Estabilizadores de tensão simples e poderosos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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 Comentários do artigo

O projeto do circuito dos estabilizadores de tensão CC (SV) é muito diversificado. Quanto melhores forem as características desses dispositivos, mais complexo será seu design, via de regra.

Para iniciantes, os estabilizadores de tensão com design de circuito simples são os mais adequados. As opções propostas são baseadas no circuito estabilizador da Fig. Apesar da extrema simplicidade do circuito, sua operação é muito confiável.

Tal CH teve que ser usado em uma ampla variedade de situações. Possui uma limitação de corrente de carga, o que é muito vantajoso, pois permite dispensar elementos adicionais.

A corrente máxima na carga é determinada pela resistência do resistor R3. À medida que a resistência deste resistor diminui, a magnitude da corrente de curto-circuito (Is.c.) aumenta e, inversamente, um aumento na resistência deste resistor leva a uma diminuição no Is.c.s. e, portanto, a uma diminuição no corrente operacional máxima MV (geralmente esta corrente está dentro de (0,5...0,7)Ikz). Quando os terminais do resistor R3 estão em curto-circuito, a magnitude da corrente Is.c. não tem limitação óbvia, portanto, um curto-circuito (curto-circuito) na carga de MT leva, neste caso, a danos aos transistores de MT. Não consideraremos mais este modo de operação.

Ao escolher a corrente Ic.c, eles são guiados pela área de operação segura (ROA) do transistor VT2. Assim, o SV, montado com apenas 11 componentes, pode ser utilizado para alimentar diversos equipamentos com consumo de corrente de até vários amperes.

Assim, as vantagens do SN de acordo com a Fig. 1: 1) a capacidade de ajustar rapidamente a tensão estabilizada de saída de quase zero até a tensão de estabilização dos diodos zener VD1 e VD2 usando um resistor variável R2; 2) possibilidade de alteração da corrente Is.c. (para isso basta instalar um resistor variável enrolado do tipo PP3 com resistência de 3 Ohms em vez de R470); 3) facilidade de partida do circuito (não há necessidade de elementos de partida especiais, tão frequentemente necessários em outros circuitos de MT); 4) a capacidade de melhorar drasticamente as características do SN usando métodos simples.

Outra circunstância importante. Como o coletor do poderoso transistor regulador VT2 está conectado à saída (barramento positivo) do CH, este elemento pode ser fixado diretamente no corpo metálico da fonte de alimentação (PSU). Não é difícil construir um SN bipolar usando este esquema. Neste caso, são necessários enrolamentos separados do transformador de rede e retificadores, mas os coletores de transistores potentes de ambos os braços de MT podem ser instalados no chassi da fonte de alimentação.

Agora, sobre as deficiências que aparecem devido à extrema simplicidade do circuito do SN. O principal deles é o baixo valor do coeficiente de estabilização de tensão (VSR), que normalmente não ultrapassa várias dezenas. O coeficiente de supressão de ondulação também é baixo. A influência determinante na resistência de saída do CH é exercida pelo coeficiente de transferência de corrente de base das instâncias aplicadas dos transistores VT1 e VT2. Além disso, a impedância de saída é altamente dependente da corrente de carga. Portanto, neste SN devem ser instalados transistores com ganho máximo.

Algum inconveniente é que a tensão de saída pode ser ajustada não de zero, mas de aproximadamente 0,6 V. Mas na maioria dos casos isso não é significativo.

Há uma variedade de PSUs poderosos no mercado, que são muito “enganados” em termos de circuitos, por isso são caros e exigem muito tempo para serem consertados.

O circuito SN conforme a Fig. 1 permite criar tanto fontes de baixa potência quanto simples de laboratório sem gastar muito tempo e dinheiro até mesmo em sua fabricação, sem falar nas operações de reparo.

Através de simples modificações no SN conforme Fig. 1, foi possível melhorar significativamente os parâmetros deste dispositivo. Em primeiro lugar, é necessário modernizar o circuito estabilizador de tensão paramétrico (elementos R1, VD1, VD2) e utilizar um transistor composto, por exemplo, segundo um circuito Darlington. Transistores Superbeta como KT825 são muito adequados (é melhor usar 2T825). A resistência de saída do CH para transistores compostos é reduzida e não excede 0,1 Ohm (para um único transistor do circuito da Fig. 1, a resistência de saída é superior a 0,3 Ohm na faixa de corrente de carga de 1...5 A ), e ao usar o transistor KT825, a resistência de saída pode ser reduzida até 0,02...0,03 Ohm na faixa de corrente de carga de 3...5 A.

