V. Krylov
ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΙΠΟΛΙΚΩΝ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΩΝ ΤΑΣΗ ΣΤΟ ΟΠΑΜΠ
Οι λειτουργικοί ενισχυτές (OA) χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε μια μεγάλη ποικιλία εξαρτημάτων ραδιοερασιτεχνικού εξοπλισμού, συμπεριλαμβανομένων των σταθεροποιημένων τροφοδοτικών. Οι ενισχυτές λειτουργίας καθιστούν δυνατή τη δραματική αύξηση των δεικτών ποιότητας των σταθεροποιητών και της λειτουργικής τους αξιοπιστίας. η χρήση των op-amp σε σταθεροποιητές μπορεί να διαβαστεί στο περιοδικό "Radio" (1975, No. 12, σελ. 51, 52 και 1980, No. 3, σελ. 33 - 35) Το παρακάτω άρθρο περιγράφει την κατασκευή του διπολικοί σταθεροποιητές με χρήση ενισχυτών λειτουργίας.
Ο απλούστερος είναι διπολικός, ένας σταθεροποιητής τάσης μπορεί να ληφθεί από δύο πανομοιότυπα μονοπολικά, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.
Ρύζι. 1. Σχέδιο σταθεροποιητή κατασκευασμένο από δύο πανομοιότυπα μονοπολικά
Αυτός ο διπολικός σταθεροποιητής μπορεί να παρέχει ρεύμα έως και 0,5 A για κάθε έναν από τους βραχίονες. Ο συντελεστής σταθεροποίησης όταν η τάση εισόδου αλλάζει κατά ±10% είναι 4000. Όταν η αντίσταση φορτίου αλλάζει από μηδέν στο μέγιστο, αλλάζει η τάση εξόδου του σταθεροποιητή όχι περισσότερο από 0,001%, δηλαδή η αντίσταση εξόδου του δεν υπερβαίνει τα 0,3 MOhm. Κυματισμός τάσης εξόδου με συχνότητα 100 Hz σε μέγιστο ρεύμα φορτίου - όχι περισσότερο από 1 mV (διπλό πλάτος).
Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου κατασκευής ενός διπολικού σταθεροποιητή είναι προφανές - η δυνατότητα χρήσης του ίδιου τύπου στοιχείων και για τους δύο βραχίονες. Το μειονέκτημα είναι ότι οι πηγές τάσης AC εισόδου σε αυτή την περίπτωση δεν πρέπει να έχουν κοινό σημείο, με άλλα λόγια, απαιτούνται δύο δευτερεύουσες περιελίξεις στον μετασχηματιστή δικτύου, δύο ξεχωριστοί ανορθωτές και ένας σταθεροποιητής τεσσάρων συρμάτων με ανορθωτές.
Για να μειώσετε τα καλώδια σύνδεσης στα τρία, χρειάζεστε ένα ρυθμιστικό στοιχείο (τρανζίστορ V4, V5) μετακινήστε τον κάτω βραχίονα του σταθεροποιητή σύμφωνα με το Διάγραμμα από το θετικό του στο αρνητικό σύρμα (ο επάνω παραμένει αμετάβλητος). Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τρανζίστορ διαφορετικής δομής: n - R -nγια τρανζίστορ V4 Και R-n - ΡΓια V5 (Εικ. 2, α). Τάση εξόδου op amp Α2σε αυτή την περίπτωση θα είναι αρνητικό σε σχέση με το κοινό σύρμα. Σύμφωνα με τις παραμέτρους αυτό . πρακτικά δεν διαφέρει από αυτό που περιγράφηκε παραπάνω.
Σημειώστε ότι με την υποδεικνυόμενη μεταφορά του ρυθμιστικού στοιχείου, μπορούμε να περιοριστούμε στην αντικατάσταση μόνο ενός από τα τρανζίστορ, δηλαδή V5, εάν ενεργοποιήσετε ένα σύνθετο τρανζίστορ που ρυθμίζει σύμφωνα με το κύκλωμα (Εικ. 2, σι)- ταυτόχρονα, ισχυρά ρυθμιστικά τρανζίστορ και στους δύο βραχίονες του σταθεροποιητή (VIΚαι V4 σύμφωνα με το σχ. 2, α) παραμένουν ίδια. Ο συντελεστής σταθεροποίησης με μια τέτοια τροποποίηση του ρυθμιστικού στοιχείου παραμένει πρακτικά ο ίδιος (περίπου 4000), αλλά η αντίσταση εξόδου του κάτω βραχίονα μπορεί να αυξηθεί, καθώς κατά τη μετάβαση σε ένα σύνθετο ρυθμιστικό τρανζίστορ, το πλεονέκτημα που είναι εγγενές στον συνδυασμό δύο τρανζίστορ διαφορετικές δομές στο ρυθμιστικό στοιχείο χάνονται (περισσότερα για αυτό, βλ. «Ράδιο», 1975, Νο. 12, σ. 51). Κατά τη διάρκεια πειραματικής δοκιμής των υπό εξέταση σταθεροποιητών, καταγράφηκε, για παράδειγμα, τριπλάσια αύξηση στην αντίσταση εξόδου.
Ισχυρά ρυθμιστικά τρανζίστορ του ίδιου τύπου και στους δύο βραχίονες ενός διπολικού σταθεροποιητή μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν εάν, σύμφωνα με το κύκλωμα ενός σύνθετου τρανζίστορ, περιλαμβάνεται το ρυθμιστικό στοιχείο του άνω κυκλώματος του βραχίονα σταθεροποιητή (Εικ. 2, γ),αφήνοντας τρανζίστορ διαφορετικών δομών σε άλλο σταθεροποιητή.
