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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di tensione con protezione da cortocircuito e sovracorrente, 14-20/12 volt 0,5 ampere. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione L'autore analizza le caratteristiche e gli svantaggi più caratteristici degli stabilizzatori di tensione, familiari ai radioamatori dalle pubblicazioni sulla nostra rivista, e fornisce consigli pratici, a volte non convenzionali, per migliorarne i parametri di base. Ad esempio, parla di uno stabilizzatore da lui sviluppato, destinato a potenti alimentatori per apparecchiature che funzionano XNUMX ore su XNUMX. L'articolo descrive la tecnologia per produrre un dissipatore di calore per un transistor ad alta potenza. Gli alimentatori di rete, in cui i radioamatori utilizzano stabilizzatori di microcircuiti per stabilizzare la tensione raddrizzata, non sempre soddisfano i loro creatori. La ragione di ciò sono gli svantaggi intrinseci di questi progetti. Gli stabilizzatori a transistor tradizionali spesso hanno una protezione da sovraccarico inaffidabile. I sistemi di protezione senza inerzia si attivano erroneamente anche in caso di sovraccarichi a breve termine quando si collega un carico capacitivo. I mezzi di protezione inerziale non hanno il tempo di funzionare in caso di un forte impulso di corrente, ad esempio in caso di cortocircuito che porta alla rottura dei transistor [1]. I dispositivi con limitatore di corrente in uscita sono privi di inerzia, non vi è alcun effetto di attivazione, ma quando si verifica un cortocircuito sul transistor di controllo, viene dissipata una grande potenza, il che richiede l'uso di un dissipatore di calore appropriato [2]. L'unica via d'uscita in questa situazione è l'uso simultaneo di mezzi per limitare la corrente di uscita e la protezione inerziale del transistor di controllo dal sovraccarico, che gli forniranno una potenza da due a tre volte inferiore e le dimensioni del dissipatore di calore. Ma ciò porta ad un aumento del numero di elementi, delle dimensioni del progetto e complica la ripetibilità del dispositivo in condizioni amatoriali. Un diagramma schematico di uno stabilizzatore, il cui numero di elementi è minimo, è mostrato in Fig. 1.
La sorgente di tensione di riferimento è un diodo zener VD1 stabilizzato termicamente. Per eliminare l'influenza della tensione di ingresso dello stabilizzatore sulla modalità del diodo zener, la sua corrente è impostata da un generatore di corrente stabile (GCT), costruito su un transistor ad effetto di campo VT1. La stabilizzazione termica e la stabilizzazione della corrente del diodo Zener aumentano il coefficiente di stabilizzazione della tensione di uscita. La tensione di riferimento viene fornita all'ingresso sinistro (secondo il circuito) dell'amplificatore differenziale sui transistor VT2.2 e VT2.3 del microassemblaggio K125NT1 e sul resistore R7, dove viene confrontato con la tensione di retroazione prelevata dal partitore di tensione di uscita R8R9. La differenza di tensione agli ingressi di un amplificatore differenziale modifica l'equilibrio delle correnti di collettore dei suoi transistor. Il transistor di regolazione VT4, controllato dalla corrente di collettore del transistor VT2.2, ha un ampio coefficiente di trasferimento della corrente di base. Ciò aumenta la profondità del feedback e aumenta il coefficiente di stabilizzazione del dispositivo, oltre a ridurre la potenza dissipata dai transistor dell'amplificatore differenziale. Consideriamo il funzionamento del dispositivo in modo più dettagliato. Supponiamo che in stato stazionario, con un aumento della corrente di carico, la tensione di uscita diminuirà leggermente, il che causerà anche una diminuzione della tensione sulla giunzione dell'emettitore del transistor VT3.2. Allo stesso tempo diminuirà anche la corrente del collettore. Ciò porterà ad un aumento della corrente del transistor VT2.2, poiché la somma delle correnti di uscita dei transistor dell'amplificatore differenziale è uguale alla corrente che scorre attraverso il resistore R7 e praticamente non