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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de tensão com proteção contra curto-circuito e sobrecorrente, 14-20/12 volts 0,5 amperes. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos O autor analisa as características e desvantagens mais características dos estabilizadores de tensão, familiares aos rádios amadores nas publicações de nossa revista, e dá conselhos práticos, às vezes não convencionais, para melhorar seus parâmetros básicos. Como exemplo, ele fala de um estabilizador que desenvolveu, destinado a fontes de alimentação potentes para equipamentos que funcionam XNUMX horas por dia. O artigo descreve a tecnologia de fabricação de um dissipador de calor para um transistor de alta potência. Fontes de alimentação de rede, nas quais os rádios amadores usam estabilizadores de microcircuitos para estabilizar a tensão retificada, nem sempre agradam seus criadores. A razão para isto são as desvantagens inerentes a estes designs. Os estabilizadores de transistor tradicionais geralmente possuem proteção contra sobrecarga não confiável. Os sistemas de proteção sem inércia disparam falsamente mesmo em caso de sobrecargas de curto prazo ao conectar uma carga capacitiva. Os meios de proteção inercial não têm tempo para operar no caso de um pulso de corrente forte, por exemplo, no caso de um curto-circuito que leve à quebra dos transistores [1]. Dispositivos com limitador de corrente de saída são livres de inércia, não há efeito de disparo, mas quando há curto-circuito no transistor de controle, grande potência é dissipada, o que requer a utilização de um dissipador de calor apropriado [2]. A única saída nesta situação é a utilização simultânea de meios de limitação da corrente de saída e proteção inercial do transistor de controle contra sobrecarga, o que lhe proporcionará duas a três vezes menos potência e dimensões do dissipador de calor. Mas isso leva a um aumento no número de elementos, nas dimensões do projeto e complica a repetibilidade do dispositivo em condições amadoras. Um diagrama esquemático de um estabilizador, cujo número de elementos é mínimo, é mostrado na Fig. 1.
A fonte de tensão de referência é um diodo zener VD1 termicamente estabilizado. Para eliminar a influência da tensão de entrada do estabilizador no modo do diodo zener, sua corrente é ajustada por um gerador de corrente estável (GCT), construído sobre um transistor de efeito de campo VT1. A estabilização térmica e a estabilização da corrente do diodo Zener aumentam o coeficiente de estabilização da tensão de saída. A tensão de referência é fornecida à entrada esquerda (de acordo com o circuito) do amplificador diferencial nos transistores VT2.2 e VT2.3 do microconjunto K125NT1 e resistor R7, onde é comparada com a tensão de realimentação retirada do divisor de tensão de saída R8R9. A diferença de tensão nas entradas de um amplificador diferencial altera o equilíbrio das correntes de coletor de seus transistores. O transistor regulador VT4, controlado pela corrente de coletor do transistor VT2.2, possui um grande coeficiente de transferência de corrente de base. Isso aumenta a profundidade do feedback e aumenta o coeficiente de estabilização do dispositivo, além de reduzir a potência dissipada pelos transistores amplificadores diferenciais. Considere a operação do dispositivo com mais detalhes. Suponhamos que em estado estacionário, com o aumento da corrente de carga, a tensão de saída diminuirá ligeiramente, o que também causará uma diminuição da tensão na junção do emissor do transistor VT3.2. Ao mesmo tempo, a corrente do coletor também diminuirá. Isso levará a um aumento na corrente do transistor VT2.2, uma vez que a soma das correntes de saída dos transistores amplificadores diferenciais é igual à corrente que flui pelo resistor R7, e praticamente não depende do modo de operação de seus transistores. Por sua vez, a corrente crescente do transistor VT2.2 provoca um aumento na corrente de coletor do transistor regulador VT4, proporcional ao seu coeficiente de transferência de corrente de base, aumentando a tensão de saída ao nível original e permite que ela seja mantida inalterada independentemente do saída de carga. Para proteção de curto prazo do dispositivo com seu retorno ao estado original, é introduzido um limitador de corrente de coletor do transistor regulador, feito no transistor VT3 e nos resistores R1, R2. O resistor R1 desempenha a função de um sensor de corrente fluindo através do transistor regulador VT4. Se a corrente deste transistor exceder o valor máximo (cerca de 0,5 A), a queda de tensão no resistor R1 atingirá 0,6 V, ou seja, a tensão limite para abrir o transistor VT3. Abrindo, ele desvia a junção emissora do transistor de controle, limitando assim sua corrente a aproximadamente 0,5 A. Assim, quando a corrente de carga ultrapassa brevemente o valor máximo, os transistores VT3 e VT4 operam no modo GTS, o que provoca uma queda na tensão de saída sem desarmar a proteção de sobrecorrente. Após algum tempo, proporcional à constante de tempo do circuito R5C1, isso leva à abertura do transistor VT2.1 e à abertura adicional do transistor VT3, que fecha o transistor VT4. Este estado dos transistores é estável, portanto, após eliminar o curto-circuito ou desenergizar a carga, é necessário desconectar o dispositivo da rede e ligá-lo novamente após descarregar o capacitor C1. A corrente de curto-circuito do dispositivo é zero, o que significa que evita o superaquecimento do transistor de controle quando a proteção é acionada. O resistor R3 é necessário para a operação confiável do transistor VT4 em baixas correntes e temperaturas elevadas. O capacitor C2, que desvia a saída do estabilizador, evita a autoexcitação do dispositivo, que pode ser causada por um feedback negativo profundo na tensão. O resistor R6 no circuito coletor do transistor VT2.1 limita a corrente durante processos transitórios quando a proteção está ligada, e o LED HL1 serve como indicador de sobrecarga. Principais parâmetros do estabilizador
O estabilizador não é crítico para o layout da placa de circuito impresso e a colocação de peças nela. Portanto, sua instalação depende principalmente da experiência do próprio projetista e das dimensões das peças pré-selecionadas. O transistor de efeito de campo VT1 deve ser selecionado de modo que a corrente de estabilização, medida de acordo com o circuito da Fig. 2,a ou 2,b, estava dentro de 5...15 mA. O coeficiente de transferência estática da corrente de base do transistor VT3 deve ser de pelo menos 20, e do transistor VT4 - pelo menos 400. O transistor regulador VT4, cuja corrente de coletor permitida deve ser de pelo menos 1 A, gera energia significativa, portanto deve ser instalado em um dissipador de calor com potência de cerca de 5 Ter
Resistores e capacitores - qualquer tipo para as classificações indicadas no diagrama. Começando a testar e ajustar o estabilizador, o resistor R5 é removido temporariamente para que o sistema de proteção não funcione e, ao selecionar o resistor R8, a tensão de saída é ajustada para 12 V. Em seguida, o resistor R5 é ligado e o O valor necessário da corrente de disparo do dispositivo de proteção por corrente é alcançado selecionando o resistor R1. Que alterações ou adições podem ser feitas no estabilizador recomendado? Caso o radioamador não possua um transistor de efeito de campo adequado, um gerador de corrente contínua pode ser montado usando um transistor bipolar KT3108A (Fig. 3, a) ou similar da série KT361 com coeficiente de transferência de corrente de base de pelo menos 20. Os diodos VD3 e VD4 podem ser de qualquer silício.
