|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ ekonomiczne stabilizatory. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Ochronniki przeciwprzepięciowe Nie wchodząc w szczegółową analizę zalet i wad różnych zasad przetwarzania i stabilizacji napięcia, autor artykułu dzieli się swoimi doświadczeniami w opracowywaniu prostych ekonomicznych stabilizatorów napięcia z tranzystorem bipolarnym jako elementem regulującym. Wiele uwagi poświęcono doborowi przykładowego źródła napięcia. W artykule zamieszczono tabele z wynikami testów różnych stabilizatorów, ułatwiające wybór odpowiedniej opcji. Aby osiągnąć wysoką sprawność urządzeń radioelektronicznych zasilanych ogniwami lub bateriami galwanicznymi i wymagających stabilizowanego napięcia, oprócz prawidłowego doboru napięcia zasilania i rodzaju ogniw ważny jest dobór odpowiedniego ekonomicznego stabilizatora, który zapewni możliwie najdłuższą pracę urządzenia bez wymiany źródeł zasilania. Ekonomiczny (o wysokiej sprawności) to stabilizator, który jednocześnie spełnia dwa warunki: po pierwsze musi charakteryzować się niskim poborem prądu w stosunku do prądu obciążenia; po drugie, aby mieć minimalny dopuszczalny spadek napięcia na elemencie regulacyjnym. W literaturze często pojawiają się opisy ekonomicznych stabilizatorów, w których autorzy skupiają się na zmniejszeniu prądu pobieranego przez sam stabilizator i nie przywiązują dużej wagi do tego, że do jego normalnej pracy napięcie wejściowe musi przekraczać napięcie wyjściowe o co najmniej 1,5 ... 2 V. Przy zasilaniu z baterii okoliczność ta odgrywa nadrzędną rolę. Proste obliczenia pokazują, że spadek wydajności stabilizatorów następuje właśnie z powodu rozpraszania energii w postaci ciepła na tranzystorze regulacyjnym, a straty te są wprost proporcjonalne do spadku napięcia. Ogólnie rzecz biorąc, stabilizator jest regulowanym dzielnikiem napięcia, w którym tranzystor jest elementem regulującym, którego przewodność zmienia element sterujący. W ekonomicznych stabilizatorach element sterujący musi zapewniać wystarczający prąd bazowy tranzystora regulacyjnego przy minimalnym zużyciu własnym. Prąd ten jest generowany przez porównanie napięcia wyjściowego z napięciem odniesienia. Ważny jest prawidłowy dobór źródła napięcia odniesienia (ION), którego parametry określają charakterystykę stabilizatora: współczynnik stabilizacji (Ket), temperaturowy współczynnik napięcia (TKN), sprawność itp. Tranzystor regulacyjny musi utrzymywać stabilne napięcie wyjściowe, gdy napięcie zasilania spada do wartości minimalnej nieznacznie przekraczającej znamionowe napięcie wyjściowe stabilizatora. Minimalna różnica napięć wejściowych i wyjściowych, przy której stabilizator może jeszcze utrzymać znamionowe napięcie wyjściowe, zależy również od schematu połączeń tranzystora regulacyjnego [1]. MIKROENERGETYCZNE ŹRÓDŁA NAPIĘCIA ODNIESIENIA Najprostszy obwód jonowy uzyskuje się za pomocą diod Zenera, których wybór jest dość duży, ale w praktyce często pojawiają się trudności z powodu rozłożenia napięcia stabilizującego diod Zenera tego samego typu i niskiej wydajności przy zasilaniu urządzeń mikroenergetycznych. Ogólnie przyjmuje się, że diody Zenera nie nadają się do pracy przy prądzie mniejszym niż 0,5 ... 1 mA. Dzieje się tak, gdy trzeba uzyskać gwarantowany wynik bez poświęcania czasu na sprawdzanie i wybieranie odpowiednich diod Zenera. Jednak większość z nich może pracować z mniejszym prądem, zapewniając akceptowalne parametry dla prądu obciążenia nieprzekraczającego kilkudziesięciu mikroamperów. Aby to zweryfikować, wystarczy narysować zależności parametrów diod Zenera nie w skali liniowej, jak to ma miejsce w większości podręczników, ale w skali logarytmicznej. na ryc. 1 - 3 przedstawia zależność napięcia stabilizacji (UCT) i rezystancji różnicowej (Rd) od prądu stabilizacji (lCT) na wskazanej skali.
