În circuitul dispozitivului redresor discutat în prelegerea nr. 2 (Fig. 3.1), un transformator, un redresor și un filtru de netezire sunt considerate pentru a converti tensiunea AC a rețelei într-o tensiune DC. Tensiunea de pe sarcină este menținută constantă ca valoare folosind un stabilizator Artă. Cel mai simplu stabilizator de tensiune este parametric, care folosește o diodă specială - o diodă zener.

Dioda Zener are o caracteristică curent-tensiune specifică (CVC) în conexiune inversă (Fig. 3.2). Cu o tensiune negativă, caracteristica I-V are o secțiune destul de lungă, în care tensiunea se modifică puțin, iar curentul se modifică semnificativ.

Orez. 3.2. Un exemplu de caracteristică curent-tensiune a unei diode zener semiconductoare.

O diodă Zener este utilizată într-un regulator parametric de tensiune (Fig. 3.3a).

Orez. 3.3. Stabilizator parametric de tensiune.

a) circuitul electric al stabilizatorului,

b) circuit echivalent liniar pentru mici modificări ale curenților și tensiunilor ( R difer =Δ U Artă. /Δ eu st = Δ U H / ∆ eu st - rezistență diferențială)

c) reprezentarea grafică a stării diodei zener și principiul stabilizării tensiunii la sarcină (Δ U H<<ΔU in) când se modifică tensiunea Uînăuntru și rezistență mare la sarcină ( R H >> R dif).

Principiul stabilizării este următorul. Tensiunea Zener, de ex. la sarcină, rămâne constantă din cauza unei modificări a curentului diodei Zener și a modificării rezultată a tensiunii pe rezistorul de balast.

Circuitul din Fig. 3.3a este descris printr-un sistem neliniar de ecuații:

eu 0 - eu st - eu n = 0 (1)

U st ( eu st) - R n eu n = 0 (2)

-Uîn + R b eu 0 + R n eu n = 0 (3)

Să transformăm sistemul într-o ecuație pentru curent eu Artă.

Din (1) avem eu n = eu 0 - eu st, apoi din (3) rezultă

-Uîn + R b eu 0 + R n ( eu 0 - eu st) = 0,

de aici eu 0 =(R n eu st + U in) / ( R b + R m) și din (2) obținem

U st ( eu st) = R n [( R n eu st + U in) / ( R b + R n) - eu st ]. (4)

Același rezultat poate fi obținut dacă aplicăm circuitului din Fig. 3.3a conversia după metoda unei rețele active echivalente cu două terminale, în care includem o sursă de tensiune de intrare U in, rezistor de balast R b și receptor R n (Fig. 3.4).

Orez. 3.4. Transformarea unei părți a circuitului prin metoda unei rețele active echivalente cu două terminale.

Sursa echivalentă are

EMF E eq = Uîn R n/( R n + R grup

rezistenţă R eq = R b R n/( R n + R b).

După o transformare echivalentă, circuitul din Fig. 3.3a ia forma (Fig. 3.5)

Din diagrama din fig. 3.5 obținem ecuația de stare a stabilizatorului parametric:

U st ( eu st) = E eq - R echivalentul eu st (5)

Dacă în (5) înlocuim expresii pentru E eq și R eq, atunci obținem ecuația (4). Utilizarea metodei sursei echivalente face posibilă reprezentarea fizică mai bună a principiului de funcționare a stabilizatorului, a dependenței proprietăților acestuia de parametrii elementelor.

Ecuația (4) este potrivită pentru analiza proprietăților unui stabilizator parametric pentru orice parametri de element.

Să presupunem (cazul cel mai frecvent) că rezistența la sarcină R n mult mai mult decât rezistența rezistenței de balast R b. Apoi, rezistența de sarcină poate fi ignorată și divizorul de tensiune de intrare de la rezistența de balast este vizibil în circuit R b și dioda zener VD(Fig.3.3a). Starea circuitului este setată în conformitate cu Fig. 3.3c în punctul A, unde CVC-ul diodei zener și linia dreaptă 1 se intersectează, tăind segmentele de pe axe U in1 si Uîn 1 / R b. Când tensiunea de intrare este crescută la U input2 (linia 2) crește curentul diodei zener (punctul de lucru A’), tensiunea crește cu R b, iar tensiunea pe sarcină crește în consecință cu Δ U n. În același timp, după cum se poate observa din graficele Δ U n<< ΔUîn ( R diferenţial<<R b).

Pentru a obține relații simple pentru evaluarea calității unui stabilizator parametric, obținem circuitul echivalent liniar al acestuia folosind ecuația (5).

Aproximativ, dacă punctul de operare A dioda zener este în secțiunea de stabilizare, CVC-ul diodei zener în secțiunea de stabilizare poate fi înlocuit cu o linie dreaptă cu o pantă R difer =Δ U Artă. /Δ eu st = Δ U H / ∆ eu Sf:

U st ( eu st) = U 0 + R diferenţial eu Sf

Având în vedere această liniarizare, ecuația (5) poate fi rescrisă:

U 0 +R diferenţial eu Sf =E eq - R echivalentul eu st (6).

Aici E eq = R H U in /( R H+ R Grup R eq = R B R N /( R B+ R N).

Ecuația rezultă din (6) dacă luăm în considerare faptul că R eq >> R diferenta:

eu Sf = (E eq - U 0)/ (R echiv + R difer) =( E eq - U 0)/ R echiv (7).

