|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizadores econômicos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Sem entrar em uma análise detalhada das vantagens e desvantagens dos vários princípios de conversão e estabilização de tensão, o autor do artigo compartilha sua experiência no desenvolvimento de estabilizadores de tensão simples e econômicos com um transistor bipolar como elemento regulador. Muita atenção é dada à seleção de uma fonte de tensão de referência. O artigo fornece tabelas com resultados de testes de vários estabilizadores, facilitando a escolha da opção adequada. Para alcançar alta eficiência de dispositivos radioeletrônicos alimentados por células galvânicas ou baterias e que requerem tensão estabilizada, além da escolha correta da tensão de alimentação e tipo de elementos, é importante selecionar um estabilizador econômico adequado que garanta a operação mais longa possível. do dispositivo sem substituir fontes de energia. Um estabilizador econômico (de alta eficiência) é aquele que satisfaz simultaneamente duas condições: primeiramente, deve ter baixo consumo de corrente em relação à corrente de carga; em segundo lugar, ter uma queda de tensão mínima permitida no elemento de controle. Na literatura, muitas vezes há descrições de estabilizadores econômicos, nos quais os autores focam na redução do consumo de corrente do próprio estabilizador e não dão muita importância ao fato de que para seu funcionamento normal a tensão de entrada deve exceder a tensão de saída em pelo menos 1,5...2 V. Quando alimentado por baterias, esta circunstância desempenha um papel fundamental. Cálculos simples mostram que a diminuição da eficiência dos estabilizadores ocorre justamente pela dissipação de energia na forma de calor no transistor de controle, e essas perdas são diretamente proporcionais à queda de tensão. Em geral, um estabilizador é um divisor de tensão ajustável, onde um transistor é usado como elemento regulador, cuja condutividade altera o elemento de controle. Em estabilizadores econômicos, o elemento de controle deve fornecer corrente de base suficiente do transistor regulador com autoconsumo mínimo. Esta corrente é gerada comparando a tensão de saída com uma tensão de referência. É importante a escolha correta de uma fonte de tensão de referência (RVS), cujos parâmetros determinam as características do estabilizador: coeficiente de estabilização (Kt), coeficiente de temperatura de tensão (VTC), eficiência, etc. O transistor regulador deve manter uma tensão de saída estável quando a tensão de alimentação diminui para um valor mínimo que excede ligeiramente a tensão nominal de saída do estabilizador. A diferença mínima entre as tensões de entrada e saída, na qual o estabilizador ainda consegue manter a tensão nominal de saída, também depende do diagrama de conexão do transistor de controle [1]. FONTES DE MICROPOTÊNCIA DE TENSÃO DE REFERÊNCIA O circuito ION mais simples é obtido usando diodos zener, cuja escolha é bastante grande, mas na prática muitas vezes surgem dificuldades devido à propagação da tensão de estabilização de diodos zener do mesmo tipo e baixa eficiência ao alimentar dispositivos de micropotência. É geralmente aceito que os diodos zener são inadequados para operação em correntes inferiores a 0,5...1 mA. Isto é verdade no caso em que é necessário obter um resultado garantido sem perder tempo verificando e selecionando diodos zener adequados. No entanto, a maioria deles pode operar com corrente mais baixa, fornecendo parâmetros aceitáveis para uma corrente de carga não superior a várias dezenas de microamperes. Para verificar isso, basta traçar as dependências dos parâmetros do diodo zener não em escala linear, como é feito na maioria dos livros de referência, mas em escala logarítmica. Na Fig. 1 - 3 mostram as dependências da tensão de estabilização (UCT) e da resistência diferencial (Rd) na corrente de estabilização (lCT) na escala indicada.