Ze względu na to, że parametry diod Zenera charakteryzują się dużym rozrzutem, zależności napięcia stabilizacji od prądu dla diod Zenera KS133A, KS147A, KS156A, KS168A są charakterystykami uśrednionymi (rys. 1). W przypadku diod Zenera z serii D814, które mają szczególnie silny rozrzut przy prądzie mniejszym niż 200 ... 300 μA, wykresy są zacienionymi obszarami (ryc. 2), zbudowanymi na podstawie uogólnienia charakterystyk kilku (do pięciu) diod Zenera każdego typu. Mała liczba przebadanych diod Zenera nie pozwala na wyciągnięcie wniosków, które rzekomo są trafniejsze, ale pewne ogólne trendy są nadal widoczne. Testy wykazały, że dla diod Zenera serii D808 - D811, D813, D814 i D818, wraz ze spadkiem prądu, napięcie stabilizacji początkowo nieznacznie spada, ale przy prądzie mniejszym niż 200 ... 300 μA w niektórych przypadkach staje się nieprzewidywalnie niski. W przypadku niskonapięciowych diod Zenera KS133A, KS147A, KS156A, przy spadku prądu, napięcie stabilizacji monotonnie maleje bez ostrych spadków. Wykres dla diod Zenera KS133A i KS147A (ryc. 3) jest prawie prostą linią pokazującą odwrotnie proporcjonalną zależność rezystancji różnicowej od prądu. Zmniejszenie prądu o współczynnik 1000, na przykład z 32 mA do 32 μA, prowadzi do wzrostu Rd również o współczynnik 1000 - z 10 Ω do 10 kΩ. Diody Zenera o napięciu stabilizującym 5,6 ... 7 V i prądzie większym niż 3 mA mają niższą rezystancję różnicową. Wraz ze spadkiem prądu do pewnego poziomu, Rd takich diod Zenera gwałtownie wzrasta, a przy dalszym spadku nie różni się zbytnio od Rd diod Zenera o niższym napięciu. Diody Zenera D814A - D814D mają również niską rezystancję różnicową przy dużym prądzie, ale przy prądzie mniejszym niż 200 ... 300 μA, Rd niektórych przykładów diod Zenera może być znacznie większy niż w przypadku diod niskonapięciowych. Eksperymenty z kilkoma egzemplarzami diod Zenera (KS510A, KS512A, KS515A, KS518A) wykazały, że większość z nich ma dobre charakterystyki stabilizacyjne w całym zakresie zmian prądu do 3...5 μA, ale są one przeznaczone do stabilizacji napięcia większej niż 10 V. Ich cechą jest zwiększony poziom hałasu przy prądzie mniejszym niż 300 μA. Nie należy lekceważyć takiego parametru ION, jak napięciowy współczynnik temperaturowy, ponieważ może on powodować takie nieprzyjemne zjawiska, jak lokalny dryft częstotliwości oscylatora lub zwiększony błąd urządzenia pomiarowego, gdy zmienia się temperatura otoczenia. TKN diod Zenera o UCT = 5...6,8 V (KS156A, KS168A itp.) przy spadku prądu do 100 μA i poniżej przesuwa się w kierunku wartości ujemnych i może wzrosnąć do -2,5 mV/°С [2 ] . Kompensowane termicznie diody Zenera serii D818, KS191 itp. przy prądzie mniejszym niż 1 mA tracą swoje właściwości precyzyjne z powodu zwiększonego ujemnego TKN. Wśród diod Zenera z serii D814 zdarzają się przypadki, które nie nadają się do pracy w trybie niskiego prądu (poniżej 0,3 ... 0,4 mA) z powodu gwałtownego spadku napięcia stabilizacji, gdy temperatura spada. W przypadku większości innych typów diod Zenera, gdy prąd maleje, TKN nie zmienia się tak zauważalnie, ale ogólną tendencją jest przesunięcie TKN w kierunku wartości ujemnych. Analiza charakterystyk diod Zenera przy niskim prądzie pozwala wyciągnąć następujące wnioski. Prawie wszystkie typy diod Zenera mają zastosowanie w trybie niskoprądowym, ale dopiero po wstępnym teście. W takim przypadku należy wybrać te przypadki, w których wraz ze spadkiem prądu zasilania napięcie stabilizacji zmienia się mniej. Diody Zenera o UCT < 7 V (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A, KS168A) mogą być stosowane w ION przy obniżonym prądzie zasilania do kilkudziesięciu mikroamperów. Współczynnik stabilizacji diod Zenera KS133A, KS139A i KS147A jest prawie niezależny od prądu, ale ma niską wartość (6 ... 10), a napięcie stabilizacji monotonicznie maleje wraz ze spadkiem prądu i przy wartości 50 μA może być 1,5 ... 2 razy mniejsze niż przy 5 ... 10 mA. Okoliczność ta umożliwia regulację napięcia stabilizacyjnego w pewnych granicach poprzez zmianę prądu, jednak pożądana jest stabilizacja prądu w celu zwiększenia KCT [3]. Współczynnik stabilizacji diod Zenera KS156A i KS168A spada do 8 ... 15 wraz ze spadkiem prądu, co może również wymagać zastosowania stabilizacji prądu. Napięcie stabilizacji, gdy prąd spada do 50 μA, spada o 1,2 ... 1,5 razy. Diody Zenera o UCT = 7,5 ... 14 V (D808, seria D814 i D818 itp.) mają zastosowanie w ION przy prądzie do 0,4 ... 0,5 mA przy niewielkim pogorszeniu parametrów; przy wartości mniejszej niż 0,4 mA charakterystyka może ulec pogorszeniu, ale ponad połowa testowanych diod Zenera tego typu miała akceptowalne parametry, gdy prąd spadł do 80 ... 100 μA. Dobrą alternatywą dla diod Zenera, szczególnie w trybie niskoprądowym, są diody LED [4] promieniowania widzialnego (UCT = 1,5...2 V w połączeniu bezpośrednim) oraz złącza baza-emiter [5-7] tranzystorów krzemowych małej mocy (UCT = 4..10 V po ponownym włączeniu). Zapewniają wyższy CCT i mogą pracować nawet jeśli prąd stabilizacji jest mniejszy niż 20 µA, a napięcie stabilizacji diod w trybie niskoprądowym jest dość przewidywalne. W ION można zastosować nie tylko złącza p-n diod i tranzystorów, ale także tranzystory polowe stosowane jako stabilizator prądu (ryc. 4, a). Napięcie odniesienia jest usuwane z rezystora w obwodzie źródłowym [8]. Przy prądzie 10 µA napięcie to jest równe napięciu odcięcia (UOTC) FET. Wartość prądu płynącego przez tranzystor polowy wybiera się zmieniając rezystancję rezystora w obwodzie źródłowym. Główną wadą tranzystorów polowych jest duża rozpiętość napięcia odcięcia urządzeń tego samego typu, nawet w ramach tej samej partii (pakietu), co w większości przypadków uniemożliwia ich zastosowanie bez uprzedniego zmierzenia tego parametru i doboru odpowiedni tranzystor.