Înlocuiți aici expresia pentru E eq și obține

eu Sf = (R H U in /( R H+ R B) - U 0)/ R eq = U in / R B - U 0 / R echivalentul

iar tensiunea de sarcină ia forma:

U n =U st ( eu st) = U 0 +R diferență ( U in / R B - U 0 / R echivalent (7)

Rezultă că, cu modificări ale tensiunii de intrare:

Δ U n =( dU st / dUîn) * Δ Uîn = R diferență / R b*Δ U in (8)

Raportul creșterilor de tensiune la sarcină și la intrarea stabilizatorului parametric este:

Δ U n/Δ Uîn = R diferență / R b (8)

Dacă rezistența la sarcină se modifică, atunci

U n = U 0 +R difer [ U in / R B - U 0 (R B+ R H)/ ( R B R H)] (9)

Din ecuația (9) rezultă că atunci când rezistența de sarcină se modifică, se va obține și efectul de stabilizare a tensiunii pe sarcină.

Δ U n =( dU st / dR H) * Δ R H = R diferență / R2 n* U 0 Δ R H

În cazuri practice, parametrii circuitului și diodei zener sunt selectați în așa fel încât punctul de funcționare de pe I.A.X. dioda zener s-a mutat în secțiunea de stabilizare ( eu st.min , eu st.max) dacă este necesar U Artă. , care sunt înregistrate în pașaportul diodei zener.

Folosind un stabilizator parametric de tensiune semiconductor, puteți obține un coeficient de stabilizare care este egal cu raportul modificărilor relative ale tensiunilor de intrare și de ieșire:

K Artă. = (∆ U in / U in)/ (Δ U afară / U afară)<=100.

În multe cazuri, această valoare este insuficientă și apoi se folosesc „regulatoare de tensiune compensatoare” mai complexe care conțin tranzistori.

De asemenea, observăm că într-un regulator parametric de tensiune, încălzirea rezistenței de balast duce la pierderi de energie. Prin urmare, eficiența stabilizatorul parametric de tensiune nu depășește 30%.

O demonstrație a caracteristicilor curent-tensiune ale unei diode Zener reale demo3_1 este prezentată în fig. 3.6

Orez. 3.6. Pentru demo3_1.

O demonstrație a regulatorului parametric de tensiune demo3_2 este prezentată în fig. 3.7.

Orez. 3.7.Pentru demo3_2.

Cometariu.

Regulatorul parametric de tensiune considerat vă permite să vă familiarizați cu metoda utilizată pe scară largă pentru descrierea circuitelor neliniare folosind circuite echivalente liniarizate. Scriem sistemul de ecuații (1)-(3), înlocuind în ecuația (2) CVC-ul diodei zener cu o expresie liniarizată:

eu 0 -eu st - eu n \u003d 0 (1a)

U 0 +R diferenţial eu st - R n eu n = 0 (2a)

-Uîn + R b eu 0 +R n eu n \u003d 0 (3a)

Pentru mici modificări curenți și tensiuni cauzate de o modificare a tensiunii de intrare, rezultă:

Δ eu 0 -Δ eu st -Δ eu n =0 (9)

R diferenţial Δ eu st - R n Δ eu n =0 (10)

-Δ Uîn + R b Δ eu 0 +R n Δ eu n = 0 (11)

Acest sistem de ecuații corespunde circuitului echivalent prezentat în figura 3.3 b.

În circuitele de putere redusă pentru sarcini de până la 20 de miliamperi, se utilizează un dispozitiv cu un coeficient de acțiune scăzut și se numește stabilizator parametric. În dispozitivul unor astfel de dispozitive există tranzistori, diode zener și stabistori. Sunt utilizate în principal în dispozitivele de stabilizare compensatoare ca surse de alimentare de referință. Stabilizatorii parametrici, în funcție de datele tehnice, pot fi cu 1 treaptă, punte și mai multe trepte.

Dioda zener din dispozitivul dispozitivului este similară cu o diodă conectată. Dar defalcarea tensiunii inverse este mai potrivită pentru o diodă zener și este baza funcționării sale normale. Această caracteristică și-a găsit popularitate în diferite circuite în care este necesar să se limiteze semnalul de intrare de tensiune.

Astfel de stabilizatori sunt dispozitive de mare viteză și protejează zonele cu sensibilitate crescută de zgomotul de impuls. Utilizarea unor astfel de elemente în circuite noi este un indicator al calității îmbunătățite a acestora, ceea ce asigură funcționarea continuă în diferite moduri.

Circuit stabilizator

Baza acestui dispozitiv este schema de conectare a diodei zener, care este folosită și în alte tipuri de dispozitive în locul unei surse de alimentare.

Circuitul include un divizor de tensiune de la o rezistență de balast și o diodă zener, la care o sarcină este conectată în paralel. Dispozitivul egalizează tensiunea de ieșire cu putere alternativă și curent de sarcină.

Schema funcționează după cum urmează. Creșterea tensiunii la intrarea dispozitivului determină o creștere a curentului care trece prin rezistența R1 și dioda zener VD. La dioda Zener, tensiunea rămâne constantă datorită caracteristicii curent-tensiune. Prin urmare, tensiunea de pe sarcină nu se modifică. Ca rezultat, toată tensiunea convertită va ajunge la rezistența R1. Acest principiu de funcționare a circuitului vă permite să calculați toți parametrii.

