Κυκλώματα ρυθμιστή τάσης χρησιμοποιώντας Transistor και Zener Diode

Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε διεξοδικά τον τρόπο δημιουργίας προσαρμοσμένων κυκλωμάτων ρυθμιστή τάσης τρανζίστορ σε σταθερές και επίσης μεταβλητές λειτουργίες.

Όλα τα γραμμικά κυκλώματα τροφοδοσίας που έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν ένα σταθεροποιημένο, σταθερή τάση και η τρέχουσα έξοδος ενσωματώνουν βασικά στάδια διόδου τρανζίστορ και zener για τη λήψη των απαιτούμενων ρυθμιζόμενων εξόδων.

Αυτά τα κυκλώματα που χρησιμοποιούν διακριτά μέρη μπορούν να έχουν τη μορφή μόνιμης σταθερής ή σταθερής τάσης ή σταθεροποιημένης ρυθμιζόμενης τάσης εξόδου.

Απλούστερος ρυθμιστής τάσης

Πιθανώς ο απλούστερος τύπος ρυθμιστή τάσης είναι ο σταθεροποιητής διακλάδωσης zener, ο οποίος λειτουργεί χρησιμοποιώντας μια βασική δίοδο zener για τη ρύθμιση, όπως φαίνεται στο Σχήμα παρακάτω.

Οι δίοδοι zener έχουν βαθμολογία τάσης ισοδύναμη με την προβλεπόμενη τάση εξόδου, η οποία μπορεί να ταιριάζει πολύ με την επιθυμητή τιμή εξόδου.

Εφόσον η τάση τροφοδοσίας είναι κάτω από την ονομαστική τιμή της τάσης zener, εμφανίζει μέγιστη αντίσταση στο εύρος πολλών megohms, επιτρέποντας την τροφοδοσία να περάσει χωρίς περιορισμούς.

Ωστόσο, τη στιγμή που η τάση τροφοδοσίας αυξάνεται σε σχέση με την ονομαστική τιμή της «τάσης zener», προκαλείται σημαντική πτώση της αντίστασής της, προκαλώντας την αποτροπή της υπερτάσεως στη γείωση μέσω της, έως ότου η παροχή πέσει ή φτάσει στο επίπεδο τάσης zener.

Λόγω αυτής της ξαφνικής διακοπής, η τάση τροφοδοσίας μειώνεται και φτάνει την τιμή zener, γεγονός που προκαλεί αύξηση της αντίστασης zener. Στη συνέχεια, ο κύκλος συνεχίζεται γρήγορα διασφαλίζοντας ότι η προσφορά παραμένει σταθερή στην ονομαστική τιμή zener και δεν επιτρέπεται ποτέ να υπερβαίνει αυτήν την τιμή.

Για να επιτευχθεί η παραπάνω σταθεροποίηση, η παροχή εισόδου πρέπει να είναι λίγο υψηλότερη από την απαιτούμενη σταθεροποιημένη τάση εξόδου.

Η περίσσεια τάσης πάνω από την τιμή zener προκαλεί την ενεργοποίηση των εσωτερικών χαρακτηριστικών «χιονοστιβάδας» του zener, προκαλώντας ένα στιγμιαίο εφέ διακλάδωσης και πτώση της τροφοδοσίας έως ότου φτάσει στην βαθμολογία zener.

Αυτή η ενέργεια συνεχίζεται απεριόριστα διασφαλίζοντας μια σταθερή σταθεροποιημένη τάση εξόδου ισοδύναμη με την βαθμολογία zener.

Πλεονεκτήματα του σταθεροποιητή τάσης Zener

Οι δίοδοι Zener είναι πολύ βολικές όπου απαιτείται ρύθμιση χαμηλής τάσης και σταθερής τάσης.

Οι δίοδοι Zener είναι εύκολο να διαμορφωθούν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να λάβετε μια αρκετά ακριβή σταθεροποιημένη έξοδο σε όλες τις περιστάσεις.

Απαιτείται μόνο μία αντίσταση για τη διαμόρφωση ενός σταδίου ρυθμιστή τάσης με βάση τη δίοδο zener και μπορεί να προστεθεί γρήγορα σε οποιοδήποτε κύκλωμα για τα επιδιωκόμενα αποτελέσματα.

Μειονεκτήματα των Zener Stabilized Regulators

Παρόλο που η τροφοδοσία με σταθεροποίηση zener είναι μια γρήγορη, εύκολη και αποτελεσματική μέθοδος επίτευξης σταθεροποιημένης παραγωγής, περιλαμβάνει μερικά σοβαρά μειονεκτήματα.

• Το ρεύμα εξόδου είναι χαμηλό, το οποίο μπορεί να υποστηρίζει φορτία υψηλού ρεύματος στην έξοδο.
• Η σταθεροποίηση μπορεί να συμβεί μόνο για χαμηλές διαφορές εισόδου / εξόδου. Αυτό σημαίνει ότι η παροχή εισόδου δεν μπορεί να είναι πολύ υψηλή από την απαιτούμενη τάση εξόδου. Διαφορετικά, η αντίσταση φορτίου μπορεί να διαλύσει τεράστια ποσότητα ισχύος καθιστώντας το σύστημα πολύ αναποτελεσματικό.
• Η λειτουργία της δίοδος Zener συνδέεται γενικά με την παραγωγή θορύβου, η οποία μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απόδοση ευαίσθητων κυκλωμάτων, όπως σχέδια ενισχυτών hi-fi και άλλες παρόμοιες ευπαθείς εφαρμογές.

