Регулятор тока на транзисторе: Стабилизатор тока на транзисторе — RadioRadar

Содержание

Простой блок питания с регулировкой напряжения и тока. — Радиомастер инфо

Довольно распространенная схема такого блока питания выполнена на двух транзисторах, силовом p-n-p КТ818 и усилителе КТ815. Схема для начинающих и они часто задают вопрос, можно ли выполнить эту схему на более распространенном силовом n-p-n транзисторе. Сделать можно, результаты даже лучше, чем на КТ818. О том, как это сделать рассказано в этой статье.

Для начала приведу, базовую, назовем ее так, схему простого блока питания на силовом p-n-p транзисторе КТ818.

Схема простого блока питания состоит из понижающего трансформатора Tr1, двухполупериодного выпрямителя на четырех диодах 1N4007, конденсатора фильтра С1, резистора R1, ограничивающего ток стабилитрона VD1, регулятора напряжения R4, усилителя на Т2, силового транзистора Т1, цепи регулировки тока R5 с ограничителем R2, диода развязки тока базы Т2 и резистора, повышающего стабильность работы схемы при разных токах нагрузки R3.

Максимальное выходное напряжение определяется напряжением вторичной обмотки трансформатора, рабочим напряжением стабилитрона VD1, допустимым напряжением транзисторов Т1 и Т2.

Максимальный ток нагрузки определяется мощностью трансформатора Tr1, соответственно диаметром провода вторичной обмотки, током диодов выпрямителя, максимальным током К-Э транзистора Т1, его коэффициентом усиления и как следствие, его током базы и параметрами транзистора Т2, который должен увеличить малый ток от стабилитрона до необходимого значения тока базы силового транзистора Т1, иначе Т1 полностью не откроется и на выходе не будет увеличения напряжения и тока при повороте соответствующих регуляторов (R4, R5).

Учитывая изложенный выше принцип работы схемы, был изготовлен вариант на силовом транзисторе n-p-n по следующей схеме.

В качестве транзисторов были опробованы несколько вариантов:

Т1 – КТ819, КТ805, КТ829, КТ8109, КТ8101

Т2 – КТ814, КТ816, КТ973

Сочетания транзисторов использовались разные. Наилучшие результаты получены на транзисторах Т1 КТ805БМ и Т2 КТ814В1.

Вот как выглядят детали, примененные в этой схеме:

Диапазон регулировки напряжения и тока самый широкий, падение напряжения на силовом транзисторе Т1 самое низкое и соответственно его нагрев меньше.

Что еще важно учитывать при изготовлении этой, и других подобных схем линейных стабилизаторов.

  1. Так как все лишнее напряжение падает на силовом транзисторе Т1, он греется. Больше всего он греется при больших тока и низких напряжениях на выходе. Например, при входном напряжении 16В, выходном 5В и токе 2А на транзисторе Т1 будет падать напряжение 11В. При токе 2А мощность, рассеиваемая на этом транзисторе будет равна 2А х 11В = 22Вт. При приблизительной оценке площади радиатора для Т1 получаем значение более 400 см кв. Это пластина 20х20 см или ребристый радиатор с такой же площадью охлаждения.

  1. Это понижает КПД устройства и делает его применение невыгодным при больших мощностях. Самый простой выход для повышения КПД, подобрать трансформатор с отводами на вторичной обмотке и поставить переключатель. В таком случае при нужном напряжении на выходе 5В на входе можно установить 7В. В этом случае, при том же токе 2А, на транзисторе Т1 будет рассеиваться мощность 4Вт. Это более чем в 4 раза меньше, чем в предыдущем случае.
  2. Схема простого блока питания не имеет эффективной защиты от короткого замыкания в нагрузке и при неблагоприятных ситуациях (большом токе и нагретом Т1) силовой транзистор Т1 может выйти из строя.
  3. Вывод. Данная схема удобна при использовании для токов в нагрузке до 1А. Наиболее рациональным в этом случае является изготовление металлического корпуса для блока питания и использования его в качестве радиатора для транзистора Т1. Главное достоинство – простота, отсутствие дефицитных деталей, а также плавная регулировка напряжения и тока делает схему привлекательной.

Материал статьи продублирован на видео:

Фазовый регулятор мощности на полевом транзисторе » Страница 2 » S-Led.Ru


Обычно фазовые регуляторы мощности переменного тока строятся на основе тиристора или симистора. Эти схемы уже давно стали типовыми и повторены многократно как радиолюбителями, так и в масштабе производства. Но тиристорным и симисторным регуляторам, равно как и ключам, всегда был свойственен один важный недостаток, ограничение минимальной мощности нагрузки.

Так как в данной цепи нет сглаживающего конденсатора напряжение на стабилитроне носит пульсирующий характер. Цепь R1-R2-C1 совместно с диодом VD1 устанавливает фазу пульсирующего напряжения при которой напряжение на конденсаторе С1 достигает порога переключения триггера Шмитта. Изменяя сопротивление данной RC-цепи мы изменяем время задержки открытия ключевого транзистора от момента того, когда напряжение в сети достигает значения 8-10V (значения напряжения порога переключения триггера Шмитта). Поскольку частота сети достаточно стабильна, то момент открытия ключевого транзистора относительно фазы сетевого напряжения поддерживается достаточно стабильным относительно установленного резистором R1.