Aby zmierzyć UOTC, konieczne jest podłączenie mikroamperomierza do drenu tranzystora i woltomierza równolegle z rezystorem (ryc. 4, b). Ustaw prąd drenu na 10 µA za pomocą zmiennego rezystora i zmierz spadek napięcia na rezystorze (lub między bramką a źródłem) za pomocą woltomierza o wysokiej rezystancji. Napięcie to można uznać za napięcie odcięcia. Wygodniej jest wybrać tranzystory, jeśli włożysz je do odpowiedniego złącza o małych rozmiarach, do którego przylutowane są przewody z innych urządzeń. na ryc. 5 pokazuje zależność napięcia źródła od prądu drenu dla kilku tranzystorów polowych. Z wykresów widać, że gdy prąd zmienia się od 1 do 150 ... 200 μA, napięcie u źródła większości tranzystorów zmienia się o nie więcej niż 20 ... 25% napięcia odcięcia. Ta okoliczność może być przydatna przy dokonywaniu przybliżonych obliczeń. Współczynnik stabilizacji przy prądzie mniejszym niż 1...2 mA mieści się w zakresie 20...40, nieznacznie zwiększając się wraz ze spadkiem prądu. TKN ma maksymalną wartość dodatnią przy małym prądzie i maleje wraz z jego wzrostem, stając się ujemnym przy prądzie większym niż 0,1-3,0 mA [9].
Badania wykazały, że najbardziej odpowiednie do zastosowania jako jony mikroprądowe są tranzystory ze złączem p-n serii KP103, KP302 i KP303. Dla większości z nich TKN w trybie niskoprądowym nie przekracza +2,5 mV/°C lub 0,25%/°C. Zastosowanie tranzystorów z izolowaną bramką (badano tylko tranzystory serii KP305 i KP313) również nie jest wykluczone, ale ich rozrzut TKN jest większy. Ponieważ stabilizator prądu na tranzystorze polowym jest dwuzaciskowy, szeregowe połączenie dodatkowego rezystora (ryc. 6, a) pozwala zwiększyć napięcie odniesienia. Zastępując rezystor w obwodzie źródłowym potencjometrem i regulując napięcie sprzężenia zwrotnego na bramce, możesz zwiększyć napięcie u źródła tranzystora z UOTC w szerokim zakresie, ale lepiej ograniczyć się do 2 ... Pozwala to na poprawę TKN. Wady ION według tak prostego obwodu to stosunkowo wysoka impedancja wyjściowa i zwiększony dodatni TKN. Aby poprawić te parametry, a jednocześnie zwiększyć Kst do 50 ... 80, połączenie stabilizatora prądu z diodami Zenera o ujemnym TKN (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A, KS168A) (ryc. 6,b ) pozwala. Minimalne napięcie zasilania powinno być wyższe od napięcia odniesienia o wartość UOTC z pewnym marginesem, dlatego jeśli napięcie wejściowe jest niewiele wyższe od napięcia stabilizacji, lepiej wybrać tranzystory polowe z małym UOTC. Za pomocą zmiennego rezystora w obwodzie bramki, zmieniając prąd stabilizujący w określonych granicach, można dostosować przykładowe napięcie ION.
Diody LED i diody Zenera KS119A, KS133A, KS139A, KS147A w celu „oszczędzania” napięcia zasilania są połączone równolegle z rezystorem zmiennym w obwodzie źródłowym tranzystora polowego (ryc. 6, c). Rezystancja rezystora może wynosić od kilkuset kΩ do kilku MΩ. Napięcie odcięcia tranzystora polowego powinno być nieco mniejsze niż napięcie odniesienia ION, więc można zastosować bardziej powszechne tranzystory polowe o U0TC> 1 V. Napięcie odniesienia można regulować w niewielkim zakresie, zmieniając prąd stabilizacji . Dioda Zenera połączona równolegle z rezystorem stabilizuje napięcie na źródle tranzystora i pogarsza sprzężenie zwrotne na bramce. Dlatego takie włączenie jest skuteczne tylko dla niskonapięciowych diod Zenera o nieznacznym współczynniku stabilizacji. Istnieje możliwość poprawienia parametrów układu ION opartego na stabilizatorze prądu poprzez zastosowanie dodatkowego tranzystora bipolarnego (rys. 7a). W przeciwieństwie do analogów diody Zenera wykorzystujących wyłącznie tranzystory bipolarne [10 - 12], urządzenie to zawiera mniej części, dobrze pracuje w trybie niskoprądowym i ma niski TKN. Lepiej jest użyć tranzystora bipolarnego z krzemem małej mocy o wysokim współczynniku przenoszenia prądu z serii KT3102, KT3107, KT342 itp., ponieważ zakres roboczy prądu takiego analogu diody Zenera jest wprost proporcjonalny do współczynnika przenoszenia prądu (h21E) tranzystora VT2. Ujemny TKN złącza baza-emiter tranzystora bipolarnego częściowo kompensuje dodatni TKN tranzystora polowego, dlatego całkowity TKN mieści się w zakresie -0,02 ... + 0,04% / ° С w dolnej pozycji suwaka rezystora zmiennego (w przypadku zastosowania tranzystorów polowych z przejściem p-n).
