Статья писалась в далёком 1991 году (ещё при СССР) и
поэтому имеет некий РЕТРО оттенок :).
В.Я.Володин
СТАБИЛИЗАТОР ИЗ ТАЙМЕРА.
Благодоря своей универсальности интегральная схема (ИС)
555 получила широкое распространение за рубежом и у нас в
стране. Отечественным аналогом этой ИС является ИС
КР1006ВИ1.
Сделаем небольшое отступление для тех, кто не знаком с
этой уникальной микросхемой.
На рис.1 показана функциональная схема ИС 555 [1].
Основные ее каскады - это управляющий RS-триггер, два
компаратора, разрядный транзистор Q1 и инвертирующий усили-
тель A1.
Компаратор - это своеобразный мостик между аналоговыми
и цифровыми устройствами, служащий для сравнения двух уров-
ней напряжения. Если напряжение на входе (+) компаратора бо-
лее положительное чем на входе (-), то на выходе компаратора
лог.1. В противном случае на выходе компаратора лог.0. Хоро-
шие компараторы улавливают разницу в уровнях входных напря-
жений величиной несколько десятков микровольт и менее.
На рис.2 изображена наиболее распространенная схема
включения ИС 555.
Это схема генератора прямоугольных импульсов. Принцип
действия этой схемы следующий. Допустим в некоторый момент
времени конденсатор C разряжен ниже 1/3Uп. Как видно из
рис.1 на входе (-) компаратора 1 фиксирован, с помощью дели-
теля Ra, Rb, Rc, уровень 2/3Uп, а на входе (+) компаратора 2
уровень 1/3Uп. Следовательно на выходе компаратора 1 будет
лог.0, а на выходе компаратора 2 будет лог.1. В этом случае
RS-триггер установлен, транзистор Q1 закрыт, а на выводе 3
ИС присутствует уровень лог.1. По истечении времени
T1=0.685*(Rз+Rр)*C конденсатор C зарядится до уровня 2/3Uп и
сработает компаратор 1, который сбросит RS-триггер. В этот
момент на выводе 3 ИС появится уровень лог.0 и транзистор Q1
открывается. Конденсатор С за время Т2=0.685*Rр*C разряжает-
ся до уровня 1/3Uп. После этого срабатывает компаратор 2,
который перекидывает RS-триггер в первоначальное состояние и
весь процесс повторяется. Следовательно схема изображенная
на рис.2 генерирует прямоугольные импульсы следующие с пери-
одом T=T1+T2=1.46*(Rз+2Rр)*C.
В различных источниках [2,3] неоднократно появлялись
примеры использования ИС 555 в ключевых стабилизаторах нап-
ряжения. И это не удивительно, так-как на ИС 555 очень легко
можно осуществить схему с широтно-импульсной модуляцией
(ШИМ), подав на ножку 5 модулирующее напряжение. С выхода 3
ИС КР1006ВИ1 можно получить ток до 100mA, что позволяет не-
посредственно управлять мощной нагрузкой.
В настоящее время среди радиолюбителей пользуются боль-
шой популярностью релейные стабилизаторы напряжения. ИС 555
имеет все необходимые элементы схемы управления релейным
стабилизатором напряжения. Единственным недостатком ИС 555,
в этом случае, является слишком большой размер окна компара-
тора, который составляет 1/3Uп.
На рис.3 изображена схема в которой преодолен этот, вы-
шеуказанный, недостаток. За счет внешнего делителя R1, R2,
R3 подключенного к выводам 2 и 6 ИС 555, величину окна ком-
паратора можно довести до 30 ...50 мВ, что вполне достаточно
для релейного стабилизатора напряжения.
