Obwody regulatora napięcia wykorzystujące tranzystor i diodę Zenera

W tym artykule szczegółowo omówimy, jak wykonać niestandardowe tranzystorowe obwody regulatora napięcia w trybach stałych, a także w trybach zmiennych.

Wszystkie liniowe obwody zasilania, które są przeznaczone do wytwarzania stabilizowanego, stałe napięcie a wyjście prądowe zasadniczo zawiera stopnie tranzystora i diody Zenera w celu uzyskania wymaganych regulowanych wyjść.

Obwody te wykorzystujące części dyskretne mogą mieć postać stałego lub stałego napięcia lub stabilizowanego regulowanego napięcia wyjściowego.

Najprostszy regulator napięcia

Prawdopodobnie najprostszym typem stabilizatora napięcia jest stabilizator bocznikowy Zenera, który działa z wykorzystaniem podstawowej diody Zenera do regulacji, jak pokazano na poniższym rysunku.

Diody Zenera mają napięcie znamionowe odpowiadające przewidywanemu napięciu wyjściowemu, które może być ściśle dopasowane do żądanej wartości wyjściowej.

Dopóki napięcie zasilania jest poniżej wartości znamionowej napięcia Zenera, wykazuje ono maksymalną rezystancję w zakresie wielu megaomów, umożliwiając przepływ zasilania bez ograniczeń.

Jednak moment, w którym napięcie zasilania wzrośnie powyżej wartości znamionowej „napięcia Zenera”, powoduje znaczny spadek jego rezystancji, powodując bocznikowanie przepięcia do masy przez nie, aż do spadku lub osiągnięcia poziomu napięcia Zenera.

W wyniku tego nagłego bocznikowania napięcie zasilania spada i osiąga wartość Zenera, co powoduje ponowny wzrost rezystancji Zenera. Cykl jest następnie kontynuowany szybko, zapewniając stabilizację podaży na znamionowej wartości Zenera i nigdy nie można jej przekroczyć.

Aby uzyskać powyższą stabilizację, napięcie wejściowe musi być nieco wyższe niż wymagane stabilizowane napięcie wyjściowe.

Nadmierne napięcie powyżej wartości Zenera powoduje wyzwolenie wewnętrznej „lawinowej” charakterystyki Zenera, powodując natychmiastowy efekt bocznikowania i spadek zasilania aż do osiągnięcia wartości Zenera.

To działanie jest kontynuowane w nieskończoność, zapewniając stałe stabilizowane napięcie wyjściowe równoważne wartości znamionowej Zenera.

Zalety stabilizatora napięcia Zenera

Diody Zenera są bardzo przydatne wszędzie tam, gdzie wymagana jest niska prądowa, stała regulacja napięcia.

Diody Zenera są łatwe w konfiguracji i mogą być używane do uzyskania dość dokładnego stabilizowanego sygnału wyjściowego w każdych warunkach.

Wymaga tylko jednego rezystora do skonfigurowania stopnia regulatora napięcia opartego na diodzie Zenera i można go szybko dodać do dowolnego obwodu w celu uzyskania zamierzonych rezultatów.

Wady stabilizatorów Zenera

Chociaż stabilizowany zasilacz Zenera jest szybką, łatwą i skuteczną metodą uzyskania ustabilizowanej mocy, ma kilka poważnych wad.

• Prąd wyjściowy jest niski, co może obsługiwać obciążenia wysokoprądowe na wyjściu.
• Stabilizacja może nastąpić tylko przy niskich różnicach wejścia / wyjścia. Oznacza to, że napięcie wejściowe nie może być zbyt wysokie niż wymagane napięcie wyjściowe. W przeciwnym razie rezystancja obciążenia może rozproszyć ogromną ilość energii, czyniąc system bardzo nieefektywnym.
• Działanie diody Zenera jest generalnie związane z generowaniem szumów, które mogą mieć krytyczny wpływ na działanie czułych obwodów, takich jak konstrukcje wzmacniaczy hi-fi i inne podobne wrażliwe aplikacje.

Korzystanie ze `` wzmocnionej diody Zenera ''

Jest to wzmocniona wersja zenera, która wykorzystuje BJT do tworzenia zmiennego zenera o zwiększonej zdolności przenoszenia mocy.