Χρησιμοποιώντας το «Amplified Zener Diode»

Πρόκειται για μια ενισχυμένη έκδοση zener που χρησιμοποιεί ένα BJT για τη δημιουργία ενός μεταβλητού zener με βελτιωμένη ικανότητα χειρισμού ισχύος.

Ας φανταστούμε ότι τα R1 και R2 έχουν την ίδια τιμή., Που θα δημιουργούσαν επαρκές επίπεδο πόλωσης στη βάση BJT και θα επέτρεπαν στο BJT να λειτουργεί καλύτερα. Δεδομένου ότι η ελάχιστη απαίτηση τάσης προς τα εμπρός εκπομπής βάσης είναι 0,7V, το BJT θα διεξάγει και θα μετατοπίσει οποιαδήποτε τιμή που υπερβαίνει τα 0,7V ή το πολύ 1V ανάλογα με τα ειδικά χαρακτηριστικά του BJT που χρησιμοποιείται.

Έτσι, η έξοδος θα σταθεροποιηθεί στα 1 V περίπου. Η έξοδος ισχύος από αυτό το «ενισχυμένο μεταβλητό zener» θα εξαρτηθεί από την βαθμολογία ισχύος BJT και την τιμή της αντίστασης φορτίου.

Ωστόσο, αυτή η τιμή μπορεί εύκολα να αλλάξει ή να προσαρμοστεί σε κάποιο άλλο επιθυμητό επίπεδο, απλά αλλάζοντας την τιμή R2. Ή πιο απλά αντικαθιστώντας το R2 με ένα pot. Το εύρος τόσο του R1 όσο και του R2 Pot μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 1K και 47K, για να έχετε μια ομαλά μεταβλητή έξοδο από 1V έως το επίπεδο τροφοδοσίας (μέγιστο 24V). Για μεγαλύτερη ακρίβεια, μπορείτε να εφαρμόσετε τον ακόλουθο τύπο διαχωριστικού volatge:

Τάση εξόδου = 0,65 (R1 + R2) / R2

Μειονέκτημα του ενισχυτή Zener

Και πάλι, το μειονέκτημα αυτού του σχεδιασμού είναι ένας υψηλός διασκορπισμός που αυξάνεται αναλογικά καθώς αυξάνεται η διαφορά εισόδου και εξόδου.

Για να ρυθμίσετε σωστά την τιμή της αντίστασης φορτίου ανάλογα με το ρεύμα εξόδου και την παροχή εισόδου, τα ακόλουθα δεδομένα μπορούν να εφαρμοστούν κατάλληλα.

Ας υποθέσουμε ότι η απαιτούμενη τάση εξόδου είναι 5V, το απαιτούμενο ρεύμα είναι 20 mA και η είσοδος τροφοδοσίας είναι 12 V. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας το νόμο Ohms έχουμε:

Αντίσταση φορτίου = (12 - 5) / 0,02 = 350 ohms

watt = (12 - 5) x 0,02 = 0,14 watt ή απλώς το 1/4 watt.

Κύκλωμα Transistor Regulator

Ουσιαστικά, ένας ρυθμιστής σειράς που ονομάζεται επίσης τρανζίστορ σειράς είναι μια μεταβλητή αντίσταση που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας ένα τρανζίστορ συνδεδεμένο σε σειρά με μία από τις γραμμές τροφοδοσίας και το φορτίο.

Η αντίσταση του τρανζίστορ στο ρεύμα ρυθμίζεται αυτόματα ανάλογα με το φορτίο εξόδου, έτσι ώστε η τάση εξόδου να παραμένει σταθερή στο επιθυμητό επίπεδο.

Σε ένα κύκλωμα ρυθμιστή σειράς, το ρεύμα εισόδου πρέπει να είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το ρεύμα εξόδου. Αυτή η μικρή διαφορά είναι το μόνο μέγεθος ρεύματος που χρησιμοποιείται από το κύκλωμα ρυθμιστή από μόνο του.

Πλεονεκτήματα της σειράς Regulator

Το κύριο πλεονέκτημα ενός κυκλώματος ρυθμιστή σειράς σε σύγκριση με έναν ρυθμιστή τύπου διακλάδωσης είναι η καλύτερη απόδοσή του.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ελάχιστη απόρριψη ισχύος και σπατάλη μέσω θερμότητας. Λόγω αυτού του μεγάλου πλεονεκτήματος, οι ρυθμιστές τρανζίστορ σειράς είναι πολύ δημοφιλείς σε εφαρμογές ρυθμιστή υψηλής τάσης.

Ωστόσο, αυτό μπορεί να αποφευχθεί όταν η απαίτηση ισχύος είναι πολύ χαμηλή, ή όταν η απόδοση και η παραγωγή θερμότητας δεν συγκαταλέγονται στα κρίσιμα ζητήματα.