Devido ao fato de os parâmetros dos diodos zener serem caracterizados por uma grande dispersão, as dependências da tensão de estabilização na corrente para os diodos zener KS133A, KS147A, KS156A, KS168A são características médias (Fig. 1). Para diodos zener da série D814, que possuem uma dispersão particularmente forte em correntes inferiores a 200...300 μA, os gráficos são áreas sombreadas (Fig. 2), construídos com base em uma generalização das características de vários (até a cinco) diodos zener de cada tipo. O pequeno número de diodos zener testados não nos permite tirar conclusões que reivindiquem maior precisão, mas algumas tendências gerais ainda são visíveis. Os testes mostraram que para os diodos zener das séries D808 - D811, D813, D814 e D818, com corrente decrescente, a tensão de estabilização inicialmente diminui ligeiramente, mas com uma corrente inferior a 200...300 μA, em algumas unidades torna-se imprevisivelmente baixa . Para diodos zener de baixa tensão KS133A, KS147A, KS156A, com corrente decrescente, a tensão de estabilização diminui monotonicamente sem quedas bruscas. O gráfico para os diodos zener KS133A e KS147A (Fig. 3) é uma linha quase reta mostrando a dependência inversamente proporcional da resistência diferencial na corrente. Reduzir a corrente em 1000 vezes, por exemplo, de 32 mA para 32 μA, leva a um aumento em Rd também em 1000 vezes - de 10 Ohms para 10 kOhms. Diodos Zener com tensão de estabilização de 5,6...7 V e corrente superior a 3 mA possuem menor resistência diferencial. Quando a corrente diminui para um certo nível, o Rd desses diodos zener aumenta acentuadamente e, com uma diminuição adicional, não difere muito do Rd dos diodos zener de tensão mais baixa. Os diodos Zener D814A - D814D também possuem uma baixa resistência diferencial em alta corrente, mas em uma corrente inferior a 200...300 μA, Rd de alguns diodos zener pode ter um valor muito maior do que os de baixa tensão. Experimentos com várias cópias de diodos zener (KS510A, KS512A, KS515A, KS518A) mostraram que a maioria deles tem boas características de estabilização em toda a faixa de mudanças de corrente até 3...5 μA, mas são projetados para estabilizar tensões de mais do que 10 V. Sua peculiaridade é um nível de ruído aumentado em correntes inferiores a 300 µA. Um parâmetro ION como o coeficiente de temperatura da tensão não deve ser subestimado, pois pode causar fenômenos desagradáveis, como uma mudança na frequência do oscilador local ou um aumento no erro do dispositivo de medição quando a temperatura ambiente muda. O TKN de diodos zener com UCT=5...6,8 V (KS156A, KS168A, etc.) com uma diminuição na corrente para 100 μA e abaixo muda para valores negativos e pode aumentar para -2,5 mV/°C [2 ]. Diodos zener com compensação de temperatura das séries D818, KS191, etc. em uma corrente inferior a 1 mA, eles perdem suas propriedades de precisão devido ao aumento do TKN negativo. Entre os diodos zener da série D814 existem amostras que são inadequadas para operação em modo de baixa corrente (menos de 0,3...0,4 mA) devido a uma queda acentuada na tensão de estabilização com a diminuição da temperatura. Para a maioria dos outros tipos de diodos zener, à medida que a corrente diminui, o TKN não muda tão visivelmente, mas a tendência geral é uma mudança do TKN para valores negativos. A análise das características dos diodos zener em baixa corrente permite tirar as seguintes conclusões. Quase todos os tipos de diodos zener são bastante aplicáveis no modo de baixa corrente, mas somente após testes preliminares. Neste caso, você deve escolher aqueles casos em que a tensão de estabilização muda menos à medida que a corrente de alimentação diminui. Diodos Zener com UCT < 7 V (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A, KS168A) podem ser usados em IONs com corrente de alimentação reduzida de até várias dezenas de microamperes. O coeficiente de estabilização dos diodos zener KS133A, KS139A e KS147A é quase independente da corrente, mas tem um valor baixo (6...10), e a tensão de estabilização diminui monotonicamente com a diminuição da corrente e em um valor de 50 μA pode ser 1,5. ..2 vezes menos que em 5...10 mA. Esta circunstância permite regular a tensão de estabilização dentro de certos limites alterando a corrente, mas é desejável estabilizar a corrente para aumentar o CCT [3]. O coeficiente de estabilização dos diodos zener KS156A e KS168A diminui para 8...15 quando a corrente diminui, o que também pode exigir o uso de estabilização de corrente. Quando a corrente diminui para 50 μA, a tensão de estabilização diminui 1,2...1,5 vezes. Diodos Zener com UCT=7,5...14 V (séries D808, D814 e D818, etc.) são aplicáveis em ION em correntes de até 0,4...0,5 mA com ligeira deterioração nos parâmetros; em um valor inferior a 0,4 mA, as características podem deteriorar-se, mas mais da metade dos diodos zener deste tipo testados tinham parâmetros aceitáveis quando a corrente foi reduzida para 80...100 μA. Uma boa alternativa aos diodos zener, especialmente no modo de baixa corrente, são os LEDs [4] de radiação visível (UCT=1,5...2 V em conexão direta) e junções base-emissor [5-7] de transistores de silício de baixa potência. (UCT=4. ..10 V quando ligado ao contrário). Eles fornecem maior CCT e podem operar mesmo se a corrente de estabilização for inferior a 20 μA, e a tensão de estabilização dos LEDs no modo de baixa corrente é bastante previsível. No ION, você pode usar não apenas junções pn de diodos e transistores, mas também transistores de efeito de campo usados como estabilizador de corrente (Fig. 4a). A tensão de referência é removida do resistor no circuito fonte [8]. A 10 µA, esta tensão é igual à tensão de corte (UOTC) do FET. O valor da corrente que flui através do transistor de efeito de campo é selecionado alterando a resistência do resistor no circuito fonte. A principal desvantagem dos transistores de efeito de campo é a grande variação na tensão de corte de dispositivos do mesmo tipo, mesmo dentro do mesmo lote (pacote), o que na maioria dos casos impossibilita sua utilização sem antes medir este parâmetro e selecionar um transistor adequado.