Principiul de funcționare al diodei zener

Dacă o diodă zener este comparată cu o diodă, atunci când dioda este conectată în direcția înainte, poate trece un curent invers, care are o valoare nesemnificativă de câțiva microamperi. Când tensiunea inversă crește la o anumită valoare, va avea loc o defecțiune electrică, iar dacă curentul este foarte mare, atunci va avea loc o defecțiune termică, astfel încât dioda se va defecta. Desigur, dioda poate funcționa cu defecțiune electrică prin reducerea curentului care trece prin diodă.

Dioda zener este proiectată în așa fel încât caracteristica sa în zona de defalcare să aibă o liniaritate crescută, iar diferența de potențial de defalcare este destul de stabilă. Stabilizarea tensiunii folosind o diodă zener se realizează atunci când funcționează pe ramura inversă a proprietăților de curent și tensiune, iar pe ramura directă a graficului, dioda zener funcționează ca o diodă convențională. Pe diagramă, dioda zener este indicată:

Parametrii Zener

Principalii săi parametri pot fi observați din caracteristicile tensiunii și curentului.

• Tensiunea de stabilizare este tensiunea pe dioda zener în timpul trecerii curentului de stabilizare. Astăzi, diodele zener sunt produse cu un astfel de parametru egal cu 0,7-200 volți.
• Cel mai mare curent de stabilizare admis. Este limitată de puterea de disipare maximă admisă, care depinde de temperatura ambiantă.
• Cel mai mic curent de stabilizare, este calculată prin cea mai mică cantitate de curent care curge prin dioda zener, menținând în același timp efectul stabilizatorului.
• Rezistență diferențială este o valoare egală cu raportul dintre creșterea tensiunii și creșterea mică a curentului.

O diodă Zener conectată în circuit ca o simplă diodă în direcția înainte este caracterizată prin valori constante ale tensiunii și cel mai mare curent direct admis.

Calculul stabilizatorului parametric

Factorul de calitate al funcționării dispozitivului este calculat prin coeficientul de stabilizare, care este calculat prin formula: Kst U = (ΔUin / Uin) / (ΔU out / Uout).

În plus, calculul stabilizatorului utilizând o diodă Zener este efectuat în combinație cu un rezistor de balast în conformitate cu tipul de diodă Zener utilizat. Pentru calcul se folosesc parametrii diodei zener considerate mai devreme.

Să definim procedura de calcul folosind un exemplu. Să luăm datele inițiale:

• U out \u003d 9 V;
• I n \u003d 10mA;
• AI n = ±2mA;
• ΔUin = ± 10% Uin

Conform cărții de referință, selectăm dioda zener D 814B, ale cărei proprietăți sunt:

• U st \u003d 9 V;
• eu st. max = 36 mA;
• eu st. min = 3 mA;
• R d \u003d 10 Ohm.

În continuare, se calculează tensiunea de intrare: Uin = nst * Uout, unde nst este coeficientul de transmisie. Funcționarea stabilizatorului va deveni mai eficientă dacă acest coeficient este în intervalul 1,4-2. Dacă nst \u003d 1,6, atunci U în \u003d 1,6 * 9 \u003d 14,4 V.

Următorul pas este calcularea rezistenței de balast. Se folosește formula: R o \u003d (U in - U out) / (I st + I n). Se selectează valoarea curentului I st: I st ≥ I n. Când schimbați U in cu Δ Uin și In cu ΔIn, nu poate exista mai mult decât curentul diodei zener de I st. max si eu st. min. Prin urmare, I st este luată ca valoare medie permisă în acest interval și este egală cu 0,015 amperi.

Aceasta înseamnă că rezistorul de balast este egal cu: R o \u003d (14,4 - 9) / (0,015 + 0,01) \u003d 16 ohmi. Cea mai apropiată valoare standard este de 220 ohmi. Pentru a selecta tipul de rezistență, se calculează puterea disipată pe carcasă. Aplicând formula P \u003d I * 2 R o, determinăm valoarea P \u003d (25 * 10-3) * 2 * 220 \u003d 0,138 wați. Cu alte cuvinte, puterea standard de rezistență este de 0,25 wați.

Prin urmare, rezistența MLT este mai bună - 0,25 - 220 Ohm. După efectuarea calculelor, este necesar să se verifice corectitudinea alegerii modului de funcționare al diodei zener în schema dispozitivului parametric. În primul rând, se determină cel mai mic curent al său: Ist. Min \u003d (U in - ΔU in - U out) / Rо - (I n + ΔI n), cu parametrii practici, valoarea I st. min = (14,4–1,44–9) * 103 / 220–( 10 +2) = 6 miliamperi.

Aceeași procedură se efectuează pentru a calcula cel mai mare curent: I st. max=(Uin+ΔUin–Uout)/Rо–(In–ΔIn). Conform parametrilor inițiali, cel mai mare curent va fi: Ist.max \u003d (14,4 + 1,44 - 9) * 103 / 220– (10 - 2) \u003d 23 miliamperi. Dacă, ca urmare, valorile calculate ale celui mai mic și cel mai mare curent depășesc limitele admise, atunci este necesar să înlocuiți I st sau rezistența R o. Uneori, dioda Zener trebuie înlocuită.

Pentru funcționarea echipamentelor electronice sunt necesare tensiuni cu caracteristici precis specificate. Dar într-o rețea industrială, tensiunea este în continuă schimbare. Nivelul acestuia depinde de întreprinderile, clădirile și echipamentele conectate la sistem. Funcționarea oricărui dispozitiv depinde direct de tensiune, fluctuațiile acestui parametru afectează calitatea muncii, de exemplu, în timpul căderilor, receptorul poate începe să suieră sau să bâzâie. Pentru a rezolva această problemă, se folosesc stabilizatori cu tranzistori.