Βασικά, ένας ρυθμιστής σειράς θα μπορούσε απλώς να ενσωματώσει έναν ρυθμιστή διακλάδωσης zener, φορτώνοντας ένα κύκλωμα ρυθμιστή ακολούθου εκπομπής, όπως υποδεικνύεται παραπάνω.

Ενδέχεται να βρείτε κέρδος τάσης ενότητας κάθε φορά που χρησιμοποιείται ένα στάδιο παρακολούθησης πομπού. Αυτό σημαίνει ότι όταν μια σταθεροποιημένη είσοδος εφαρμόζεται στη βάση της, γενικά θα επιτύχουμε μια σταθεροποιημένη έξοδο και από τον πομπό.

Επειδή είμαστε σε θέση να λάβουμε υψηλότερο κέρδος ρεύματος από τον ακόλουθο εκπομπού, το ρεύμα εξόδου μπορεί να αναμένεται να είναι πολύ υψηλότερο σε σύγκριση με το εφαρμοζόμενο ρεύμα βάσης.

Επομένως, ακόμη και όταν το ρεύμα βάσης είναι περίπου 1 ή 2 mA στο στάδιο διακλάδωσης zener, το οποίο γίνεται επίσης η κατανάλωση ρεύματος ηρεμίας του σχεδιασμού, το ρεύμα εξόδου 100 mA θα μπορούσε να είναι διαθέσιμο στην έξοδο.

Το ρεύμα εισόδου προστίθεται στο ρεύμα εξόδου μαζί με 1 ή 2 mA που χρησιμοποιείται από τον σταθεροποιητή zener και για το λόγο αυτό η επιτευχθείσα απόδοση φτάνει σε εξαιρετικό επίπεδο.

Δεδομένου ότι, η τροφοδοσία εισόδου στο κύκλωμα έχει βαθμολογηθεί επαρκώς για να επιτύχει την αναμενόμενη τάση εξόδου, η έξοδος μπορεί να είναι πρακτικά ανεξάρτητη από το επίπεδο τροφοδοσίας εισόδου, καθώς αυτό ρυθμίζεται άμεσα από το βασικό δυναμικό του Tr1.

Η δίοδος zener και ο πυκνωτής αποσύνδεσης αναπτύσσουν μια τέλεια καθαρή τάση στη βάση του τρανζίστορ, η οποία αναπαράγεται στην έξοδο δημιουργώντας μια σχεδόν χωρίς θόρυβο τάση.

Αυτό επιτρέπει αυτόν τον τύπο κυκλωμάτων με δυνατότητα παράδοσης εξόδων με εκπληκτικά χαμηλό κυματισμό και θόρυβο χωρίς να περιλαμβάνονται τεράστιοι πυκνωτές εξομάλυνσης και με εύρος ρεύματος που μπορεί να είναι τόσο υψηλό όσο 1 amp ή και περισσότερο.

Όσον αφορά το επίπεδο τάσης εξόδου, αυτό μπορεί να μην είναι ακριβώς ίσο με τη συνδεδεμένη τάση zener. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει πτώση τάσης περίπου 0,65 βολτ μεταξύ της βάσης και των αγωγών εκπομπής του τρανζίστορ.

Αυτή η πτώση συνεπώς πρέπει να αφαιρεθεί από την τιμή τάσης zener για να επιτευχθεί η ελάχιστη τάση εξόδου του κυκλώματος.

Δηλαδή εάν η τιμή zener είναι 12,7V, τότε η έξοδος στον πομπό του τρανζίστορ θα μπορούσε να είναι περίπου 12 V, ή αντίστροφα, εάν η επιθυμητή τάση εξόδου είναι 12 V, τότε η τάση zener πρέπει να επιλεγεί ως 12,7 V.

Η ρύθμιση αυτού του κυκλώματος ρυθμιστή σειράς δεν θα είναι ποτέ πανομοιότυπη με τη ρύθμιση του κυκλώματος zener, επειδή ο οπαδός του πομπού δεν μπορεί απλώς να έχει μηδενική αντίσταση εξόδου.

Και η πτώση τάσης μέσω του σταδίου πρέπει να αυξηθεί οριακά σε απάντηση στην αύξηση του ρεύματος εξόδου.

Από την άλλη πλευρά, θα μπορούσε να αναμένεται καλή ρύθμιση όταν το ρεύμα zener πολλαπλασιασμένο με το τρέχον κέρδος του τρανζίστορ φτάνει στο ελάχιστο 100 φορές το αναμενόμενο υψηλότερο ρεύμα εξόδου.

High Current Series Regulator χρησιμοποιώντας Darlington Transistors

Για να το επιτύχουμε με ακρίβεια αυτό συχνά υπονοεί ότι πρέπει να χρησιμοποιηθούν μερικά τρανζίστορ, 2 ή 3, έτσι ώστε να μπορούμε να επιτύχουμε ικανοποιητικό κέρδος στην έξοδο.