Ρύζι. 2. Κύκλωμα σταθεροποιητή που τροφοδοτείται από έναν ανορθωτή
Ρύζι. 3. Κύκλωμα σταθεροποιητή που τροφοδοτεί το op-amp από την τάση εξόδου
Στους εξεταζόμενους σταθεροποιητές, ο ενισχυτής ενεργοποίησης τροφοδοτείται απευθείας από τη μονοπολική τάση εισόδου, αλλά αυτό είναι δυνατό μόνο σε περιπτώσεις όπου η τάση εισόδου είναι περίπου ίση με την ονομαστική τάση τροφοδοσίας του ενισχυτή ενεργοποίησης. Εάν η πρώτη από αυτές τις τάσεις υπερβαίνει τη δεύτερη, τότε ο ενισχυτής λειτουργίας μπορεί να τροφοδοτηθεί, για παράδειγμα, από τους απλούστερους παραμετρικούς σταθεροποιητές που περιορίζουν την τάση εισόδου στο απαιτούμενο επίπεδο.1 Vol. περίπτωση που η τάση τροφοδοσίας καθενός από τους βραχίονες σταθεροποιητή αποδεικνύεται ότι είναι σημαντικά μικρότερη από αυτή που απαιτείται για την τροφοδοσία του ενισχυτή λειτουργίας. θα πρέπει να μεταβείτε στην τροφοδοσία του με διπολική τάση. Στους διπολικούς σταθεροποιητές αυτό εφαρμόζεται σχετικά απλά.
Στο Σχ. Το σχήμα 3 δείχνει ένα κύκλωμα ενός σταθεροποιητή, του οποίου η διπολική τάση εξόδου είναι ίση με την τάση τροφοδοσίας, η οποία κατέστησε δυνατή την τροφοδοσία τους απευθείας από την έξοδο του σταθεροποιητή. Τρανζίστορ V3 Και V8 παρέχει ενίσχυση της τάσης εξόδου op-amp στο απαιτούμενο επίπεδο, V4 προστατεύει τον πομπό του τρανζίστορ V3 από την αντίστροφη τάση, η οποία μπορεί να εμφανιστεί στην έξοδο του οπ-ενισχυτή (με τη διπολική τροφοδοσία του), για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μεταβατικών διεργασιών. Στην περίπτωση που η μέγιστη επιτρεπόμενη αντίστροφη τάση μεταξύ του πομπού και της βάσης του τρανζίστορ υπερβαίνει την τάση τροφοδοσίας του op-amp, η χρήση μιας τέτοιας διόδου δεν είναι απαραίτητη. Γι' αυτό στο τρανζίστορ βάσης V8 χωρίς δίοδο.
Θέση των πηγών τάσης αναφοράς (δίοδοι zener V5 Και V9) σε σύγκριση με τον προηγουμένως θεωρημένο σταθεροποιητή (βλ. Εικ. 2, α) εδώ αλλάζει για να διατηρηθεί η αρνητική φύση της ανάδρασης παρουσία πρόσθετων ενισχυτών στα τρανζίστορ V3 Και V8. θα ήταν επίσης αρνητικό εάν καθένα από τα σταθεροποιητικά V5 Και V9 συνδέστε μεταξύ της εισόδου αναστροφής του αντίστοιχου ενισχυτή ενεργοποίησης και του κοινού καλωδίου του σταθεροποιητή, αλλά στην υπό εξέταση περίπτωση μια τέτοια σύνδεση είναι απαράδεκτη, καθώς θα υπερβεί τη μέγιστη τάση κοινής λειτουργίας, η οποία για τον ενισχυτή op-amp K1UT401B ( νέα ονομασία K.140UD1B) ισούται με ±6 V.
Κατά την τροφοδοσία του op-amp με τάση εξόδου, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην αξιοπιστία της εκκίνησης του σταθεροποιητή. Στην υπό εξέταση περίπτωση, διασφαλίζεται μια τέτοια εκκίνηση ώστε αμέσως μετά την εφαρμογή της τάσης εισόδου μέσω των αντιστάσεων φορτίου R2 Και R9 τα τρανζίστορ βάσης έχουν διαρροή V2 Και V7 αντίστοιχα. Ταυτόχρονα, τα ρυθμιστικά στοιχεία των βραχιόνων σταθεροποιητή ανοίγουν, οι τάσεις εξόδου αυξάνονται, εισάγοντας τη συσκευή σε κατάσταση λειτουργίας.
Μια πειραματική δοκιμή αυτού του σταθεροποιητή έδωσε τα ακόλουθα αποτελέσματα: σταθεροποίηση όταν η τάση εισόδου αλλάζει κατά ±10% υπερβαίνει τα 10.000, η αντίσταση εξόδου είναι 3 MOhm.
Όλοι οι διπολικοί σταθεροποιητές τάσης που συζητήθηκαν παραπάνω είναι ένας συνδυασμός δύο μονοπολικών σταθεροποιητών που συνδέονται με ένα κοινό καλώδιο, των οποίων οι τάσεις εξόδου ρυθμίζονται ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Με μια τέτοια κατασκευή ενός διπολικού σταθεροποιητή, είναι δύσκολο να διασφαλιστεί η ισότητα των τάσεων των βραχιόνων του τόσο κατά την εγκατάσταση του σταθεροποιητή όσο και υπό τις συνθήκες λειτουργίας του. Σε ορισμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα, σε μετατροπείς «-τάσης», ο διπολικός σταθεροποιητής υπόκειται σε πολύ υψηλές απαιτήσεις σχετικά με τη συμμετρία της τάσης εξόδου του σε σχέση με το κοινό καλώδιο. Η εκπλήρωση τέτοιων απαιτήσεων εξασφαλίζεται σχετικά απλά σε έναν σταθεροποιητή, το διάγραμμα του οποίου φαίνεται στο Σχ. 4.
