Stabilizzatori di tensione semplici e potenti. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La progettazione del circuito degli stabilizzatori di tensione CC (SV) è molto diversificata. Migliori sono le caratteristiche di questi dispositivi, più complessa è, di norma, la loro progettazione.

Per i principianti, gli stabilizzatori di tensione semplici nella progettazione dei circuiti sono i più adatti. Le opzioni proposte si basano sul circuito stabilizzatore di Fig. 1. Nonostante l'estrema semplicità del circuito, è molto affidabile nel funzionamento.

Un CH di questo tipo doveva essere utilizzato in un'ampia varietà di situazioni. Dispone di una limitazione della corrente di carico, il che è molto vantaggioso poiché consente di fare a meno di elementi aggiuntivi.

La corrente massima nel carico è determinata dalla resistenza del resistore R3. Al diminuire della resistenza di questo resistore, l'entità della corrente di corto circuito (Is.c.) aumenta e, viceversa, un aumento della resistenza di questo resistore porta ad una diminuzione della Is.c.s., e quindi ad una diminuzione della corrente operativa massima MV (solitamente questa corrente è compresa tra (0,5...0,7)Ikz). Quando i terminali del resistore R3 sono cortocircuitati, l'entità della corrente Is.c. non ha limitazioni evidenti, quindi un cortocircuito (cortocircuito) nel carico MT porta in questo caso al danneggiamento dei transistor MT. Non considereremo ulteriormente questa modalità operativa.

Quando si sceglie la corrente Ic.c, si viene guidati dall'area operativa sicura (ROA) del transistor VT2. Pertanto, l'SV, assemblato con soli 11 componenti, può essere utilizzato per alimentare varie apparecchiature con un consumo di corrente fino a diversi ampere.

Quindi, i vantaggi del SN secondo la Fig. 1: 1) la capacità di regolare rapidamente la tensione stabilizzata in uscita da quasi zero alla tensione di stabilizzazione dei diodi zener VD1 e VD2 utilizzando un resistore variabile R2; 2) la possibilità di modificare la corrente Is.c. (per fare ciò è sufficiente installare un resistore variabile a filo avvolto di tipo PP3 con una resistenza di 3 Ohm al posto di R470); 3) facilità di avviamento del circuito (non sono necessari elementi di avviamento speciali, così spesso necessari in altri circuiti MT); 4) la capacità di migliorare notevolmente le caratteristiche del SN utilizzando metodi semplici.

Un'altra circostanza importante. Poiché il collettore del potente transistor di regolazione VT2 è collegato all'uscita (bus positivo) del CH, questo elemento può essere fissato direttamente al corpo metallico dell'alimentatore (PSU). Non è difficile costruire una SN bipolare utilizzando questo schema. In questo caso sono necessari avvolgimenti separati del trasformatore di rete e dei raddrizzatori, ma è possibile installare i collettori di potenti transistor di entrambi i bracci MT sul telaio dell'alimentatore.

Ora riguardo alle carenze che appaiono a causa dell'estrema semplicità circuitale del SN. Il principale è il basso valore del coefficiente di stabilizzazione della tensione (VSR), che di solito non supera diverse decine. Anche il coefficiente di soppressione dell'ondulazione è basso. L'influenza determinante sulla resistenza di uscita del CH è esercitata dal coefficiente di trasferimento della corrente di base delle istanze applicate dei transistor VT1 e VT2. Inoltre, l'impedenza di uscita dipende fortemente dalla corrente di carico. Pertanto, in questo SN è necessario installare transistor con il guadagno massimo.

Un certo inconveniente è che la tensione di uscita può essere regolata non da zero, ma da circa 0,6 V. Ma nella maggior parte dei casi ciò non è significativo.

C'è una scelta di potenti alimentatori sul mercato, che sono molto "ingannati" in termini di circuiti, quindi sono costosi e richiedono molto tempo per essere riparati.

Il circuito SN di Fig. 1 consente di creare sia alimentatori a bassa potenza che semplici da laboratorio senza spendere molto tempo e denaro anche per la loro fabbricazione, per non parlare delle operazioni di riparazione.