Диод VD1 вместе с резистором R5 образует цепь ускоренной разрядки конденсатора С1, необходимую для того чтобы этот конденсатора разряжался при приходе фазы сетевого напряжения к нулю. При этом триггер Шмитта переключается в нулевое состояние и ключевой транзистор закрывается. Таким образом, регулируя сопротивление R1 мы изменяем фазу момента открывания ключевого транзистора, и напряжение на нагрузку поступает только в период от этой точки до амплитудного значения.

Таким образом происходит фазовая регулировка мощности. В общем, принцип почти такой же как в тиристорном регуляторе. Теперь о источнике питания микросхемы. Практически микросхема питается напряжением запасенным в конденсаторе С2. На каждой полуволне этот конденсатор заряжается через диод VD2. Затем, при переходе фазы к нулю этот диод закрывается и питание микросхемы поддерживается зарядом конденсатора С2, Поэтому напряжение питания микросхемы постоянное, стабильное и не подверженное пульсациям.

Все детали кроме резистора R1 на печатной плате с односторонней металлизацией. Так как авторский вариант рассчитан на работу с нагрузкой мощностью не более 100W никаких радиаторов не предусмотрено и в мостовом выпрямителе используются диоды КД209. Впрочем, полевому транзистору радиатор не понадобится и при номинальной мощности нагрузки до 400W. А вот диоды придется подобрать более мощные.

Микросхему К561ЛН2 можно заменить на К1561ЛН2. Стабилитрон Д814Г можно заменить другим стабилитроном на напряжение около 10V.

В процессе налаживания может потребоваться подбор сопротивлений резистора R2 (чтобы обеспечить необходимую ширину диапазона регулировки) и резистора R5 (чтобы обеспечивалась разрядка С1). Сопротивление R5 нужно выбрать как можно большим, но таким чтобы при минимальной мощности установленной R1 транзистор не открывался вообще.

Вид печатной платы фазового регулятора мощности

Регулятор мощности на MOSFETах

электроника для дома

Регуляторы мощности переменного тока с фазоимпульсным управлением получили широкое распространение как в устройствах промышленной автоматики, так и в радиолюбительских конструкциях. Регулирующим элементом таких устройств является триодный тиристор, момент (угол) открывания которого регулируется подачей импульса или уровня напряжения на управляющий электрод,

а закрывание происходит в момент уменьшения тока, протекающего через тиристор, до нуля (при активной нагрузке — в момент перехода сетевого напряжения через ноль). Такое управление называется неполным, поскольку можно регулировать только угол открывания тиристора, а момент закрывания не регулируется. Разработанные в последние годы мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) позволяют построить несложный ключ для коммутации переменного тока с полным управлением, т.е. открыванием и закрыванием ключа.

Схема регулятора мощности представлена на рис.1. Силовой ключ выполнен на транзисторах VT1, VT2, включенных встречно-последовательно. Наличие в каждом транзисторе внутреннего защитного диода, включенного параллельно каналу в обратной полярности (анодом к истоку, катодом к стоку), позволяет обеспечивать протекание тока в нагрузке при положительных и отрицательных полупериодах сетевого напряжения.

На трех логических элементах микросхемы DD1 выполнен генератор импульсов с регулируемой скважностью. Частота импульсов — около 2 кГц (значительно выше частоты сетевого напряжения). При наличии высокого уровня на выходе инвертора DD1.3 транзисторный ключ открыт, и ток протекает через нагрузку. При этом в положительный полупериод ток протекает через открытый канал транзистора VT1 и защитный диод транзистора VT2, а в отрицательный полупериод — наоборот, через защитный диод транзистора VT1 и открытый канал транзистора VT2. Если же на выходе DD1.3 — низкий уровень, то оба транзистора закрыты, и нагрузка обесточена. Временные диаграммы работы регулятора показаны на рис.2. Очевидно, что изменение скважности импульсов позволяет изменять мощность нагрузки от нуля до максимального значения, соответствующего полному напряжению сети.

Питание микросхемы DD1 производится от однополупериодного выпрямителя с параметрическим стабилизатором, собранным на элементах R2 VD3, VD4, С2 Следует обратить внимание, что стабилизатора напряжения соединен с истоками полевых транзисторов и с общим проводом микросхемы, поэтому напряжение на затворы транзисторов подается относительно их истоков

Преимущество данного способа регулирования мощности перед фазоимпульсным состоит в том, что коммутация нагрузки происходит со значительно большей частотой, чем в регуляторах на тиристорах, это позволяет регулировать мощность для малоинерционных нагрузок.

Указанные на схеме полевые транзисторы IRF840 имеют следующие параметры: ток стока — 8 А, максимальное напряжение между стоком и истоком — 500 В, сопротивление канала в открытом состоянии — 0,85 Ом, рассеиваемая мощность — 125 Вт. Эти транзисторы можно заменить на IRF740, IRFP450, IRFP460, IRFPC50, IRFPC60, IRFP350, IRFP360 BUZ80. Перед установкой в устройство следует убедиться, что транзистор имеет защитный диод (это легко сделать с помощью омметра). Максимальная мощность нагрузки определяется предельным током открытого транзистора, при этом мощность, выделяющаяся на открытом канале, не должна превышать предельно допустимую Частота генератора в случае необходимости может быть изменена подбором емкости С1.