Principiul de funcționare al stabilizatorului

O parte a acestui echipament este responsabilă pentru compararea cu valoarea de referință, iar cealaltă controlează parametrii. Dacă parametrul de intrare este mai mare decât indicatorul necesar, atunci sistemul îl reduce. Dacă valoarea este mai mică, atunci caracteristicile cresc. Conform aceleiași scheme, apa din robinet este reglată: când debitul este mai mic decât este necesar, supapa este răsucită și invers.

Principiul stabilizării este utilizat pe o mare varietate de echipamente, de la fieruri de călcat până la industria spațială. Diferența constă doar în tehnologia de monitorizare și gestionare a indicatorilor.

Important! Conform GOST existent, tensiunea din rețea poate varia până la 5%, iar în condiții reale și 10% din valoarea specificată. Pentru funcționarea de înaltă calitate a echipamentului, acest indicator nu poate depăși 0,1%.

Cel mai simplu circuit regulator de tensiune conține doar 2 elemente:

1. sursa de tensiune de referinta - dioda zener VD1;
2. rezistor de balast R1.

O diodă zener este o diodă care, la anumite valori ale tensiunii de stabilizare (aplicată invers), începe să treacă curentul în sens opus. Dacă tensiunea crește, cu o scădere a rezistenței interne, dioda zener continuă să mențină tensiunea la o valoare dată. Principiul de funcționare poate fi văzut în circuitul regulator de tensiune.

Dacă tensiunea inversă crește, atunci dioda Zener rezistă, ceea ce înseamnă că curentul de ieșire este minim. Când parametrul setat este atins, curentul începe să crească. Apoi, ajungând la punctul 1 pe caracteristica curent-tensiune, tensiunea încetează să crească, în ciuda creșterii valorilor curentului. La joncțiunea p-n, tensiunea crește numai pe rezistor, dioda zener funcționează în modul specificat. Desigur, orice diodă zener poate menține tensiunea doar la o anumită valoare și, după creșterea performanței la punctul 2, elementul poate începe să se încălzească și să cedeze. Distanța dintre punctele 1 și 2 se numește zonă de lucru.

O astfel de metodă simplă de stabilizare este potrivită numai pentru rețelele care utilizează curenți scăzuti. Pentru a crește capacitatea de încărcare, se folosește un emițător urmăritor sub formă de tranzistor bipolar. Acest element repetă tensiunea aplicată. Din acest motiv, sarcina poate fi cu un ordin de mărime mai mare. Puteți utiliza un circuit de mai multe tranzistoare, apoi sarcina va crește și mai mult.

Atunci când se creează astfel de circuite, este important să se țină cont de faptul că, din cauza unei căderi a secțiunii de joncțiune p-n, tensiunea de ieșire va scădea. Prin urmare, este necesar să alegeți o diodă zener ținând cont de pierderile la joncțiunile de pe tranzistoare. În figura din circuitul cu două tranzistoare, puteți vedea și un alt rezistor. Este folosit pentru a elimina componenta reactivă a celui de-al doilea tranzistor.

Principii de calcul a caracteristicilor

Principalii indicatori ai stabilizatorului sunt tensiunea maximă de ieșire Uout, tensiunea minimă de ieșire Uout1 și curentul maxim Imax. Să presupunem că aceste valori sunt de 14 volți, 1,5 volți și, respectiv, 1 amper. Calculăm tensiunea de intrare după formula:

Uin \u003d Uout + 3, unde 3 este coeficientul de cădere de tensiune la joncțiunea colector-emițător.

Notă! Parametrii pașaport ai tranzistorului trebuie să asigure funcționarea în regim semi-deschis și să reziste la diferența de tensiune care apare între tensiunea de ieșire și datele de ieșire.

• Pmax=1,3(Uin-Uout)Imax=1,3(17-14)=3,9 W;
• Pmax=1,3(Uin-Uout1)Imax=1,3(17-1,5)=20,15 W.

După cum puteți vedea, se obține o valoare mai mare la calcularea tensiunii minime de intrare, iar această valoare va fi corectă pentru a selecta un tranzistor din cartea de referință. Pentru noi va fi KT817.

Important! Valoarea tensiunii trebuie să fie mai mare decât valoarea de intrare, iar curentul trebuie să fie mai mare decât valoarea maximă specificată. În caz contrar, elementul va funcționa la limită și va eșua rapid.

Acum trebuie să luăm în considerare Ib max– curentul de bază al tranzistorului însuși:

Ib max \u003d Imax / h21E min, unde h21E min este coeficientul de transfer curent (în cazul nostru, această valoare este 25).

Ib max=1/25=0,04 A.

Cunoscând acești indicatori, puteți determina caracteristicile regulatorului de tensiune de pe tranzistor. Tensiunea stabilizată este de 14 volți, iar curentul conform formulei este de 0,04 A. D814D este potrivit pentru acești indicatori, dar în acest caz curentul de bază va fi de 0,005 A, adică este necesară scăderea valorii de ieșire. Pentru aceasta, se folosește un al doilea tranzistor (KT315). Datorită utilizării sale, sarcina va scădea cu valoarea coeficientului maxim de transfer de curent al celui de-al doilea tranzistor (avem h21E = 30). Astfel, curentul va fi 0,04/30=0,00133 mA.