Ένα θεμελιώδες κύκλωμα δύο τρανζίστορ που εφαρμόζει ένα οπαδός των εκπομπών Το ζεύγος Darlington υποδεικνύεται στα ακόλουθα σχήματα δείχνει την τεχνική εφαρμογής 3 BJT σε μια διαμόρφωση Darlington, emitter follower.

Παρατηρήστε ότι, με την ενσωμάτωση ενός ζεύγους τρανζίστορ έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη πτώση τάσης στην έξοδο περίπου 1,3 βολτ, μέσω της βάσης του 1ου τρανζίστορ στην έξοδο.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι περίπου 0,65 βολτ αποκόπτεται από κάθε ένα από τα τρανζίστορ. Εάν ληφθεί υπόψη ένα κύκλωμα τριών τρανζίστορ, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει πτώση τάσης ελαφρώς κάτω από 2 βολτ κατά μήκος της βάσης του 1ου τρανζίστορ και της εξόδου, και ούτω καθεξής.

Κοινός ρυθμιστής τάσης εκπομπού με αρνητικά σχόλια

Μια ωραία διαμόρφωση φαίνεται μερικές φορές σε συγκεκριμένα σχέδια που έχουν μερικά κοινό ενισχυτές εκπομπών , με 100% καθαρά αρνητικά σχόλια.

Αυτή η ρύθμιση παρουσιάζεται στο ακόλουθο σχήμα.

Παρά το γεγονός ότι τα κοινά στάδια εκπομπού έχουν συνήθως σημαντικό βαθμό αύξησης τάσης, αυτό μπορεί να μην ισχύει στην περίπτωση αυτή.

Αυτό οφείλεται στην αρνητική ανάδραση 100% που τοποθετείται στον συλλέκτη τρανζίστορ εξόδου και στον εκπομπό του τρανζίστορ προγράμματος οδήγησης. Αυτό διευκολύνει τον ενισχυτή να επιτύχει ένα κέρδος μιας ακριβούς ενότητας.

Πλεονεκτήματα του Common Emitter Regulator με τα σχόλια

Αυτή η διαμόρφωση λειτουργεί καλύτερα σε σύγκριση με ένα Ντάρλινγκτον Ζεύγος Ρυθμιστές που βασίζονται στους ακόλουθους του emitter λόγω της μειωμένης πτώσης τάσης στα τερματικά εισόδου / εξόδου.

Η πτώση τάσης που επιτυγχάνεται από αυτά τα σχέδια είναι μόλις περίπου 0,65 βολτ, γεγονός που συμβάλλει στη μεγαλύτερη απόδοση και δίνει τη δυνατότητα στο κύκλωμα να λειτουργεί αποτελεσματικά ανεξάρτητα από το εάν η μη σταθεροποιημένη τάση εισόδου είναι μόνο μερικές εκατοντάδες χιλιοστοβόλτ πάνω από την αναμενόμενη τάση εξόδου.

Eliminator μπαταρίας χρησιμοποιώντας κύκλωμα Regulator Series

Το υποδεικνυόμενο κύκλωμα εξολόθρευσης μπαταρίας είναι μια λειτουργική απεικόνιση ενός σχεδιασμού που έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας έναν βασικό ρυθμιστή σειράς.

Το μοντέλο έχει αναπτυχθεί για όλες τις εφαρμογές που λειτουργούν με 9 volt DC με μέγιστο ρεύμα που δεν υπερβαίνει τα 100 mA. Δεν είναι κατάλληλο για συσκευές που απαιτούν σχετικά υψηλότερο ρεύμα.

Το Τ1 είναι α 12 -0 - 12 ήταν ένας μετασχηματιστής 100 mA η οποία παρέχει μεμονωμένη προστασία απομόνωσης και μια τάση προς τα κάτω, ενώ η κεντρική του δευτερεύουσα περιέλιξη λειτουργεί με έναν βασικό ανορθωτή ώθησης-έλξης με πυκνωτή φίλτρου.

Χωρίς φορτίο, η έξοδος θα είναι περίπου 18 βολτ DC, η οποία μπορεί να μειωθεί σε περίπου 12 βολτ σε πλήρες φορτίο.

Το κύκλωμα που λειτουργεί σαν σταθεροποιητής τάσης είναι στην πραγματικότητα ένας βασικός σχεδιασμός τύπου σειράς που ενσωματώνει R1, D3 και C2 προκειμένου να επιτευχθεί ρυθμιζόμενη ονομαστική έξοδος 10 V. Το ρεύμα zener κυμαίνεται γύρω στα 8 mA χωρίς φορτίο και έως περίπου 3 mA σε πλήρες φορτίο. Η απορρόφηση που παράγεται από το αποτέλεσμα R1 και D3 είναι ελάχιστη.

Ένας οπαδός πομπού ζεύγους Darlington που σχηματίζεται από τα TR1 και TR2 μπορεί να φανεί διαμορφωμένος καθώς ο ενισχυτής buffer εξόδου παρέχει τρέχον κέρδος περίπου 30.000 σε πλήρη έξοδο, ενώ το ελάχιστο κέρδος είναι 10.000.