Ρύζι. 4. σταθεροποιητής με συμμετρική τάση εξόδου
Εδώ, το επάνω μέρος σύμφωνα με το διάγραμμα δεν διαφέρει από το άνω βραχίονα του προηγούμενου σταθεροποιητή (βλ. Εικ. 3). ο ώμος χτίζεται διαφορετικά. Η είσοδος αναστροφής του op-amp συνδέεται σε ένα κοινό καλώδιο και, επομένως, η τάση σε αυτήν την είσοδο είναι μηδέν. Δεδομένου ότι η διαφορική τάση εισόδου του op-amp είναι ασήμαντη (μερικά millivolt), η τάση στη μη αναστρέφουσα είσοδο θα είναι μηδέν. Αλλά αυτή η είσοδος op-amp συνδέεται στο μεσαίο σημείο του διαιρέτη τάσης R14 R15, συνδέεται μεταξύ των ακραίων ακροδεκτών του σταθεροποιητή. Λόγω αυτού, η απόλυτη τιμή της τάσης UOUT. Το n στην έξοδο του κάτω βραχίονα του σταθεροποιητή θα καθοριστεί από την ακόλουθη έκφραση:
όπου Uout. n - τάση του άνω βραχίονα.
Αν οι αντιστάσεις των αντιστάσεων είναι ίσες R14 Και R15 Η έξοδος του κάτω βραχίονα ρυθμίζεται αυτόματα ίση με την τάση του άνω βραχίονα και η συσκευή "παρακολουθεί" συνεχώς την τιμή του. Για παράδειγμα, αν χρησιμοποιήσουμε μια αντίσταση trimmer R8 αυξήστε την τάση UOut. γ, αυτό θα οδηγήσει σε αύξηση της τάσης στη μη αναστρέφουσα είσοδο του op-amp Α2και, επομένως, στην έξοδό του. Εν V8 θα αρχίσει να κλείνει, η τάση στο ρυθμιστικό τρανζίστορ V6 θα μειωθεί. Η τάση εξόδου της κάτω πλευράς θα αυξηθεί σε ένα επίπεδο στο οποίο η τάση στη μη αντιστρεπτική είσοδο του op-amp Α2θα γίνει ξανά ίσο με μηδέν, δηλαδή στο νεοσύστατο επίπεδο UVIХ. ΣΙ.
Έτσι, στον υπό εξέταση διπολικό σταθεροποιητή, η τάση στην έξοδο και των δύο βραχιόνων εγχέεται με μία αντίσταση κοπής R8, και την ισότητα των απόλυτων τιμών των θετικών και αρνητικών τάσεων εξόδου στο R14 = R15 καθορίζεται μόνο από την κατηγορία ακρίβειας αυτών των αντιστάσεων.
Όσον αφορά τους δείκτες ποιότητας, ο σταθεροποιητής δεν διαφέρει από τον προηγούμενο.
Η χρήση ισχυρών τρανζίστορ φαινομένου πεδίου σε σταθεροποιητές τάσης, παρά τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματά τους - εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση του ανοιχτού καναλιού (μονάδες milliohms), που καθιστά δυνατή την επίτευξη εξαιρετικά χαμηλής πτώσης τάσης μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου ( δέκατα του βολτ), υψηλά ρεύματα (εκατοντάδες αμπέρ), χαμηλό κόστος (ειδικά τρανζίστορ n καναλιών) - όπως είναι γνωστό, σχετίζεται με την επίλυση ενός προβλήματος που σχετίζεται με την υψηλή τάση κατωφλίου (2 - 5 V) που πρέπει να εφαρμοστεί στην πύλη για να ανοίξει το τρανζίστορ. Εάν, για παράδειγμα, σε έναν σταθεροποιητή θετικής τάσης σε ένα τρανζίστορ n καναλιών, η τάση εισόδου εφαρμόζεται στην αποστράγγιση, η τάση εξόδου αφαιρείται από την πηγή και η πύλη ελέγχεται από τον ενισχυτή ενεργοποίησης και στη συνέχεια με ένα μικρό πτώση τάσης του σταθεροποιητή (μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης του τρανζίστορ), ο ενισχυτής λειτουργίας πρέπει να εφαρμόζει τάση 2 στην πύλη - 5 V πάνω από την πηγή, και επομένως πάνω από την αποστράγγιση, δηλαδή πάνω από την τάση εισόδου. Αλλά που μπορώ να το βρω αν δεν υπάρχει άλλη τάση εκτός από την είσοδο; Σε τι είδους κόλπα καταφεύγουμε για να λάβουμε τάση μεγαλύτερη από την είσοδο: χρησιμοποιούν μια πρόσθετη περιέλιξη μετασχηματιστή και έναν ανορθωτή που βασίζεται σε αυτό, διάφορα κυκλώματα για την αύξηση της τάσης εισόδου με βάση πολλαπλασιαστές τάσης, ακόμη και μετατροπείς DC/DC είναι ενσωματωμένα σε ορισμένα σύγχρονα μικροκυκλώματα σταθεροποιητών.
Εάν απαιτείται διπολικός σταθεροποιητής, τότε χρησιμοποιούνται τα προαναφερθέντα κυκλώματα με τα μειονεκτήματά τους.
Ο συγγραφέας έθεσε το ερώτημα: είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί σε έναν διπολικό σταθεροποιητή για την τροφοδοσία του op-amp, εκτός από την τάση εισόδου του σταθεροποιητή, επίσης την τάση εισόδου ενός άλλου σταθεροποιητή και σε έναν άλλο - την τάση εισόδου του πρώτου ? Όπως έδειξε το αποτέλεσμα ενός τέτοιου πειράματος, αποδεικνύεται ότι είναι δυνατό. Επιπλέον, ο συγγραφέας απέκτησε τόσο χαμηλό επίπεδο εύρους κυματισμού της τάσης εξόδου των σταθεροποιητών σε υψηλά ρεύματα που ούτε καν περίμενε.