Acum să definim indicatorii pentru Rb– rezistor de balast:

Rb \u003d (Uin-Ust) / (Ib max + Ist min) \u003d (17-14) / (0,00133 + 0,005) \u003d 474 Ohm, unde:

• Ist min - curent de stabilizare;
• Ust - tensiunea de stabilizare a diodei zener.

Apoi calculăm puterea balastului:

Prb \u003d (Uin-Ust) 2 / Rb \u003d (17-14) 2 / 473 \u003d 0,02 W.

Parametrii unui rezistor suplimentar sunt rareori calculați; atunci când alegeți această parte, trebuie luat în considerare un singur lucru, acela că valoarea sa curentă ar trebui să fie mai mică decât sarcina maximă. Folosim un rezistor cu o rezistență de 1 ohm.

Stabilizatori de compensare

Circuitele discutate mai sus sunt stabilizatoare parametrice, adică dispozitive care funcționează pe o diodă zener. Circuitele de compensare sunt considerate mai precise, acolo unde feedback-ul este prezent, iar componenta de stabilizare este deja comparată cu valorile de referință. Principalul avantaj al unor astfel de dispozitive este tensiunea de ieșire precisă, care practic nu este afectată de curentul de sarcină, în timp ce în sistemele parametrice sarcina este cea care afectează întreaga funcționare a stabilizatorului tranzistorului.

Circuitul stabilizator de tip compensare poate fi în serie și paralel. În prima variantă, elementele de control sunt de obicei tranzistori.

Pe diagramă:

• Р – element de reglare;
• I – sursă de tensiune de referință (de referință);
• ES - element de comparație;
• U - amplificator DC.

Tensiunea de ieșire pentru regulatorul în serie este determinată de formula de mai sus, unde R4' și respectiv R4'' sunt valorile superioare și inferioare ale rezistorului R4. Tranzistorul VT1 acționează ca un element de reglare, iar VT2 se stabilizează, adică compară și, dacă este necesar, îmbunătățește indicatorii. Sursa tensiunii de referință este dioda zener VD1. Între bază și emițătorul VT2, tensiunea este definită ca diferența dintre UOP și UREG. Dacă există o creștere a tensiunii la sarcină, atunci UREG crește atât curenții de emițător, cât și de colector VT2. Mai departe în circuit, curentul colectorului circulă către rezistorul R1, ceea ce provoacă o cădere de tensiune. Această tensiune este inversată în polaritate pentru partea emițător a VT1, astfel încât curenții colectorului și emițătorului acestui tranzistor scad, iar tensiunea nominală la sarcină este restabilită.

Pentru o reglare lină pe circuitul de ieșire al stabilizatorului, se utilizează un divizor de tensiune, format din R3, R4, R5. Reglarea în trepte are loc folosind tensiunea de referință a diodei Zener.

Într-un regulator de tensiune de compensare de tip paralel, atunci când apare o abatere de la valoarea nominală, apare un semnal de eroare, care este diferența dintre tensiunea de referință și cea de ieșire. În plus, acest semnal este amplificat pe partea de reglare, care este paralelă cu sarcina. Din această cauză, curentul de pe elementul de reglare se modifică, tensiunea pe rezistorul R1 scade și ieșirea rămâne constantă:

U1=U0-IBXR1=const.

Important! Eficiența stabilizatorilor de tip paralel este mică, astfel încât astfel de scheme sunt utilizate destul de rar.

Comutarea stabilizatorilor

Pe lângă compensarea și stabilizatorii parametrici, există circuite de impulsuri în care eficiența este cea mai mare, chiar dacă domeniul de tensiune de intrare este destul de mare. Funcționarea acestor dispozitive se bazează pe faptul că elementul de reglare este oprit și oprit în modul pulsat. Schema generală a stabilizatorului constă dintr-o cheie, un dispozitiv de stocare a energiei și un circuit de control. Acumulatorul și cheia împreună reprezintă partea de putere, împreună cu circuitul constituie bucla de control.

Stabilizatorul de tensiune de comutare poate fi asamblat pe baza a 3 tranzistoare. În acest caz, VT1, VT2 constituie elementul de reglare cheie, iar VT3 este necesar pentru a amplifica semnalul de nepotrivire.

Algoritmul de lucru este următorul:

1. De la colectorul VT2 prin condensatorul C2, o tensiune de reacție pozitivă este furnizată bazei VT1;
2. VT2, când este saturat cu curent de la rezistorul R2, se deschide;
3. La joncțiunea colector-emițător, când VT1 este saturat, este mai mică decât tensiunea de deschidere a VT2, ceea ce înseamnă că atunci când VT1 este deschis, VT2 este închis;
4. Amplificatorul de pe VT3 este conectat prin emițător la dioda zener VD2, iar baza este conectată la divizorul de tensiune de ieșire R5, R6, R7;
5. Astfel, VT1 controlează închiderea și deschiderea VT2 pe un semnal de la VT3;
6. Când VT2 este deschis, energia este stocată în accelerație, după închidere, energia merge către sarcină.

Fiecare dintre schemele prezentate vă va permite să asamblați cea mai simplă versiune a stabilizatorilor.

Video

Pentru a alimenta dispozitivele care nu necesită o stabilitate mare a tensiunii de alimentare, se folosesc cei mai simpli, mai fiabili și mai ieftini stabilizatori - parametrici. Într-un astfel de stabilizator, elementul de reglare, atunci când acționează asupra tensiunii de ieșire, nu ia în considerare diferența dintre acesta și tensiunea specificată.