Ao instalar um transistor do tipo KT825 no CH, é imprescindível aumentar a resistência do resistor limitador R3. Caso contrário, o valor de Ik.z será praticamente ilimitado e, em caso de curto-circuito na carga, o transistor KT825 falhará. Com essa modernização, este circuito MT é excelente para alimentar todos os tipos de UMZCH, receptores, gravadores, estações de rádio, etc.

Se o transistor KT825 não estiver disponível, o SN poderá ser feito de acordo com o circuito da Fig. Seu principal diferencial é a adição de um transistor KT2 e um aumento múltiplo na resistência do resistor R816.

Este circuito pode ser usado para alimentar uma minifuradeira elétrica ao fazer furos em placas de circuito impresso. Portanto, não é utilizada toda a faixa possível de regulação da tensão de saída estabilizada, mas apenas uma seção dentro de 12...17 V. Nesta faixa, é garantida a regulação ideal da potência no eixo do motor da furadeira. O resistor R3 elimina a possibilidade do transistor VT1 operar com a base desligada caso o contato entre o motor do resistor variável R2 e seu revestimento de grafite seja rompido. Também é possível usar o resistor de fio enrolado R2; tais resistores são mais duráveis ​​que os de grafite. A corrente Ik.c para R4 = 20 kOhm é 5 A, para R4 = 10 kOhm - 6,3 A, para R4 = 4,7 kOhm - 9 A.

Se você conectar dois transistores KT8102 em paralelo (Fig. 3), então em R4 = 4,7 kOhm Ik.z = 10 A. Assim, a inclusão de um transistor KT816 adicional no circuito possibilitou não apenas melhorar as características do CH, mas também para reduzir as correntes através dos elementos VD4, R4 e VT1. A última circunstância torna possível utilizar um transistor com alto coeficiente de transferência de corrente, por exemplo, KT1D(E), como VT3102. E isso, por sua vez, melhorará a qualidade do trabalho do SN. Assim, por exemplo, com uma resistência de resistor de R3 = 75 Ohm, o CH na Fig. 1 tinha um valor de corrente de Ik.c = 5,5 A, para R3 = 43 Ohm Ik.c = 7 A, etc. Como você pode ver, a resistência dos resistores limitadores de corrente Ik.c acaba sendo uma resistência muito baixa para altas correntes de carga. Neste caso, ocorre diminuição da eficiência do CH e superaquecimento do resistor R3, bem como uma corrente significativa através do diodo VD3 para o CH.

Melhorias adicionais nas características SN podem ser obtidas alterando o circuito do estabilizador paramétrico (elementos R1, VD1, VD2 nos circuitos da Fig. 1 e 2). Os parâmetros desta unidade podem ser melhorados de acordo com o diagrama da Fig. Um gerador de corrente estável (GCT) é montado no transistor VT4. Como o transistor VT1 está conectado em um circuito de base comum, o circuito é muito propenso à autoexcitação em altas frequências. A autoexcitação também é facilitada pela ausência de um capacitor desviando os diodos zener VD1 e VD3. Portanto, tal capacitor é introduzido no circuito da Fig. 4 (C4).

Os resultados das medições para o esquema da Fig. 4 são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1

Um circuito mais avançado é mostrado na Fig. 5, e os resultados de medição são apresentados na Tabela 2.

Tabela 2

É fácil perceber que a melhora do SSC é muito significativa com uma leve complicação do circuito.

A desvantagem dos circuitos GTS mais simples é o baixo coeficiente de estabilização de corrente (isto é especialmente verdadeiro para opções GTS bipolares). E isso se deve, em primeiro lugar, à instabilidade da tensão de referência, ou seja, tensão de estabilização do diodo zener VD1 (ver Fig. 4 e 5 no RE 9/2001). Na verdade, quando Uin muda, a corrente através do diodo zener VD1 também muda, e isso necessariamente leva a uma mudança na tensão no diodo zener VD1. Esta última circunstância certamente provoca uma alteração na corrente GTS e, claro, na tensão na saída do ION (elementos VD2, VD3 - Fig. 4 e VD3, VD4 - Fig. 5).

Este fenômeno é transmitido posteriormente ao longo do circuito, o que provoca uma diminuição acentuada no VS do estabilizador. ION de acordo com o diagrama da Fig. 5 já consiste em dois GTS separados. O segundo deles é montado em um transistor de efeito de campo VT2. Este GST estabiliza a corrente através do diodo zener VD1, praticamente eliminando a mudança de tensão neste último (ver Tabela 2). Isto garante um aumento acentuado no SCV deste ION. O diodo Zener VD2 aumenta a confiabilidade do circuito com o aumento da tensão Uin. Além disso, a estabilização da corrente através dos diodos zener D818E foi alcançada incluindo outra “chave de campo” no circuito ION (Fig. 6). Este transistor de efeito de campo está incluído no circuito emissor do transistor VT1, o que aumenta várias vezes a estabilidade da corrente.