Напряжение в верхней точке опрокидывания компаратора
можно найти по формуле:
Uв=Uоп*(R1+R2+R3)/(R2+R3)
Напряжение в нижней точке опрокидывания:
Uн=Uоп*(R1+R2+R3)/2*R3
На рис.4 приведена приципиальная электрическая схема
релейного стабилизатора напряжения в которой используется ИС
таймера 555. Внешний делитель напряжения реализован на ре-
зисторах R15, R16, R17, R18 и R19. Подстроечным резистором R17
устанавливают двойную амплитуду пульсации на выходе стабили-
затора равную 30 ..50 мВ. Подстроечным резистором R15 уста-
навливают 5В на выходе стабилизатора. Опорное напряжение,
величиной 3.3В, снимается со стабилитрона VD8. Благодоря то-
му, что стабилитрон VD8 питается стабильным током, пульсация
с частотой сети на выходе стабилизатора практически отсутс-
твует. ИС DA1 и DD1 питаются напряжением 5В с выхода стаби-
лизатора, собранного на элементах R1, R2, VD5 и VT1. Силовой
ключ стабилизатора выполнен по типовой схеме [4] на элемен-
тах VT3, VT4, VT5, VD6, C5, R6, R7, R13 и R14. В стабилиза-
торе применена известная схема токовой защиты, которая бло-
кирует силовой ключ при превышении пикового значения входно-
го тока стабилизатора величины 5А. Схема защиты собрана на
элементах VT2, R3, R4, R5, C3, DD1, C4, R8, R9, R10, R11,
R12. При превышении входным током пикового значения
6.5A открывается транзистор VT2 и сбрасывает триггер DD1.2,
DD1.3. Уровень лог.0 на выходе DD1.3 блокирует работу сило-
вого ключа. С помощью RC-цепочки R11С4 схема защиты устанав-
ливается в момент включения стабилизатора.
Стабилизатор обеспечивает следующие параметры:
Выходное напряжение ........... 5В
Ток нагрузки до ............... 5А
Двойная амплитуда пульсации ... 30 ..50мВ
Частота пульсации ............. 0.6 ..1КГц
Силовой трансформатор намотан на сердечнике Ш30*30 из
трансформаторной стали. Первичная обмотка намотана проводом
диаметром 0.35мм и содержит 1100 витков. Вторичная обмотка
намотана проводом диаметром 1.2мм и содержит 70 витков. Мож-
но использовать и другой трансформатор мощностью около
40..50 Ватт с напряжением холостого хода на вторичной обмот-
ке 12..15В.
Дроссель L1 намотан на сердечнике Ш12*25 из трансфор-
маторной стали. Обмотка мотается проводом диаметром 1мм до
заполнения. Сердечник собирается встык и в зазор необходимо
вставить немагнитную (например бумажную) прокладку толщиной
0.5мм.
Список литературы:
1. Р. Трейстер. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555.
Перевод с английского. Москва "Мир" 1988.
2. Л. Фолкенберри. Применение операционных усилителей и
линейных ИС. Перевод с английского. Москва "Мир" 1985.
3. П. Четти. Проектирование ключевых источников элект-
ропитания. Перевод с английского. Москва "Энергоатомиздат"
1990.
4. В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев. Проектирование источни-
ков электропитания устройств связи. Москва "Связь" 1972.
5. Справочник. Микросхемы для бытовой аппаратуры.
Москва "Радио и связь" 1989.
На рис.1 показана функциональная схема ИС 555 [1].
Основные ее каскады - это управляющий RS-триггер, два
компаратора, разрядный транзистор Q1 и инвертирующий усили-
тель A1.
Компаратор - это своеобразный мостик между аналоговыми
и цифровыми устройствами, служащий для сравнения двух уров-
ней напряжения. Если напряжение на входе (+) компаратора бо-
лее положительное чем на входе (-), то на выходе компаратора
лог.1. В противном случае на выходе компаратора лог.0. Хоро-
шие компараторы улавливают разницу в уровнях входных напря-
жений величиной несколько десятков микровольт и менее.
На рис.2 изображена наиболее распространенная схема
включения ИС 555.
Это схема генератора прямоугольных импульсов. Принцип
действия этой схемы следующий. Допустим в некоторый момент
времени конденсатор C разряжен ниже 1/3Uп. Как видно из
рис.1 на входе (-) компаратора 1 фиксирован, с помощью дели-
теля Ra, Rb, Rc, уровень 2/3Uп, а на входе (+) компаратора 2
уровень 1/3Uп. Следовательно на выходе компаратора 1 будет
лог.0, а на выходе компаратора 2 будет лог.1. В этом случае
RS-триггер установлен, транзистор Q1 закрыт, а на выводе 3
ИС присутствует уровень лог.1. По истечении времени
T1=0.685*(Rз+Rр)*C конденсатор C зарядится до уровня 2/3Uп и
сработает компаратор 1, который сбросит RS-триггер. В этот
момент на выводе 3 ИС появится уровень лог.0 и транзистор Q1
открывается. Конденсатор С за время Т2=0.685*Rр*C разряжает-
ся до уровня 1/3Uп. После этого срабатывает компаратор 2,
который перекидывает RS-триггер в первоначальное состояние и
весь процесс повторяется. Следовательно схема изображенная
на рис.2 генерирует прямоугольные импульсы следующие с пери-
одом T=T1+T2=1.46*(Rз+2Rр)*C.