Para medir o UOTC, é necessário conectar um microamperímetro ao dreno do transistor e um voltímetro em paralelo ao resistor (Fig. 4b). Usando um resistor variável, defina a corrente de dreno para 10 μA e meça a queda de tensão no resistor (ou entre a porta e a fonte) usando um voltímetro de alta resistência. Esta tensão pode ser considerada a tensão de corte. É mais conveniente selecionar transistores se você inseri-los em algum conector adequado de tamanho pequeno, ao qual os fios de outros dispositivos são soldados. Na Fig. A Figura 5 mostra a dependência da tensão da fonte na corrente de dreno para vários transistores de efeito de campo. Os gráficos mostram que quando a corrente muda de 1 para 150...200 μA, a tensão na fonte da maioria dos transistores muda em não mais que 20...25% da tensão de corte. Esta circunstância pode ser útil ao fazer cálculos aproximados. O coeficiente de estabilização para uma corrente inferior a 1...2 mA está na faixa de 20...40, aumentando ligeiramente com a diminuição da corrente. O TKN tem um valor máximo positivo em corrente baixa e diminui com o seu aumento, tornando-se negativo em uma corrente superior a 0,1-3,0 mA [9].
A pesquisa mostrou que os transistores mais adequados para uso como IONs de microcorrente são os transistores de junção p-n das séries KP103, KP302 e KP303. Para a maioria deles, o TKN no modo de baixa corrente não excede +2,5 mV/°C ou 0,25%/°C. O uso de transistores com porta isolada (foram estudados apenas transistores das séries KP305 e KP313) também não está excluído, mas seu spread TKN é maior. Como o estabilizador de corrente do transistor de efeito de campo é um dispositivo de dois terminais, a inclusão sequencial de um resistor adicional (Fig. 6a) permite aumentar a tensão de referência. Ao substituir o resistor no circuito da fonte por um potenciômetro e ajustar a tensão de feedback na porta, você pode aumentar a tensão na fonte do transistor do UOTC dentro de uma ampla faixa, mas é melhor limitá-la a um valor de 2 ...3UOTC, e para obter grandes tensões de referência, use transistores de efeito de campo com um UOTC grande. Isso torna possível melhorar o TKN. As desvantagens do ION usando um circuito tão simples são a resistência de saída relativamente alta e o aumento do TKN positivo. A combinação de um estabilizador de corrente com diodos zener com TKN negativo (KS50A, KS80A, KS133A, KS139A, KS147A) pode melhorar esses parâmetros e, ao mesmo tempo, aumentar Kst para 156...168 (Fig. 6,b). A tensão mínima de alimentação deve ser superior ao padrão pelo valor do UOTC com alguma margem, portanto, se a tensão de entrada não for muito superior à tensão de estabilização, é melhor escolher transistores de efeito de campo com um UOTC pequeno. Usando um resistor variável no circuito da porta, alterando a corrente de estabilização dentro de certos limites, você pode regular a tensão de referência do ION.
Para “economizar” a tensão de alimentação, LEDs e diodos zener KS119A, KS133A, KS139A, KS147A são conectados em paralelo com um resistor variável no circuito fonte do transistor de efeito de campo (Fig. 6c). A resistência do resistor pode variar de várias centenas de kOhms a vários MOhms. A tensão de corte do transistor de efeito de campo deve ser um pouco menor que a tensão de referência do ION, portanto, podem ser usados transistores de efeito de campo mais comuns com U0TC> 1 V. A tensão de referência pode ser ajustada dentro de pequenos limites, alterando a corrente de estabilização. Um diodo zener conectado em paralelo com um resistor estabiliza a tensão na fonte do transistor e piora o feedback na porta. Portanto, tal conexão é eficaz apenas para diodos zener de baixa tensão com um coeficiente de estabilização insignificante. Os parâmetros do ION baseados em um estabilizador de corrente podem ser melhorados usando um transistor bipolar adicional (Fig. 7a). Ao contrário dos análogos dos diodos zener que usam apenas transistores bipolares [10 - 12], este dispositivo contém menos peças, funciona bem no modo de baixa corrente e possui um TKN baixo. É melhor usar um transistor bipolar de silício de baixa potência com um alto coeficiente de transferência de corrente das séries KT3102, KT3107, KT342, etc., uma vez que a faixa de corrente operacional de tal análogo de diodo zener é diretamente proporcional ao coeficiente de transferência de corrente ( h21E) do transistor VT2. O TKN negativo da junção base-emissor do transistor bipolar compensa parcialmente o TKN positivo do transistor de efeito de campo, de modo que o TKN total está na faixa de -0,02...+0,04%/°C na posição inferior do controle deslizante do resistor variável (no caso de uso de transistores de efeito de campo com transição p -n).