Con semplici modifiche al SN secondo la Fig. 1 è stato possibile migliorare significativamente i parametri di questo dispositivo. Prima di tutto, è necessario modernizzare il circuito parametrico dello stabilizzatore di tensione (elementi R1, VD1, VD2) e utilizzare un transistor composito, ad esempio, secondo il circuito Darlington. I transistor Superbeta come KT825 sono molto adatti (è meglio usare 2T825). La resistenza di uscita del CH per transistor compositi è ridotta e non supera 0,1 Ohm (per un singolo transistor del circuito in Fig. 1, la resistenza di uscita è superiore a 0,3 Ohm nell'intervallo di corrente di carico di 1...5 A ) e quando si utilizza il transistor KT825, la resistenza di uscita può essere ridotta fino a 0,02...0,03 Ohm nell'intervallo di corrente di carico di 3...5 A.

Quando si installa un transistor del tipo KT825 nel CH, è imperativo aumentare la resistenza del resistore limitatore R3. In caso contrario, il valore di Ik.z sarà praticamente illimitato e, in caso di cortocircuito nel carico, il transistor KT825 fallirà. Con tale modernizzazione, questo circuito MV è eccellente per alimentare tutti i tipi di UMZCH, ricevitori, registratori, stazioni radio, ecc.

Se il transistor KT825 non è disponibile, l'SN può essere realizzato secondo lo schema di Fig.2. La sua differenza principale è l'aggiunta di un transistor KT816 e un aumento multiplo della resistenza del resistore R4.

Questo circuito può essere utilizzato per alimentare un mini trapano elettrico durante la realizzazione di fori nei circuiti stampati. Pertanto non viene utilizzato l'intero intervallo possibile di regolazione della tensione di uscita stabilizzata, ma solo una parte compresa tra 12 e 17 V. In questo intervallo è garantita una regolazione ottimale della potenza sull'albero del motore del trapano. Il resistore R3 elimina la possibilità che il transistor VT1 funzioni con la base spenta se il contatto tra il motore del resistore variabile R2 e il suo rivestimento in grafite è interrotto. È anche possibile utilizzare il resistore a filo avvolto R2; tali resistori sono più durevoli di quelli in grafite. La corrente Ik.c per R4 = 20 kOhm è 5 A, per R4 = 10 kOhm - 6,3 A, per R4 = 4,7 kOhm - 9 A.

Se si collegano due transistor KT8102 in parallelo (Fig. 3), quindi a R4 = 4,7 kOhm Ik.z = 10 A. Pertanto, l'inclusione di un transistor KT816 aggiuntivo nel circuito ha permesso non solo di migliorare le caratteristiche del CH, ma anche per ridurre le correnti attraverso gli elementi VD4, R4 e VT1. Quest'ultima circostanza consente di utilizzare un transistor con un elevato coefficiente di trasferimento di corrente, ad esempio KT1D(E), come VT3102. E questo, a sua volta, migliorerà la qualità del lavoro del SN. Quindi, ad esempio, con una resistenza del resistore di R3 = 75 Ohm, il CH in Fig. 1 aveva un valore di corrente di Ik.c = 5,5 A, per R3 = 43 Ohm Ik.c = 7 A, ecc. Come puoi vedere, la resistenza dei resistori limitatori di corrente Ik.c risulta essere troppo bassa per correnti di carico elevate. In questo caso, si verifica una diminuzione dell'efficienza del CH e del surriscaldamento del resistore R3, nonché una corrente significativa attraverso il diodo VD3 per il CH.

Ulteriore miglioramento delle caratteristiche SN può essere ottenuto modificando la circuiteria dello stabilizzatore parametrico (elementi R1, VD1, VD2 nei circuiti di Fig. 1 e 2). I parametri di questa unità possono essere migliorati secondo lo schema in Fig. 4. Un generatore di corrente stabile (GCT) è assemblato sul transistor VT1. Poiché il transistor VT1 è collegato in un circuito a base comune, il circuito è molto incline all'autoeccitazione alle alte frequenze. L'autoeccitazione è facilitata anche dall'assenza di un condensatore che devia i diodi zener VD3 e VD4. Pertanto, un tale condensatore viene introdotto nel circuito di Fig. 4 (C1).