Com uma corrente através dos diodos zener D818E igual a 10 mA, conforme especificações, temos a melhor estabilidade térmica da tensão ION.

Tendo um conjunto de circuitos ION simples, você pode montar rapidamente projetos de fontes de alimentação com características muito boas e, o mais importante, com uma alta relação preço/qualidade. Um diagrama de uma fonte de alimentação simples para laboratório é mostrado na Fig. 7.

(clique para ampliar)

A fonte de alimentação contém um dispositivo para conexão “suave” à rede. Neste caso, definitivamente nos beneficiamos na vida útil de elementos caros da fonte de alimentação (transformador de rede, capacitor de filtro e diodos retificadores, estes últimos, embora em uma categoria de preço barata, mas sua “saída” implicará na probabilidade de falhas de outros rádios componentes). Quando a fonte de alimentação é conectada à rede, o transformador de rede T1 é ligado através da resistência de um poderoso resistor R2.

Isto reduz bastante os surtos de corrente através dos elementos T1, C3, VD1 - VD4. Após alguns segundos, o relé K1 é acionado e seus contatos K1.1 fecham o resistor R2. Agora a fonte de alimentação está totalmente preparada para operação. O circuito de lançamento “suave” é montado nos elementos: R1, R2, VD5-VD8, VD9, C2 e K1. O tempo de atraso para conectar T1 à rede é determinado pela capacitância do capacitor eletrolítico C2 e pela resistência do enrolamento do relé K1 à corrente contínua.

Com o aumento da capacitância e da resistência desses elementos, o atraso de tempo aumenta. O resistor R1 é um limitador de corrente confiável através do capacitor C1 e da ponte de diodos VD5-VD8. O diodo zener protege o capacitor C2 e o relé K1 de um aumento de emergência na tensão nesses elementos (se o enrolamento do relé K1 quebrar, por exemplo, sem um diodo zener, o capacitor C2 estará claramente em perigo de falha devido a um aumento acentuado em tensão em seus terminais).

Todos os outros nós CH já foram descritos acima, portanto, não são necessários comentários.

Sobre os detalhes. Nesta fonte de alimentação e em outros projetos semelhantes, usei transistores KT8102 com um valor claramente reduzido da tensão máxima coletor-emissor (Uke). O valor de Ukemax foi medido com um medidor especialmente projetado para esse fim [1].

Selecionei transistores KT8102 para o UMZCH, mas, infelizmente, entre os transistores adquiridos, a maioria eram exemplares com Ukemax reduzido. Foram esses transistores “ai” que foram instalados na fonte de alimentação. No circuito desta fonte você pode usar transistores potentes com Ukemax≥35 V (deve haver sempre uma margem mínima). Em vez do transistor KT816, você pode instalar o KT814. Um transistor do tipo KT801 pode ser substituído por qualquer transistor de silício com Uke≥30 V e Ik≥0,1 A. Transistor VT2 - KT3107 com qualquer índice de letras ou KT361 (B, T, E). O transistor de efeito de campo tipo 2P303D (KP 303D) pode ser substituído por qualquer uma desta série (V, G, D, E, I) com uma corrente de dreno inicial (Is.init) ≥3 mA.

Se você decidir dispensar os transistores de efeito de campo, é melhor usar o ION de acordo com o circuito da Fig. Neste circuito, a tensão no diodo zener VD8 é estabilizada pelo segundo GTS, montado no transistor VT1.

Os resistores R2 e R3 são antiparasitários. Em vez do diodo zener KS133, você pode instalar KS147 ou 5-7 peças. instâncias conectadas em série de diodos de silício, por exemplo, KD521, 522, D220, D223, etc. O número de diodos pode ser reduzido, mas ao mesmo tempo será necessário reduzir a resistência do resistor estabilizador de corrente no circuito emissor do transistor KT3107K. E isso causará uma deterioração na estabilidade da corrente GTS. Em vez do KS133, também foram instalados três LEDs do tipo AL307 conectados em série, mas outros também são possíveis. Como neste circuito GTS a corrente que passa por eles está estabilizada, a tensão também ficará estável (ainda não estamos falando de efeitos de temperatura). Mas substituir os diodos zener D818E por D814 e outros semelhantes levará a uma deterioração na estabilidade térmica do íon. Portanto, foram selecionados diodos zener do tipo D818E, que possuem coeficiente de tensão de baixa temperatura (TCV). Se não houver requisitos especiais para TKN, uma ampla gama de diodos zener poderá ser usada no circuito.