Na Fig. A Figura 7b mostra as características de corrente-tensão do análogo do diodo zener em diferentes posições do motor de resistor variável. Como você pode ver, a faixa de corrente operacional do dispositivo é limitada. A corrente mínima de estabilização é determinada pela resistência do resistor no circuito fonte (esta corrente deve ser suficiente para criar uma queda de tensão igual à de referência), e a corrente máxima na resistência selecionada do resistor R2 é determinada pela corrente coeficiente de transferência do transistor VT2 (a corrente máxima de base e, portanto, do coletor, é limitada pelo resistor , portanto, à medida que a corrente de estabilização aumenta, a tensão de referência também começa a aumentar). Quando a tensão de referência é aumentada por um fator de 2 (por um potenciômetro no circuito fonte), as correntes de estabilização mínima e máxima também aumentam aproximadamente 2 vezes. Neste caso, o TKN pode aumentar para +0,08%/°C. Um cálculo simplificado de um análogo de diodo zener é realizado na seguinte sequência: determinar a corrente mínima de estabilização, selecionar um transistor de efeito de campo com uma certa tensão de corte, calcular a resistência do resistor no circuito fonte, determinar o máximo corrente de estabilização. Para calcular, você pode usar as seguintes proporções: Ist min >51H; Uobr min=U0TC + UBE ou U0TC=U0br min-0,6 V; Ri=2U0TC/lCT min (se Uobp não for regulamentado); Ri2(Uobp max-0,6V)/lst min (se Uobp for ajustável); Iст max=lK max/2=(lБ-h21э)/2=(U0TC/Rи)h21э/2=U0TC·h21э/2Rи. onde Ist min é a corrente mínima de estabilização; IH – corrente máxima de carga; Ist max - corrente máxima de estabilização; LK max - corrente máxima de coletor do transistor VT2; IB - corrente de base do transistor VT2; Ri é a resistência do resistor (ou resistores) no circuito fonte; Uobp min - tensão mínima de referência; UOTC - tensão de corte do transistor VT1; UBe - queda de tensão na junção base-emissor do transistor VT2; h21e - coeficiente de transferência de corrente estática do transistor VT2; 2 - coeficiente empírico que leva em consideração a deterioração dos parâmetros próximos ao limite da corrente de estabilização. Você pode expandir a faixa de corrente operacional do análogo do diodo zener adicionando outro transistor (Fig. 8). Este transistor, caso seja necessário estabilizar uma grande corrente, pode ser potente, instalado em um dissipador de calor ou diretamente em uma caixa metálica (se os transistores VT2 e VT3 forem da mesma estrutura).
O análogo do diodo zener (Fig. 8) é superior em seus parâmetros à maioria dos diodos zener, especialmente ao estabilizar uma corrente baixa. A vantagem é a capacidade de regular a tensão de referência dentro de limites amplos. Ao calcular um análogo de três transistores de um diodo zener, em vez dos parâmetros do transistor VT2, os parâmetros do transistor composto são substituídos nas fórmulas. O resistor R4 serve para eliminar a influência da corrente reversa do coletor e pode ter uma resistência de várias dezenas a várias centenas de kOhms, dependendo do intervalo de mudança da corrente de estabilização. A desvantagem do circuito é a baixa previsibilidade do TKN, que também muda durante a regulação da tensão de referência. À medida que a tensão aumenta, o TKN muda para valores positivos. Por exemplo, um análogo de um diodo zener montado em transistores complementares (levando em consideração uma estrutura diferente): transistor VT1 - KP103E (UOTC=1 V), transistor VT2 - série KT3102 (h21e=320), transistor VT3 - série KT3107 ( h21e=190), R2 =R3=1 MOhm, tinha um coeficiente de estabilização de pelo menos 40 a uma corrente de 3 μA a 5 mA. A tensão de referência foi regulada entre 1,5...2,5 V. Neste caso, o coeficiente de temperatura da tensão variou de -0,06%/°C a +0,07%/°C. O mesmo análogo do diodo zener com transistor VT1 KP302B (UOTC = 3,4 V) tinha um coeficiente de estabilização de pelo menos 100 em uma corrente de 10 μA a 10 mA. A tensão de referência foi regulada entre 3,9...7 V. TKN variou de -0,01%/°C a +0,02%/°C. PROJETO DE CIRCUITO DE ESTABILIZADORES ECONÔMICOS A base para o desenvolvimento de estabilizadores econômicos é um estabilizador simples com proteção contra curto-circuito (Fig. 9), que é popular entre os rádios amadores há mais de duas décadas [13].