na ryc. 7b przedstawia charakterystyki prądowo-napięciowe analogu diody Zenera w różnych pozycjach suwaka rezystora zmiennego. Jak widać, interwał prądu roboczego urządzenia jest ograniczony. Minimalny prąd stabilizacji jest określony przez rezystancję rezystora w obwodzie źródłowym (prąd ten musi być wystarczający do wytworzenia spadku napięcia równego napięciu odniesienia), a maksymalny prąd przy wybranej rezystancji rezystora R2 jest określony przez prąd współczynnik przenoszenia tranzystora VT2 (maksymalny prąd bazowy, a zatem kolektor, jest ograniczony przez rezystor , dlatego wraz ze wzrostem prądu stabilizacji przykładowe napięcie również zaczyna rosnąć). Wraz ze wzrostem napięcia odniesienia o współczynnik 2 (z potencjometrem w obwodzie źródłowym) minimalne i maksymalne prądy stabilizacji również rosną około 2 razy. TKN w tym przypadku może wzrosnąć do +0,08%/°С. Uproszczone obliczenia analogu diody Zenera przeprowadza się w następującej kolejności: określa się minimalny prąd stabilizacji, wybiera się tranzystor polowy o określonym napięciu odcięcia, oblicza się rezystancję rezystora w obwodzie źródłowym i oblicza się określany jest maksymalny prąd stabilizacji. Do obliczeń możesz użyć współczynników: I min >51H; Uobr min=U0TC + UBE lub U0TC=U0br min-0,6 V; Ri=2U0TC/lCT min (jeśli Uobr nie jest regulowany); Ri2 (Uobr max-0,6B) / lst min (jeśli Uobr jest regulowany); Iст max=lK max/2=(lБ-h21э)/2=(U0TC/Rи)h21э/2=U0TC·h21э/2Rи. gdzie Ist min - minimalny prąd stabilizacji; IH - maksymalny prąd obciążenia; Ist max - maksymalny prąd stabilizacji; lK max - maksymalny prąd kolektora tranzystora VT2; IB - prąd bazowy tranzystora VT2; R i - rezystancja rezystora (lub rezystorów) w obwodzie źródłowym; Uobp min - minimalne napięcie odniesienia; UOTC - napięcie odcięcia tranzystora VT1; UBe - spadek napięcia na złączu baza-emiter tranzystora VT2; h21e - statyczny współczynnik przenoszenia prądu tranzystora VT2; 2 jest empirycznym współczynnikiem uwzględniającym pogorszenie parametrów w pobliżu granicznego prądu stabilizacji. Możesz rozszerzyć zakres prądu roboczego analogu diody Zenera, dodając kolejny tranzystor (ryc. 8). Tranzystor ten, jeśli konieczne jest ustabilizowanie dużego prądu, może być mocny, zamontowany na radiatorze lub bezpośrednio na metalowej obudowie (jeśli tranzystory VT2 i VT3 mają tę samą strukturę).
Analog diody Zenera (ryc. 8) przewyższa większość diod Zenera swoimi parametrami, szczególnie przy stabilizacji małego prądu. Zaletą jest możliwość regulacji przykładowego napięcia w szerokim zakresie. Podczas obliczania trójtranzystorowego analogu diody Zenera zamiast parametrów tranzystora VT2 parametry tranzystora kompozytowego są zastępowane we wzorach. Rezystor R4 służy do eliminacji wpływu prądu wstecznego kolektora i może mieć rezystancję od kilkudziesięciu do kilkuset kiloomów, w zależności od interwału zmian prądu stabilizacji. Wadą układu jest słaba przewidywalność TKN, która zresztą zmienia się podczas regulacji napięcia odniesienia. Wraz ze wzrostem napięcia TKN przesuwa się w kierunku wartości dodatnich. Na przykład analog diody Zenera zmontowany na uzupełniających się tranzystorach (biorąc pod uwagę inną strukturę): tranzystor VT1 - KP103E (UOTC \u1d 2 V), tranzystor VT3102 - seria KT21 (h320e \u3d 3107), tranzystor VT21 - seria KT190 (h2e \u3d 1), R40 =R3=5 MΩ, miał współczynnik stabilizacji co najmniej 1,5 przy prądzie od 2,5 μA do 0,06 mA. Przykładowe napięcie było regulowane w zakresie 0,07...XNUMX V. W tym przypadku współczynnik temperaturowy napięcia wahał się od -XNUMX%/°C do +XNUMX%/°C. Ten sam analog diody Zenera z tranzystorem VT1 KP302B (UOTC=3,4 V) miał współczynnik stabilizacji co najmniej 100 przy prądzie od 10 µA do 10 mA. Przykładowe napięcie było regulowane w zakresie 3,9...7 V. TKN wahało się od -0,01%/°С do +0,02%/°С. PROJEKTOWANIE OBWODOWE STABILIZATORÓW EKONOMICZNYCH Podstawą rozwoju ekonomicznych stabilizatorów jest prosty stabilizator z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym (rys. 9), który od ponad dwóch dekad cieszy się popularnością wśród radioamatorów [13].