Η περαιτέρω παρουσίαση θα δομηθεί ως εξής. Αρχικά, θα δοθούν γνωστά απλοποιημένα κυκλώματα σταθεροποιητών με βάση op-amp και τρανζίστορ πεδίου, στη συνέχεια θα δοθούν σχηματικά διαγράμματα με βάση αυτά, στη συνέχεια η διάταξη των πλακών σταθεροποίησης, οι φωτογραφίες τους και ο σχεδιασμός ενός τροφοδοτικού ( ΥΓ) θα δοθεί με βάση διπολικό σταθεροποιητή. Μετά από αυτό, θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα των δοκιμών των σταθεροποιητών και, ειδικότερα, τα παλμογράμματα κυματισμών τάσης εξόδου. Στο τέλος του άρθρου, θα συνοψιστούν οι παράμετροι εξόδου των σταθεροποιητών.
Απλοποιημένα διαγράμματα
Το Σχήμα 1 δείχνει τέσσερις εκδόσεις απλοποιημένων κυκλωμάτων σταθεροποιητή που βασίζονται σε ενισχυτές λειτουργίας και τρανζίστορ πεδίου ισχύος.
Η αρχή λειτουργίας του σταθεροποιητή στο Σχήμα 1α έχει ως εξής. Η τάση εισόδου U IN εφαρμόζεται στην αποστράγγιση του τρανζίστορ πεδίου n καναλιών και η σταθεροποιημένη τάση εξόδου U OUT αφαιρείται από την πηγή, το δυναμικό της οποίας είναι πάντα χαμηλότερο από το δυναμικό αποστράγγισης. Έτσι, σε αυτό το κύκλωμα το τρανζίστορ λειτουργεί σε κανονική λειτουργία. Ο op-amp συγκρίνει την τάση αναφοράς V REF που εφαρμόζεται στη μη αναστρέφουσα είσοδό του με ένα μέρος της εξόδου που λαμβάνεται από το διαιρέτη R, που εφαρμόζεται στην αναστροφική του είσοδο και ίση με V REF για ένα δεδομένο U OUT. Με την τάση εξόδου του, το op-amp επηρεάζει την πύλη του τρανζίστορ με τέτοιο τρόπο ώστε η τάση που αφαιρείται από το διαχωριστικό να είναι πάντα ίση με V REF, ανεξάρτητα από την τάση εισόδου και το ρεύμα φορτίου. Για παράδειγμα, όταν το ρεύμα φορτίου αυξάνεται, η τάση εξόδου πέφτει, και επομένως πέφτει και η τάση που αφαιρείται από το διαχωριστή, και εφόσον εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής του op-amp, η τάση εξόδου του op-amp αυξάνεται, προκαλώντας την αύξηση του δυναμικού της πύλης και το τρανζίστορ ανοίγει ελαφρά, επαναφέροντας την τάση εξόδου στο προηγούμενο επίπεδο. Η ιδιαιτερότητα και το κύριο μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι το γεγονός ότι η τάση πύλης, στην οποία αρχίζει να ανοίγει το τρανζίστορ, είναι πάντα υψηλότερη από την τάση της πηγής κατά 2 - 5 V. Επομένως, εάν η θετική τάση τροφοδοσίας του op-amp είναι λαμβάνεται από την τάση εισόδου, τότε θα πρέπει πάντα να είναι υψηλότερη από την τάση εισόδου κατά μερικά βολτ, δηλαδή λίγα περισσότερα βολτ περισσότερο από 2 - 5 V, η οποία είναι απαράδεκτα υψηλή. Αλλά αν δεν υπάρχει άλλη τάση εκτός από την τάση εισόδου, τότε αυτό το κύκλωμα απλά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Κι αν υπάρχει; Τότε είναι δυνατό (και απαραίτητο!), Και αυτό είναι ακριβώς ένα από τα χαρακτηριστικά των σταθεροποιητών που περιγράφονται στο άρθρο. Το πλεονέκτημα του κυκλώματος είναι η χρήση ενός ισχυρού τρανζίστορ φαινομένου πεδίου n καναλιών, το οποίο, ίσα με άλλα πράγματα, είναι 2 έως 5 φορές φθηνότερο από ένα τρανζίστορ καναλιού p. Επιπλέον, τα ισχυρά τρανζίστορ n καναλιών είναι αρκετές φορές πιο κοινά από τα τρανζίστορ καναλιού p και, τέλος, τα τρανζίστορ n καναλιών, από ορισμένες απόψεις, έχουν χαρακτηριστικά που δεν μπορούν να επιτευχθούν από τα τρανζίστορ καναλιού p. Για παράδειγμα, η εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση ανοιχτού καναλιού, που φτάνει έως τα 2,4 mOhm (IRFB3206), ή η τεράστια διαγωγιμότητα, η ελάχιστη τιμή της οποίας είναι 230 cm (IRFB3306), απλά δεν υπάρχει στα τρανζίστορ καναλιού p. Αν και το κόστος (περίπου 1 $) αυτών των τρανζίστορ (IRFB3206, IRFB3306) δεν υπερβαίνει το κόστος των πιο σύγχρονων τρανζίστορ καναλιού p.
Το Σχήμα 1γ δείχνει ένα απλοποιημένο κύκλωμα ενός σταθεροποιητή αρνητικής τάσης, το οποίο είναι ένας "καθρέφτης" του κυκλώματος στο σχήμα 1a και λειτουργεί παρόμοια (μόνο για αρνητική τάση), επομένως, κατά τη γνώμη του συγγραφέα, δεν χρειάζεται εξήγηση. Ένα επιπλέον μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι η χρήση ενός τρανζίστορ φαινομένου πεδίου καναλιού p σε αυτό.
Εδώ θα πρέπει να κάνουμε κάποια παρέκκλιση σχετικά με τα κυκλώματα ανορθωτή που χρησιμοποιούνται στους διπολικούς σταθεροποιητές.