Σε αυτό το επίπεδο κέρδους όταν η μονάδα λειτουργεί χρησιμοποιώντας 3 mA υπό ρεύμα πλήρους φορτίου, και ένα ελάχιστο κέρδος i δεν εμφανίζει σχεδόν καμία απόκλιση στην πτώση τάσης στον ενισχυτή ακόμα και όταν το ρεύμα φορτίου κυμαίνεται.

Η πραγματική πτώση τάσης από τον ενισχυτή εξόδου είναι περίπου 1,3 βολτ, και με μέτρια είσοδο 10 βολτ αυτή προσφέρει έξοδο περίπου 8,7 βολτ.

Αυτό μοιάζει σχεδόν με το καθορισμένο 9 V, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι ακόμη και η πραγματική μπαταρία 9 volt μπορεί να εμφανίζει διακυμάνσεις από 9,5 V έως 7,5 V κατά τη διάρκεια της περιόδου λειτουργίας της.

Προσθήκη τρέχοντος ορίου σε έναν ρυθμιστή σειράς

Για τους ρυθμιστές που εξηγούνται παραπάνω, είναι συνήθως σημαντικό να προσθέσετε προστασία βραχυκυκλώματος εξόδου.

Αυτό μπορεί να είναι απαραίτητο, ώστε ο σχεδιασμός να είναι σε θέση να παρέχει μια καλή ρύθμιση μαζί με μια χαμηλή αντίσταση εξόδου. Εφόσον η πηγή τροφοδοσίας είναι πολύ χαμηλή σύνθετη αντίσταση, ένα πολύ υψηλό ρεύμα εξόδου μπορεί να περάσει σε περίπτωση τυχαίου βραχυκυκλώματος εξόδου.

Αυτό μπορεί να προκαλέσει την άμεση καύση του τρανζίστορ εξόδου, καθώς και μερικά από τα άλλα μέρη. Μια τυπική ασφάλεια μπορεί απλώς να αποτύχει να προσφέρει επαρκή προστασία, διότι η βλάβη πιθανότατα θα συμβεί γρήγορα ακόμα και πριν η ασφάλεια μπορεί να αντιδράσει και να φυσήξει.

Ο ευκολότερος τρόπος για να το εφαρμόσετε ίσως με την προσθήκη ενός τρέχοντος περιοριστή στο κύκλωμα. Αυτό περιλαμβάνει συμπληρωματικά κυκλώματα χωρίς άμεση επίπτωση στην απόδοση του σχεδιασμού υπό κανονικές συνθήκες εργασίας.

Ωστόσο, ο τρέχων περιοριστής ενδέχεται να προκαλέσει γρήγορη πτώση της τάσης εξόδου εάν το συνδεδεμένο φορτίο προσπαθεί να αντλήσει σημαντικές ποσότητες ρεύματος.

Στην πραγματικότητα, η τάση εξόδου μειώνεται τόσο γρήγορα, που παρά το γεγονός ότι έχει τοποθετηθεί βραχυκύκλωμα κατά μήκος της εξόδου, το διαθέσιμο ρεύμα από το κύκλωμα είναι λίγο περισσότερο από την καθορισμένη μέγιστη βαθμολογία του.

Το αποτέλεσμα ενός κυκλώματος περιορισμού ρεύματος αποδεικνύεται στα παρακάτω δεδομένα τα οποία εμφανίζουν την τάση εξόδου και το ρεύμα σε σχέση με την προοδευτικά χαμηλότερη αντίσταση φορτίου, όπως επιτυγχάνεται από την προτεινόμενη μονάδα εξομάλυνσης μπαταρίας.

ο τρέχον περιοριστικό κύκλωμα λειτουργεί χρησιμοποιώντας μόνο μερικά στοιχεία R2 και Tr3. Η απόκρισή του είναι στην πραγματικότητα τόσο γρήγορη που απλώς εξαλείφει όλους τους πιθανούς κινδύνους βραχυκυκλώματος στην έξοδο παρέχοντας έτσι προστασία από αποτυχία στις συσκευές εξόδου. Η λειτουργία του τρέχοντος περιορισμού μπορεί να γίνει κατανοητή όπως εξηγείται παρακάτω.

Το R2 είναι ενσύρματο σε σειρά με την έξοδο, γεγονός που προκαλεί την τάση που αναπτύσσεται στο R2 να είναι ανάλογη με το ρεύμα εξόδου. Σε καταναλώσεις εξόδου που φτάνουν τα 100 mA, η τάση που παράγεται σε R2 δεν θα είναι αρκετή για να ενεργοποιήσει το Tr3, καθώς πρόκειται για τρανζίστορ πυριτίου που απαιτεί ελάχιστο δυναμικό 0,65 V για ενεργοποίηση.

Ωστόσο, όταν το φορτίο εξόδου υπερβαίνει το όριο των 100 mA, δημιουργεί αρκετό δυναμικό σε όλη την Τ2 για να μετατρέψει επαρκώς το ON Tr3 σε αγωγιμότητα. Το TR3 με τη σειρά του προκαλεί κάποια ροή fto προς το Trl κατά μήκος της αρνητικής σιδηροτροχιάς τροφοδοσίας μέσω του φορτίου.

Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κάποια μείωση της τάσης εξόδου. Εάν το φορτίο αυξηθεί περαιτέρω οδηγεί σε αναλογική αύξηση του δυναμικού σε ολόκληρο το R2 να αυξηθεί, αναγκάζοντας το Tr3 να ενεργοποιηθεί ακόμα πιο σκληρά.

Αυτό συνεπώς επιτρέπει την μετατόπιση υψηλότερων ποσοτήτων ρεύματος προς το Tr1 και την αρνητική γραμμή μέσω του Tr3 και του φορτίου. Αυτή η ενέργεια οδηγεί περαιτέρω σε μια αναλογικά αυξανόμενη πτώση τάσης της τάσης εξόδου.

Ακόμα και σε περίπτωση βραχυκυκλώματος εξόδου, το Tr3 πιθανότατα θα προκαλείται σκληρή αγωγιμότητα, αναγκάζοντας την τάση εξόδου να πέσει στο μηδέν, διασφαλίζοντας ότι το ρεύμα εξόδου δεν επιτρέπεται ποτέ να υπερβεί το σήμα 100 mA.

Τροφοδοσία μεταβλητού ρυθμιζόμενου πάγκου

Τροφοδοτικά σταθεροποιημένης μεταβλητής τάσης λειτουργούν με παρόμοια αρχή όπως οι τύποι ρυθμιστή σταθερής τάσης, αλλά διαθέτουν α ποτενσιόμετρο ελέγχου που διευκολύνει μια σταθεροποιημένη έξοδο με μεταβλητό εύρος τάσης.

Αυτά τα κυκλώματα ταιριάζουν καλύτερα ως τροφοδοτικά πάγκου και εργαστηρίου, αν και μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές που απαιτούν διαφορετικές ρυθμιζόμενες εισόδους για την ανάλυση. Για τέτοιες εργασίες το ποτενσιόμετρο τροφοδοσίας ενεργεί σαν ένα προκαθορισμένο χειριστήριο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσαρμόσει την τάση εξόδου της τροφοδοσίας στα επιθυμητά ρυθμιζόμενα επίπεδα τάσης.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει ένα κλασικό παράδειγμα κυκλώματος ρυθμιστή μεταβλητής τάσης που θα παρέχει μια σταθερά μεταβλητή σταθερή έξοδο από 0 έως 12V.

Κύρια χαρακτηριστικά

• Η τρέχουσα εμβέλεια περιορίζεται στα 500 mA το μέγιστο, αν και αυτό μπορεί να αυξηθεί σε υψηλότερα επίπεδα αναβαθμίζοντας κατάλληλα τα τρανζίστορ και τον μετασχηματιστή.
• Ο σχεδιασμός παρέχει μια πολύ καλή ρύθμιση θορύβου και κυματισμού, η οποία μπορεί να είναι μικρότερη από 1 mV.
• Η μέγιστη διαφορά μεταξύ της τροφοδοσίας εισόδου και της ρυθμιζόμενης εξόδου δεν υπερβαίνει τα 0,3 V ακόμη και σε πλήρη φόρτιση εξόδου.
• Το ρυθμιζόμενο μεταβλητό τροφοδοτικό μπορεί ιδανικά να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή σχεδόν όλων των τύπων ηλεκτρονικών έργων με απαιτούμενα υψηλής ποιότητας ρυθμιζόμενα αναλώσιμα.

Πως δουλεύει

Σε αυτό το σχέδιο μπορούμε να δούμε ένα πιθανό κύκλωμα διαχωριστή που περιλαμβάνεται μεταξύ του σταδίου σταθεροποιητή εξόδου zener και του ενισχυτή buffer εισόδου. Αυτός ο δυνητικός διαχωριστής δημιουργείται από VR1 και R5. Αυτό επιτρέπει στο ρυθμιστικό βραχίονα του VR1 να ρυθμίζεται από τουλάχιστον 1,4 βολτ όταν βρίσκεται κοντά στη βάση του ίχνους του, έως και το επίπεδο των 15 V zener ενώ βρίσκεται στο υψηλότερο σημείο του εύρους ρύθμισής του.

Υπάρχουν περίπου 2 βολτ που πέφτουν πάνω από το στάδιο του buffer εξόδου, επιτρέποντας ένα εύρος τάσης εξόδου από 0 V έως περίπου 13 V. Τούτου λεχθέντος, το ανώτερο εύρος τάσης είναι ευαίσθητο σε ανοχές μερικών, όπως η ανοχή 5% στην τάση zener. Επομένως, η βέλτιστη τάση εξόδου μπορεί να είναι σκιά μεγαλύτερη από 12 βολτ.

Μερικοί τύποι αποτελεσματικών κύκλωμα προστασίας υπερφόρτωσης μπορεί να είναι πολύ σημαντικό για κάθε τροφοδοτικό πάγκου. Αυτό μπορεί να είναι απαραίτητο δεδομένου ότι η έξοδος μπορεί να είναι ευάλωτη σε τυχαίες υπερφορτώσεις και βραχυκύκλωμα.