Zasada jego działania opiera się na porównaniu napięcia wyjściowego z napięciem na diodzie Zenera VD1. Poziom odniesienia jest przykładany do podstawy tranzystora VT2, a napięcie wyjściowe do emitera. Sygnał błędu jest wzmacniany przez tranzystor VT2 i podawany do podstawy VT1. Elementy R1, R2, VD1, VT2 tworzą stabilizator prądu, więc maksymalny prąd wyjściowy stabilizatora jest ograniczony. Gdy rezystancja obciążenia maleje, prąd wyjściowy stabilizatora wzrasta do poziomu granicznego (Ilimit), a następnie napięcie wyjściowe maleje. Gdy na wyjściu spadnie do wartości UVD1 - UVD2 lub UVD1 - 0,6 V, otwarta dioda VD2 bocznikuje diodę Zenera VD1. W przypadku zwarcia poziom sygnału na podstawie tranzystora VT2 będzie równy spadkowi napięcia na złączu pn diody VD2 w połączeniu bezpośrednim. Zmniejsza to prąd kolektora tranzystora VT2, a zatem prąd wyjściowy stabilizatora w przypadku zwarcia (lK3) będzie mniejszy niż prąd graniczny. Napięcie wyjściowe stabilizatora jest określone przez stosunek Uvyx = UVD1 - UBE VT2 + UVD3, gdzie UVD1 jest napięciem stabilizacji diody Zenera; UBE VT2 - spadek napięcia na złączu baza-emiter tranzystora VT2; Uvd3 - spadek napięcia na diodzie VD3 przy bezpośrednim połączeniu. Ponieważ UBE VT2 \u3d UVD0,6 \u1d XNUMX V, możemy założyć, że napięcie wyjściowe stabilizatora jest równe napięciu stabilizującemu diody Zenera VDXNUMX. Współczynnik stabilizacji (Kst) stabilizatora Kst \uXNUMXd (ΔUin / ΔUout) (Uout / Uin), gdzie ΔUin i ΔUout to odpowiednio przyrosty napięcia na wejściu i wyjściu stabilizatora; prawie równa Kst dioda Zenera VD1. Napięciowy współczynnik temperaturowy (TKV) stabilizatora jest w przybliżeniu równy TKN diody Zenera VD1, ponieważ złącza TKN p-n tranzystorów krzemowych i diod są takie same i mają wartość około -2mV / ° С, a od Z wyrażenia na napięcie wyjściowe widać, że są one wzajemnie odejmowane. Impedancja wyjściowa stabilizatora Rout = ΔUout / ΔIN gdzie ΔIN - przyrost prądu obciążenia; zależy głównie od wzmocnienia tranzystora VT1 i wybranej wartości ograniczenia prądu wyjściowego (lorp). Prąd ograniczający stabilizatora ustawia się, wybierając rezystor R2, którego rezystancja określa stosunek R2 = (UVD1-UBE VT2) / IE VT2, gdzie UBEVT2 = 0,6 V; IE VT2 - prąd emitera tranzystora VT2, który jest w przybliżeniu równy prądowi bazowemu tranzystora VT1 (IB VT1). Prąd bazowy tranzystora VT1 jest powiązany z prądem wyjściowym stabilizatora za pomocą wyrażenia IBVT1 \u21d Ivyx / h1E VTXNUMX. więc możesz pisać R2 \u1d (UVD0,6-21 V) h1E VTXNUMX / lorp. Aby zapewnić minimalny spadek napięcia, wybiera się prąd Iorp nie mniejszy niż (2 ... 3) In. Główne cechy stabilizatora, testowane z różnymi diodami Zenera, podano w tabeli. 1.
Dla wszystkich opcji: tranzystor VT1 - seria KT3107 (h21E = 230); tranzystor VT2 - seria KT3102 (h21E = 200); diody VD2, VD3 - KD103A; pobór prądu stabilizatora (bez obciążenia) wynosi 8...10 mA przy Uin = 2Uout; Rout = 2,0 Ohm przy In = 20 mA; Iorp = 60...70 mA; Ikz = 20 mA; Kst wyznaczono przy Uin = 2Uout. Minimalny spadek napięcia ΔUmin = Uout - Uout wyznacza się w następujący sposób (rys. 10): Uout ze stabilizatora mierzy się przy Uin = 2Uout i znamionowym prądzie obciążenia (w tym przypadku 20 mA), następnie Uin zmniejsza się do Uout i nowy Mierzona jest wartość Uout Różnica między tymi napięciami - najważniejszy parametr ekonomicznego stabilizatora przeznaczonego do pracy bateryjnej. Przy bardziej rygorystycznym podejściu tego parametru nie można nazwać minimalnym spadkiem napięcia; taka definicja jest raczej warunkowa. Minimalny spadek napięcia na stabilizatorze zależy od dopuszczalnego spadku napięcia wyjściowego, który może się różnić w zależności od charakteru obciążenia, jednak proponowana metoda pomiaru ΔUmin jest wygodniejsza i uniwersalniejsza, gdyż pozwala na porównanie parametrów różnych stabilizatorów bez uwzględnienia wymagań konkretnego ładunku.