I risultati delle misurazioni per lo schema di Fig.4 sono riportati nella Tabella 1.

Tabella 1

Un circuito più avanzato è mostrato in Fig. 5 e i relativi risultati di misurazione sono riportati nella Tabella 2.

Tabella 2

È facile vedere che il miglioramento dell'SSC è molto significativo con una leggera complicazione del circuito.

Lo svantaggio dei circuiti GTS più semplici è il basso coefficiente di stabilizzazione della corrente (questo è particolarmente vero per le opzioni GTS bipolari). E ciò è dovuto, innanzitutto, all'instabilità della tensione di riferimento, ad es. tensione di stabilizzazione del diodo Zener VD1 (vedi fig. 4 e 5 in RE 9/2001). Infatti, quando Uin cambia, cambia anche la corrente attraverso il diodo zener VD1, e questo porta necessariamente a una variazione della tensione sul diodo zener VD1. Quest'ultima circostanza provoca sicuramente una variazione della corrente GTS e, ovviamente, della tensione all'uscita dello ION (elementi VD2, VD3 - Fig. 4 e VD3, VD4 - Fig. 5).

Questo fenomeno si trasmette ulteriormente lungo il circuito, provocando una forte diminuzione della VS dello stabilizzatore. ION secondo lo schema di Fig. 5 è già composto da due GTS separate. Il secondo è assemblato su un transistor ad effetto di campo VT2. Questo GST stabilizza la corrente attraverso il diodo zener VD1, praticamente eliminando la variazione di tensione ai capi di quest'ultimo (vedi Tabella 2). Ciò garantisce un forte aumento del SCV di questo ION. Il diodo Zener VD2 aumenta l'affidabilità del circuito all'aumentare della tensione Uin. Inoltre, la stabilizzazione della corrente attraverso i diodi zener D818E è stata ottenuta includendo un altro "interruttore di campo" nel circuito ION (Fig. 6). Questo transistor ad effetto di campo è incluso nel circuito di emettitore del transistor VT1, che aumenta più volte la stabilità della corrente.

Con una corrente attraverso i diodi zener D818E pari a 10 mA, secondo le specifiche, abbiamo la migliore stabilità termica della tensione ION.

Disponendo di un set di semplici circuiti ION, è possibile assemblare molto rapidamente progetti di alimentatori con ottime caratteristiche e, soprattutto, con un elevato rapporto qualità/prezzo. Uno schema di un semplice alimentatore da laboratorio è mostrato in Fig. 7.

(clicca per ingrandire)

L'alimentatore contiene un dispositivo per la connessione “soft” alla rete. In questo caso, beneficiamo sicuramente della durata dei costosi elementi di alimentazione (trasformatore di rete, condensatore di filtro e diodi raddrizzatori, questi ultimi, sebbene in una categoria di prezzo economica, ma la loro "partenza" comporterà la probabilità di guasti ad altre radio componenti). Quando l'alimentatore è collegato alla rete, il trasformatore di rete T1 viene acceso attraverso la resistenza di un potente resistore R2.

Ciò riduce notevolmente i picchi di corrente attraverso gli elementi T1, C3, VD1 - VD4. Dopo alcuni secondi, il relè K1 viene attivato e i suoi contatti K1.1 chiudono la resistenza R2. Ora l'alimentatore è completamente pronto per il funzionamento. Il circuito di lancio “soft” è assemblato sugli elementi: R1, R2, VD5-VD8, VD9, C2 e K1. Il tempo di ritardo per il collegamento di T1 alla rete è determinato dalla capacità del condensatore elettrolitico C2 e dalla resistenza dell'avvolgimento del relè K1 alla corrente continua.

Con l'aumento della capacità e della resistenza di questi elementi, il ritardo aumenta. Il resistore R1 è un limitatore di corrente affidabile attraverso il condensatore C1 e il ponte a diodi VD5-VD8. Il diodo zener protegge il condensatore C2 e il relè K1 da un aumento di tensione di emergenza su questi elementi (se l'avvolgimento del relè K1 si rompe, ad esempio, senza un diodo zener, il condensatore C2 sarà chiaramente in pericolo di guasto a causa di un forte aumento di tensione ai suoi terminali).

