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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizadores de tensão de micropotência. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Um dos indicadores mais importantes de equipamentos eletrônicos autoalimentados é a eficiência de seus componentes. Nos reguladores de tensão de micropotência descritos abaixo, a fonte de tensão exemplar não é feita em um diodo zener, cuja corrente operacional mínima é de vários miliampères, mas em um transistor de efeito de campo com uma junção pn. Neste caso, a tensão de corte do transistor será exemplar. Essa solução de circuito possibilitou reduzir a corrente consumida pelo estabilizador para cerca de 100 μA. Ao tomar medidas adicionais para garantir a estabilidade térmica da tensão de saída, tais estabilizadores podem ser usados como fontes de tensão exemplar (ION) de altíssima precisão. A primeira versão do estabilizador de tensão é montada em um amplificador operacional com correção de frequência K154UD1B (Fig. 1), que possui alto ganho de tensão (Ku>=2*105) e baixo consumo de corrente (Iп<= 1,2*10-4 ). Apesar da simplicidade do circuito, o estabilizador possui altas características técnicas:
A tensão de mistura do transistor de efeito de campo VT1, que é exemplar no estabilizador, é formada no resistor R1. O amplificador operacional DA1 é conectado de acordo com o esquema de um amplificador não inversor, cujo ganho é definido pelo divisor R2R3, incluído no circuito de feedback negativo. Como uma tensão exemplar Uobr é aplicada à entrada inversora do amplificador operacional DA1, sua saída será Uout \u3d (R2 / R1 + XNUMX) * Uobr. O dreno do transistor de efeito de campo VT1 é conectado à saída do estabilizador, de modo que a tensão de referência é mantida com altíssima precisão. Os testes mostraram que, com um aumento na tensão de alimentação de 6,7 V para 32 V, uma alteração na tensão de saída não pode ser registrada por um voltímetro digital de cinco dígitos Shch68002 (com resolução de 0,1 mV no limite de 10 V). Assim, a instabilidade da tensão de saída no estabilizador considerado deve-se principalmente à qualidade de seus elementos passivos (resistores) e à dependência da temperatura da tensão de referência. Essa dependência pode ser reduzida a quase zero à custa de um pequeno aumento no consumo atual. O fato é que, para transistores de efeito de campo de vários tipos, existe um valor de corrente de dreno no qual a tensão de porta-fonte não depende da temperatura. Aliás, sabe-se que esse valor para transistores com canal p e tensão de corte de 1 ... 2 V fica na faixa de 25 a 250 μA. Na verdade, esses limites parecem ser mais amplos do que comumente se acredita. Assim, para uma das cópias do transistor de efeito de campo, testada no estabilizador considerado, acabou sendo 650 μA.
Devido às elevadas características técnicas, é aconselhável a utilização do estabilizador de tensão descrito em equipamentos com alimentação de rede. A tensão de entrada não deve exceder 32 V. Para aumentar a corrente de carga permitida, ela deve ser conectada à saída do amplificador operacional DA1 por meio de um seguidor de emissor em um transistor de potência apropriada. Em uma corrente maior que 1 A, é mais provável que seja necessário um seguidor composto em dois transistores. O valor necessário da tensão de saída é definido selecionando os resistores R2, R3. Para garantir a operação normal do amplificador operacional DA1, a tensão de referência não deve ser inferior a 2 V e a tensão de saída (no pino 6) não deve exceder (Upit - 2) V. Um diagrama esquemático da segunda versão do estabilizador é mostrado na Fig.2. É montado em elementos amplamente utilizados e possui as seguintes características técnicas:
Uma característica interessante desse estabilizador é o uso de um estabilizador de corrente baseado nos transistores de efeito de campo VT1, VT2 como elemento de compensação de temperatura, que, além disso, desempenha sua função principal de carga dinâmica com alta resistência interna. Ao contrário da primeira opção, aqui é possível definir o modo atual de operação dos transistores e, portanto, o consumo de energia. Por exemplo, se você aumentar a resistência de todos os resistores várias vezes, o consumo de corrente diminuirá de acordo. O estabilizador é construído de acordo com o esquema de compensação. O elemento de controle é feito no transistor VT3, conectado de acordo com o esquema OE. Este elemento é coberto por feedback negativo profundo através de um seguidor de tensão composto nos transistores VT4, VT5. A carga do transistor VT3 é o estabilizador de corrente VT1, VT2, R1. Graças à conexão cascode, foi possível obter uma resistência interna muito grande do estabilizador de corrente - cerca de 150 MΩ, o que melhorou significativamente as características técnicas de todo o dispositivo como um todo. Para que o seguidor de tensão VT4, VT5 não afete a corrente que flui através dos transistores VT1-VT3, o primeiro transistor repetidor é selecionado como um transistor de campo. O segundo transistor do seguidor deve ser bipolar, pois, devido à maior inclinação da característica em relação ao de campo, isso pode reduzir significativamente a impedância de saída do seguidor de tensão e do estabilizador como um todo.