În forma sa cea mai simplă, un stabilizator parametric este o componentă de reglare (dioda zener) conectată în paralel cu sarcina. Sper că vă amintiți, deoarece, spre deosebire de o diodă, este inclusă în circuitul electric în sens opus, adică o tensiune negativă urmează de la sursă, iar un potențial de tensiune pozitiv de la sursă urmează catodului. Principiul de funcționare al unui astfel de stabilizator se bazează pe proprietatea unei diode zener de a menține o tensiune constantă la bornele sale cu modificări semnificative ale puterii curentului care curge în circuit. Balastul R, conectat în serie cu dioda Zener și sarcina, limitează fluxul de curent prin dioda Zener dacă sarcina este deconectată.

Pentru alimentarea dispozitivelor cu o tensiune de 5 V, în acest circuit stabilizator poate fi utilizată o diodă zener de tip KS 147. Valoarea rezistenței rezistorului R este luată astfel încât la nivelul maxim al tensiunii de intrare și la sarcina deconectată, curentul prin dioda zener nu este mai mare de 55 mA. Deoarece în modul de funcționare, curentul diodei zener și sarcina trece prin această rezistență, puterea acesteia trebuie să fie de cel puțin 1-2 wați. Curentul de sarcină al acestui stabilizator ar trebui să fie în intervalul 8-40 mA.

Dacă curentul de ieșire al stabilizatorului este mic pentru sursa de alimentare, puteți crește puterea acestuia adăugând un amplificator, de exemplu, bazat pe un tranzistor.

Rolul său în acest circuit este jucat de tranzistorul VT1, al cărui circuit colector-emițător este conectat în serie cu sarcina stabilizatorului. Tensiunea de ieșire a unui astfel de stabilizator este egală cu diferența dintre tensiunea de intrare a stabilizatorului și căderea de tensiune în circuitul colector-emițător al tranzistorului și este determinată de tensiunea de stabilizare a diodei zener VD1. Stabilizatorul furnizează un curent de până la 1 A în sarcină. Ca VT1, puteți utiliza tranzistori precum KT807, KT815, KT817.

Cinci scheme de stabilizatori simpli

Circuite clasice care sunt descrise în mod repetat în toate manualele și cărțile de referință despre electronică.

Fig.1. Stabilizator conform schemei clasice fără protecție împotriva scurtcircuitului în sarcină. 5B, 1A.

Fig.2. Stabilizator conform schemei clasice fără protecție împotriva scurtcircuitului în sarcină. 12V, 1A.

Fig.3. Stabilizator conform schemei clasice fără protecție împotriva scurtcircuitului în sarcină. Tensiune reglabila 0..20V, 1A

Stabilizatorul 5V 5A este construit pe baza articolului „Cinci volți cu sistem de protecție”, Radio Nr. 11 pentru 84g, pp. 46-49. Schema sa dovedit cu adevărat a fi de succes, ceea ce nu este întotdeauna cazul. Repetabil cu ușurință.

Ideea de protecție a sarcinii tiristoarelor în caz de defecțiune a stabilizatorului în sine este deosebit de bună. Dacă, până la urmă, acesta (stabilizatorul) se arde, atunci este mai scump să reparați ceea ce a alimentat. Tranzistorul din stabilizatorul de curent VT1 este germaniu pentru a reduce dependența tensiunii de ieșire de temperatură. Dacă acest lucru nu este important, puteți folosi și silicon. Restul tranzistorilor se vor potrivi cu orice putere adecvată. Dacă tranzistorul de control VT3 eșuează, tensiunea la ieșirea stabilizatorului depășește pragul de funcționare al diodei zener VD2 tip KS156A (5,6V), tiristorul se deschide și scurtcircuita intrarea și ieșirea, siguranța arde. Simplu și de încredere. Scopul elementelor de reglare este indicat în diagrame.

Fig.4. O diagramă schematică a unui stabilizator cu protecție împotriva scurtcircuitelor în sarcină și un circuit tiristor pentru protecție în caz de defecțiune a circuitului stabilizatorului însuși.

Tensiune nominală - 5V, curent - 5A.
RP1 - setarea curentului de funcționare a protecției, RP2 - setarea tensiunii de ieșire

Următorul circuit stabilizator pentru 24V 2A

Fig.5. Schema schematică a unui stabilizator cu protecție împotriva scurtcircuitelor în sarcină.

Tensiune nominală - 24V, curent - 2A.
RP1 - setarea tensiunii de ieșire, R3 - setarea curentului de funcționare a protecției.

Circuitul este proiectat pentru curent de până la 20 de amperi. Tensiunea la ieșirea stabilizatorului este de ±19 volți, iar coeficientul de stabilizare nu este mai mic de 1000. Fiecare braț este alimentat de surse de alimentare izolate galvanic de 24 volți, este asigurată protecție la scurtcircuit.

Partea teoretică despre surse de alimentare

Toate sursele de alimentare existente aparțin uneia dintre cele două grupe: sursă de alimentare primară și secundară. Sursele primare de energie includ sisteme care convertesc energia chimică, luminoasă, termică, mecanică sau nucleară în energie electrică. De exemplu, energia chimică este transformată în energie electrică de către o celulă de sare sau o baterie de elemente, iar energia luminoasă este convertită de o baterie solară.