Το πιο συνηθισμένο κύκλωμα χρησιμοποιεί έναν δευτερεύοντα μετασχηματιστή με κεντρικό κύκλωμα και δύο κυκλώματα ανορθωτή μισής γέφυρας για κάθε τάση (θετική και αρνητική). Αυτό το κύκλωμα (λόγω απλότητας, δεν φαίνεται) χρησιμοποιεί δύο διόδους ανόρθωσης για καθένα από τα κυκλώματα ανόρθωσης μισής γέφυρας, επομένως ο συνολικός αριθμός των διόδων είναι τέσσερις, πράγμα που είναι ένα σαφές πλεονέκτημα. Δεδομένου ότι, κατά κανόνα, ο μετασχηματιστής τροφοδοτείται με δύο ίδιες δευτερεύουσες περιελίξεις (αντί για ένα με βρύση από το μεσαίο σημείο), σε ένα τέτοιο κύκλωμα ανόρθωσης το άκρο μιας από τις περιελίξεις συνδέεται με την αρχή της άλλης - αυτό είναι το μεσαίο σημείο.
Λιγότερο συνηθισμένο είναι ένα κύκλωμα ανόρθωσης πλήρους γέφυρας για καθεμία από τις τάσεις των δύο δευτερευόντων περιελίξεων, το οποίο χρησιμοποιεί ήδη 4 διόδους για κάθε τάση και ο συνολικός αριθμός διόδων είναι 8, δηλαδή διπλάσιος από τον πρώτο. Αν και ο διπλός αριθμός διόδων είναι κάποιο μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος διόρθωσης, ένα πολύ ενδιαφέρον χαρακτηριστικό μπορεί να εξαχθεί από τις ιδιότητές του, το οποίο είναι ότι και οι δύο διορθωμένες τάσεις είναι απομονωμένες η μία από την άλλη.
Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι η ιδέα μιας τέτοιας πρόσθετης τροφοδοσίας στους σταθεροποιητές δεν είναι νέα. Για πρώτη φορά, από όσο γνωρίζει ο συγγραφέας, μια τέτοια ιδέα χρησιμοποιήθηκε στην εργασία για την τροφοδοσία ενός σταθεροποιητή βασισμένου σε διακριτά εξαρτήματα (δηλαδή, χωρίς τη χρήση μικροκυκλωμάτων), όπου χρησιμοποιήθηκαν διπολικά τρανζίστορ ως ηλεκτρικά.
Στην εργασία στο κύκλωμα σταθεροποιητή, το οποίο βασίστηκε επίσης σε διακριτά εξαρτήματα, χρησιμοποιήθηκαν ήδη τρανζίστορ πεδίου, αλλά η πολυπλοκότητα του κυκλώματος οδήγησε στο γεγονός ότι η πλακέτα σταθεροποιητή αποδείχθηκε απλά τεράστια (175x80 mm) και ακόμα και με καλωδιώσεις διπλής όψης, που είναι πολύ προβληματικό να κατασκευάσετε μόνοι σας. Κοιτάζοντας μπροστά, σημειώνουμε ότι η πλακέτα του διπολικού σταθεροποιητή που περιγράφεται εδώ έχει μονόπλευρη καλωδίωση και μέγεθος μόνο 40x16 mm. Είναι εύκολο να φτιάξετε μια τέτοια σανίδα μόνοι σας (δείτε παρακάτω).
Για να ληφθεί πρόσθετη ισχύς (από άλλο σταθεροποιητή), χρησιμοποιήθηκαν δίοδοι zener με τις αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος και στο διάγραμμα Σχήμα 2, όπως ήδη αναφέρθηκε, χρησιμοποιήθηκαν μικροκυκλώματα σταθεροποιητή 78L24/79L24. Η χρήση αυτών των μικροκυκλωμάτων αντί για διόδους zener με αντιστάσεις δικαιολογείται για τους παρακάτω λόγους. Πρώτον, η σταθερότητα χαμηλής τάσης των διόδων zener δεν μπορεί να συγκριθεί με τη σχετικά υψηλή σταθερότητα της τάσης εξόδου των μικροκυκλωμάτων· δεύτερον, παραδόξως, το μικροκύκλωμα είναι φθηνότερο από μια δίοδο zener μισού watt συν μια αντίσταση μισού watt (και το χαμηλότερο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ισχύς, καθώς αυτό θα οδηγήσει σε θέρμανση της αντίστασης και της διόδου zener και σε μεγάλη πιθανότητα αστοχίας της) και τρίτον, τα μικροκυκλώματα καταλαμβάνουν λιγότερο χώρο στην πλακέτα.
Στο σχήμα 2, οι αγωγοί ισχύος επισημαίνονται με έντονους χαρακτήρες. Οι δίοδοι VD1 - VD4 χρησιμοποιούνται για την αρχική εκκίνηση των σταθεροποιητών όταν είναι ενεργοποιημένη η τροφοδοσία.
Τώρα, μετά από τόσο λεπτομερείς προκαταρκτικές εξηγήσεις, δεν είναι δύσκολο να κατανοήσουμε τη λειτουργία των διαγραμμάτων κυκλώματος.
Βιβλιογραφία
- Kuzminov A. Βελτιωμένοι σταθεροποιητές τάσης με ενεργό φίλτρο. - Ραδιόφωνο, 2017, Νο 9, σελ. 18, 19.
- Kuzminov A. Εφαρμογή ενόργανου ενισχυτή για σύνδεση γέφυρας δύο ισχυρών op-amp. Μέρος 3. - Σύγχρονη ηλεκτρονική, 2017, Νο 6, σελ. 74-80.
- Kuzminov A. Σταθεροποιητές βασισμένοι σε ενισχυτές λειτουργίας και τρανζίστορ υψηλής ισχύος πεδίου με ενεργό ηλεκτρονικό φίλτρο και προστασία υπερέντασης. Μέρος 2. - Σύγχρονα ηλεκτρονικά, 2018, Νο 1, σελ. 58 - 62.