Χρησιμοποιούμε έναν μάλλον απλό περιορισμό ρεύματος στην παρούσα σχεδίαση, που καθορίζεται από την Trl και τα συνδεδεμένα στοιχεία της. Όταν η μονάδα λειτουργεί με κανονικές συνθήκες, η τάση που παράγεται σε ολόκληρο το R1, η οποία συνδέεται σε σειρά με την παροχή ρεύματος, είναι πολύ μικρή για να προκαλέσει την αγωγιμότητα του Trl.

Σε αυτό το σενάριο το κύκλωμα λειτουργεί κανονικά, εκτός από μια μικρή πτώση τάσης που γεννά από το R1. Αυτό δεν παράγει σχεδόν καμία επίδραση στην αποτελεσματικότητα ρύθμισης της μονάδας.

Αυτό συμβαίνει επειδή, το στάδιο R1 έρχεται πριν από τα κυκλώματα ρυθμιστή. Σε περίπτωση κατάστασης υπερφόρτωσης, το δυναμικό που προκαλείται σε R1 πυροδοτεί έως περίπου 0,65 volt, γεγονός που αναγκάζει το Tr1 να ενεργοποιηθεί, λόγω του ρεύματος βάσης που αποκτήθηκε από τη διαφορά δυναμικού που δημιουργείται στην αντίσταση R2.

Αυτό αναγκάζει τα R3 και Tr1 να τραβήξουν μια σημαντική ποσότητα τρεχούμενου, προκαλώντας την πτώση της τάσης στο R4 να αυξηθεί ουσιαστικά και τη τάση εξόδου να μειωθεί.

Αυτή η ενέργεια περιορίζει άμεσα το ρεύμα εξόδου σε μέγιστο 550 έως 600 mA παρά το βραχυκύκλωμα στην έξοδο.

Δεδομένου ότι το τρέχον περιοριστικό χαρακτηριστικό περιορίζει την τάση εξόδου σε σχεδόν 0 V.

Το R6 είναι ανθεκτικό σαν μια αντίσταση φορτίου που ουσιαστικά εμποδίζει το ρεύμα εξόδου να γίνει πολύ χαμηλό και ο ενισχυτής buffer δεν μπορεί να λειτουργήσει κανονικά. Το C3 επιτρέπει στη συσκευή να επιτύχει μια εξαιρετική παροδική απόκριση.

Μειονεκτήματα

Ακριβώς όπως κάθε τυπικός γραμμικός ρυθμιστής, η απόρριψη ισχύος στο Tr4 καθορίζεται από την τάση εξόδου και το ρεύμα και είναι στο μέγιστο με το δοχείο ρυθμισμένο για χαμηλότερες τάσεις εξόδου και υψηλότερα φορτία εξόδου.

Στην πιο σοβαρή περίπτωση, ενδέχεται να προκληθούν 20 V σε όλη την Tr4, προκαλώντας ρεύμα περίπου 600 mA μέσω αυτού. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την απόσβεση ισχύος περίπου 12 watt στο τρανζίστορ.

Για να μπορέσετε να το ανεχτείτε για μεγάλες χρονικές περιόδους, η συσκευή πρέπει να εγκατασταθεί σε ένα μάλλον μεγάλο ψύκτρα. Το VR1 θα μπορούσε να εγκατασταθεί με ένα μεγάλο κουμπί ελέγχου διευκολύνοντας μια κλίμακα βαθμονομημένη με εμφάνιση των σημάνσεων τάσης εξόδου.

Λίστα ανταλλακτικών

• Αντιστάσεις. (Όλα 1/3 watt 5%).
• R1 1,2 ωμ
• R2 100 ωμ
• R3 15 ωμ
• R4 1k
• R5 470 ωμ
• R6 10k
• Γραμμικό άνθρακα VR1 4.7k
• Πυκνωτές
• C1 2200 µF 40V
• C2 100 µF 25V
• C3 330 nF
• Ημιαγωγοί
• Tr1 BC108
• Tr2 BC107
• Tr3 BFY51
• Tr4 TIP33A
• DI έως D4 1N4002 (4 off)
• D5 BZY88C15V (15 volt, 400 mW zener)
• Μετασχηματιστής
• T1 Standard κεντρικό δίκτυο, 17 ή 18 volt, 1 amp
• δευτερεύων
• Διακόπτης
• S1 D.P.S.T. περιστροφικό δίκτυο ή τύπος εναλλαγής
• Διάφορα
• Θήκη, υποδοχές εξόδου, πλακέτα κυκλώματος, καλώδιο τροφοδοσίας, καλώδιο,
• συγκόλληση κ.λπ.

Πώς να σταματήσετε την υπερθέρμανση τρανζίστορ σε υψηλότερες διαφορές εισόδου / εξόδου

Οι ρυθμιστές τύπου τρανζίστορ διέλευσης, όπως εξηγείται παραπάνω, συνήθως αντιμετωπίζουν την κατάσταση που αντιμετωπίζει εξαιρετικά υψηλή διασκεδαστική εμφάνιση από το τρανζίστορ ρυθμιστή σειράς όταν η τάση εξόδου είναι πολύ χαμηλότερη από την παροχή εισόδου.