O princípio de seu funcionamento baseia-se na comparação da tensão de saída com a tensão do diodo zener VD1. O nível de referência é fornecido à base do transistor VT2 e a tensão de saída é fornecida ao emissor. O sinal de incompatibilidade é amplificado pelo transistor VT2 e enviado para a base VT1. Os elementos R1, R2, VD1, VT2 formam um estabilizador de corrente, portanto a corrente máxima de saída do estabilizador é limitada. À medida que a resistência da carga diminui, a corrente de saída do estabilizador aumenta até o nível limite (Ilim), então a tensão de saída diminui. Quando na saída cai para o valor UVD1 - UVD2 ou UVD1 - 0,6 V, o diodo aberto VD2 desvia o diodo zener VD1. No caso de um curto-circuito, o nível do sinal baseado no transistor VT2 será igual à queda de tensão na junção pn do diodo VD2 em conexão direta. Isso reduz a corrente de coletor do transistor VT2 e, portanto, a corrente de saída do estabilizador durante um curto-circuito (LK3) será menor que a corrente limite. A tensão de saída do estabilizador é determinada pela relação Uvyx = UVD1 - UBE VT2 + UVD3, onde UVD1 é a tensão de estabilização do diodo zener; UBE VT2 - queda de tensão na junção base-emissor do transistor VT2; Uvd3 - queda de tensão no diodo VD3 em conexão direta. Como UBE VT2 = UVD3 = 0,6 V, podemos assumir que a tensão de saída do estabilizador é igual à tensão de estabilização do diodo zener VD1. Coeficiente de estabilização (Kst) do estabilizador Kst \uXNUMXd (ΔUin / ΔUout) (Uout / Uin), onde ΔUin e ΔUout são os incrementos de tensão na entrada e saída do estabilizador, respectivamente; quase igual ao Kst do diodo zener VD1. O coeficiente de temperatura de tensão (TKN) do estabilizador é aproximadamente igual ao TKN do diodo zener VD1, uma vez que o TKN das junções p-n dos transistores e diodos de silício é o mesmo e tem um valor de cerca de -2 mV/°C, e da expressão para a tensão de saída fica claro que elas são subtraídas mutuamente. A impedância de saída do estabilizador Rout = ΔUout / ΔIN onde ΔIН é o incremento da corrente de carga; depende principalmente do ganho do transistor VT1 e do valor limite da corrente de saída selecionado (lorp). A corrente limite do estabilizador é definida selecionando o resistor R2, cuja resistência determina a relação R2 = (UVD1-UBE VT2) / IE VT2, onde UBEVT2 = 0,6 V; IE VT2 é a corrente de emissor do transistor VT2, que é aproximadamente igual à corrente de base do transistor VT1 (IB VT1). A corrente de base do transistor VT1 está relacionada à corrente de saída do estabilizador pela expressão IBVT1 = Ioutx/h21E VT1. então podemos escrever R2 \u1d (UVD0,6-21 V) h1E VTXNUMX / lorp. Para garantir uma queda de tensão mínima, selecione uma corrente Iorp de pelo menos (2...3)In. As principais características do estabilizador, testado com diferentes diodos zener, são apresentadas na tabela. 1.
Para todas as opções: transistor VT1 - série KT3107 (h21E = 230); transistor VT2 - série KT3102 (h21E = 200); diodos VD2, VD3 - KD103A; A corrente de consumo do estabilizador (sem carga) é de 8...10 mA em Uin = 2Uout; Rota = 2,0 Ohm em In = 20 mA; Iorp = 60...70 mA; Ikz = 20 mA; Kst foi determinado em Uin = 2Uout. A queda de tensão mínima ΔUmin = Uout - Uout é determinada da seguinte forma (Fig. 10): meça Uout do estabilizador em Uin = 2Uout e a corrente de carga nominal (neste caso 20 mA), então Uin é reduzido para Uout e meça o novo valor de Uout. A diferença entre essas tensões é o parâmetro mais importante de um estabilizador econômico projetado para operar com baterias. Com uma abordagem mais rigorosa, este parâmetro não pode ser chamado de queda mínima de tensão; Esta definição é bastante arbitrária. A queda mínima de tensão no estabilizador depende da redução permitida na tensão de saída, que pode ser diferente dependendo da natureza da carga, mas o método proposto para medir ΔUmin é mais conveniente e universal, pois permite comparar os parâmetros de diferentes estabilizadores sem levar em conta os requisitos de uma carga específica.
Deve-se notar que este parâmetro depende fortemente da corrente de carga, bem como do nível de limitação da corrente de saída e da qualidade do diodo zener. Ao utilizar diodos zener com grande queda de tensão na região de baixa corrente (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A), mesmo com corrente de carga inferior a 20 mA, não é possível obter ΔUmin menor que 0,6 V. Da mesa 1 mostra que as características do estabilizador são bastante medíocres, principalmente na estabilização de baixa tensão, e dependem quase totalmente dos parâmetros da fonte de tensão de referência (VS), feita na forma de um estabilizador paramétrico simples (R1VD1). A tensão de referência é escolhida muito alta, é igual à tensão de saída do estabilizador, portanto, quando Uin diminui para Uout, a corrente através do diodo zener cai drasticamente, o que leva a uma diminuição da tensão no diodo zener e, respectivamente, na saída. A corrente do diodo zener, selecionada usando métodos convencionais, é