Wyobraźmy sobie, że R1 i R2 mają tę samą wartość., Co stworzyłoby wystarczający poziom odchylenia do podstawy BJT i ​​pozwoliłoby BJT na optymalne działanie. Ponieważ minimalne wymagane napięcie przewodzenia podstawowego emitera wynosi 0,7 V, BJT przewodzi i bocznikuje każdą wartość powyżej 0,7 V lub maksymalnie 1 V, w zależności od specyficznych charakterystyk zastosowanego BJT.

Tak więc wyjście zostanie ustabilizowane na około 1 V. Moc wyjściowa tego „wzmocnionego zmiennego zenera” będzie zależeć od mocy znamionowej BJT i ​​wartości rezystora obciążenia.

Jednak wartość tę można łatwo zmienić lub dostosować do innego pożądanego poziomu, po prostu zmieniając wartość R2. Lub prościej, zastępując R2 pulą. Zakres zarówno R1, jak i R2 Pot może wynosić od 1 K do 47 K, aby uzyskać płynnie zmienną moc wyjściową od 1 V do poziomu zasilania (maks. 24 V). Aby uzyskać większą dokładność, możesz zastosować następującą formułę dzielnika volatge:

Napięcie wyjściowe = 0,65 (R1 + R2) / R2

Wada wzmacniacza Zenera

Po raz kolejny wadą tego rozwiązania jest wysokie rozpraszanie, które wzrasta proporcjonalnie do wzrostu różnicy na wejściu i wyjściu.

Aby poprawnie ustawić wartość rezystora obciążenia w zależności od prądu wyjściowego i zasilania wejściowego, można odpowiednio zastosować następujące dane.

Załóżmy, że wymagane napięcie wyjściowe wynosi 5 V, wymagany prąd 20 mA, a wejście zasilania 12 V. Następnie zgodnie z prawem Ohma mamy:

Rezystor obciążenia = (12 - 5) / 0,02 = 350 omów

moc = (12 - 5) x 0,02 = 0,14 wata lub po prostu wystarczy 1/4 wata.

Obwód regulatora tranzystora szeregowego

Zasadniczo regulator szeregowy, który jest również nazywany tranzystorem szeregowym, jest zmienną rezystancją utworzoną za pomocą tranzystora połączonego szeregowo z jedną z linii zasilających i obciążeniem.

Rezystancja tranzystora na prąd dostosowuje się automatycznie w zależności od obciążenia wyjściowego, tak że napięcie wyjściowe pozostaje stałe na pożądanym poziomie.

W obwodzie regulatora szeregowego prąd wejściowy musi być nieco większy niż prąd wyjściowy. Ta niewielka różnica jest jedyną wielkością prądu wykorzystywaną przez obwód regulatora.

Zalety regulatora szeregowego

Podstawową zaletą obwodu regulatora szeregowego w porównaniu z regulatorem bocznikowym jest jego lepsza wydajność.

Powoduje to minimalne rozpraszanie mocy i straty przez ciepło. Ze względu na tę wielką zaletę, szeregowe regulatory tranzystorowe są bardzo popularne w zastosowaniach jako regulator napięcia dużej mocy.

Można tego jednak uniknąć, gdy zapotrzebowanie na moc jest bardzo niskie lub gdy sprawność i wytwarzanie ciepła nie należą do kwestii krytycznych.

Zasadniczo regulator szeregowy może po prostu zawierać regulator bocznikowy Zenera, ładujący obwód bufora popychacza emitera, jak wskazano powyżej.

Wzmocnienie napięcia jedności można znaleźć za każdym razem, gdy stosowany jest stopień wtórnika emitera. Oznacza to, że kiedy stabilizowane wejście jest przyłożone do jego podstawy, generalnie uzyskamy również ustabilizowane wyjście z emitera.

Ponieważ jesteśmy w stanie uzyskać większy zysk prądowy z wtórnika emitera, można oczekiwać, że prąd wyjściowy będzie znacznie wyższy w porównaniu do zastosowanego prądu podstawowego.

Dlatego nawet jeśli prąd bazowy wynosi około 1 lub 2 mA w stopniu bocznikowania Zenera, który również staje się poborem prądu spoczynkowego konstrukcji, na wyjściu można udostępnić prąd wyjściowy 100 mA.