Tutti gli altri nodi CH sono già stati descritti sopra, quindi non sono necessari commenti.

Riguardo i dettagli. In questo alimentatore e in altri progetti simili, ho utilizzato transistor KT8102 con un valore chiaramente ridotto della tensione massima collettore-emettitore (Uke). Il valore di Ukemax è stato misurato con un misuratore appositamente progettato per questo scopo [1].

Ho selezionato i transistor KT8102 per UMZCH, ma, sfortunatamente, tra i transistor acquistati, la maggior parte erano esemplari con Ukemax ridotto. Sono stati questi transistor "guai" ad essere installati nell'alimentatore. Nel circuito di questo alimentatore è possibile utilizzare potenti transistor con Ukemax≥35 V (dovrebbe sempre esserci un margine minimo). Invece del transistor KT816, puoi installare il KT814. Un transistor di tipo KT801 può essere sostituito con qualsiasi transistor al silicio con Uke≥30 V e Ik≥0,1 A. Transistor VT2 - KT3107 con qualsiasi indice di lettera o KT361 (B, T, E). Il transistor ad effetto di campo tipo 2P303D (KP 303D) può essere sostituito da qualsiasi di questa serie (V, G, D, E, I) con una corrente di drain iniziale (Is.init) ≥ 3 mA.

Se decidi di fare a meno dei transistor ad effetto di campo, è meglio utilizzare lo ION secondo lo schema di Fig. 8. In questo circuito, la tensione sul diodo zener VD1 è stabilizzata dal secondo GTS, assemblato sul transistor VT2.

I resistori R2 e R3 sono antiparassitari. Invece del diodo zener KS133, puoi installare KS147 o 5-7 pezzi. istanze collegate in serie di diodi al silicio, ad esempio KD521, 522, D220, D223, ecc. Il numero di diodi può essere ridotto, ma allo stesso tempo sarà necessario ridurre la resistenza del resistore stabilizzatore di corrente nel circuito dell'emettitore del transistor KT3107K. E ciò causerà un deterioramento della stabilità della corrente GTS. Al posto del KS133 sono stati installati anche tre LED del tipo AL307 collegati in serie, ma sono possibili anche altri. Poiché in questo circuito GTS la corrente che li attraversa è stabilizzata, anche la tensione sarà stabile (non stiamo ancora parlando degli effetti della temperatura). Ma la sostituzione dei diodi zener D818E con D814 e altri simili porterà a un deterioramento della stabilità termica dello ione. Pertanto, sono stati selezionati diodi Zener del tipo D818E, che hanno un coefficiente di tensione a bassa temperatura (TCV). Se non ci sono requisiti speciali per TKN, nel circuito è possibile utilizzare una gamma molto ampia di diodi zener.

Il diodo Zener VD11 può essere sostituito con D814 A(B), KS175, ecc. E VD9 può essere sostituito con D816V. Sostituire i diodi al silicio D223 con altri simili. Sostituisci i diodi del potente raddrizzatore VD1-VD4 con qualsiasi altro con Urev≥100 V, ad esempio KD213. Questi diodi sono stati installati su tre dissipatori di calore (due diodi su un radiatore).

L'area dei due dissipatori di calore più piccoli è di 16 cm2 (AL, 40x40 mm), il terzo è di 32 cm2 (80x40 mm). Diodi a ponte VD5-VD8 - qualsiasi con Uobr ≥ 400 V e Idirect ≥ 0,3 A, ad esempio KTs401G, KU402 (A, B, V, G, I), KTs405 (A, B, V, G, I), KTs407A , eccetera.

Resistori variabili R4, R10 e R11 - qualsiasi tipo. È abbastanza accettabile modificare i valori di questi resistori (per R4 - diminuire a 2,2 kOhm). Quando la resistenza del resistore R4 diminuisce, la corrente GTS dovrà essere aumentata. I resistori R13 e R14 consentono di impostare il valore richiesto della corrente Is.c..