excessivamente alta em comparação com a corrente de base do transistor VT2 e com a corrente de carga, de modo que a eficiência do estabilizador é bastante baixa. Para melhorar as características do estabilizador é necessário, em primeiro lugar, melhorar os parâmetros ION reduzindo a tensão de referência e o consumo de corrente, além disso, para melhorar o Kst, é necessário estabilizar a corrente de alimentação do diodo zener. Você pode reduzir a tensão de referência no diodo zener VD1 aumentando a queda de tensão no diodo VD3: em vez de um diodo de silício, você precisa usar LEDs, por exemplo, a série AL102 com uma queda de tensão em conexão direta de cerca de 1,7 V Aqui o Uout do estabilizador é aproximadamente 1,1 V maior que o de referência. O uso de diodos zener ou estabilizadores de baixa tensão é indesejável, pois piora os parâmetros do estabilizador. Para estabilizar a corrente que flui através do diodo zener VD1, em vez do resistor R1, você pode usar um transistor de efeito de campo (ver Fig. 6b). Como em Uin = Uout a queda de tensão no estabilizador de corrente é de 1,1 V, então para obter um pequeno valor de ΔUmin, o transistor de efeito de campo deve ter Uots < 0,V5 V. Este requisito complica a seleção do transistor, uma vez que a maioria tipos adequados de transistores de efeito de campo têm Uots > 1 V (este problema está praticamente ausente em fontes de alimentação de rede). Se você conectar qualquer diodo de silício de baixa potência em série com um LED da série AL102, então, com uma ligeira deterioração nos parâmetros, você poderá usar transistores de efeito de campo com Uots de até 1,2 V. Neste caso, o TKN do estabilizador muda para negativo valores em cerca de 2 mV/°C, e a fórmula para a tensão de saída assume a seguinte forma: Uout = UVD1 + 1,7V. Para iniciar o estabilizador de forma confiável, com uma corrente de alimentação reduzida do diodo zener VD1, é necessário conectar outro diodo em série com o diodo VD2. Isso se deve ao fato de que com uma corrente inferior a 1 mA, a queda de tensão no diodo VD2 (no momento da ligação ou após a eliminação do curto-circuito) pode ser menor que a tensão base-emissor do transistor VT2, que é necessário abri-lo e ligar o estabilizador (especialmente em baixas temperaturas). Se a corrente de curto-circuito for muito alta, um desses diodos pode ser substituído por um diodo de germânio (série D9, DZ10, etc.). Uma versão melhorada do estabilizador com estabilizador de corrente em um transistor de efeito de campo KP303B (Uots = 0,B4 V) foi testada com diodos zener de diferentes tipos em dois valores de corrente lVD1. Os seguintes resultados foram obtidos: Kst = 50...100; ΔUmin não superior a 0,14 V em IH = 20 mA e não superior a 0,20 V em IH = 30 mA; Rota = 2,0 Ohm; Consumo (sem carga) não superior a 0,7 mA; Isk em Uin = 2Uout não superior a 50 mA (diodos VD2 e VD3 - KD103A e Iogr = 65...100 mA). A tensão de saída em diferentes valores de corrente através do diodo zener e a resistência dos resistores (R1 é o resistor no circuito fonte do transistor de efeito de campo) são apresentadas na tabela. 2.
Com diodos zener de baixa tensão KS119A, KS133A, KS139A, KS147A, bem como com LEDs, um estabilizador de corrente deve ser usado (ver Fig. 6,c). Aqui você pode usar transistores de efeito de campo mais comuns com Uots > 1 V (Uots deve ser um pouco menor que a tensão de estabilização do diodo zener VD1 na corrente mínima). Os parâmetros do estabilizador usando os diodos zener acima são aproximadamente os mesmos do anterior, mas o TKN muda para valores positivos em 2...3 mV/°C. O uso de diodos zener para tensões mais altas é impraticável devido à deterioração de Kst e ΔUmin. Como compromisso, uma opção combinada pode ser usada (Fig. 11). Para melhorar o feedback, um resistor R1 com tal resistência é incluído no circuito fonte do transistor VT1 que, na corrente selecionada do diodo zener VD1, uma queda de tensão de 0,5 V é criada no resistor. O transistor VT1 é selecionado do condição Uots < UstVD1 +0,3 V. A desvantagem do circuito é um forte estreitamento do intervalo de ajuste da tensão de saída com uma resistência constante do resistor R1, pois é necessário que a queda de tensão através dele quando a corrente de estabilização muda esteja dentro de 0,3. ..0,9 V.
Os parâmetros das várias versões do estabilizador, projetados para uma corrente limite de 60...90 mA a uma corrente de carga de 20 mA, são apresentados na tabela. 3. Consumo de corrente (sem carga) - não mais que 0,7 mA. Corrente de curto-circuito em Uin = 2Uout - não mais que 50 mA. A resistência do resistor R1 é igual a 24, 12 e 3,3 kOhm para a corrente de alimentação do diodo zener VD1, igual a 20, 40 e 150 μA, respectivamente. Uma faixa maior de regulação da tensão de saída é fornecida por estabilizadores montados usando um análogo de um diodo zener em dois (ver Fig. 7) e três (ver Fig. B) transistores. A tensão mínima de saída desses estabilizadores é Uots + 1,6 V. O valor máximo (2...3) Uots + 1,6 V é limitado pela deterioração do TKN.