Należy zauważyć, że parametr ten jest silnie zależny od prądu obciążenia, a także od poziomu ograniczenia prądu wyjściowego i jakości diody Zenera. Przy stosowaniu diod Zenera o dużym spadku napięcia w obszarze niskiego prądu (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A), nawet przy prądzie obciążenia mniejszym niż 20 mA, nie jest możliwe uzyskanie ΔUmin mniejszego niż 0,6 V. Ze stołu. 1 pokazuje, że charakterystyki stabilizatora są raczej mierne, zwłaszcza przy stabilizacji niskiego napięcia i prawie całkowicie zależą od parametrów źródła napięcia odniesienia (ION), wykonanego w postaci prostego stabilizatora parametrycznego (R1VD1). Przykładowe napięcie jest dobrane zbyt wysokie, jest równe napięciu wyjściowemu stabilizatora, dlatego gdy Uin spada do Uout, prąd płynący przez diodę Zenera gwałtownie spada, co prowadzi do spadku napięcia na diodzie Zenera i, odpowiednio na wyjściu. Prąd diody Zenera wybrany konwencjonalnymi metodami jest nieracjonalnie duży w porównaniu zarówno z prądem bazowym tranzystora VT2, jak i prądem obciążenia, więc wydajność stabilizatora jest raczej niska. Aby poprawić charakterystykę stabilizatora, należy przede wszystkim poprawić parametry ION poprzez zmniejszenie napięcia odniesienia i poboru prądu, dodatkowo w celu poprawy Kst konieczne jest ustabilizowanie prądu zasilającego diodę Zenera. Możesz zmniejszyć przykładowe napięcie na diodzie Zenera VD1, zwiększając spadek napięcia na diodzie VD3: zamiast diody krzemowej musisz użyć diod LED, na przykład serii AL102 o bezpośrednim spadku napięcia około 1,7 V. Tutaj Uout stabilizatora jest większy niż przykładowy o około 1,1 V. Stosowanie niskonapięciowych diod Zenera lub stabilizatorów jest niepożądane, ponieważ pogarsza to parametry stabilizatora. Aby ustabilizować prąd przepływający przez diodę Zenera VD1, zamiast rezystora R1 można użyć tranzystora polowego (patrz ryc. 6, b). Ponieważ przy Uin = Uout spadek napięcia na stabilizatorze prądu wynosi 1,1 V, to aby uzyskać małą wartość ΔUmin, tranzystor polowy musi mieć Uots < 0,V5 V. To wymaganie komplikuje dobór tranzystora, ponieważ najbardziej odpowiednie typy tranzystorów polowych mają Uots > 1 V (w zasilaczach sieciowych problem ten praktycznie nie występuje). Jeśli z diodą LED serii AL102 połączymy szeregowo jakąkolwiek diodę krzemową małej mocy, to przy niewielkim pogorszeniu parametrów można zastosować tranzystory polowe o Uots do 1,2 V. Wzór na napięcie wyjściowe ma postać : Uwyj = UVD1 + 1,7 V. Aby niezawodnie uruchomić stabilizator, przy zmniejszonym prądzie zasilania diody Zenera VD1, konieczne jest podłączenie innej diody szeregowo z diodą VD2. Wynika to z faktu, że przy prądzie mniejszym niż 1 mA spadek napięcia na diodzie VD2 (w momencie załączenia lub po usunięciu zwarcia) może być mniejszy niż napięcie baza-emiter diody Tranzystor VT2, który jest niezbędny do jego otwarcia i uruchomienia stabilizatora (szczególnie w niskich temperaturach). Jeśli prąd zwarcia jest zbyt wysoki, jedną z tych diod można zastąpić germanem (seria D9, DZ10 itp.). Ulepszona wersja stabilizatora ze stabilizatorem prądu oparta na tranzystorze polowym KP303B (Uots = 0,B4 V) została przetestowana z różnymi typami diod Zenera przy dwóch wartościach prądu lVD1. Otrzymuje się następujące wyniki: Kst = 50...100; ΔUmin nie więcej niż 0,14 V przy IН = 20 mA i nie więcej niż 0,20 V przy lН = 30 mA; Rout = 2,0 Ohm; Ipotr (bez obciążenia) nie więcej niż 0,7 mA; Ikz przy Uin = 2Uout nie więcej niż 50 mA (diody VD2 i VD3 - KD103A i Ilimit = 65...100mA). Napięcie wyjściowe przy różnych wartościach prądu płynącego przez diodę Zenera oraz rezystancję rezystorów (R1 to rezystor w obwodzie źródłowym tranzystora polowego) przedstawiono w tabeli. 2.
W przypadku niskonapięciowych diod Zenera KS119A, KS133A, KS139A, KS147A, a także diod LED należy zastosować stabilizator prądu (patrz ryc. 6, c). Tutaj możesz użyć bardziej powszechnych tranzystorów polowych o Uots > 1 V (Uots powinno być nieco mniejsze niż napięcie stabilizacji diody Zenera VD1 przy minimalnym prądzie). Parametry stabilizatora wykorzystującego powyższe diody Zenera są w przybliżeniu takie same jak poprzedniego, ale TKN jest przesunięty w kierunku wartości dodatnich o 2 ... 3 mV / ° С. Zastosowanie diod Zenera na wyższe napięcie jest niepraktyczne ze względu na pogorszenie Kst i ΔUmin. W ramach kompromisu dopuszcza się zastosowanie wersji kombinowanej (ryc. 11). Aby poprawić sprzężenie zwrotne, rezystor R1 jest zawarty w obwodzie źródłowym tranzystora VT1 o takiej rezystancji, że przy wybranym prądzie diody Zenera VD1 na rezystorze powstaje spadek napięcia o 0,5 V. Tranzystor VT1 jest wybrany z warunku Uots < UstVD1 +0,3 V. zawężenie przedziału do regulacji napięcia wyjściowego przy stałej rezystancji rezystora R1, ponieważ konieczne jest, aby spadek napięcia na nim, gdy zmienia się prąd stabilizujący, mieścił się w granicach 0,3 ... 0,9 V.
Parametry różnych wersji stabilizatora, zaprojektowanych dla prądu ograniczającego 60 ... 90 mA przy prądzie obciążenia 20 mA, podano w tabeli. 3. Pobór prądu (bez obciążenia) - nie więcej niż 0,7 mA. Prąd zwarciowy przy Uin = 2Uout - nie więcej niż 50 mA. Rezystancja rezystora R1 wynosi 24, 12 i 3,3 kOhm dla prądu zasilania diody Zenera VD1, równego odpowiednio 20, 40 i 150 μA. Dłuższy interwał regulacji napięcia wyjściowego zapewniają stabilizatory zmontowane za pomocą analogu diody Zenera na dwóch (patrz ryc. 7) i trzech (patrz ryc. B) tranzystorach. Minimalne napięcie wyjściowe tych stabilizatorów wynosi Uots + 1,6 V. Maksymalna wartość (2...3)Uots + 1,6 V jest ograniczona pogorszeniem TKN.