 

Литература

1. Колдунов А Транзисторы MOSFET. — Радиомир, 2004, N4 С 26

2 Семенов Б.Ю Силовая электроника для любителеи и профессионалов — М. СОЛОН-Р 2001

А.ЕВСЕЕВ,

г.Тула.


Источник стабильного тока от 5 мкА до 20 мА / Хабр

Источник стабильного тока понадобился автору для отладки схем на биполярных транзисторах, которые, как известно, управляются током. Важное требование к нему — изоляция общего провода прибора от общего провода отлаживаемого устройства, поэтому источник питания пришлось взять автономный. Встроенный четырёхразрядный микроамперметр с автоматическим переключением пределов позволяет немного уменьшить количество аппаратуры, одновременно размещаемой на столе экспериментатора.

Идея схемы взята отсюда. Собственно источник стабильного тока устроен так:

Сопротивление резистора R1 некритично, нужно только, чтобы ток базы транзистора Т1 полностью открывал его. Коэффициент передачи тока транзистора BC559C — около 500, верхний предел регулировки тока у источника — 20 мА, значит, 200 мкА через базу — более чем достаточно. Резистор в 10 кОм обеспечит около 1 мА при 10 В, в принципе, можно увеличить его даже до 50 кОм.

Транзисторы Т1 и Т2 должны быть одинаковыми, но при больших токах параметры Т1 всё равно будут немного «уплывать» из-за небольшого нагрева.

Ток, подаваемый устройством во внешнюю цепь, определяется суммарным сопротивлением резисторов R3 — R5. Их функции: R3 — ограничение тока в случае, если оба переменных резистора вывернуты «в нуль», R4 — точная регулировка тока, R5 — грубая. Ток рассчитывается по формуле I=0.7/(R3+R4+R5), поэтому, например, если резистор R3 взять сопротивлением в 27 Ом, верхний предел регулировки тока составит 0.7/27=25,9мА. На практике получилось 21,6 мА, поскольку падение напряжения на транзисторе Т2 оказалось меньше — около 0,6 В.

Полная схема устройства:

«Крона» питает источник стабильного тока, два элемента ААА — четырёхразрядный микроамперметр. Поэтому выключатель питания взят с двумя нормально разомкнутыми группами контактов. Переключатель S1 позволяет отключить верхнюю клемму и замкнуть источник тока накоротко, чтобы настроить его заранее, до подключения к отлаживаемой схеме.

Параметры на практике получились следующими: максимальный ток — 21,6 мА, максимальный ток при «грубом» регуляторе, вывернутом «в нуль» — 0,3 мА, минимальный — 4,7 мкА. Правда, встроенный микроамперметр меньше 10 мкА не показывает, поэтому внешний иногда может и потребоваться. Выставленный ток остаётся практически неизменным при изменении напряжения на внешней цепи от 0 до 8 В.

Микроамперметр сделан из мультиметра с автоматическим переключением пределов JT-033A фирмы SHENZHEN JINGTENGWEI INDUSTRY CO.,LTD: переключатель режимов удалён, вместо него впаяны перемычки, заставляющие его всегда работать в режиме измерения тока.

Расположение компонентов в корпусе следующее:

Jim сделал симуляцию схемы в Falstad, автор её немного переработал для отображения большего количества параметров, получилось:

$ 1 0.000005 7.619785657297057 65 5 50
t 224 240 176 240 0 -1 0.6771607865907852 -0.5873050244463638 500
t 256 272 304 272 0 -1 1.8738439949380101 -0.6771607865907852 500
r 176 304 176 400 0 10000
v 80 288 80 192 0 0 40 9 0 0 0.5
w 176 304 176 272 3
w 176 272 176 256 0
w 176 224 176 32 1
w 176 32 80 32 0
w 80 32 80 192 0
w 80 288 80 400 0
w 80 400 176 400 3
w 176 400 304 400 0
w 304 336 304 288 3
w 304 240 224 240 1
174 304 128 352 48 0 5000 0. 9950000000000001 Resistance
w 176 32 304 32 2
w 304 256 304 240 0
w 304 240 304 208 2
w 304 128 336 128 0
w 352 80 352 128 0
w 352 128 336 128 0
w 256 272 176 272 1
w 304 128 304 208 1
r 304 336 304 400 0 250

Результат симуляции:

А вот результат симуляции при сопротивлении резистора R1 в 100 кОм:

Регулятор напряжения на транзисторе

Регулятор напряжения на транзисторе – специальный прибор, контролирующий напряжение в сети, имеющий в качестве регулирующего элемента мощный транзистор вместо тиристора.

Особенности применения транзисторных регуляторов напряжения

Многие регуляторы напряжения, работающие на тиристорах, отличаются существенными минусами, ограничивающими возможности прибора:

  • вносят значительные помехи в электросеть;
  • допускается использование устройства для регулировки тока с активным сопротивлением;
  • использование транзисторного регулятора не допускается совместно с индуктивными нагрузками.