Prąd wejściowy sumuje się z prądem wyjściowym razem z 1 lub 2 mA wykorzystywanym przez stabilizator Zenera, dzięki czemu osiągnięta sprawność osiąga znakomity poziom.

Biorąc pod uwagę, że zasilanie wejściowe obwodu ma wystarczającą moc znamionową, aby osiągnąć oczekiwane napięcie wyjściowe, wyjście może być praktycznie niezależne od poziomu zasilania wejściowego, ponieważ jest ono bezpośrednio regulowane przez potencjał bazowy Tr1.

Dioda Zenera i kondensator odsprzęgający wytwarzają idealnie czyste napięcie u podstawy tranzystora, które jest replikowane na wyjściu, generując napięcie praktycznie wolne od szumów.

Pozwala to na tego typu obwody z możliwością dostarczania wyjść o zaskakująco niskich tętnieniach i szumach bez stosowania dużych kondensatorów wygładzających, a także z zakresem prądu, który może wynosić nawet 1 amper lub nawet więcej.

Jeśli chodzi o poziom napięcia wyjściowego, może on nie być dokładnie równy podłączonemu napięciu Zenera. Dzieje się tak, ponieważ występuje spadek napięcia o około 0,65 wolta między przewodem bazy i emitera tranzystora.

W konsekwencji spadek ten należy odjąć od wartości napięcia Zenera, aby uzyskać minimalne napięcie wyjściowe obwodu.

Oznacza to, że jeśli wartość Zenera wynosi 12,7 V, to moc wyjściowa na emiterze tranzystora może wynosić około 12 V lub odwrotnie, jeśli pożądane napięcie wyjściowe wynosi 12 V, to napięcie Zenera musi być ustawione na 12,7 V.

Regulacja tego szeregowego obwodu regulatora nigdy nie będzie identyczna z regulacją obwodu Zenera, ponieważ wtórnik emitera po prostu nie może mieć zerowej impedancji wyjściowej.

Spadek napięcia na stopniu musi nieznacznie wzrosnąć w odpowiedzi na wzrost prądu wyjściowego.

Z drugiej strony, dobrej regulacji można by oczekiwać, gdy prąd Zenera pomnożony przez wzmocnienie prądowe tranzystora osiągnie co najmniej 100-krotność oczekiwanego największego prądu wyjściowego.

Regulator serii wysokoprądowej wykorzystujący tranzystory Darlington

Aby to dokładnie osiągnąć, często oznacza to, że należy użyć kilku tranzystorów, może być 2 lub 3, abyśmy byli w stanie uzyskać zadowalające wzmocnienie na wyjściu.

Podstawowy obwód z dwoma tranzystorami wykorzystujący zwolennik emitera Para Darlingtona wskazana na poniższych rysunkach przedstawia technikę zastosowania 3 BJT w układzie Darlingtona z popychaczem emitera.

Zauważ, że włączenie pary tranzystorów powoduje większy spadek napięcia na wyjściu, o około 1,3 V, przez podstawę pierwszego tranzystora do wyjścia.

Wynika to z faktu, że około 0,65 wolta jest odcięte od każdego z tranzystorów. Jeśli weźmie się pod uwagę obwód z trzema tranzystorami, może to oznaczać spadek napięcia nieco poniżej 2 woltów na podstawie pierwszego tranzystora i na wyjściu, i tak dalej.

Regulator napięcia wspólnego emitera z ujemnym sprzężeniem zwrotnym

Przyjemna konfiguracja jest czasami widoczna w konkretnych projektach, które mają kilka wspólne wzmacniacze emitera z 100-procentowym ujemnym sprzężeniem zwrotnym netto.

Ta konfiguracja jest pokazana na poniższym rysunku.

Pomimo faktu, że wspólne stopnie emitera zwykle mają znaczny stopień wzmocnienia napięcia, może tak nie być w tym przypadku.

Dzieje się tak z powodu 100% ujemnego sprzężenia zwrotnego, które jest umieszczone na kolektorze wyjściowym tranzystora i emiterze tranzystora sterownika. Ułatwia to wzmacniaczowi uzyskanie dokładnej jedności.