O diodo Zener VD11 pode ser substituído por D814 A(B), KS175, etc., e VD9 pode ser substituído por D816V. Substitua os diodos de silício D223 por outros semelhantes. Substitua os diodos do poderoso retificador VD1-VD4 por quaisquer outros com Uarb≥100 V, por exemplo, KD213. Esses diodos foram instalados em três dissipadores de calor (dois diodos em um radiador).

A área dos dois dissipadores menores é de 16 cm2 (AL, 40x40 mm), o terceiro é de 32 cm2 (80x40 mm). Diodos de ponte VD5-VD8 - qualquer um com Uobr ≥ 400 V e Idirect ≥ 0,3 A, por exemplo, KTs401G, KU402 (A, B, V, G, I), KTs405 (A, B, V, G, I), KTs407A , etc.

Resistores variáveis ​​R4, R10 e R11 - qualquer tipo. É bastante aceitável alterar os valores desses resistores (para R4 - diminuir para 2,2 kOhm). À medida que a resistência do resistor R4 diminui, a corrente GTS deverá ser aumentada. Os resistores R13 e R14 permitem definir o valor necessário da corrente Is.c..

Potentes resistores emissores de fio enrolado R5-R7 são feitos de fio de nicromo com uma resistência linear de cerca de 0,056 Ohm/cm. Potente resistor de fio enrolado tipo PEV-10. Pode ser substituído pela conexão paralela de resistores, por exemplo, MLT-2W (5-6 peças com resistência de 3...3,3 kOhm, etc.).

Relé - RKM1, versão RS4-503.861, resistência do enrolamento DC - 500 Ohms. No diagrama da Fig. 7 capacitores utilizados: C1, C4, C6 - tipo K73-17; C2 - K50-16; C3 - K50-18; C5, C7 - K50-12. Em locais particularmente críticos do circuito, os “eletrólitos” são desviados com capacitores não eletrolíticos.

Se a fonte de alimentação for usada para alimentar dispositivos de RF, é aconselhável desviar a saída MV com capacitores adicionais, por exemplo, capacitores de mica (KSO). E, claro, todos os capacitores neste circuito de alimentação podem ser de qualquer tipo com os parâmetros apropriados.

Sobre o transformador T1. Um TS-200 rebobinado foi usado como transformador de rede. A tensão no enrolamento secundário é de 22 V, o fio é PEV-2 com diâmetro de 1,45 mm. O fusível .U é feito em casa. É feito de um pedaço de condutor de cobre unipolar (pode-se usar fio comum) ∅ 0,23 mm e 30 mm de comprimento (soldado).

Um radiador padrão de um antigo amplificador UEMI-8102 foi usado como dissipador de calor para os transistores KT50. Se não houver área de dissipador de calor necessária (≥ 2000 cm2), proceda da seguinte forma.

Chapas metálicas (duralumínio ou alumínio) foram utilizadas para fabricar a caixa da fonte de alimentação. Com dimensões de caixa de 40x20x11 cm, a superfície de resfriamento apenas da tampa removível superior é de cerca de 1240 cm2. Este dissipador de calor é muito eficaz; um dos transistores também está preso na parte inferior do gabinete (parte inferior, chassi). Transistores poderosos são montados distantes um do outro. Se forem dois, divida o comprimento total da parte superior do corpo (neste caso é 62 cm) em três partes iguais. Esses poderosos transistores estão localizados a uma distância de 20 cm (na mesma linha e no meio da caixa). Ao alterar a polaridade de todos os dispositivos semicondutores e capacitores eletrolíticos no circuito de alimentação para inverso, torna-se possível instalar poderosos transistores N-PN comuns dos seguintes tipos: KT802, KT803, KT805, KT808, KT812, etc. circuito.Isso é feito quando você precisa projetar uma fonte de alimentação bipolar. O voltímetro e o amperímetro não são mostrados no diagrama. Quando uma corrente na carga MT superior a 5 A é necessária (isso significa operação de longo prazo da fonte de alimentação nesses modos), o TS-1 (TSA-270) é usado como transformador T270. O enrolamento secundário é enrolado com um fio de 1,82 mm de diâmetro, que permite “puxar” uma corrente de 6-8 A ou mais (até 12 A) do transformador, selecione Is.c. = 20 A.