dipende dalla modalità operativa dei suoi transistor. A sua volta, la corrente crescente del transistor VT2.2 provoca un aumento della corrente di collettore del transistor di regolazione VT4, proporzionale al suo coefficiente di trasferimento di corrente di base, aumentando la tensione di uscita al livello originale e consente di mantenerla invariata indipendentemente dal deflusso del carico. Per la protezione a breve termine del dispositivo con il suo ritorno allo stato originale, viene introdotto un limitatore di corrente del collettore del transistor di regolazione, realizzato sul transistor VT3 e sui resistori R1, R2. Il resistore R1 svolge la funzione di un sensore di corrente che scorre attraverso il transistor di regolazione VT4. Se la corrente di questo transistor supera il valore massimo (circa 0,5 A), la caduta di tensione sul resistore R1 raggiungerà 0,6 V, ovvero la tensione di soglia per l'apertura del transistor VT3. Aprendosi, devia la giunzione di emettitore del transistor di controllo, limitandone la corrente a circa 0,5 A. Pertanto, quando la corrente di carico supera brevemente il valore massimo, i transistor VT3 e VT4 funzionano in modalità GTS, che provoca una caduta della tensione di uscita senza far intervenire la protezione da sovracorrente. Dopo un certo tempo, proporzionale alla costante di tempo del circuito R5C1, ciò porta all'apertura del transistor VT2.1 e all'ulteriore apertura del transistor VT3, che chiude il transistor VT4. Questo stato dei transistor è stabile, pertanto, dopo aver eliminato il cortocircuito o diseccitato il carico, è necessario disconnettere il dispositivo dalla rete e riaccenderlo dopo aver scaricato il condensatore C1. La corrente di cortocircuito del dispositivo è zero, il che significa che impedisce il surriscaldamento del transistor di controllo quando interviene la protezione. Il resistore R3 è necessario per il funzionamento affidabile del transistor VT4 a basse correnti e temperature elevate. Il condensatore C2, che devia l'uscita dello stabilizzatore, impedisce l'autoeccitazione del dispositivo, che può essere causata da un profondo feedback negativo nella tensione. Il resistore R6 nel circuito del collettore del transistor VT2.1 limita la corrente durante i processi transitori quando la protezione è attivata e il LED HL1 funge da indicatore di sovraccarico. Principali parametri dello stabilizzatore
Lo stabilizzatore non è fondamentale per il layout del circuito stampato e per il posizionamento delle parti su di esso. Pertanto, la sua installazione dipende principalmente dall'esperienza del progettista stesso e dalle dimensioni delle parti preselezionate. Il transistor ad effetto di campo VT1 dovrebbe essere selezionato in modo tale che la corrente di stabilizzazione, misurata secondo il circuito di Fig. 2,a o 2,b, era compreso tra 5 e 15 mA. Il coefficiente di trasferimento statico della corrente di base del transistor VT3 deve essere almeno 20 e il transistor VT4 - almeno 400. Il transistor di regolazione VT4, la cui corrente di collettore consentita deve essere almeno 1 A, genera una potenza significativa, quindi dovrebbe essere installato su un dissipatore con una potenza di circa 5 mar
Resistori e condensatori - qualsiasi tipo per i valori indicati nel diagramma. Iniziando a testare e regolare lo stabilizzatore, il resistore R5 viene temporaneamente rimosso in modo che il sistema di protezione non funzioni e, selezionando il resistore R8, la tensione di uscita viene impostata su 12 V. Successivamente, il resistore R5 viene acceso e il il valore richiesto della corrente di intervento della protezione del dispositivo in corrente si ottiene selezionando il resistore R1. Quali modifiche o aggiunte possono essere apportate allo stabilizzatore consigliato? Se il radioamatore non dispone di un transistor ad effetto di campo adatto, è possibile assemblare un generatore di corrente continua utilizzando un transistor bipolare KT3108A (Fig. 3, a) o uno simile della serie KT361 con un coefficiente di trasferimento della corrente di base di almeno 20. I diodi VD3 e VD4 possono essere qualsiasi silicio.