Вышеописанные проблемы способен решить регулятор напряжения 220 вольт, изготовленный на мощном полевом транзисторе вместо тиристора. Главным преимуществом, соответственно, причиной использования полевых транзисторов является возможность работать при минимальном уровне напряжения сток-исток (будь-то 0,3 или 2в). Регуляторы напряжения изготавливают на транзисторах:

  • chn 716.
  • irfp064n;
  • tl431;
  • кт117;
  • кт805;
  • кт825г;
  • кт827;
  • п210 С;
  • п210ш.

Существует транзисторный мощный импульсный регулятор постоянного напряжения на компараторе, в составе которого находится регулирующий транзистор, простая схема управления, обеспечивающая прием на входы двух аналоговых сигналов. Когда сигнал на одном (прямом) входе больше, нежели на инверсивном, схема выдает «1», и «0», если наоборот. Регуляторы постоянного тока применяются владельцами автотранспортных средств для плавного изменения яркости габаритных огней, ламп освещения автосалона, оборотов вентилятора кондиционера. Использование линейного трехфазного регулятора переменного тока позволяет избежать сетевого перенапряжения.

Простой транзисторный регулятор тока (напряжения 220в) можно изготовить своими руками. Схема способна регулировать практически 90% входного напряжения. На вход прибора подается нестабилизированный ток до 40в, стабилизация на выходе дает результат 12 вольт-24в. Максимально допустимое напряжение, отдаваемое в нагрузку, находится в пределах 10 мили ампер- 3 ампера.

Преимущества схемы с регулятором напряжения на транзисторах

Схема, принцип действия защитных реле иллюстрируют следующие преимущества приборов на базе транзисторов:

  • достаточно простая конструкция регулятора;
  • регуляторы изготавливаются без использования вспомогательного диода;
  • защитная схема транзисторного регулятора не влияет на характеристики генератора;
  • обеспечивается предотвращение перегрева транзистора;
  • при полном разряде аккумулятора срабатывает защитное реле, независимо от значения индекса усиления транзистора.

Также стоит отметить оперативное срабатывание прибора, повышенную надежность защиты, ведь контакты защитного реле в аварийном режиме работы отключают поступление тока к транзисторным электродам.

Как сделать простую схему стабилизированного регулятора постоянного напряжения на 2-х транзисторах.

Достаточно часто возникает необходимость для какого-нибудь электротехнического устройства установить регулятор постоянного напряжения, которым можно было бы настраивать любую нужную величину напряжения. Помимо этого этот регулятор должен быть достаточно стабильный, то есть выдавать на выходе определенное напряжение с незначительными отклонениями. Одной из наиболее простых схем, собранная всего на двух биполярных транзисторах, является приведенных выше вариант. Схема содержит минимум компонентов, она достаточно стабильна и способна выдавать на своем выходе величину постоянного напряжения от нуля до почти подаваемого на ее вход напряжения. Давайте рассмотрим общий принцип действия данной схемы стабилизированного регулятора постоянного напряжения.

На входе схемы стабилизатора стоит входной электролитический конденсатор C1, роль которого сводится к дополнительной фильтрации входного напряжения. Он имеет емкость где-то от 1000 до 2200 микрофарад. Рассчитан он должен на напряжения не менее входного (даже процентов на 25 больше, чем то, что подается на вход схемы).

Далее на схеме стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно увидеть цепочку, состоящую из резистора R1 и стабилитрона VD. Эта цепочка представляет собой простейший параметрический стабилизатор постоянного напряжения. R1 ограничивает силу тока, что протекает через стабилитрон. Этот резистор может иметь величину от 510 Ом до 1 кОм. Стабилитрон должен быть подобран таким образом, чтобы его напряжение стабилизации было на 1,2 вольта больше, чем максимальное выходное напряжение нашей схемы регулируемого стабилизатора напряжения. Это связано с тем, что на каждом транзисторном переходе эмиттер-база будет оседать примерно по 0,6 вольта (поскольку транзисторов два, то и напряжение на них осядет уже 1,2 вольта). Токи, что будут протекать через стабилитрон, будут незначительные (около 5-15 миллиампер). Следовательно стабилитроны подойдут любого типа.

Параллельно стабилитрону VD стоит переменный резистор R2, которым и осуществляется регулировка нужного постоянного напряжения на выходе схемы. Этот резистор является делителем напряжения, что плавно делит напряжение, осевшее на стабилитроне. Величина этого переменного резистора может колебаться в пределах от 10 до 22 кОм. В одной крайнем положении ползунка резистора R2 напряжение на входе схемы регулятора напряжения будет нулевым, в противоположном крайнем положении оно будет соответствовать максимуму (что может выдать сама схема). Тип переменного резистора может быть любым. Лучше брать более компактный и удобный.

Напряжение, что снимается со среднего вывода переменного резистора (делителя напряжения) подается на два последовательно соединенных каскадов транзисторных усилителей тока. Эти транзисторные усилители тока включены по схеме с общем эмиттером (данную схему включения еще называют эмиттерным повторителем). Суть такого подключения заключается в том, что на выходе транзисторного усилителя тока напряжение будет меньше где-то на 0,6 вольта, чем на его входе. То есть, усиления по напряжению не происходит. Зато оно происходит по току, и зависит от коэффициента усиления поставленных в схему транзисторов и количества каскадов таких усилителей.