A ideia de estabilização de temperatura da tensão de saída é a seguinte. A tensão Ube entre a base e o emissor de um transistor bipolar em uma corrente de coletor fixa tem um coeficiente de temperatura negativo de -2 mV/°C. Por sua vez, a corrente de dreno do FET está na região da microcorrente devido ao desvio de temperatura da tensão de corte. igual a cerca de +2 mV/°C, depende da temperatura com um coeficiente de cerca de +10-3/°C. Essa corrente, fluindo pelo resistor R2 do estabilizador, cria uma queda de tensão que, a um determinado valor da resistência R2, terá um coeficiente de temperatura de +2 mV / ° C. Assim, a tensão de saída igual a Uout \u3d (UBE2 + UR4) (R5 / R1 + 3) quase não dependerá da temperatura (UBE3 é a tensão na junção do emissor do transistor VT2). O menor valor do coeficiente de temperatura pode ser alcançado se o resistor RXNUMX for cuidadosamente selecionado. Para operação confiável da unidade de compensação térmica, é necessário manter a diferença de temperatura entre as junções pn dos transistores VT1 e VT3 no nível mínimo (não mais que 0,05 ° C). Esse problema pode ser resolvido de maneira mais simples, fornecendo contato térmico entre os invólucros desses transistores. Mas esta medida nem sempre se justifica e pode ser desnecessária. Se não houver fatores que possam causar um gradiente térmico (peças de aquecimento localizadas próximas, por exemplo, dissipadores de calor de transistores potentes), os gabinetes dos transistores VT1 e VT3, mesmo instalados separadamente, terão a mesma temperatura em alguns centésimos de um grau. Sua própria potência térmica liberada neles não ultrapassa 30 μW, e isso leva a um aumento da temperatura do cristal semicondutor em não mais que 0,03 ° C (valor típico da resistência térmica da junção - o ambiente, para baixas -transistores de potência é 0,5 .. .1 S/mW). Isso mostra que a alta estabilidade térmica da tensão de saída pode ser garantida em alguns casos, mesmo sem contato térmico entre as caixas dos transistores VT1 e VT3. Ao escolher peças para estabilizadores, atenção especial deve ser dada à seleção de transistores de efeito de campo por tensão de corte. Para a primeira versão do estabilizador (Fig. 1), deve ser superior a 2 V. O transistor VT1 na segunda versão (Fig. 2) deve ter uma tensão de corte dentro de 0,6 ... 1 V, VT2 - 1,8 ... 2,2 ,3 V. VT1 - 3..303 V. Não há outros requisitos especiais para transistores, portanto, em vez de KP302E, você pode usar transistores das séries KP307 e KP315, em vez de KT3102G - KT3102G - KT342E , KT342B, KTXNUMXV. Como o estabilizador de corrente VT1VT2R1 (Fig. 2) é um dispositivo de dois terminais, em vez de transistores de efeito de campo com canal p, transistores com canal n podem ser usados, observando a polaridade de comutação desejada. Como substitutos do K154UD1B OU, K140UD12 e KR1407UD2 podem ser recomendados, mas eles têm uma pinagem diferente e uma corrente de carga permitida inferior a 1 mA. Capacitor de correção C1 - qualquer série cerâmica KM-5, KM-6, etc. Com baixos requisitos de estabilidade temporal e de temperatura da tensão de saída nos estabilizadores, é melhor usar resistores MLT-0,125 ou MLT-0,25 com tolerância de 5%, caso contrário, todos os resistores (exceto R3 na Fig. 2) devem ser de precisão, por exemplo, C2 -13-0,25 com uma tolerância de 0,1%. Estabelecer estabilizadores consiste em definir o valor desejado da tensão de saída, escolhendo a relação da resistência dos resistores do circuito de realimentação. Em cada estabilizador, foram tomadas medidas para eliminar a auto-excitação em alta frequência, incluindo capacitores de correção C1 de pequena capacidade no circuito de realimentação negativa. No entanto, a possibilidade do aparecimento de geração parasitária não pode ser descartada. Isso é possível se houver estabilizadores de carga com capacitância de 500 pF ... 0,1 microfarads na saída. Para eliminar a geração parasita, basta ligar um capacitor de óxido com capacidade de 1 ... 10 microfarads em paralelo com a carga do estabilizador. Autor: S. Fedichin
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