В настоящее время традиционные
линейные источники питания все больше вытесняются импульсными. Однако, несмотря
на это, они продолжают оставаться весьма удобным и практичным решением в большинстве
случаев радиолюбительского конструирования (иногда и в промышленных устройствах).
Причин тому несколько: во-первых, линейные источники питания конструктивно достаточно
просты и легко настраиваются, во-вторых, они не требуют применения дорогостоящих
высоковольтных компонентов и, наконец, они значительно надежнее импульсных ИП.
Типичный линейный ИП содержит
в своем составе: сетевой понижающий трансформатор, диодный мост с фильтром и
стабилизатор, который преобразует нестабилизированное напряжение, получаемое
со вторичной обмотки трансформатора через диодный мост и фильтр, в выходное
стабилизированное напряжение, причем, это выходное напряжение всегда ниже нестабилизированного
входного напряжения стабилизатора. Основным недостатком такой схемы является
низкий КПД и необходимость резервирования мощности практически во всех элементах
устройства (т.е. требуется установка компонентов допускающих большие нагрузки,
чем предполагаемые для ИП в целом, например, для ИП мощностью 10 Вт требуется
трансформатор мощностью не менее 15 Вт и т.п.). Причиной этого является принцип
по которому функционируют стабилизаторы линейных ИП. Он заключается в рассеивании
на регулирующем элементе некоторой мощности Ppac = Iнагр * (Uвх - Uвых) .Из
формулы следует, что чем больше разница между входным и выходным напряжением
стабилизатора, тем большую мощность необходимо рассеивать на регулирующем элементе.
С другой стороны, чем более нестабильно входное напряжение стабилизатора, и
чем больше оно зависит от изменения тока нагрузки, тем более высоким оно должно
быть по отношению к выходному напряжению. Таким образом видно, что стабилизаторы
линейных ИП функционируют в достаточно узких рамках допустимых входных напряжений,
причем эти рамки еще сужаются при предъявлении жестких требований к КПД устройства.
Зато достигаемые в линейных ИП степень стабилизации и подавление импульсных
помех намного превосходят другие схемы. Рассмотрим несколько подробнее применяемые
в линейных ИП стабилизаторы.
Простейшие
(т.н. параметрические) стабилизаторы основаны на использовании особенностей
вольт-амперных характеристик некоторых полупроводниковых приборов — в основном,
стабилитронов. Их отличает высокое выходное сопротивление. невысокий уровень
стабилизации и низкий КПД. Такие стабилизаторы применяются только при малых
нагрузках, обычно — как элементы схем (например, в качестве источников опорного
напряжения). Примеры параметрических стабилизаторов и формулы для расчета приведены
на рис. 3.3-1.
Последовательные проходные
линейные стабилизаторы отличаются следующими характеристиками: напряжение на
нагрузке не зависит от входного напряжения и тока нагрузки, допускаются высокие
значения тока нагрузки, обеспечивается высокий коэффициент стабилизации и малое
выходное сопротивление. Структурная схема типового линейного стабилизатора представлена
на рис. 3.3-2. Основной принцип на котором основана его работа — сравнение выходного
напряжения с некоторым стабилизированным
опорным напряжением
и управление на основе результатов этого сравнения главным силовым элементом
стабилизатора (на структурной схеме—т.н. проходной транзистор VT1, работающий
в линейном режиме, но это может быть и группа компонентов), на котором и рассеивается
избыточная мощность (см. приведенную выше формулу).
.
В большинстве случаев радиолюбительского
конструирования в качестве источников питания устройств могут применяться линейные
ИП на основе микросхем линейных стабилизаторов серии К(КР)142. Они обладают
очень хорошими параметрами, имеют встроенные цепи защиты от перегрузок, цепи
термоком-пенсации и т.п., легко доступны и просты в применении (большинство
стабилизаторов этой серии полностью реализованы внутри ИС, которые(имеют всего
три вывода). Однако при конструировании линейных ИП большой мощности (25-100
Вт) требуется более тонкий подход, а именно: применение специальных трансформаторов
с броневыми сердечниками (имеющих больший КДП), прямое использование только
интегральных стабилизаторов невозможно ввиду недостаточности их мощности, т.е.
нужны дополнительные силовые компоненты и, как следствие, дополнительные цепочки
защиты от перегрузки, перегрева и перенапряжения. Такие ИП выделяют много тепла,
предполагают установку многих компонентов на больших радиаторах и, соответственно,
достаточно габаритны; для достижения высокого коэффициента стабилизации выходного
напряжения требуются специальные схемные решения.