В эту схему стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно поставить обычные биполярные транзисторы с n-p-n проводимостью. В роли VT1 может выступать транзистор серии КТ315 или КТ3102. Второй транзистор VT2 может быть типа КТ815 (выходной ток до 1,5 ампера) или КТ817 (выходной ток до 3 ампера). Либо поставить любой аналогичный транзистор, рассчитанный на нужную силу тока на выходе схемы. Резисторы R3 и R4 являются нагрузкой для транзисторов, которые позволяют работать данным усилительный каскадам в нужном режиме. Величина этих резисторов 1 кОм.

Ну, и еще один электролитический конденсатор можно заменить на самом выходе схемы регулятора постоянного напряжения. Он также увеличивает фильтрацию выходного напряжения, что делает форму тока более ровной, постоянной. Его величина также может лежать в пределах от 1000 до 2200 мкф.

Приведенная схема уже неоднократно проверена. После пайки она сразу же начинает нормально работать. Как уже сказал выше, схема достаточно проста и имеет малое количество элементов. Если выходные токи будут больше 1 ампера, то к выходному транзистору VT2 нужно будет добавить радиатор, который будет рассеивать выделяемое тепло, образуемое на транзисторе. Это предотвратить чрезмерный перегрев выходного усилительного каскада, что в противном случае может попросту вывести транзистор из строя.

P.S. На выходе этой схемы стабилизированного регулятора постоянного напряжения можно получить любое максимальное значение напряжения. Это уже зависит от входного напряжения и от значения напряжения стабилизации стабилитрона. Также стоит учесть, что электролитические конденсаторы имеют полярность. Их нужно подключать строго плюс к плюсу, а минус к минусу, в противном случае они могут даже взорваться.

Каталог радиолюбительских схем. БЕСПОМЕХОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Каталог радиолюбительских схем. БЕСПОМЕХОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

БЕСПОМЕХОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

А ЧЕКАРОВ, г. Златоуст Челябинской обл.

Большинство регуляторов напряжения (мощности) выполнено на тиристорах по схеме с фазоимпульсным управлением. Как известно, подобные устройства создают заметный уровень радиопомех. Предлагаемый автором статьи регулятор свободен от этого недостатка.

Особенность предлагаемого регулятора (см. схему) — управление амплитудой переменного напряжения, при котором не искажается форма выходного сигнала, в отличие от фазоимпульсного управления. Регулирующий элемент -мощный транзистор VT1 в диагонали диодного моста VD1-VD4, включенного последовательно с нагрузкой. Основной недостаток устройства — его низкий КПД.

Когда транзистор закрыт, ток через выпрямитель и нагрузку не проходит. Если на базу транзистора подать напряжение управления, он открывается, через его участок коллектор—эмиттер, диодный мост и нагрузку начинает проходить ток. Напряжение на выходе регулятора (на нагрузке) увеличивается. Когда транзистор открыт и находится в режиме насыщения, к нагрузке приложено практически все сетевое (входное) напряжение.

Управляющий сигнал формирует маломощный блок питания, собранный на трансформаторе Т1, выпрямителе VD5 и сглаживающем конденсаторе С1. Переменным резистором R1 регулируют ток базы транзистора, а следовательно, и амплитуду выходного напряжения. При перемещении движка переменного резистора в верхнее по схеме положение напряжение на выходе уменьшается, в нижнее — увеличивается. Резистор R2 ограничивает максимальное значение тока управления.

Диод VD6 защищает узел управления при пробое коллекторного перехода транзистора.

Регулятор напряжения смонтирован на плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2,5 мм. Транзистор VT1 следует установить на теплоот-вод площадью не менее 200 см2. При необходимости диоды VD1-VD4 заменяют более мощными, например Д245А, и также размещают на теплоот-воде.

Если устройство собрано без ошибок, оно начинает работать сразу и практически не требует налаживания.

Необходимо лишь подобрать резистор R2.

С регулирующим транзистором КТ840Б мощность нагрузки не должна превышать 60 Вт. Его можно заменить приборами: КТ812Б, КТ824А, КТ824Б, КТ828А, КТ828Б с допустимой рассеиваемой мощностью 50 Вт; КТ856А -75 Вт; КТ834А, КТ834Б — 100 Вт; КТ847А-125ВТ.

Мощность нагрузки допустимо увеличить, если регулирующие транзисторы одного типа включить параллельно: коллекторы и эмиттеры соединить между собой, а базы через отдельные диоды и резисторы подключить к движку переменного резистора.

В устройстве применим малогабаритный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 5…8 В. Выпрямительный блок КЦ405Е можно заменить любым другим или собрать из отдельных диодов с допустимым прямым током не менее необходимого тока базы регулирующего транзистора. Эти же требования относятся и к диоду VD6.

Конденсатор С1 — оксидный, например, К50-6, К50-16 и т. д., на номинальное напряжение не менее 15 В. Переменный резистор R1 — любой с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт.

При монтаже и налаживании устройства следует соблюдать меры предосторожности: элементы регулятора находятся под напряжением сети.