Compoziția sursei de alimentare primare poate include nu numai convertorul de energie în sine, ci și dispozitive și sisteme care asigură funcționarea normală a convertorului. Adesea, conversia directă a energiei este dificilă și apoi se introduce o conversie intermediară, auxiliară a energiei. De exemplu, energia dezintegrarii intra-atomice la o centrală nucleară poate fi convertită în energia aburului supraîncălzit care rotește turbina unui generator de mașini electrice, a cărei energie mecanică este transformată în energie electrică.

Sursele secundare de energie includ astfel de sisteme care generează energie electrică de alt tip din energia electrică de un tip. De exemplu, sursele secundare de energie sunt invertoarele și convertoarele, redresoarele și multiplicatoarele de tensiune, filtrele și stabilizatorii.

Sursele de alimentare secundare sunt clasificate în funcție de tensiunea nominală de ieșire de funcționare. În același timp, se disting sursele de alimentare de joasă tensiune cu o tensiune de până la 100 V, sursele de alimentare de înaltă tensiune cu o tensiune mai mare de 1 kV și sursele de alimentare cu o tensiune medie de ieșire de la 100 V la 1 kV.

Orice sursă de alimentare secundară este clasificată în funcție de puterea Рn, pe care o pot furniza sarcinii. Există cinci categorii:

microputere (Рн< 1 Вт);
putere redusă (1 W< Рн < 10 Вт);
putere medie (10 W< Рн < 100 Вт);
putere crescută (100 W< Рн < 1 кВт);
putere mare (Рн > 1 kW)

Sursele de alimentare pot fi stabilizate sau nereglementate. În prezența unui circuit de stabilizare a tensiunii de ieșire, sursele stabilizate au o fluctuație mai mică a acestui parametru, față de cele nestabilizate. Menținerea unei tensiuni de ieșire constantă se poate realiza în diferite moduri, dar toate aceste metode pot fi reduse la un principiu parametric sau de compensare de stabilizare. În stabilizatoarele de compensare există un circuit de feedback pentru urmărirea modificărilor parametrului controlat, iar în stabilizatorii parametrici nu există un astfel de feedback.

Orice sursă de alimentare în legătură cu rețea are următorii parametri de bază:

tensiunea de alimentare minimă, nominală și maximă sau modificarea relativă a tensiunii nominale în sus sau în jos;
tip de curent de alimentare: AC sau DC;
numărul de faze de curent alternativ;
frecvența curentului alternativ și intervalul său de fluctuație de la minim la maxim;
coeficient de putere consumată din rețea;
factorul de formă al curentului consumat din rețea, egal cu raportul dintre prima armonică a curentului și valoarea sa efectivă;
constanța tensiunii de alimentare, care se caracterizează prin invarianța parametrilor în timp

În raport cu sarcina, sursa de alimentare poate avea aceiași parametri ca și în raport cu rețeaua de alimentare și, în plus, poate fi caracterizată de următorii parametri:

amplitudinea de ondulare a tensiunii de ieșire sau factorul de ondulație;
valoarea curentului de sarcină;
tip de reglare a curentului și tensiunii de ieșire;
frecvența de ondulare a tensiunii de ieșire a sursei de alimentare, în cazul general, nu este egală cu frecvența curentului alternativ al rețelei;
instabilitatea curentului și tensiunii de ieșire sub influența oricăror factori care degradează stabilitatea.

În plus, sursele de alimentare se caracterizează prin:

eficienţă;
greutate;
dimensiunile per total;
temperatura ambianta si intervalul de umiditate
nivelul de zgomot generat la utilizarea unui ventilator în sistemul de răcire;
rezistenta la suprasarcini si socuri cu acceleratie;
fiabilitate;
timpul dintre eșecuri;
timpul de pregătire pentru muncă;
rezistența la suprasarcini la sarcini și, ca caz special, la scurtcircuite;
prezența izolației galvanice între intrare și ieșire;
prezența ajustărilor și a ergonomiei;
mentenabilitatea.

Dragi vizitatori!

Compania ENERGOCONTINENT vă urează un An Nou Fericit 2020 și Crăciun Fericit!

Vă dorim fericire, dragoste și succes în
activitate profesională!

Stabilizator parametric de tensiune

Stabilizatorii parametrici de tensiune sunt de obicei realizati folosind tranzistoare, stabistoriȘi diode zener.

Acest aparat caracterizată prin eficiență scăzută, drept urmare sunt utilizate ca module de circuite de curent scăzut în care există sarcini nu mai mari de câteva zeci de miliamperi. Cel mai adesea, sunt comune în dispozitivele de stabilizare compensatorie ca surse de tensiune de referință.

Stabilizatorii parametrici de tensiune sunt împărțiți în trotuare, o singură etapăȘi în mai multe etape.

Principiul de funcționare a stabilizatorilor parametrici de tensiune

Vă prezentăm o diagramă a unui dispozitiv simplu de acest tip, care se bazează pe o diodă zener:

• eu st- curent electric printr-o dioda zener
• eu n- sarcina curent electric
• U out \u003d U st- tensiune de iesire stabilizata
• U in- tensiune de intrare nestabilizată
• R0- rezistor de balast (stingere, limitare).

Proprietatea principală a unei diode zener, pe baza căruia funcționează stabilizatorul parametric de tensiune, este că U pe acesta în domeniul de funcționare al caracteristicii curent-tensiune (de la I st min la I st max) rămâne practic același. În acest caz, apar modificări de la U st min la U st max, totuși, se obișnuiește să presupunem că U st min = U st max = U st).