- Kuzminov A. Κατασκευή συσκευών σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων με υψηλή ανάλυση στο σπίτι. - Τεχνολογίες στη βιομηχανία ηλεκτρονικών, 2010, Νο. 8, σελ. 18 - 25; 2011, Αρ. 1, σελ. 9 - 13; Νο. 2, σελ. 18 - 25.
- Kuzminov A. Τεχνολογία κατασκευής πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων υψηλής ανάλυσης σε ερασιτεχνικές συνθήκες. - Ραδιόφωνο, 2017, Νο 10, σελ. 24 - 28.
- Oreshkin V. Σταθεροποιητής τάσης τροφοδοσίας UMZCH. - Ραδιόφωνο, 1987, Νο 8, σελ. 31.
- Muravtsev M. Σταθεροποιημένη μονάδα τροφοδοσίας UMZCH. - Ραδιόφωνο, 2017, Νο 2, σελ. 25 - 27; Νο. 3, σελ. 17-19.
- Titze U., Schenk K. Κυκλώματα ημιαγωγών. - Μ.: Μιρ. 1982.
- Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design. - Μ.: Μιρ. 1993.
Οι σταθεροποιητές τάσης μεταγωγής έχουν υψηλή απόδοση. και μικρές διαστάσεις, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως σε σύγχρονες δευτερεύουσες πηγές ενέργειας. Ένα σχηματικό διάγραμμα ενός σταθεροποιητή παλμικής τάσης τύπου σειράς που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή φαίνεται στο Σχήμα. 4.19.
Ρύζι. 19. Σχηματικό διάγραμμα σταθεροποιητή παλμικής τάσης σειράς που βασίζεται σε λειτουργικό ενισχυτή
Το διάγραμμα κυκλώματος μέτρησης είναι παρόμοιο με το Σχ. 4. 17, αλλά ο λειτουργικός ενισχυτής δεν είναι ενισχυτής, αλλά συγκριτής με χαρακτηριστικό ρελέ σχήματος βρόχου. Η θετική ανάδραση, δημιουργώντας ένα χαρακτηριστικό σε σχήμα βρόχου, πραγματοποιείται από την αντίσταση R6, το πλάτος του βρόχου καθορίζεται από την αναλογία των αντιστάσεων των αντιστάσεων R5 και R6. Η αντίσταση της αντίστασης R6 είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντίσταση της αντίστασης R5 και το πλάτος βρόχου είναι αρκετά millivolt. Συμβατικά, το στατικό χαρακτηριστικό του συγκριτή σε σχέση με την τάση διαιρέτη φαίνεται στο Σχ. 4.20.
Ρύζι. 4. 20. Στατικά χαρακτηριστικά του συγκριτή
Εάν η τάση υπερβαίνει το ανώτερο όριο U P2, τότε η τάση σύγκρισης είναι ελάχιστη, η δίοδος zener VD2 είναι κλειστή, τα τρανζίστορ VT2 και VT1 είναι κλειστά, η τάση εξόδου μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Εάν η τάση είναι μικρότερη από το κατώτερο όριο U P1, τότε η τάση σύγκρισης είναι μέγιστη, η δίοδος zener VD2 έχει σπάσει, τα τρανζίστορ VT2 και VT1 είναι ανοιχτά, η τάση εξόδου αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου. Εμφανίζονται αυτοταλαντώσεις τάσης U 2 σε σχέση με την τιμή . Δεδομένου ότι ο βρόχος σύγκρισης είναι πολύ στενός, αποκλίσεις τάσης U 2 θεωρούνται αποδεκτά. Στο Σχ. Το Σχ. 4. 21 δείχνει χρονικά διαγράμματα μεταβολών στις τάσεις SCV για δύο τιμές τάσης εισόδου.
Ρύζι. 4. 21. Διαγράμματα χρονισμού τάσεων παλμικού SSC
Μείωση τάσης U 1 οδήγησε σε αύξηση της διάρκειας του παλμού τάσης U K(4.αύξηση του ανοιχτού χρόνου του τρανζίστορ VT1) και μείωση της διάρκειας παύσης. Η περίοδος επανάληψης του παλμού άλλαξε επίσης. Εύρος τάσης UΤο 2 υπερβαίνει τη ζώνη που περιορίζεται από τιμές κατωφλίου λόγω ταλαντωτικών διεργασιών στο φίλτρο LC.
Η παρουσία αυτοταλαντώσεων της τάσης εξόδου είναι ένα μειονέκτημα των σταθεροποιητών παλμικής τάσης, αλλά αυτό δεν έχει ουσιαστικά καμία επίδραση στη λειτουργία των καταναλωτών που τροφοδοτούνται από τον σταθεροποιητή και τα πλεονεκτήματα της παλμικής ρύθμισης είναι σημαντικά. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, δεδομένου ότι τα τρανζίστορ VT1 και VT2 έχουν διαφορετική αγωγιμότητα, υπάρχει ανάγκη για ένα κύκλωμα σκανδάλης VD4, R9, το οποίο λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως σε ένα διαδοχικό κύκλωμα VS σε τρανζίστορ διαφορετικής αγωγιμότητας.
Το κύριο μειονέκτημα των γραμμικών σταθεροποιητών μέσης και υψηλής ισχύος είναι η χαμηλή τους απόδοση. Επιπλέον, όσο χαμηλότερη είναι η τάση εξόδου του τροφοδοτικού, τόσο χαμηλότερη γίνεται η απόδοσή του. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι στη λειτουργία σταθεροποίησης, το τρανζίστορ ισχύος του τροφοδοτικού συνδέεται συνήθως σε σειρά με το φορτίο και για την κανονική λειτουργία ενός τέτοιου σταθεροποιητή, μια τάση συλλέκτη-εκπομπού (11ke) τουλάχιστον 3. Το ..5 V πρέπει να λειτουργεί στο ρυθμιστικό τρανζίστορ. Σε ρεύματα άνω του 1 A αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντικές απώλειες ισχύος λόγω της απελευθέρωσης θερμικής ενέργειας που διαχέεται στο τρανζίστορ ισχύος. Κάτι που οδηγεί στην ανάγκη αύξησης της επιφάνειας της ψύκτρας ή χρήσης ανεμιστήρα για αναγκαστική ψύξη.