Zalety wspólnego regulatora emitera ze sprzężeniem zwrotnym

Ta konfiguracja działa lepiej w porównaniu do Para Darlington Regulatory oparte na popychaczu emitera ze względu na zmniejszony spadek napięcia na zaciskach wejścia / wyjścia.

Spadek napięcia uzyskany w tych projektach wynosi zaledwie około 0,65 V, co przyczynia się do większej wydajności i umożliwia wydajną pracę obwodu niezależnie od tego, czy niestabilizowane napięcie wejściowe jest tylko o kilkaset miliwoltów wyższe od oczekiwanego napięcia wyjściowego.

Eliminator baterii wykorzystujący obwód regulatora szeregowego

Wskazany obwód eliminatora baterii jest funkcjonalną ilustracją konstrukcji zbudowanej przy użyciu podstawowego regulatora serii.

Model został opracowany do wszystkich zastosowań pracujących z 9 V DC z maksymalnym prądem nie przekraczającym 100 mA. Nie jest odpowiedni dla urządzeń, które wymagają stosunkowo większego prądu.

T1 to 12-0-12 był transformatorem 100 mA który zapewnia izolowaną izolację ochronną i obniżanie napięcia, podczas gdy jego środkowe uzwojenie wtórne z odczepami obsługuje podstawowy prostownik przeciwsobny z kondensatorem filtrującym.

Bez obciążenia moc wyjściowa będzie wynosić około 18 V DC, co może spaść do około 12 V przy pełnym obciążeniu.

Obwód, który działa jak stabilizator napięcia, jest w rzeczywistości podstawowym typem szeregowym obejmującym R1, D3 i C2 w celu uzyskania regulowanego wyjścia znamionowego 10 V. Prąd Zenera waha się od około 8 mA bez obciążenia i do około 3 mA przy pełnym obciążeniu. Rozpraszanie generowane przez R1 i D3 jako wynik jest minimalne.

Popychacz emitera pary Darlingtona utworzony przez TR1 i TR2 można postrzegać jako skonfigurowany jako wzmacniacz bufora wyjściowego, który zapewnia wzmocnienie prądu około 30000 przy pełnej mocy wyjściowej, podczas gdy minimalne wzmocnienie wynosi 10000.

Na tym poziomie wzmocnienia, gdy urządzenie pracuje przy 3 mA przy pełnym prądzie obciążenia, a minimalne wzmocnienie i nie wykazuje prawie żadnych odchyleń w spadku napięcia na wzmacniaczu, nawet przy wahaniach prądu obciążenia.

Rzeczywisty spadek napięcia na wzmacniaczu wyjściowym wynosi około 1,3 V, a przy umiarkowanym wejściu 10 V daje to wyjście około 8,7 V.

Wygląda to na prawie równe podanemu 9 V, biorąc pod uwagę fakt, że nawet prawdziwy akumulator 9 V może wykazywać zmiany od 9,5 V do 7,5 V podczas okresu eksploatacji.

Dodawanie ograniczenia prądu do regulatora szeregowego

W przypadku regulatorów opisanych powyżej zwykle ważne jest dodanie zabezpieczenia przed zwarciem wyjścia.

Może to być konieczne, aby projekt był w stanie zapewnić dobrą regulację przy niskiej impedancji wyjściowej. Ponieważ źródło zasilania ma bardzo niską impedancję, w przypadku przypadkowego zwarcia na wyjściu może przepływać bardzo wysoki prąd wyjściowy.

Może to spowodować natychmiastowe spalenie tranzystora wyjściowego wraz z kilkoma innymi częściami. Typowy bezpiecznik może po prostu nie zapewniać wystarczającej ochrony, ponieważ uszkodzenie prawdopodobnie nastąpiłoby szybko, nawet zanim bezpiecznik mógłby prawdopodobnie zareagować i przepalić się.

Najłatwiejszym sposobem realizacji tego może być dodanie ogranicznika prądu do obwodu. Obejmuje to dodatkowe obwody elektryczne bez bezpośredniego wpływu na działanie projektu w normalnych warunkach pracy.

Jednak ogranicznik prądu może spowodować szybki spadek napięcia wyjściowego, jeśli podłączone obciążenie będzie próbowało pobierać znaczne ilości prądu.