Diagrama compilată a unui stabilizator parametric de tensiune arată clar că corectarea curentului de sarcină sau a intrării U nu are loc(reține aceleași valori ca pe dioda zener). Dar in acelasi timp apar modificări curente trecând prin dioda zener, iar când tensiunea de intrare se modifică, curentul care se deplasează prin rezistorul de balast este reglat. Ca urmare, în rezistența de balast atenuează excesul de tensiune la intrare. Valoarea acestei căderi depinde de curentul care trece prin ea, care, la rândul său, este interconectat cu curentul electric prin dioda zener. Din această cauză, orice corecție a curentului electric prin dioda zener este reflectată direct în cantitatea de cădere U observată în rezistorul de balast.

Pentru a descrie principiul acestei scheme, se utilizează ecuația:

U în \u003d U st + IR 0, unde, ținând cont I \u003d I st + I n, se pare că

U în \u003d U st + (I n + I st) R 0 (1)

Pentru funcționarea perfectă a regulatorului parametric de tensiune, care este determinat de U pe sarcina în intervalul de la Ust min la Ust max, este necesar să se asigure că curentul prin dioda zener rămâne întotdeauna în limitele de la Ist min la Ist max. În special, parametrii minimi ai curentului prin dioda zener sunt interconectați cu U minim la intrare și valoarea maximă a curentului de sarcină.

Rezistența rezistorului de balast este stabilită după cum urmează:

R 0 \u003d (U în min -U st min) / (I n max + I st min) (2)

Parametrii maximi ai curentului prin dioda zener sunt interconectați cu tensiunea maximă de intrare și valoarea minimă a curentului de sarcină.Ca urmare, folosind ecuația (1), este destul de simplu să se stabilească zona în care regulatorul parametric de tensiune functioneaza normal.

Calculul zonei de funcționare normală a dispozitivului de stabilizare:

∆U în \u003d U în max -U în min \u003d U st max + (I n min + I st max) R 0 - (U st min + (I n max + I st min) R 0)

Rearanjand această expresie, obținem:

∆U în \u003d (U st man -U st min) + (I st max -I st min) R 0 - (I n min -I n min) R 0

Sau alta metoda:

∆U in = ∆U st + ∆I st R 0 + ∆I n R 0

Dacă luăm în considerare micile diferențe dintre tensiunea de stabilizare minimă și maximă (U st min și U st max), atunci valoarea primului termen din partea dreaptă a ecuației poate fi redusă la zero, ceea ce în final creează o ecuație care descrie aria funcționalității normale a dispozitivului, dobândind următoarea formă:

∆U în =∆I st R 0 -∆I n R 0 (3)

În cazul unui curent de sarcină constant sau cu modificări minore, utilizat pentru a stabili zona de funcționare normală a dispozitivului formula intra în categoria elementare:

∆U în = ∆I st R 0 (4)

Calculul randamentului stabilizatorilor parametrici

În etapa următoare, vom stabili eficiența stabilizatorului parametric de tensiune considerat. Pentru a-l determina, se utilizează raportul dintre puterea care intră în sarcină și puterea de la intrarea în dispozitiv:

Eficiență \u003d U st I n / U în I.

Ținând cont I \u003d I n + I st primim:

Eficiență \u003d (U st / U in) / (1 + I st / I n)

Ultima formulă dată arată că o creștere a diferenței dintre U la intrarea și la ieșirea stabilizatorului corespunde unei valori crescute a curentului prin dioda Zener, ceea ce degradează semnificativ eficiența..

Exemplu de evaluare a eficienței

Pentru a evalua pe deplin caracteristicile „negative” ale eficienței, folosim formulele de mai sus, dar în același timp reduceți condiționat tensiunea la 5 volți. Pentru a face acest lucru, folosim o diodă zener standard, de exemplu, KS147A. În funcție de caracteristici, curentul din acesta poate varia în interval de la 3 la 53 mA.

Conform termenilor, trebuie să obținem zona de funcționare normală, a cărui lățime este de 4 volți. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați un rezistor de balast de 80 ohmi. Luând în considerare sarcina DC utilizați formula 4(alți parametri „înrăutățesc” situația). Pe baza acestui lucru, se poate calcula prin aplicare formula 2, calcul pentru ce valori curente ar trebui calculate în această situație. Ca urmare, avem 19,5 mA, iar randamentul in astfel de conditii va fi, in functie de U la intrare, 14% -61%.

Pentru a calculați valorile maxime ale curentului de ieșireîn aceleași condiții, este necesar să se schimbe valoarea curentului în ele de la constantă la variabilă în intervalul de la zero la I max. Apoi rezolvând simultan ecuațiile 2 și 3, primim R 0 \u003d 110 Ohm, I max = 13,5 mA. Astfel, este evident că curentul zener maxim este de patru ori mai mare decât curentul maxim de ieșire.

Dezavantajul unui stabilizator parametric este că tensiunea de ieșire este diferită instabilitate impresionantă, dependent direct de curentul de ieșire, ceea ce face ca funcționarea ulterioară a dispozitivului să fie inacceptabilă.

Ca urmare, se poate spune cu certitudine că stabilizatorul parametric de tensiune are un singur avantaj - design simplu. Datorită acestui fapt, aceste dispozitive continuă să existe și sunt chiar caracterizate prin utilizarea în masă în circuite destul de complexe, așa cum sa menționat deja, ca sursă de tensiune de referință.