От редакции. Для уменьшения искажения синусоидальной формы выходного напряжения попробуйте исключить конденсатор С1.

Радио №11,1999, с.40.





Ограничитель тока

для регулятора напряжения с использованием транзистора

Когда количество тока, требуемого от источника питания, превышает его максимальную мощность, нам нужен ограничитель тока . (Защита от перегрузки по току)

Регулятор напряжения, который мы используем, состоит из стабилитрона и проходного транзистора. Если ток, требуемый в нагрузке, превышает максимальный ток коллектора транзистора, транзистор может быть поврежден. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо иметь схему, защищающую от сверхтоков.

Как работает ограничитель тока (защита от сверхтока)?

Показанная схема ограничивает ток до безопасного уровня. Мы включили транзистор и дополнительный резистор к стабилизатору напряжения «Транзистор — стабилитрон» (оригинальная схема). Когда стабилизатор напряжения работает, ток, который проходит через нагрузку, также проходит через резистор R.

Напряжение на резисторе R равно: VR = I x R (закон Ома), и это то же напряжение, что и на резисторе R. переход база-эмиттер транзистора Т2.Резистор R имеет заданное фиксированное значение. Единственная ситуация, которая может вызвать изменение напряжения VR, — это изменение тока нагрузки, проходящего через резистор R.

Пока напряжение на резисторе ниже 0,7 В, транзистор T2 выключен и источник напряжения работает. обычно. Если происходит увеличение тока нагрузки (IL), падение напряжения на резисторе R увеличивается, и когда оно достигает 0,7 В, транзистор T2 начинает проводить.

Коллектор транзистора Т2 соединен с базой транзистора Т1, который является проходным транзистором регулятора.

Когда электрический ток в нагрузке превышает максимальное значение, транзистор T2 начинает проводить и забирает немного базового тока транзистора T1, что, в свою очередь, снижает ток коллектора IL (ток нагрузки).

Примечание. Помните, что Ic = β Ib. Для фиксированного β, если мы уменьшим базовый ток (Ib), мы уменьшим ток коллектора (Ic).

Мы можем спроектировать схему регулятора напряжения, подобную этой, для определенной максимальной токовой нагрузки.

Например:


1- Мы хотим разработать регулятор напряжения с ограничителем тока .Максимально допустимый ток 0,5 ампера.

Мы знаем, что напряжение база-эмиттер (Vbe) транзистора T2 составляет 0,7 вольт, а допустимый максимальный ток составляет 0,5 ампер. Резистор, который будет использоваться для достижения нашей цели:

R = Vbe / ILmax = 0,7 В / 0,5 А = 1,4 Ом. Мы можем использовать резистор на 1,5 Ом.

Мощность резистора: (Закон Джоуля)

P = I 2 x R = 0,5 2 x 1,5 = 0,375 Вт. Мы можем использовать резистор 1,5 Ом, ½ Вт.


2- Мы хотим разработать регулятор напряжения с ограничителем тока .Максимально допустимый ток — 2 ампера.

Мы знаем, что напряжение база-эмиттер (Vbe) транзистора T2 составляет 0,7 вольт, а допустимый максимальный ток составляет 2 ампера. Резистор, который будет использоваться для достижения нашей цели:

R = Vbe / ILmax = 0,7 В / 2 ампера. = 0. 35 Ом. Мы можем использовать резистор на 0,33 Ом.

Мощность резистора: (Закон Джоуля)

P = I 2 x R = 2 2 x 0,33 = 1,32 Вт. Мы можем использовать резистор на 0,33 Ом, 2 Вт.

Транзисторный регулятор тока — источники питания


Источники питания

Принципиальная схема регулятора тока представлена ​​ниже.Номинальное входное напряжение этого регулятора составляет 14,5 В. Вариации в допустимое входное напряжение от 12 до 16 вольт. Простая и точная регулировка выходного тока (через нагрузку R L ) в ассортименте от 10 до 100 мА обеспечивается прецизионным потенциометром ( R 5 ).

Транзисторный регулятор тока.

Схема фильтрации на входе состоит из односекционного RC-фильтра. ( R 1 и C 1 ) с постоянной времени 0.047 с и импеданс постоянного тока 10 Ом. Установлено стабильное опорное напряжение. через стабилитрон на 6,8 В ( D 3 ). Изменения в этом опорном напряжении из-за колебаний входного напряжения очень велики. снижается за счет предварительной регулировки с использованием двух серий стабилитронов ( D 1 и D 2 ), работающие при напряжении около 9,9 В. Эти двое Также диоды используются для стабилизации коллекторного напряжения первой усилительной транзистор Q 1 , и, следовательно, улучшить стабильность усиления этого каскад эмиттер-повторитель.