W rzeczywistości napięcie wyjściowe obniża się tak szybko, że pomimo zwarcia na wyjściu prąd dostępny z obwodu jest nieco większy niż określone maksymalne wartości znamionowe.

Wynik działania obwodu ograniczającego prąd jest udokumentowany w poniższych danych, które pokazują napięcie wyjściowe i prąd w odniesieniu do progresywnie zmniejszającej się impedancji obciążenia, uzyskanej z proponowanego modułu eliminatora akumulatora.

Plik obwody ograniczające prąd działa przy użyciu tylko kilku elementów R2 i Tr3. Jego reakcja jest w rzeczywistości tak szybka, że ​​po prostu eliminuje wszelkie możliwe ryzyko zwarcia na wyjściu, zapewniając tym samym niezawodną ochronę urządzeń wyjściowych. Działanie ograniczenia prądu można zrozumieć, jak wyjaśniono poniżej.

R2 jest połączone szeregowo z wyjściem, co powoduje, że napięcie powstające na R2 jest proporcjonalne do prądu wyjściowego. Przy poborze mocy wyjściowym sięgającym 100 mA, napięcie wytwarzane na R2 nie będzie wystarczające do wyzwolenia na Tr3, ponieważ jest to tranzystor krzemowy wymagający minimalnego potencjału 0,65 V do włączenia.

Jednak gdy obciążenie wyjściowe przekracza limit 100 mA, generuje wystarczający potencjał na T2, aby odpowiednio włączyć Tr3 do przewodzenia. TR3 z kolei powoduje przepływ prądu w kierunku Trl przez ujemną szynę zasilającą przez obciążenie.

Powoduje to pewne obniżenie napięcia wyjściowego. Jeśli obciążenie dalej rośnie, powoduje proporcjonalny wzrost potencjału na R2, zmuszając Tr3 do włączenia jeszcze mocniej.

To w konsekwencji umożliwia przesunięcie większych ilości prądu w kierunku Tr1 i linii ujemnej przez Tr3 i obciążenie. To działanie dalej prowadzi do proporcjonalnie rosnącego spadku napięcia napięcia wyjściowego.

Nawet w przypadku zwarcia na wyjściu, Tr3 będzie prawdopodobnie mocno obciążony w przewodzenie, zmuszając napięcie wyjściowe do spadku do zera, zapewniając, że prąd wyjściowy nigdy nie przekroczy znaku 100 mA.

Zasilacz laboratoryjny o zmiennej regulacji

Zasilacze stabilizowane napięciem działają na podobnej zasadzie, jak typy regulatorów napięcia stałego, ale mają sterowanie potencjometrem co umożliwia stabilizację wyjścia ze zmiennym zakresem napięcia.

Te obwody najlepiej nadają się jako zasilacze stołowe i warsztatowe, chociaż mogą być również używane w aplikacjach, które wymagają różnych regulowanych wejść do analizy. W takich przypadkach potencjometr zasilacza działa jak wstępnie ustawiony regulator, który może być użyty do dostosowania napięcia wyjściowego zasilacza do pożądanych regulowanych poziomów napięcia.

Powyższy rysunek przedstawia klasyczny przykład obwodu regulatora o zmiennym napięciu, który zapewni ciągłą regulację stabilizowanego wyjścia od 0 do 12V.

Główne cechy

• Zakres prądu jest ograniczony do maksymalnie 500 mA, chociaż można go zwiększyć do wyższych poziomów przez odpowiednią modernizację tranzystorów i transformatora.
• Konstrukcja zapewnia bardzo dobrą regulację szumów i tętnień, które mogą być mniejsze niż 1 mV.
• Maksymalna różnica między zasilaniem wejściowym a regulowanym wyjściem nie przekracza 0,3 V nawet przy pełnym obciążeniu wyjścia.
• Regulowany zmienny zasilacz idealnie nadaje się do testowania prawie wszystkich typów projektów elektronicznych wymagających wysokiej jakości regulowanych zasilaczy.

