальное производителем прибор очень быстро выходит из строя из-за эффекта теплового пробоя.

Чтобы любая модель стабилитрона служила максимально долго, рекомендуется по его спецификации уточнить тот диапазон напряжений, силы тока, в котором его следует эксплуатировать.

В зависимости от подключения различают два варианта классического стабилизатора: линейный – регулировочные элементы подключаются последовательно нагрузке; параллельный – стабилизирующие напряжение устройства располагаются параллельно запитываемым приборам.