Possiamo sostituire il diodo zener stabilizzato termicamente D818V (VD1) con qualsiasi altro simile con una tensione di stabilizzazione da 3 a 12 V. Ma il più desiderabile è un diodo zener a due anodi, ad esempio KS162A, con un basso coefficiente di temperatura del tensione di stabilizzazione. In casi estremi, verrà sostituito da una catena composta da un diodo zener convenzionale e da un qualsiasi diodo al silicio collegati in serie, come mostrato in Fig. 3, b. Il transistor di regolazione KT825A (VT4) può essere sostituito con due collegandoli secondo il circuito di un transistor composito, come mostrato in Fig. 4,a o 4,b. Il transistor VT4' deve avere un guadagno di corrente di almeno 20, una corrente massima del collettore di almeno 1 A e una dissipazione di potenza massima con un dissipatore di calore di almeno 5 W. Transistor VT4" - qualsiasi struttura pnp con un guadagno di corrente di almeno 20, una corrente massima del collettore di almeno 30 mA e una dissipazione di potenza massima di almeno 150 mW, ad esempio KT361, KT203, KT208, KT209, KT501, Serie KT502.
Per ridurre la tensione di saturazione del transistor VT4" e, di conseguenza, una certa riduzione della potenza dissipata, è consigliabile realizzare un transistor composito secondo il circuito di Fig. 4, c. In questo caso, la potenza dissipata dal transistor VT4 " aumenterà a 0,6 W. Sono adatti i transistor delle serie KT814, KT816, GT402 o altri con parametri simili. I microassiemi transistor VT2.2 e VT2.3 K125NT1 funzionanti in cascata differenziale possono essere sostituiti con un insieme di due transistor p-pn con un guadagno di corrente di almeno 20, una tensione massima collettore-emettitore di almeno 20 V e un collettore corrente di almeno 15 mA, ad esempio, serie KR198. In questo caso, è solo importante ricordare: le stesse caratteristiche di corrente-tensione di entrambi i transistor dello stadio differenziale sono necessarie per garantire che la tensione rimossa dal divisore R8R9 sia uguale a quella dell'esemplare, che garantisce l'indipendenza dell'uscita tensione dello stabilizzatore dalla corrente di carico. Se tale uguaglianza non è richiesta, questi elementi del microassemblaggio possono essere sostituiti con qualsiasi transistor n-pn a bassa potenza con parametri simili. In questo caso, e anche se il microinsieme è composto da soli due elementi, la funzione del transistor VT2.1 può essere svolta da un analogo transistor npn a bassa potenza. Lo stabilizzatore descritto con una tensione di uscita fissa può essere facilmente convertito in uno stabilizzatore bipolare con una tensione di uscita regolabile da ±6 V a ±12 V. Lo schema di tale dispositivo è mostrato in Fig. 5.
I limiti della tensione di stabilizzazione possono essere ampliati sostituendo il diodo zener KS162A (VD1) con KS147A e riducendo la resistenza del resistore R9 a 330 Ohm. È inoltre consentito montare l'amplificatore differenziale e il partitore di tensione R8R9 secondo lo schema di Fig. 6.
Quindi la tensione di uscita dello stabilizzatore può essere modificata da 0 a ±12 V. Tuttavia, il sistema di protezione, che comprende gli elementi VT2.1, R5, C1, HL1 (Fig. 1), in questo caso perderà il suo significato e il lo stabilizzatore diventerà abbastanza tradizionale. I valori dei transistor VT1, VT2 e VT4, del resistore e del condensatore sono gli stessi dello stabilizzatore secondo lo schema di Fig. 1, ma la dissipazione di potenza del transistor VT4 (o dei transistor VT4', VT4" secondo i diagrammi di Fig. 4) aumenterà in proporzione alla caduta di tensione ai suoi capi. I dissipatori di calore dei potenti transistor delle serie KT825 o KT827, che svolgono la funzione di regolazione, possono essere fatti in casa. Un possibile progetto di uno di questi dissipatori di calore è mostrato in Fig. 7, a. Il pezzo grezzo per esso (Fig. 7, b) viene ritagliato con forbici metalliche o segato con un seghetto alternativo in lamiera di alluminio spessa 2 mm. Successivamente i petali stretti dei lati opposti del pezzo vengono girati con una pinza di 90° attorno al proprio asse, ciascuno, e quelli larghi vengono piegati (lungo le linee tratteggiate) verso l'alto.
Letteratura
Autore: V.Kozlov, Murom, Regione di Vladimir
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