Podemos substituir o diodo zener termicamente estabilizado D818V (VD1) por qualquer outro semelhante com tensão de estabilização de 3 a 12 V. Mas o mais desejável é um diodo zener de dois ânodos, por exemplo KS162A, com baixo coeficiente de temperatura do tensão de estabilização. Em casos extremos, será substituído por uma cadeia de um diodo zener convencional e qualquer diodo de silício conectado em série, conforme mostrado na Fig. 3, b. O transistor regulador KT825A (VT4) pode ser substituído por dois conectando-os de acordo com o circuito de um transistor composto, conforme mostrado na Fig. 4,a ou 4,b. O transistor VT4' deve ter um ganho de corrente de pelo menos 20, uma corrente máxima de coletor de pelo menos 1 A e uma dissipação de potência máxima com dissipador de calor de pelo menos 5 W. Transistor VT4" - qualquer estrutura pnp com ganho de corrente de pelo menos 20, corrente máxima de coletor de pelo menos 30 mA e dissipação de potência máxima de pelo menos 150 mW, por exemplo, o KT361, KT203, KT208, KT209, KT501, Série KT502.
Para reduzir a tensão de saturação do transistor VT4" e, consequentemente, alguma redução na dissipação de potência, é aconselhável fazer um transistor composto conforme o circuito da Fig. 4, c. Neste caso, a potência dissipada pelo transistor VT4 " aumentará para 0,6 W. Transistores das séries KT814, KT816, GT402 ou outros com parâmetros semelhantes são adequados. Os microconjuntos de transistores VT2.2 e VT2.3 K125NT1, operando em cascata diferencial, podem ser substituídos por um conjunto de dois transistores p-pn com ganho de corrente de pelo menos 20, tensão máxima coletor-emissor de pelo menos 20 V e uma corrente de coletor de pelo menos 15 mA, por exemplo, série KR198. Neste caso, só é importante lembrar: as mesmas características corrente-tensão de ambos os transistores do estágio diferencial são necessárias para garantir que a tensão retirada do divisor R8R9 seja igual ao exemplar, o que garante a independência da saída tensão do estabilizador da corrente de carga. Se tal igualdade não for necessária, esses elementos da micromontagem podem ser substituídos por quaisquer transistores n-pn de baixa potência com parâmetros semelhantes. Neste caso, e também se o microconjunto for composto por apenas dois elementos, a função do transistor VT2.1 pode ser desempenhada por um transistor npn semelhante de baixa potência. O estabilizador descrito com tensão de saída fixa pode ser facilmente convertido em um estabilizador bipolar com tensão de saída ajustável de ±6 V a ±12 V. O diagrama de tal dispositivo é mostrado na Fig. 5.
Os limites de tensão de estabilização podem ser expandidos substituindo o diodo zener KS162A (VD1) por KS147A e reduzindo a resistência do resistor R9 para 330 Ohms. Também é permitido montar o amplificador diferencial e divisor de tensão R8R9 de acordo com o diagrama da Fig. 6.
Então a tensão de saída do estabilizador pode ser alterada de 0 a ±12 V. Porém, o sistema de proteção, que inclui os elementos VT2.1, R5, C1, HL1 (Fig. 1), neste caso perderá seu significado e o estabilizador se tornará bastante tradicional. Os valores dos transistores VT1, VT2 e VT4, resistores e capacitores são iguais aos do estabilizador conforme diagrama da Fig. 1, mas a dissipação de potência do transistor VT4 (ou transistores VT4', VT4" de acordo com os diagramas da Fig. 4) aumentará proporcionalmente à queda de tensão através dele. Os dissipadores de calor dos potentes transistores das séries KT825 ou KT827, que desempenham a função de regulação, podem ser caseiros. Um possível projeto de um desses dissipadores de calor é mostrado na Fig. 7, a. A peça bruta (Fig. 7, b) é recortada com tesoura de metal ou serrada com serra de vaivém em chapa de alumínio de 2 mm de espessura. Em seguida, as pétalas estreitas dos lados opostos da peça de trabalho são giradas com um alicate 90° em torno de seu próprio eixo, cada uma, e as largas são dobradas (ao longo das linhas tracejadas) para cima.
Literatura
Autor: V.Kozlov, Murom, Região de Vladimir
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