Выходная нагрузка первого транзистора ( Q 1 ) является входной базой транзистор регулирующий ток ( Q 2 ). Высокое усиление тока двойного, прямая связь, конфигурация эмиттер-повторитель обеспечивает чрезвычайно стабильный эмиттер напряжение на регулирующем транзисторе ( Q 1 ) с очень малым токовый ввод от опорного диода ( D 3 ). Поскольку нынешний отклонение от эталонного диода невелико для больших вариаций выходного тока, регулирующие эффекты почти линейны в зависимости от значения сопротивления эмиттера.Изменение потенциала постоянного тока на 1,4 вольта обычно происходит на двух транзисторах. переходов так, чтобы эмиттер регулирующего транзистора находился на около +5,4 В по отношению к отрицательному входному проводу. Текущий через эмиттерные резисторы ( R 4 и R 5 ) тогда равняется 5,4 вольта, разделенному на значение сопротивления, и, следовательно, остается равным постоянное в качестве опорного напряжения на D 3 . Выход ток на коллекторе транзистора тогда

где
I C — выходной ток коллектора,
β — коэффициент усиления транзистора по току, а
I E — ток эмиттера.

Как показывает это уравнение, если β больше, чем примерно 20, большие изменения в β вызывают только небольшие изменения выходного тока. β регулирующего Можно ожидать, что транзистор будет меняться с изменениями напряжения между коллектором и эмиттером. и температура перехода транзистора.




Ограничение тока обратной связи — обзор

6.5.3 Ограничение тока обратной связи

На рисунке 6.20 показана упрощенная принципиальная схема цепи регулятора напряжения, в которой используется ограничение тока обратной связи.Обратите внимание, что резисторы R 4 и R 5 были добавлены в схему ограничения постоянного тока, представленную на рисунке 6.19. В нормальных условиях транзистор Q 2 выключен, и схема работает так же, как и схема незащищенного регулятора, описанная в предыдущем разделе. Действие делителя напряжения вызывает падение напряжения на R 4 , причем верхний конец является наиболее положительным.

РИСУНОК 6.20. Ограничение обратного тока фактически снижает выходной ток в условиях перегрузки.

По мере увеличения тока нагрузки падение напряжения на R 1 увеличивается, как и в цепи постоянного тока. Однако напряжение на R 1 должно не только превышать напряжение включения перехода база-эмиттер Q 2 , чтобы включить Q 2 , но и превышать напряжение по R 4 . Однако как только эта точка возникает, Q 2 начинает проводить и снижает проводимость Q 1 .Это, конечно, вызывает уменьшение как выходного напряжения, так и базового напряжения Q 2 . Однако, поскольку базовое напряжение Q 2 получается через делитель напряжения, оно уменьшается медленнее, чем выходное напряжение. И поскольку эмиттер Q 2 подключен к выходному напряжению, оно также должно уменьшаться быстрее, чем базовое напряжение. Это заставляет Q 2 проводить еще более жесткую проводку, дополнительно ограничивая выходной ток.

Если ток нагрузки превышает определенный порог, схема «отбрасывает» выходной ток. То есть, даже если выход закорочен непосредственно на землю, ток будет ограничен до значения, которое меньше максимального нормального рабочего тока, что в условиях перегрузки является очень желательной характеристикой. Поскольку проходной транзистор будет иметь полное входное напряжение на нем, когда выход закорочен на землю, он подвержен сильному рассеянию мощности. Фактически, описанная выше схема ограничения постоянного тока имеет максимальное рассеивание мощности в условиях короткого замыкания.За счет обратного сброса тока в условиях перегрузки рассеивание проходного транзистора уменьшается, и можно использовать устройство меньшего размера.

Регулируемые блоки питания

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Разберитесь в работе последовательных регуляторов напряжения.
  • • Регулятор простой серии.
  • • Обратная связь и усиление ошибок.
  • • Защита от сверхтока (ограничение тока).
  • • Защита от перенапряжения.

Регуляторы напряжения серии Simple

Рис. 2.2.1 Регулятор Simple Series

На рис. 2.2.1 R S и D Z образуют простой регулятор SHUNT, как описано в модуле источника питания 2.1. Однако в этой схеме они используются для обеспечения стабильного опорного напряжения V Z на базе Tr1.Напряжение эмиттера Tr1 обычно будет примерно на 0,7 В ниже, чем напряжение базы, и поэтому V OUT будет при более низком напряжении, чем напряжение базы.

В ВЫХ = V Z — V BE

Если выходное напряжение V OUT падает из-за повышенного потребления тока нагрузкой, это приведет к увеличению V BE и, как следствие, ток через транзистор (от коллектора к эмиттеру) увеличится. Это обеспечит дополнительный ток, необходимый для нагрузки, и, таким образом, регулирует выходное напряжение V OUT .

Если V OUT имеет тенденцию к увеличению из-за уменьшения потребности в токе со стороны нагрузки, то это уменьшит V BE , поскольку напряжение эмиттера возрастает, а базовое напряжение остается стабильным из-за D Z . Это уменьшение V BE приведет к выключению транзистора, уменьшению протекания тока и повторному регулированию выходного напряжения V OUT .

Этот регулирующий эффект обусловлен тем, что базовый потенциал Tr1 поддерживается стабильным посредством D Z , так что любое изменение напряжения эмиттера, вызванное изменяющимся током, вызывает изменение V BE , изменяя проводимость транзистора Tr1, что обычно будет силовым транзистором.Это действие противодействует изменению тока нагрузки. Однако с помощью этой простой схемы регулирование не является идеальным, и изменения на выходе действительно происходят по следующим причинам.