A corrente de estabilização (Ist) do análogo do diodo zener depende da resistência do resistor R1 (ver Fig. 7, B) e da tensão de entrada. Os estabilizadores são testados para uma corrente de carga de 20 mA com diferentes tipos de transistores de efeito de campo em diferentes tensões de saída ajustadas usando um resistor variável de 1,0 MΩ no circuito fonte. Foram obtidos os seguintes resultados (em Uin = 2Uout, R1 = 120 kOhm, Ist = 35...70 µA): Iin (sem carga) não superior a 0,6 mA; Rota = 2,0 Ohm; Ilim = 60...90 mA. Até o momento, foram consideradas opções de estabilizadores (ver Fig. 9), referentes apenas à melhoria do íon R1VD1, mas deve-se notar que mesmo o uso de um diodo zener “ideal” não permite atingir um Kst superior a 200 ...300 sem melhorar o segundo íon - R2VD3. A maneira mais simples de melhorar é usar um estágio de amplificação adicional no transistor VT3 (Fig. 12), que permite obter Kst entre 200...500 adicionando apenas duas partes - um resistor e um transistor. A resistência do resistor R3 é determinada a partir da razão: R3 = 0,6/lVD4, onde lVD4 é a corrente selecionada do diodo zener VD4, que deve ser pelo menos 5...10 vezes maior que a corrente máxima de base do transistor VT3 ( IB VT3). A corrente de base máxima é determinada por: IB VT3 = Iк vтз/h21Э = UVD1/R2·h21Э, onde IKVT3 é a corrente máxima de coletor do transistor VT3; UVD1 - tensão no diodo zener VD1.
Na fonte de tensão de referência R1VD1, você pode usar quaisquer diodos zener e estabistores com UCT de 1,5 V a aproximadamente Uout - 0,7 V (é melhor se Ust - Uout/2). Em estabilizadores de baixa potência e baixa tensão, o maior coeficiente de estabilização é obtido ao usar diodos emissores de luz visível (VD1). O coeficiente de temperatura do estabilizador de tensão é determinado principalmente pela soma algébrica (levando em consideração o sinal) do TKN do transistor VT3 e do diodo zener VD4. O TKN da junção base-emissor do transistor tem um valor negativo (cerca de -2,0 mV/°C), portanto, ao usar diodos zener com TKN positivo (série D814, KS510A, etc.), o TKN do estabilizador é menor que o de um diodo zener. O uso de diodos zener de baixa tensão com TKN negativo para construir um estabilizador econômico e de baixa potência é indesejável devido ao aumento do TKN total negativo do estabilizador, atingindo em alguns casos até -6,0 mV/°C. Deve ser lembrado que a maioria dos diodos zener que possuem um TKN de cerca de 0 em uma corrente superior a 3,0 mA (séries KS156A, KS162A, KS170A, D818, etc.) e menos de 0,1 mA têm um TKN negativo aumentado. A utilização de um análogo de um diodo zener em dois transistores com realimentação aberta (neste caso é fechado em todas as cascatas do estabilizador) permite melhorar quase todos os parâmetros do estabilizador, mesmo no caso de utilização de um diodo zener VD1 com Kst baixo (Fig. 13). A tensão de saída do estabilizador pode ser ajustada pelo resistor R3 na faixa de Uotc vt4 + 0,6 a 2...3 Uotc vt4. Os principais parâmetros das várias versões do estabilizador (Fig. 13) em diferentes posições do motor R3 com resistor variável (diferentes valores de tensão de saída), que utiliza um transistor VT4 - KP302A (Uotc = 1,96 V) e um LED AL102A (VD1) , são dados na Tabela. 6. Em vez de um transistor da série KT3107 (VT1), um transistor KT200V (h837E = 21) é usado em uma versão mais potente do estabilizador (corrente de carga 120 mA). A corrente do diodo Zener VD1 (IVD1) foi medida em UBX = 2Uout.
O uso de um transistor análogo de um diodo zener em vez de um diodo VD3 (ver Fig. 9) não exclui o uso simultâneo das recomendações descritas acima para melhorar o ION R1VD1. Se você usar um estabilizador de corrente para alimentar o ION, poderá obter um Kst de cerca de 1000, mesmo com um diodo zener KS1ZZA. Neste caso, não há necessidade de regular a corrente de estabilização e alterar a tensão no diodo zener VD1, pois isso tem pouco efeito na tensão de saída do estabilizador. Para evitar a autoexcitação em estabilizadores deste tipo, muitas vezes é suficiente incluir capacitores de óxido, com capacidade de várias dezenas de microfarads, e cerâmicos, de cerca de 0,1 μF, na saída do estabilizador. Se isso não for suficiente, um capacitor com capacidade de várias centenas de picofarads a várias dezenas de nanofarads é conectado entre os terminais base e coletor do transistor VT3 (Fig. 13) (a capacitância mínima necessária depende da potência do estabilizador). O TC em estabilizadores alimentados por bateria dificilmente é aconselhável sem uma melhoria significativa no TKN, uma vez que as flutuações na tensão de saída associadas às mudanças na temperatura ambiente serão muito maiores do que aquelas associadas às mudanças na tensão de alimentação. Em fontes de alimentação de rede, é permitido usar circuitos com um grande CCT se isso for ditado pela necessidade de obter ondulação mínima de tensão estabilizada. Você pode aumentar o coeficiente de estabilização para 1500...3000 usando um análogo de um diodo zener com três transistores (Fig. 14).
Alguns parâmetros de tal estabilizador, testado com uma corrente de carga de 20 mA a uma corrente limite de 70...90 mA, são fornecidos na tabela. 7.
Consumo atual - não mais que 0,6 mA, Rout. - cerca de 0,1 Ohm, ΔUmin - não mais que 0,14 V. O TKN do estabilizador (Fig. 14) depende quase completamente do TKN do análogo do diodo zener e pode atingir -1,5 mV/°C. Usar um transistor de efeito de campo com uma tensão de corte mais baixa melhorará ligeiramente o TKN. Quando a tensão de referência aumenta em relação ao UOTC (por um potenciômetro no circuito fonte), o TKN do análogo do diodo zener muda para valores positivos. O mesmo resultado pode ser obtido diminuindo a corrente através do transistor de efeito de campo VT5 aumentando a resistência total dos resistores R4 e R5. A estabilização de corrente (ver Fig. 6, b ou 6, c) do diodo zener VD1 permite obter um coeficiente de estabilização superior a 5000. Na ausência de transistores com alto coeficiente de transferência de corrente, especialmente em estabilizadores potentes, é utilizado um transistor de controle composto. Na Fig. 15 mostra uma dessas opções. Um estabilizador com um transistor regulador composto possui um recurso. Na ausência de corrente de carga, a corrente por ela consumida é desprezível; com uma corrente de carga próxima do máximo, quase não difere do consumo de corrente das modificações anteriores dos estabilizadores.
Por exemplo, uma variante de um poderoso estabilizador com um transistor regulador KT837V (h21E = 120): Kst = = 300...500, Rout. = 0,1Ohm, Fora. = 6,4 V, Ilim = 1,9 A; com tensão de entrada de 12 V em modo inativo, consome uma corrente não superior a 300 μA. Com uma corrente de carga de 1,0 A, o consumo de corrente aumenta para 30 mA. Uma variante de um estabilizador de baixa potência com corrente limite de 80 mA (Kst = 500...700, Rout = 1 Ohm), não consome mais do que 60 μA em modo inativo. Com uma corrente de carga de 25 mA, o consumo de corrente aumenta para 400 μA. Na tabela 6 mostra alguns outros parâmetros de duas opções de estabilizador.
Isso não limita todas as opções de modernização do estabilizador tomadas como base (ver Fig. 9) para aumentar a eficiência e melhorar outros parâmetros. Em particular, em alguns casos, para reduzir ΔUmin, é útil usar a conexão paralela de vários transistores com resistores de equalização de corrente nos circuitos de base, em vez de um transistor regulador. Usando IONs de microcorrente, outros tipos de estabilizadores podem ser atualizados com sucesso. As tabelas de características dos estabilizadores fornecidas no artigo não são exemplos de cálculos ótimos e garantias de completa coincidência de resultados quando repetidos devido à forte dispersão nos parâmetros dos diodos zener e transistores de efeito de campo. Estas tabelas são úteis para analisar tendências gerais no desenvolvimento de estabilizadores e podem servir de base para a sua seleção. Várias opções de estabilizadores são projetadas para uma corrente de carga de 20 mA para facilitar a comparação dos principais parâmetros. Pela mesma razão, a maioria dos parâmetros foram medidos em UBX = 2U out. Se necessário, os estabilizadores podem ser convertidos para uma corrente de carga diferente. Por exemplo, na tabela. 6 e 8 mostram os parâmetros para construção de estabilizadores para correntes de carga de 2,5, 200 mA e 0,5 A. Como os diagramas de circuitos dados no artigo são bastante universais, eles, assim como nas tabelas, podem não conter informações específicas sobre quaisquer elementos . Neste caso, são selecionados ou calculados de forma independente, orientados pelas regras e recomendações gerais contidas no artigo.
Para melhorar o desempenho dos estabilizadores em temperaturas elevadas ou ao usar transistores com corrente de coletor reversa aumentada, recomendamos conectar um resistor com resistência de várias unidades a várias dezenas de quilo-ohms entre o emissor e a base do transistor regulador, dependendo de o poder do estabilizador. Apesar de o artigo descrever estabilizadores que afirmam ser econômicos, em nenhum lugar é dado um valor específico de eficiência, pois este parâmetro depende da relação específica entre a tensão de entrada e saída e varia amplamente, aumentando conforme a tensão nos terminais da bateria de células diminui. Literatura
Autor: V.Andreev, Togliatti
Teor alcoólico da cerveja quente
07.05.2024 Principal fator de risco para o vício do jogo
07.05.2024 O ruído do trânsito atrasa o crescimento dos pintinhos
06.05.2024
▪ A anestesia afeta as plantas da mesma forma que afeta as pessoas. ▪ Leitor à prova de umidade e poeira PocketBook 640 ▪ Sensor de temperatura TMP117 ▪ Novos tipos de ressonadores acústicos para frequências de 1,8...2,0 GHz
▪ seção do site Parâmetros de componentes de rádio. Seleção de artigos ▪ artigo Qual marca de carro deu nome a toda a guerra? Resposta detalhada ▪ artigo Especialista Chefe de Telecomunicações. Descrição do trabalho
Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site
www.diagrama.com.ua |
Veja outros artigos seção 
Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:
Todos os idiomas desta página