I potenti resistori emettitori a filo avvolto R5-R7 sono realizzati in filo di nicromo con una resistenza lineare di circa 0,056 Ohm/cm. Potente resistore a filo avvolto tipo PEV-10. Può essere sostituito collegando in parallelo dei resistori, ad esempio MLT-2W (5-6 pezzi con una resistenza di 3...3,3 kOhm, ecc.).

Relè - RKM1, versione RS4-503.861, resistenza avvolgimento CC - 500 Ohm. Nel diagramma di Fig. 7 condensatori utilizzati: C1, C4, C6 - tipo K73-17; C2-K50-16; C3-K50-18; C5, C7-K50-12. In punti particolarmente critici del circuito, gli “elettroliti” vengono deviati con condensatori non elettrolitici.

Se l'alimentatore viene utilizzato per alimentare dispositivi RF, è consigliabile bypassare l'uscita MV con condensatori aggiuntivi, ad esempio condensatori in mica (KSO). E, naturalmente, tutti i condensatori in questo circuito di alimentazione possono essere di qualsiasi tipo con i parametri appropriati.

Informazioni sul trasformatore T1. Un TS-200 riavvolto è stato utilizzato come trasformatore di rete. La tensione sull'avvolgimento secondario è di 22 V, il filo è PEV-2 con un diametro di 1,45 mm. Il fusibile .U è fatto in casa. È costituito da un pezzo di conduttore di rame unipolare (è possibile utilizzare un filo normale) ∅ 0,23 mm e lungo 30 mm (saldato).

Come dissipatore di calore per i transistor KT8102 è stato utilizzato un radiatore standard di un vecchio amplificatore UEMI-50. Se non è necessaria un'area del dissipatore di calore (≥ 2000 cm2), procedere come segue.

Per realizzare l'alloggiamento dell'alimentatore è stata utilizzata la lamiera (duralluminio o alluminio). Con dimensioni del case di 40x20x11 cm, la superficie di raffreddamento della sola copertura superiore rimovibile è di circa 1240 cm2. Questo dissipatore di calore è molto efficace; uno dei transistor è anche fissato alla parte inferiore del case (fondo, telaio). I transistor potenti sono montati a una distanza l'uno dall'altro. Se ce ne sono due, dividi la lunghezza totale della parte superiore del corpo (in questo caso è 62 cm) in tre parti uguali. Questi potenti transistor si trovano ad una distanza di 20 cm (sulla stessa linea e nella parte centrale dell'involucro). Invertendo la polarità di tutti i dispositivi a semiconduttore e dei condensatori elettrolitici nel circuito di alimentazione, diventa possibile installare potenti transistor N-PN comuni dei seguenti tipi: KT802, KT803, KT805, KT808, KT812, ecc. Questo viene fatto quando è necessario progettare un alimentatore bipolare. Il voltmetro e l'amperometro non sono mostrati nel diagramma. Quando è necessaria una corrente nel carico MT superiore a 5 A (ciò significa funzionamento a lungo termine dell'alimentatore in tali modalità), come trasformatore T1 viene utilizzato TS-270 (TSA-270). L'avvolgimento secondario è avvolto con un filo di diametro 1,82 mm, che permette di “tirare” una corrente di 6-8 A o più (fino a 12 A) dal trasformatore, selezionare Is.c. = 20 A.

A proposito di migliorare. Senza errori, il design dell'alimentatore assemblato da componenti radio riparabili funziona immediatamente dopo essere stato collegato alla rete. È solo necessario selezionare le resistenze richieste dei resistori R3 e R9. Il primo determina la corrente GTS. È necessario impostare la corrente attraverso i diodi zener VD12 e VD13 su 10 mA. Il resistore R9 imposta la corrente Is.c. entro 5-10 A.