Ευρέως διαδεδομένοι λόγω του χαμηλού κόστους τους, οι ενσωματωμένοι γραμμικοί σταθεροποιητές τάσης σε μικροκυκλώματα της σειράς 142EN (5...14) έχουν το ίδιο μειονέκτημα. Πρόσφατα εμφανίστηκαν στην πώληση εισαγόμενα μικροκυκλώματα από τη σειρά "LOW DROP" (SD, DV, LT1083/1084/1085). Αυτά τα μικροκυκλώματα μπορούν να λειτουργούν με μειωμένη τάση μεταξύ εισόδου και εξόδου (έως 1...1,3 V) και παρέχουν σταθεροποιημένη τάση εξόδου στην περιοχή 1,25...30 V σε ρεύμα φορτίου 7,5/5/3 A, αντίστοιχα. Το πλησιέστερο οικιακό ανάλογο ως προς τις παραμέτρους, τύπου KR142EN22, έχει μέγιστο ρεύμα σταθεροποίησης 5 A.
Στο μέγιστο ρεύμα εξόδου, η λειτουργία σταθεροποίησης είναι εγγυημένη από τον κατασκευαστή με τάση εισόδου-εξόδου τουλάχιστον 1,5 V. Τα μικροκυκλώματα διαθέτουν επίσης ενσωματωμένη προστασία έναντι υπερβολικού ρεύματος στο φορτίο της επιτρεπόμενης τιμής και θερμική προστασία από υπερθέρμανση του η υπόθεση.
Αυτοί οι σταθεροποιητές παρέχουν αστάθεια της τάσης εξόδου "0,05%/V, αστάθεια της τάσης εξόδου όταν το ρεύμα εξόδου αλλάζει από 10 mA σε μέγιστη τιμή όχι χειρότερη από 0,1%/V. Ένα τυπικό διάγραμμα κυκλώματος για τη σύνδεση τέτοιας τάσης Οι σταθεροποιητές φαίνονται στο Σχ. 4.1.
Οι πυκνωτές C2...C4 πρέπει να βρίσκονται κοντά στο μικροκύκλωμα και καλύτερα να είναι ταντάλιο. Η χωρητικότητα του πυκνωτή C1 επιλέγεται από την συνθήκη των 2000 μF ανά 1 Α ρεύματος. Τα μικροκυκλώματα είναι διαθέσιμα σε τρεις τύπους σχεδίων περιβλημάτων, που φαίνονται στο Σχ. 4.2. Ο τύπος στέγασης καθορίζεται από τα τελευταία γράμματα στην ονομασία. Περισσότερες λεπτομερείς πληροφορίες για αυτά τα μικροκυκλώματα είναι διαθέσιμες στη βιβλιογραφία αναφοράς, για παράδειγμα J119.
Είναι οικονομικά εφικτή η χρήση τέτοιων σταθεροποιητών τάσης όταν το ρεύμα φορτίου είναι μεγαλύτερο από 1 Α, καθώς και σε περίπτωση έλλειψης χώρου στο σχεδιασμό. Τα διακριτά στοιχεία μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως οικονομικό τροφοδοτικό. Εμφανίζεται στο Σχ. Το κύκλωμα 4.3 έχει σχεδιαστεί για τάση εξόδου 5 V και ρεύμα φορτίου έως 1 A. Εξασφαλίζει κανονική λειτουργία σε ελάχιστη τάση στο τρανζίστορ ισχύος (0,7... 1,3 V). Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός τρανζίστορ (VT2) με χαμηλή τάση σε ανοιχτή κατάσταση ως ρυθμιστή ισχύος. Αυτό επιτρέπει στο κύκλωμα σταθεροποιητή να λειτουργεί σε χαμηλότερες τάσεις εισόδου-εξόδου.
Το κύκλωμα διαθέτει προστασία (τύπος σκανδάλης) σε περίπτωση που το ρεύμα στο φορτίο υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τιμή, καθώς και η τάση στην είσοδο του σταθεροποιητή υπερβαίνει τα 10,8 V.
Η μονάδα προστασίας είναι κατασκευασμένη σε τρανζίστορ VT1 και θυρίστορ VS1. Όταν ενεργοποιείται το θυρίστορ, απενεργοποιεί την τροφοδοσία του μικροκυκλώματος DA1 (ο ακροδέκτης 7 βραχυκυκλώνεται στο κοινό καλώδιο). Σε αυτήν την περίπτωση, το τρανζίστορ VT3, άρα και το VT2, θα κλείσει και η έξοδος θα έχει μηδενική τάση. Το κύκλωμα μπορεί να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση μόνο αφού εξαλειφθεί η αιτία που προκάλεσε την υπερφόρτωση απενεργοποιώντας και στη συνέχεια ενεργοποιώντας την παροχή ρεύματος.
Ο πυκνωτής SZ συνήθως δεν απαιτείται - καθήκον του είναι να διευκολύνει την εκκίνηση του κυκλώματος τη στιγμή της ενεργοποίησης.
Το κύκλωμα μπορεί να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση μόνο αφού εξαλειφθεί η αιτία που προκάλεσε την υπερφόρτωση απενεργοποιώντας και στη συνέχεια ενεργοποιώντας την παροχή ρεύματος. Ο πυκνωτής SZ συνήθως δεν απαιτείται - καθήκον του είναι να διευκολύνει την εκκίνηση του κυκλώματος τη στιγμή της ενεργοποίησης. Η τοπολογία της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος για την τοποθέτηση των στοιχείων φαίνεται στο Σχ. 4.4 (περιέχει έναν βραχυκυκλωτήρα όγκου). Το τρανζίστορ VT2 είναι εγκατεστημένο στο ψυγείο.