Jak to działa

W tym projekcie widzimy obwód dzielnika potencjału zawarty między wyjściowym stopniem stabilizatora Zenera a wejściowym wzmacniaczem buforowym. Ten potencjalny dzielnik jest tworzony przez VR1 i R5. Umożliwia to regulację ramienia suwaka VR1 od minimum 1,4 V, gdy znajduje się w pobliżu podstawy toru, do poziomu Zenera 15 V, gdy znajduje się w najwyższym punkcie zakresu regulacji.

Na wyjściowym stopniu buforowym spadło około 2 woltów, co pozwala na zakres napięcia wyjściowego od 0 V do około 13 V. Mimo to górny zakres napięcia jest podatny na częściowe tolerancje, podobnie jak 5% tolerancja napięcia Zenera. Dlatego optymalne napięcie wyjściowe może być wyższe niż 12 woltów.

Kilka rodzajów wydajnych obwód ochrony przed przeciążeniem może być bardzo ważne dla każdego zasilacza stołowego. Może to być istotne, ponieważ wyjście może być podatne na przypadkowe przeciążenia i zwarcia.

W obecnym projekcie stosujemy raczej proste ograniczenie prądu, określone przez Trl i powiązane z nim elementy. Gdy jednostka pracuje w normalnych warunkach, napięcie wytwarzane na R1, które jest połączone szeregowo z wyjściem zasilania, jest zbyt małe, aby wywołać przewodzenie Trl.

W tym scenariuszu obwód działa normalnie, poza niewielkim spadkiem napięcia generowanym przez R1. Nie ma to prawie żadnego wpływu na wydajność regulacji urządzenia.

Dzieje się tak, ponieważ stopień R1 znajduje się przed obwodem regulatora. W przypadku przeciążenia, potencjał indukowany na R1 wystrzeliwuje do około 0,65 V, co zmusza Tr1 do włączenia, ze względu na prąd bazowy uzyskany z różnicy potencjałów generowanej na rezystorze R2.

Powoduje to, że R3 i Tr 1 pobierają znaczną ilość prądu, powodując znaczny wzrost spadku napięcia na R4 i zmniejszenie napięcia wyjściowego.

To działanie natychmiast ogranicza prąd wyjściowy do maksymalnie 550 do 600 mA pomimo zwarcia na wyjściu.

Ponieważ funkcja ograniczenia prądu ogranicza napięcie wyjściowe do praktycznie 0 V.

R6 jest uzbrojony jak rezystor obciążający, który w zasadzie zapobiega zbytnemu spadkowi prądu wyjściowego, a wzmacniacz buforowy nie może normalnie pracować. C3 umożliwia urządzeniu uzyskanie doskonałej odpowiedzi przejściowej.

Wady

Podobnie jak w każdym typowym regulatorze liniowym, rozpraszanie mocy w Tr4 jest określane przez napięcie i prąd wyjściowy i jest maksymalne z potencjometrem dostosowanym do niższych napięć wyjściowych i wyższych obciążeń wyjściowych.

W najcięższych okolicznościach może być indukowane napięcie 20 V na Tr4, powodując przepływ prądu około 600 mA. Powoduje to utratę mocy około 12 watów w tranzystorze.

Aby móc to tolerować przez długi czas, urządzenie musi być zainstalowane na dość dużym radiatorze. VR1 można zainstalować z dużym pokrętłem sterującym ułatwiającym skalibrowanie skali wyświetlającej oznaczenia napięcia wyjściowego.

Lista części

• Rezystory. (Wszystkie 1/3 W 5%).
• R1 1,2 oma
• R2 100 omów
• R3 15 omów
• R4 1k
• R5 470 omów
• R6 10k
• VR1 4,7k liniowy węgiel
• Kondensatory
• C1 2200 µF 40V
• C2 100 µF 25V
• C3 330 nF
• Półprzewodniki
• Tr1 BC108
• Tr2 BC107
• Tr3 BFY51
• Tr4 TIP33A
• DI do D4 1N4002 (4 szt.)
• D5 BZY88C15V (15 V, 400 mW Zener)
• Transformator
• T1 Standardowa sieć pierwotna, 17 lub 18 V, 1 A.
• wtórny
• Przełącznik
• S1 D.P.S.T. obrotowy typ sieciowy lub przełączany
• Różne
• Obudowa, gniazda wyjściowe, płytka drukowana, przewód zasilający, przewód,
• lut itp.