В различных источниках [2,3] неоднократно появлялись
примеры использования ИС 555 в ключевых стабилизаторах нап-
ряжения. И это не удивительно, так-как на ИС 555 очень легко
можно осуществить схему с широтно-импульсной модуляцией
(ШИМ), подав на ножку 5 модулирующее напряжение. С выхода 3
ИС КР1006ВИ1 можно получить ток до 100mA, что позволяет не-
посредственно управлять мощной нагрузкой.
В настоящее время среди радиолюбителей пользуются боль-
шой популярностью релейные стабилизаторы напряжения. ИС 555
имеет все необходимые элементы схемы управления релейным
стабилизатором напряжения. Единственным недостатком ИС 555,
в этом случае, является слишком большой размер окна компара-
тора, который составляет 1/3Uп.
На рис.3 изображена схема в которой преодолен этот, вы-
шеуказанный, недостаток. За счет внешнего делителя R1, R2,
R3 подключенного к выводам 2 и 6 ИС 555, величину окна ком-
паратора можно довести до 30 ...50 мВ, что вполне достаточно
для релейного стабилизатора напряжения.
Напряжение в верхней точке опрокидывания компаратора
можно найти по формуле:
Uв=Uоп*(R1+R2+R3)/(R2+R3)
Напряжение в нижней точке опрокидывания:
Uн=Uоп*(R1+R2+R3)/2*R3
На рис.4 приведена приципиальная электрическая схема
релейного стабилизатора напряжения в которой используется ИС
таймера 555. Внешний делитель напряжения реализован на ре-
зисторах R15, R16, R17, R18 и R19. Подстроечным резистором R17
устанавливают двойную амплитуду пульсации на выходе стабили-
затора равную 30 ..50 мВ. Подстроечным резистором R15 уста-
навливают 5В на выходе стабилизатора. Опорное напряжение,
величиной 3.3В, снимается со стабилитрона VD8. Благодоря то-
му, что стабилитрон VD8 питается стабильным током, пульсация
с частотой сети на выходе стабилизатора практически отсутс-
твует. ИС DA1 и DD1 питаются напряжением 5В с выхода стаби-
лизатора, собранного на элементах R1, R2, VD5 и VT1. Силовой
ключ стабилизатора выполнен по типовой схеме [4] на элемен-
тах VT3, VT4, VT5, VD6, C5, R6, R7, R13 и R14. В стабилиза-
торе применена известная схема токовой защиты, которая бло-
кирует силовой ключ при превышении пикового значения входно-
го тока стабилизатора величины 5А. Схема защиты собрана на
элементах VT2, R3, R4, R5, C3, DD1, C4, R8, R9, R10, R11,
R12. При превышении входным током пикового значения
6.5A открывается транзистор VT2 и сбрасывает триггер DD1.2,
DD1.3. Уровень лог.0 на выходе DD1.3 блокирует работу сило-
вого ключа. С помощью RC-цепочки R11С4 схема защиты устанав-
ливается в момент включения стабилизатора.
Стабилизатор обеспечивает следующие параметры:
Выходное напряжение ........... 5В
Ток нагрузки до ............... 5А
Двойная амплитуда пульсации ... 30 ..50мВ
Частота пульсации ............. 0.6 ..1КГц
Силовой трансформатор намотан на сердечнике Ш30*30 из
трансформаторной стали. Первичная обмотка намотана проводом
диаметром 0.35мм и содержит 1100 витков. Вторичная обмотка
намотана проводом диаметром 1.2мм и содержит 70 витков. Мож-
но использовать и другой трансформатор мощностью около
40..50 Ватт с напряжением холостого хода на вторичной обмот-
ке 12..15В.
Дроссель L1 намотан на сердечнике Ш12*25 из трансфор-
маторной стали. Обмотка мотается проводом диаметром 1мм до
заполнения. Сердечник собирается встык и в зазор необходимо
вставить немагнитную (например бумажную) прокладку толщиной
0.5мм.
Список литературы:
1. Р. Трейстер. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555.
Перевод с английского. Москва "Мир" 1988.
2. Л. Фолкенберри. Применение операционных усилителей и
линейных ИС. Перевод с английского. Москва "Мир" 1985.
3. П. Четти. Проектирование ключевых источников элект-
ропитания. Перевод с английского. Москва "Энергоатомиздат"
1990.
4. В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев. Проектирование источни-
ков электропитания устройств связи. Москва "Связь" 1972.
5. Справочник. Микросхемы для бытовой аппаратуры.
Москва "Радио и связь" 1989.