Τα ακόλουθα εξαρτήματα χρησιμοποιήθηκαν στην κατασκευή: ρυθμισμένη αντίσταση R8 τύπου SPZ-19a, άλλες αντιστάσεις οποιουδήποτε τύπου. πυκνωτές C1 - K50-29V για 16 V, C2...C5 - K10-17, C5 - K52-1 για 6,3 V. Το κύκλωμα μπορεί να συμπληρωθεί με ένδειξη LED για λειτουργία προστασίας (HL1). Για να γίνει αυτό, θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε πρόσθετα στοιχεία: δίοδος VD3 και αντίσταση R10, όπως φαίνεται στην Εικ. 4.5.
Λογοτεχνία: Ι.Π. Shelestov - Χρήσιμα διαγράμματα για ραδιοερασιτέχνες, βιβλίο 3.
Ο θεωρούμενος σταθεροποιητής τάσης συνεχούς αντιστάθμισης μειώνει τη μέγιστη ισχύ που καταναλώνεται από το τρανζίστορ ελέγχου στη λειτουργία βραχυκυκλώματος. Το διάγραμμα ηλεκτρικού κυκλώματος του σταθεροποιητή φαίνεται στο Σχ. 5.
Τρέχουσα λειτουργία ορίου
Αντίσταση R 1 είναι ένας αισθητήρας ρεύματος. Σε περίπτωση υπερέντασης σε R 1 προκύπτει μια τάση, η οποία μέσω μιας αντίστασης R 2 τροφοδοτείται στη διασταύρωση βάσης-εκπομπού του τρανζίστορ VT3 , το οποίο ανοίγει ελαφρώς. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζονται ρεύματα βάσης και συλλέκτη VT3 , που μειώνουν το ρεύμα βάσης του τρανζίστορ VT2 , τα ρεύματα συλλέκτη των τρανζίστορ μειώνονται ανάλογα VT2 Και VT1 , γεγονός που οδηγεί στον περιορισμό του ρεύματος εξόδου του ρυθμιστή τάσης.
Προστασία από βραχυκύκλωμα
Για προστασία, χρησιμοποιούνται 2 αντιστάσεις - R 2 Και R 3 και κατά την κανονική λειτουργία
τάση εκπομπού τρανζίστορ VT1 ισούται με την έξοδο. Κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος, η τάση εξόδου είναι μηδέν, και κατά συνέπεια η τάση στον πομπό του τρανζίστορ VT1
είναι επίσης μηδέν και ολόκληρη η τάση εισόδου εφαρμόζεται στις αντιστάσεις R 2 Και R 3 . Τάση σε
R 2 αυξάνεται και σε αυτό προστίθεται η πτώση τάσης R 1 , που οδηγεί στην ανακάλυψη
Ρύζι. 5. Διάγραμμα κυκλώματος του σταθεροποιητή τάσης
σε ένα op-amp με μεταβλητό επίπεδο ορίου ρεύματος
και με προστασία βραχυκυκλώματος
τρανζίστορ VT3 . Αντιστάσεις R 2 Και R 3 σχεδιασμένο έτσι ώστε το ρεύμα συλλέκτη VT3 σε λειτουργία βραχυκυκλώματος ήταν περίπου το 80% του βασικού ρεύματος VT2 . Αντίστοιχα, το ρεύμα βάσης VT2 μειώνεται κατά περίπου 5 φορές, γεγονός που οδηγεί σε μείωση του ρεύματος του συλλέκτη VT1 επίσης 5 φορές. Έτσι το τρανζίστορ VT1 προστατεύεται από υπερφόρτωση σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.
Σταθεροποίηση τάσης εξόδου
Εάν σε κανονική λειτουργία για κάποιο λόγο αλλάξει η τάση εξόδου του σταθεροποιητή, τότε αλλάζει και η τάση που δημιουργείται από τον διαχωριστή R 6 , R 7 , R 8 στο σημείο Α. Λειτουργικός ενισχυτής D.A.1 ενισχύει τη διαφορά μεταξύ της τάσης αναφοράς () και της τάσης στο σημείο Α (), η οποία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο
Εάν η τάση στην έξοδο του σταθεροποιητή έχει μειωθεί, τότε η διαφορά θα είναι θετική και θα αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση του ρεύματος που διέρχεται από τη δίοδο zener VD3 , το οποίο είναι μέρος του ρεύματος που διέρχεται R 4 .Το άλλο μέρος πηγαίνει στη βάση του τρανζίστορ VT2 και στην έξοδο του λειτουργικού ενισχυτή D.A.1 . Αντίστοιχα, εάν μειωθεί, τότε τα ρεύματα αυξάνονται και, και, κατά συνέπεια, αυξάνονται. Κατά την αύξηση, το κύκλωμα σταθεροποίησης λειτουργεί κατά μήκος μιας παρόμοιας αλυσίδας (μειώνοντας την απόκλιση.
Δίοδος Ζένερ VD3 ανάβει έτσι ώστε ο λειτουργικός ενισχυτής D.A.1 λειτούργησε σε ενεργή λειτουργία, στην οποία θα πρέπει να είναι περίπου το ήμισυ της τάσης τροφοδοσίας του λειτουργικού ενισχυτή (+U). Η τάση εξόδου του ίδιου του σταθεροποιητή () μπορεί να είναι σημαντικά υψηλότερη. Βασισμένο σε τρανζίστορ VT2 Η τάση είναι υψηλότερη από 2. Κατά συνέπεια, η διαφορά μεταξύ και της τάσης στη βάση VT2 είναι μια ορισμένη τιμή, η οποία αντισταθμίζεται χρησιμοποιώντας μια δίοδο zener VD3