Prąd stabilizacji (Ist) analogu diody Zenera zależy od rezystancji rezystora R1 (patrz ryc. 7, B) i napięcia wejściowego. Stabilizatory są testowane na prąd obciążenia 20 mA z tranzystorami polowymi różnych typów przy różnych wartościach napięcia wyjściowego, ustawianego za pomocą zmiennego rezystora o rezystancji 1,0 MΩ w obwodzie źródłowym. Uzyskano następujące wyniki (przy Uin = 2Uout, R1 = 120 kOhm, Ist = 35...70 µA): Ikona (bez obciążenia) nie więcej niż 0,6 mA; Rout = 2,0 Ohm; Ilimit = 60...90 mA. Do tej pory rozważano opcje stabilizatora (patrz rys. 9), dotyczące jedynie poprawy R1VD1 ION, ale należy zauważyć, że nawet zastosowanie „idealnej” diody Zenera nie pozwala Kst być większe niż 200 . ..300 bez poprawiania drugiego IONa - R2VD3. Najprostszym sposobem na poprawę jest zastosowanie dodatkowego stopnia wzmocnienia na tranzystorze VT3 (ryc. 12), który pozwala uzyskać Kst w zakresie 200 ... 500, dodając tylko dwie części - rezystor i tranzystor. Rezystancję rezystora R3 określa się ze stosunku: R3 \u0,6d 4 / lVD4, gdzie lVD4 jest wybranym prądem diody Zenera VD5, który musi być co najmniej 10 ... 3 razy większy od maksymalnego prądu bazowego tranzystora VT3 (IB VT3). Określa się maksymalny prąd bazowy: IB VT21 \u1d Ik vtz / h2E \u21d UVD3 / R3 h1E, gdzie IKVT1 jest maksymalnym prądem kolektora tranzystora VTXNUMX; UVDXNUMX - napięcie na diodzie Zenera VDXNUMX.
W źródle napięcia odniesienia R1VD1 można zastosować dowolne diody Zenera i stabilizatory z UCT od 1,5 V do około Uout - 0,7 V (lepiej, jeśli Ust - Uout / 2). W stabilizatorach niskiego napięcia małej mocy najwyższy współczynnik stabilizacji uzyskuje się przy zastosowaniu diod świecących światłem widzialnym (VD1). Napięciowy współczynnik temperaturowy stabilizatora jest określony głównie przez sumę algebraiczną (biorąc pod uwagę znak) TKN tranzystora VT3 i diody Zenera VD4. TKN przejścia baza-emiter tranzystora ma wartość ujemną (około - 2,0 mV / ° C), dlatego przy stosowaniu diod Zenera z dodatnim TKN (seria D814, KS510A itp.) TKN stabilizatora jest mniejsza niż w przypadku diody Zenera. Stosowanie niskonapięciowych diod Zenera o ujemnym TKN do budowy ekonomicznego stabilizatora małej mocy jest niepożądane ze względu na zwiększoną ujemną całkowitą TKN stabilizatora, sięgającą w niektórych przypadkach do -6,0 mV / ° C. Należy pamiętać, że większość diod Zenera z TKN bliskim 0 przy prądzie większym niż 3,0 mA (serie KS156A, KS162A, KS170A, D818 itp.) I mniejszym niż 0,1 mA ma zwiększony ujemny TKN. Zastosowanie analogu diody Zenera na dwóch tranzystorach z otwartym sprzężeniem zwrotnym (zamyka się w tym przypadku przez wszystkie stopnie stabilizatora) umożliwia poprawę prawie wszystkich parametrów stabilizatora, nawet jeśli dioda Zenera VD1 o niskim Stosowany jest Kst (ryc. 13). Napięcie wyjściowe stabilizatora można regulować za pomocą rezystora R3 w zakresie od Uotc vt4 + 0,6 do 2 ... 3 Uotc vt4. Główne parametry różnych wariantów stabilizatora (ryc. 13) w różnych pozycjach silnika R3 z rezystorem zmiennym (różne wartości napięcia wyjściowego), w którym tranzystor VT4 - KP302A (Uotc \u1,96d 102 V) i zastosowano diodę LED AL1A (VD6), podano w tabeli. 3107. Zamiast tranzystora serii KT1 (VT200), w mocniejszej wersji stabilizatora (prąd obciążenia 837 mA), zastosowano tranzystor KT21V (h120E = 1). Prąd diody Zenera VD1 (IVD2) mierzony przy UBX = XNUMXUout.
Zastosowanie tranzystorowego analogu diody Zenera zamiast diody VD3 (patrz ryc. 9) nie wyklucza jednoczesnego zastosowania opisanych powyżej zaleceń w celu ulepszenia R1VD1 ION. Jeśli użyjesz stabilizatora prądu do zasilania ION, możesz uzyskać Kst około 1000 nawet z diodą Zenera KS1ZZA. W takim przypadku nie ma potrzeby regulowania prądu stabilizującego i zmiany napięcia na diodzie Zenera VD1, ponieważ ma to niewielki wpływ na napięcie wyjściowe stabilizatora. Aby zapobiec samowzbudzeniu w stabilizatorach tego typu, wystarczy włączyć na wyjściu stabilizatora kondensatory tlenkowe o pojemności kilkudziesięciu mikrofaradów oraz kondensatory ceramiczne o pojemności około 0,1 μF. Jeśli to nie wystarczy, między zaciski bazy i kolektora tranzystora VT3 (rys. 13) (minimalna wymagana pojemność zależy od mocy stabilizator). ST w regulatorach bateryjnych jest mało opłacalny bez znacznej poprawy TKN, gdyż wahania napięcia wyjściowego związane ze zmianami temperatury otoczenia będą znacznie większe niż związane ze zmianami napięcia zasilania. W zasilaczach sieciowych dopuszczalne jest stosowanie obwodów o dużym KST, jeżeli jest to podyktowane koniecznością uzyskania minimalnych tętnień stabilizowanego napięcia. Możliwe jest zwiększenie współczynnika stabilizacji do 1500 ... 3000 za pomocą analogu diody Zenera na trzech tranzystorach (ryc. 14).