Jak zatrzymać przegrzanie tranzystora przy wyższych różnicach wejściowych / wyjściowych

Regulatory typu tranzystora przepustowego, jak wyjaśniono powyżej, zwykle napotykają sytuację, w której występuje wyjątkowo wysokie rozpraszanie pojawiające się z tranzystora regulatora szeregowego, gdy napięcie wyjściowe jest znacznie niższe niż napięcie wejściowe.

Za każdym razem, gdy wysoki prąd wyjściowy jest zasilany niskim napięciem (TTL), może być kluczowe zastosowanie wentylatora chłodzącego na radiatorze. Prawdopodobnie poważną ilustracją może być scenariusz określonej jednostki źródłowej zapewniającej zasilanie od 5 amperów do 5 i 50 woltów.

Ten typ jednostki może mieć normalnie nieregulowane zasilanie 60 V. Wyobraź sobie, że to konkretne urządzenie ma zasilać obwody TTL w całym swoim prądzie znamionowym. Element szeregowy w obwodzie będzie musiał w tej sytuacji rozproszyć 275 watów!

Wydaje się, że koszt zapewnienia wystarczającego chłodzenia jest realizowany tylko przez cenę tranzystora szeregowego. W przypadku, gdy spadek napięcia na tranzystorze regulatora mógłby być ewentualnie ograniczony do 5,5 V, bez uzależnienia od preferowanego napięcia wyjściowego, rozpraszanie mogłoby zostać znacznie zmniejszone na powyższej ilustracji, może to wynosić 10% jego wartości początkowej.

Można to osiągnąć, stosując trzy części półprzewodnikowe i kilka rezystorów (rysunek 1). Oto jak to dokładnie działa: tyrystor Thy może normalnie przewodzić przez R1.

Niemniej jednak, gdy napięcie spadnie na T2 - regulator szeregowy przekroczy 5,5 V, T1 zaczyna przewodzić, powodując, że tyrystor `` otwiera się '' przy kolejnym przejściu przez zero wyjścia prostownika mostkowego.

Ta specyficzna sekwencja robocza stale kontroluje ładunek podawany przez C1 - kondensator filtru - tak, aby nieregulowane zasilanie było ustalone na 5,5 V powyżej regulowanego napięcia wyjściowego. Wartość rezystancji niezbędną dla R1 określa się w następujący sposób:

R1 = 1,4 x Vsec - (Vmin + 5) / 50 (wynik będzie w k Ohm)

gdzie Vsec oznacza wtórne napięcie skuteczne transformatora, a Vmin oznacza minimalną wartość regulowanego wyjścia.

Tyrystor musi wytrzymywać szczytowy prąd tętnienia, a jego napięcie robocze powinno wynosić co najmniej 1,5 Vsec. Szeregowy tranzystor regulatora powinien być przystosowany do obsługi najwyższego prądu wyjściowego, Imax, i powinien być zamontowany na radiatorze, gdzie może rozpraszać 5,5 x watów Isec.

Wniosek

W tym poście dowiedzieliśmy się, jak budować proste obwody liniowego regulatora napięcia za pomocą tranzystora szeregowego i diody Zenera. Liniowe stabilizowane zasilacze dają nam dość łatwe opcje tworzenia stałych stabilizowanych wyjść przy użyciu minimalnej liczby komponentów.

W takich konstrukcjach zasadniczo tranzystor NPN jest skonfigurowany szeregowo z dodatnią wejściową linią zasilającą w trybie wspólnego emitera. Stabilizowany sygnał wyjściowy uzyskuje się na emiterze tranzystora i ujemnej linii zasilającej.

Baza tranzystora jest skonfigurowana z obwodem zaciskowym Zenera lub regulowanym dzielnikiem napięcia, który zapewnia, że ​​napięcie tranzystora po stronie emitera ściśle odwzorowuje potencjał bazy na wyjściu emitera tranzystora.

Jeśli obciążenie jest obciążeniem wysokoprądowym, tranzystor reguluje napięcie do obciążenia, powodując wzrost jego rezystancji, a tym samym zapewnia, że ​​napięcie na obciążeniu nie przekracza określonej stałej wartości określonej w konfiguracji podstawowej.