Κάθε φορά που ένα ρεύμα υψηλής απόδοσης οδηγείται σε χαμηλή τάση (TTL), ίσως είναι σημαντικό να χρησιμοποιήσετε έναν ανεμιστήρα ψύξης στη ψύκτρα. Ενδεχομένως μια σοβαρή απεικόνιση μπορεί να είναι το σενάριο μιας μονάδας πηγής που καθορίζεται ότι παρέχει 5 αμπέρ έως 5 και 50 βολτ.

Αυτός ο τύπος μονάδας θα μπορούσε κανονικά να έχει μη ρυθμιζόμενη παροχή 60 volt. Φανταστείτε ότι αυτή η συγκεκριμένη συσκευή προέρχεται από κυκλώματα TTL σε ολόκληρο το ονομαστικό ρεύμα. Το στοιχείο της σειράς στο κύκλωμα θα πρέπει σε αυτήν την περίπτωση να διαλύσει 275 watt!

Το κόστος της παροχής επαρκούς ψύξης φαίνεται να πραγματοποιείται μόνο από την τιμή του τρανζίστορ της σειράς. Σε περίπτωση που η πτώση τάσης πάνω από το τρανζίστορ ρυθμιστή θα μπορούσε ενδεχομένως να περιορίζεται στα 5,5 βολτ, χωρίς να εξαρτάται από την προτιμώμενη τάση εξόδου, η απόρριψη θα μπορούσε ουσιαστικά να μειωθεί στην παραπάνω εικόνα, αυτό μπορεί να είναι 10% της αρχικής του τιμής.

Αυτό θα μπορούσε να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τρία μέρη ημιαγωγών και δύο αντιστάσεις (εικόνα 1). Δείτε πώς ακριβώς λειτουργεί: ο θυρίστορ σας επιτρέπεται να είναι αγώγιμος κανονικά μέσω του R1.

Παρ 'όλα αυτά, όταν η τάση πέσει στο T2 - ο ρυθμιστής της σειράς ξεπερνά τα 5,5 βολτ, το T1 αρχίζει να λειτουργεί, με αποτέλεσμα ο θυρίστορ να 'ανοίξει' στην επακόλουθη μηδενική διέλευση της εξόδου ανορθωτή γέφυρας.

Αυτή η συγκεκριμένη ακολουθία εργασίας ελέγχει συνεχώς το φορτίο που τροφοδοτείται σε C1 - τον πυκνωτή φίλτρου - έτσι ώστε η μη ρυθμιζόμενη τροφοδοσία να είναι σταθερή στα 5,5 βολτ πάνω από τη ρυθμιζόμενη τάση εξόδου. Η τιμή αντίστασης που απαιτείται για το R1 καθορίζεται ως εξής:

R1 = 1,4 x Vsec - (Vmin + 5) / 50 (το αποτέλεσμα θα είναι σε k Ohm)

όπου το Vsec δείχνει τη δευτερεύουσα τάση RMS του μετασχηματιστή και το Vmin δηλώνει την ελάχιστη τιμή της ρυθμιζόμενης εξόδου.

Ο θυρίστορ πρέπει να είναι ικανός να αντέχει στο μέγιστο ρεύμα κυματισμού και η τάση λειτουργίας του πρέπει να είναι τουλάχιστον 1,5 Vsec. Το τρανζίστορ ρυθμιστή σειράς πρέπει να καθοριστεί για να υποστηρίζει το υψηλότερο ρεύμα εξόδου, το Imax και πρέπει να τοποθετηθεί σε μια ψύκτρα όπου μπορεί να διαλύσει 5,5 x Isec watt.

συμπέρασμα

Σε αυτήν την ανάρτηση μάθαμε πώς να φτιάχνουμε απλά κυκλώματα ρυθμιστή γραμμικής τάσης χρησιμοποιώντας τρανζίστορ διέλευσης σειράς και δίοδο zener. Τα γραμμικά σταθεροποιημένα τροφοδοτικά μας παρέχουν αρκετά εύκολες επιλογές για τη δημιουργία σταθερών σταθεροποιημένων εξόδων χρησιμοποιώντας ελάχιστο αριθμό εξαρτημάτων.

Σε τέτοια σχέδια, βασικά ένα τρανζίστορ NPN διαμορφώνεται σε σειρά με θετική γραμμή τροφοδοσίας εισόδου σε έναν κοινό τρόπο εκπομπής. Η σταθεροποιημένη έξοδος λαμβάνεται κατά μήκος του πομπού του τρανζίστορ και της αρνητικής γραμμής τροφοδοσίας.

Η βάση του τρανζίστορ είναι διαμορφωμένη με κύκλωμα σφιγκτήρα zener ή ρυθμιζόμενο διαχωριστικό τάσης που διασφαλίζει ότι η πλευρική τάση του πομπού του τρανζίστορ αντιγράφει στενά το δυναμικό βάσης στην έξοδο του πομπού του τρανζίστορ.

Εάν το φορτίο είναι φορτίο υψηλού ρεύματος, το τρανζίστορ ρυθμίζει την τάση στο φορτίο προκαλώντας αύξηση της αντίστασης του και έτσι διασφαλίζει ότι η τάση στο φορτίο δεν υπερβαίνει την καθορισμένη σταθερή τιμή όπως ορίζεται από τη διαμόρφωση βάσης.