Niektóre parametry takiego stabilizatora, testowane przy prądzie obciążenia 20 mA przy prądzie granicznym 70 ... 90 mA, podano w tabeli. 7.
Prąd zużycia - nie więcej niż 0,6 mA, Rout. - około 0,1 Ohm, ΔUmin - nie więcej niż 0,14 V. TCR stabilizatora (Rys. 14) jest prawie całkowicie zależny od TCR analogu diody Zenera i może sięgać -1,5 mV/°C. Użycie FET o niższym napięciu odcięcia nieznacznie poprawi TCR. Wraz ze wzrostem napięcia odniesienia względem UOTC (z potencjometrem w obwodzie źródłowym) TKN analogu diody Zenera przesuwa się w kierunku wartości dodatnich. Ten sam wynik można uzyskać, zmniejszając prąd przez tranzystor polowy VT5, zwiększając całkowitą rezystancję rezystorów R4 i R5. Stabilizacja prądu (patrz ryc. 6, b lub 6, c) diody Zenera VD1 pozwala uzyskać współczynnik stabilizacji większy niż 5000. W przypadku braku tranzystorów o wysokim współczynniku przenoszenia prądu, szczególnie w mocnych stabilizatorach, stosuje się kompozytowy tranzystor regulacyjny. na ryc. 15 pokazuje jedną taką opcję. Stabilizator z kompozytowym tranzystorem regulującym ma jedną cechę. W przypadku braku prądu obciążenia prąd przez niego pobierany jest znikomy; przy prądzie obciążenia zbliżonym do maksymalnego prawie nie różni się od poboru prądu poprzednich modyfikacji stabilizatorów.
Na przykład wariant mocnego stabilizatora z tranzystorem regulacyjnym KT837V (h21E \u120d 300): Kst \u500d \u0,1d XNUMX ... XNUMX, Rout. = XNUMX oma, Uout. \u6,4d 1,9 V, Ilimit \u12d 300 A; przy napięciu wejściowym 1,0 V na biegu jałowym zużywa prąd nie większy niż 30 μA. Przy prądzie obciążenia XNUMX A pobór prądu wzrasta do XNUMX mA. Wariant stabilizatora małej mocy z prądem ograniczającym 80 mA (Kst = 500 ... 700, Rout = 1 Ohm), zużywa nie więcej niż 60 μA na biegu jałowym. Przy prądzie obciążenia 25 mA pobór prądu wzrasta do 400 μA. w tabeli. 6 przedstawia niektóre inne parametry dwóch wariantów stabilizatorów.
Nie ogranicza się to do wszystkich opcji modernizacji stabilizatora przyjętego jako podstawa (patrz ryc. 9) w celu zwiększenia wydajności i poprawy innych parametrów. W szczególności, w niektórych przypadkach, aby zmniejszyć ΔUmin, warto zastosować równoległe połączenie kilku tranzystorów z rezystorami wyrównującymi prąd w obwodach bazowych zamiast jednego tranzystora regulacyjnego. Za pomocą mikroprądowych jonów ION można z powodzeniem modernizować także inne typy stabilizatorów. Ze względu na szeroki rozrzut parametrów diod Zenera i tranzystorów polowych podane w artykule tabele charakterystyk stabilizatorów nie są przykładami optymalnych obliczeń i gwarantem całkowitej zgodności wyników przy ich powtarzaniu. Tabele te są przydatne do analizy ogólnych trendów w rozwoju stabilizatorów i mogą służyć jako podstawa do ich wyboru. Różne opcje stabilizatora są zaprojektowane dla prądu obciążenia 20 mA w celu łatwego porównania głównych parametrów. Z tego samego powodu większość parametrów została zmierzona przy UBX = 2U out. W razie potrzeby stabilizatory można przeliczyć na inny prąd obciążenia. Na przykład w tabeli. 6 i 8 przedstawiają parametry budowy stabilizatorów dla prądu obciążenia 2,5, 200 mA i 0,5 A. Ponieważ schematy obwodów podane w artykule są dość uniwersalne, mogą one, podobnie jak w tabelach, nie zawierać szczegółowych informacji o jakichkolwiek elementach . W tym przypadku są one dobierane lub obliczane niezależnie, kierując się ogólnymi zasadami i zaleceniami zawartymi w artykule.
Aby poprawić działanie stabilizatorów w podwyższonych temperaturach lub przy stosowaniu tranzystorów o wysokim prądzie kolektora wstecznego, zalecamy podłączenie rezystora między emiterem a podstawą tranzystora regulacyjnego o rezystancji od kilku jednostek do kilkudziesięciu kiloomów, w zależności od na moc stabilizatora. Pomimo tego, że w artykule opisano stabilizatory, które podają się za ekonomiczne, nigdzie nie podano konkretnej wartości sprawności, ponieważ parametr ten zależy od określonego stosunku napięcia wejściowego do wyjściowego i zmienia się w szerokim zakresie, rosnąc wraz ze wzrostem napięcia na zaciski akumulatora zmniejszają się. literatura
Autor: V.Andreev, Togliatti
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Roccat Torch studyjny mikrofon USB ▪ Precyzyjna sonda optyczna do badania ludzkiego mózgu ▪ Neurony zmieniają własne DNA
▪ część witryny Standardowe instrukcje bezpieczeństwa i higieny pracy (TOI). Wybór artykułów ▪ artykuł Niebo do palenia. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Co to jest barter? Szczegółowa odpowiedź ▪ Terapeuta artykułu. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Dom z pocztówek. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony