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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de tensão em um poderoso transistor de efeito de campo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos O artigo descreve um estabilizador de tensão analógico para uma fonte de alimentação de alta potência. O autor conseguiu melhorar significativamente os parâmetros do estabilizador usando um poderoso transistor de efeito de campo chaveado como elemento de potência. Ao construir estabilizadores de tensão de alta corrente, os radioamadores costumam usar microcircuitos especializados da série 142 e similares, "aprimorados" por um ou mais transistores bipolares conectados em paralelo. Se, para esses fins, um poderoso transistor de efeito de campo de comutação for usado, será possível montar um estabilizador de alta corrente mais simples. O diagrama de uma das variantes desse estabilizador é mostrado na Fig. Ele usa um poderoso transistor de efeito de campo IRLR1 como transistor de potência. Embora tenha sido projetado para operar em modo chaveado, neste estabilizador ele é utilizado em modo linear. O transistor possui uma resistência de canal muito baixa no estado aberto (2905 Ohm), fornece uma corrente de até 0,027 A em uma temperatura de caixa de até 30°C, possui uma alta transcondutância e requer apenas 100...2,5 V para tensão de controle na porta [3]. A potência dissipada pelo transistor pode chegar a 1 W.
O transistor de efeito de campo é controlado por um chip estabilizador de tensão paralelo KR142EN19 (TL431). Sua finalidade, design e parâmetros são descritos detalhadamente no artigo [2]. O estabilizador funciona (Fig. 1) da seguinte forma. Quando o transformador de rede T1 é conectado à rede, uma tensão alternada de cerca de 13 V (valor efetivo) aparece em seu enrolamento secundário. Ele é retificado pela ponte de diodos VD1 e uma tensão constante de cerca de 16 V é liberada em um capacitor de suavização de alta capacidade (geralmente várias dezenas de milhares de microfarads). Ele vai para o dreno do poderoso transistor VT1 e através do resistor R1 até a porta, abrindo o transistor. Parte da tensão de saída através do divisor R2R3 é fornecida à entrada do microcircuito DA1, fechando o circuito OOS. A tensão na saída do estabilizador aumenta até que a tensão na entrada de controle do microcircuito DA1 atinja o limite, cerca de 2,5 V. Neste momento, o microcircuito abre, diminuindo a tensão na porta do poderoso transistor, ou seja, parcialmente fechando-o e o dispositivo entra no modo de estabilização. O capacitor C3 acelera a saída do estabilizador para o modo de operação. O valor da tensão de saída pode ser definido na faixa de 2,5 a 30 V selecionando o resistor R2; seu valor pode variar dentro de amplos limites. Os capacitores C1, C2 e C4 garantem uma operação estável do estabilizador. Para a versão descrita do estabilizador, a queda de tensão mínima no transistor de potência reguladora VT1 é de 2,5...3 V, embora potencialmente este transistor possa operar em uma tensão de fonte de dreno próxima de zero. Essa desvantagem se deve ao fato da tensão de controle para a porta vir do circuito dreno, portanto, com uma queda de tensão menor nele, o transistor não abrirá, pois deve haver uma tensão positiva na porta de um transistor aberto em relação à fonte. Para reduzir a queda de tensão no transistor de controle, é aconselhável alimentar seu circuito de porta a partir de um retificador separado com uma tensão 5...7 V superior à tensão de saída do estabilizador. Caso não seja possível fazer um retificador adicional, um diodo e um capacitor adicionais podem ser inseridos no dispositivo (Fig. 2).
O efeito de uma modificação tão simples pode ser grande. O fato é que a tensão fornecida ao dreno do transistor é pulsante e possui uma componente variável significativa, que aumenta com o aumento do consumo de corrente. Graças ao diodo VD2 e ao capacitor C5, a tensão da porta será aproximadamente igual ao valor pulsante de pico, ou seja, pode ser alguns volts a mais que a média ou o mínimo. Portanto, o estabilizador está operacional com uma tensão dreno-fonte média mais baixa. Os melhores resultados podem ser obtidos se o diodo VD2 estiver conectado a uma ponte retificadora (Fig. 3).
Neste caso, a tensão no capacitor C5 aumentará, uma vez que a queda de tensão no diodo VD2 será menor que a queda de tensão nos diodos da ponte, especialmente na corrente máxima. Se for necessário ajustar suavemente a tensão de saída, o resistor constante R2 deve ser substituído por um resistor variável ou de ajuste. O valor da tensão de saída pode ser determinado pela fórmula Uout = 2,5(1+R2/R3). É permitido usar um transistor adequado no dispositivo da lista da folha de referência acima, preferencialmente destacado em amarelo. Se você usar, por exemplo, IRF840, então o valor mínimo da tensão de controle na porta será 4,5...5 V. Os capacitores são de tântalo de tamanho pequeno, os resistores são MLT, S2-33, P1-4. Diodo VD2 - retificador com baixa queda de tensão (germânio, diodo Schottky). Os parâmetros do transformador, ponte de diodos e capacitor C1 são selecionados com base na tensão e corrente de saída necessárias. Embora o transistor seja projetado para altas correntes e alta dissipação de potência, para realizar todas as suas capacidades é necessário garantir uma dissipação de calor eficaz. O transistor utilizado destina-se à instalação em radiador por meio de soldagem. Neste caso, é aconselhável utilizar uma placa intermediária de cobre com vários milímetros de espessura, à qual é soldado o transistor e sobre a qual podem ser instaladas as demais peças (Fig. 4). Então, após a conclusão da instalação, a placa pode ser colocada no radiador. Neste caso, a soldagem não é mais necessária, pois a placa terá grande área de contato térmico com o radiador.
Se você usar um microcircuito DA1 do tipo TL431C, resistores do tipo P1-12 e os capacitores de chip correspondentes para montagem em superfície, eles poderão ser colocados em uma placa de circuito impresso (Fig. 5) feita de folha de fibra de vidro unilateral. A placa é soldada aos terminais do transistor e colada na referida placa de cobre com cola. Como tal placa, você pode usar, por exemplo, uma caixa com flange de um transistor bipolar de alta potência danificado, digamos, KT827, usando montagem articulada.
Estabelecer um estabilizador se resume a definir o valor necessário da tensão de saída. É necessário verificar o dispositivo quanto à ausência de autoexcitação em toda a faixa de correntes operacionais. Para isso, as tensões em vários pontos do aparelho são monitoradas por meio de um osciloscópio. Se ocorrer autoexcitação, em paralelo com os capacitores C1, C2 e C4, devem ser conectados capacitores de cerâmica com capacidade de 0,1 μF com condutores de comprimento mínimo. Esses capacitores são colocados o mais próximo possível do transistor VT1 e do chip DA1. Literatura
Autor: I. Nechaev, Kursk
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