Alcune copie di KT8102 sono molto inclini all'autoeccitazione (specialmente durante l'installazione "spazzata"). La presenza di generazione viene rilevata collegando un oscilloscopio all'uscita del CH. In questo caso, i condensatori C6 e C7 sono temporaneamente isolati dal CH. Un circuito HF funzionante non è eccitato senza di essi, ma se si verifica la generazione ad HF, senza questi elementi è più facile da rilevare. Nel circuito di base del transistor generatore è incluso un resistore a bassa resistenza con una resistenza di 3-5 Ohm (questo è, di regola, uno dei transistor VT5-VT10) o, meglio ancora, uno starter con induttanza superiore a 60 µHz. Una resistenza eccessiva nel circuito di base degraderà le prestazioni della MT (il percorso aumenterà).

Il circuito stampato di questo alimentatore è mostrato in Fig. 9, dal lato dei conduttori stampati - in Fig. 10.

La scheda dispone di due ponticelli tecnologici progettati appositamente per la misura della corrente attraverso i transistor VT1 e VT2 (non è necessario tagliare i conduttori stampati). Il circuito stampato del circuito di commutazione "soft" è mostrato in Fig. 11 e 12.

Il relè si trova all'esterno della scheda. Per evitare che il percorso aumenti a causa dell'installazione, il filo che porta al terminale negativo dell'uscita CH è saldato direttamente alla piastra negativa del condensatore C3. Questo pin C3 è saldato al circuito CH con un conduttore separato. Quando si sceglie la capacità di questo condensatore, si segue la regola: 1000-2000 µA per ogni ampere di corrente di carico. I condensatori C6 e C7 sono saldati direttamente al lobo di contatto dei terminali di uscita dell'alimentatore.

Sulla possibilità di ammodernare il SN. Innanzitutto e soprattutto: per migliorare le prestazioni dell'SV, è necessaria un'alimentazione separata per ION e SV. In questo caso viene utilizzato un avvolgimento (o trasformatore) separato con i propri raddrizzatori. Ciò consente non solo di aumentare il VS dello ION e dell'intero circuito CV, ma anche di ridurre il numero di spire dell'avvolgimento II del potente raddrizzatore, poiché la tensione di uscita di 16,7 V CH viene raggiunta alla tensione dell'avvolgimento II del trasformatore T1 da 17,5 V. Questo scarica la potenza dei transistor di controllo VT3VT5. Durante il funzionamento a lungo termine dell'SV con una corrente di carico di 5 A, viene utilizzato anche il raffreddamento forzato (soffiaggio con una ventola di piccole dimensioni), soprattutto se i dissipatori di calore si trovano all'interno dell'alloggiamento perforato dell'alimentatore. È possibile utilizzare le prese dell'avvolgimento II con commutazione e "collegamento" al resistore R4, ma, come dimostra la pratica, ciò è molto scomodo quando si utilizza un alimentatore. A proposito, i transistor ad effetto di campo nei circuiti GTS possono essere collegati in parallelo per ottenere la corrente GTS richiesta, in modo da non preoccuparsi della selezione di questi fili.

Ottimi risultati si ottengono utilizzando il circuito ION Fig. 8, in cui i resistori R1 e R4 sono stati sostituiti con GST Fig. 6 (emettitore GTS - VT3). In questo caso, i diodi zener VD1 (KS133D, Fig. 8) vengono sostituiti con D818E e Uin viene aumentato a 35 V o più. Una tensione stabilizzata viene fornita all'ingresso di questo ION dal circuito più semplice di uno stabilizzatore di tensione parametrico (struttura tipica - transistor - diodi zener - resistore - due condensatori). Decine di SV sopra descritti sono in funzione da molti anni, dimostrando così la loro affidabilità nell'alimentare un'ampia varietà di FER.

letteratura:

1. Zyzyuk A.G. Selezione di transistor per potenti UMZI // Radioamatore. -2001. -N.6. -P.6.
2. Petukhov V.M. Dispositivi a semiconduttore. Rif. Transistor.-M.: RIKEL, Radio e comunicazioni, 1995.
3. Golomedov A.V. Dispositivi a semiconduttore. Rif. Transistor a bassa potenza.-M.: Radio e comunicazioni, 1995.
4. Goryunov. N.N. Dispositivi a semiconduttore. Rif. Diodi, tiristori, dispositivi optoelettronici. 2a ed.-M.: Energoatomizdat, 1984

Autore: AG Zyzyuk

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