Sobre melhorar. Sem erros, o projeto da fonte de alimentação montada a partir de componentes de rádio utilizáveis ​​funciona imediatamente após ser conectado à rede. Só é necessário selecionar as resistências necessárias dos resistores R3 e R9. O primeiro deles determina a corrente GTS. É necessário definir a corrente através dos diodos zener VD12 e VD13 para 10 mA. O resistor R9 define a corrente Is.c. dentro de 5-10 A.

Algumas cópias do KT8102 são muito propensas à autoexcitação (especialmente durante a instalação “varredora”). A presença de geração é detectada conectando um osciloscópio à saída do CH. Neste caso, os capacitores C6 e C7 são temporariamente isolados do CH. Um circuito HF em funcionamento não é excitado sem eles, mas se ocorrer geração em HF, então sem esses elementos é mais fácil de detectar. Um resistor de baixa resistência com resistência de 3-5 Ohms está incluído no circuito base do transistor gerador (este é, via de regra, um dos transistores VT5-VT10), ou, melhor ainda, um indutor com indutância de mais de 60 μHz. A resistência excessiva no circuito base degradará o desempenho da MT (o Rout aumentará).

A placa de circuito impresso desta fonte de alimentação é mostrada na Fig. 9, na lateral dos condutores impressos - na Fig.

A placa possui dois jumpers tecnológicos projetados especificamente para medição de corrente através dos transistores VT1 e VT2 (não há necessidade de corte dos condutores impressos). A placa de circuito impresso do circuito de comutação "soft" é mostrada na Fig. 11 e 12.

O relé está localizado fora da placa. Para evitar que Rout aumente devido à instalação, o fio que leva ao terminal negativo da saída CH é soldado diretamente à placa negativa do capacitor C3. Este pino C3 é soldado ao circuito CH com um condutor separado. Ao escolher a capacidade deste capacitor, eles são guiados pela regra: 1000-2000 µA para cada ampere de corrente de carga. Os capacitores C6 e C7 são soldados diretamente ao lóbulo de contato dos terminais de saída da fonte de alimentação.

Sobre a possibilidade de modernização do SN. Primeiro e mais importante: para melhorar o desempenho do SV, é necessária uma fonte de alimentação separada para o ION e o SV. Neste caso, é utilizado um enrolamento separado (ou transformador) com retificadores próprios. Isso permite não só aumentar o VS do ION e de todo o circuito CV, mas também reduzir o número de voltas do enrolamento II do potente retificador, já que a tensão de saída de 16,7 V CH é alcançada na tensão do enrolamento II do transformador T1 de 17,5 V. Isso descarrega a potência dos transistores de controle VT3VT5. Durante a operação de longo prazo do SV com corrente de carga de 5 A, também é utilizado resfriamento forçado (sopro com ventilador de pequeno porte), principalmente se os dissipadores de calor estiverem localizados dentro da caixa perfurada da fonte de alimentação. Você pode usar as derivações do enrolamento II com comutação e “ligação” ao resistor R4, mas, como mostra a prática, isso é muito inconveniente ao operar uma fonte de alimentação. A propósito, os transistores de efeito de campo nos circuitos GTS podem ser conectados em paralelo para obter a corrente GTS necessária, para não se preocupar em selecionar esses fios.

Resultados muito bons são obtidos quando se utiliza o circuito ION Fig. 8, em que os resistores R1 e R4 foram substituídos por GTS Fig. 6 (emissor GTS - VT3). Neste caso, os diodos zener VD1 (KS133D, Fig. 8) são substituídos por D818E e Uin é aumentado para 35 V ou mais. Uma tensão estabilizada é fornecida à entrada deste ION a partir do circuito mais simples de um estabilizador de tensão paramétrico (estrutura típica - transistor - diodos zener - resistor - dois capacitores). Dezenas de SVs descritos acima estão em operação há muitos anos, comprovando assim sua confiabilidade ao alimentar uma ampla variedade de FER.

Literatura:

1. Zyzyuk A.G. Seleção de transistores para poderoso UMZI // Radioamator. -2001. -Nº 6. -P.6.
2. Petukhov V.M. Dispositivos semicondutores. Ref. Transistores.-M.: RIKEL, Rádio e Comunicações, 1995.
3. Golomedov A.V. Dispositivos semicondutores. Ref. Transistores de baixa potência.-M.: Rádio e Comunicações, 1995.
4. Goryunov. N.N. Dispositivos semicondutores. Ref. Diodos, tiristores, dispositivos optoeletrônicos. 2ª ed.-M.: Energoatomizdat, 1984

Autor: A. G. Zyzyuk

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