Рис. 2.2.2 Рабочая область стабилитрона

1. Любое увеличение тока нагрузки (I L ) вызывает небольшое увеличение базового тока на соотношение I L / hfe. Это, в свою очередь, вызывает увеличение V BE , и поскольку выходное напряжение V OUT = V Z — V BE , любое увеличение V BE имеет тенденцию к снижению выходного напряжения.Величина этого падения составляет около 0,25 В для изменения выходного тока с 10 мА до 1 А.

2. Поскольку ток базы увеличивается с нагрузкой, ток через стабилитрон D Z будет уменьшаться по мере увеличения тока, потребляемого базой Tr1. Поскольку характеристика диода имеет наклон во всем рабочем диапазоне, как показано на рис. 2.2.2, большое изменение тока стабилитрона (ΔI) вызовет очень небольшое изменение напряжения стабилитрона (δV). Это, в свою очередь, немного повлияет на V BE и выходное напряжение.

3. По причинам 1 и 2, указанным выше, любое изменение нагрузки приведет к несовершенному регулированию, поэтому любое изменение на выходе немного изменит нагрузку на входной цепи. Поскольку вход обычно берется от нерегулируемого источника питания, на входное напряжение легко повлияют небольшие изменения тока нагрузки. Поскольку входное напряжение также является источником опорного напряжения V Z , любое изменение выходного тока за счет влияя на входное напряжение, может оказывать заметное влияние на выходное напряжение, немного снижая эффективность регулирования.

Каждый из вышеперечисленных эффектов невелик, но в сумме они дают общий эффект, заметный, когда предложение работает в условиях спроса. Тем не менее, эта недорогая схема достаточно эффективна для многих приложений и более эффективна, чем шунтирующий регулятор. Кроме того, при использовании подходящего силового транзистора последовательный стабилизатор можно использовать для более высоких нагрузочных токов, чем шунтирующая конструкция.

Рис. 2.2.3 Серийный регулятор с усилителем обратной связи и ошибки

Обратная связь и усиление ошибок.

Для улучшения простого последовательного регулятора в базовую последовательную схему можно добавить цепь обратной связи и усилитель ошибки.

На рис. 2.2.3 представлена ​​структурная схема последовательного регулятора с усилением погрешности. В этой системе опорное напряжение V Z сравнивается с напряжением обратной связи V F , которое является частью фактического выходного напряжения. Разница между двумя входами создает напряжение ошибки, которое используется для изменения проводимости элемента управления, исправляя любую ошибку в выходном напряжении.

Принципиальная схема

.

Принципиальная схема этой системы представлена ​​на рис. 2.2.4. Tr1 — это последовательный управляющий элемент. Обычно это силовой транзистор, установленный на массивном радиаторе, чтобы обеспечить необходимое рассеивание мощности.

Стабильное опорное напряжение обеспечивается R4 и D1 от нерегулируемого входного напряжения. Tr2 — это усилитель ошибки, и его коэффициент усиления определяется значением резистора нагрузки R3. Tr2 сравнивает долю выходного напряжения V F , подаваемого обратно от делителя выходного потенциала R1 / R2, со стабильным опорным напряжением V Z через стабилитрон D Z .

Рис. 2.2.4 Принципиальная схема для рис. 2.2.3

Выходное напряжение V OUT на рис. 2.2.4 можно выразить как:

V OUT = (V Z + V BE2 ) + (V OUT — V F )

Где:

В Z — напряжение на D Z

В BE2 — напряжение база / эмиттер Tr2

В F — напряжение обратной связи, полученное от ползунка VR1

Следовательно:

(V Z + V BE2 ) — напряжение на R2 и нижней части VRI

.

и

(V OUT — V F ) — это напряжение на R1 и верхней части VRI

.

Если напряжение обратной связи V F изменить регулировкой потенциометра VR1, разница между V F и V Z изменится.Это вызовет изменение ошибки управления напряжением Tr1 и изменение выходного напряжения V OUT . Таким образом, VR1 обеспечивает переменное выходное напряжение, которое после установки остается стабильным при этой настройке.

Регулирующее действие схемы определяется напряжением на переходе база / эмиттер Tr2, то есть разницей между V F и V Z .

Если V OUT имеет тенденцию к увеличению, то V F — V Z также увеличивается.Это увеличивает ток коллектора Tr2 и, следовательно, увеличивает п.о. через R3, уменьшая базовое напряжение и, следовательно, напряжение база / эмиттер Tr1, уменьшая проводимость Tr1, тем самым уменьшая ток, протекающий к нагрузке.

Выходное напряжение V OUT уменьшается таким образом до тех пор, пока не будет достигнут баланс, поскольку часть обратной связи (V F ) V OUT также уменьшается. Общий эффект заключается в том, что выходной сигнал поддерживается на уровне, который зависит от пропорции обратной связи, установленной переменным резистором (частью R1 / R2).

Если выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, то V F тоже. Напряжение база / эмиттер Tr2 уменьшается из-за стабильного V Z на эмиттере. Tr2 проводит меньше, и ток через R3 падает, уменьшая p.d. через это. Напряжение базы Tr1 увеличивается, и увеличивается проводимость управляющего транзистора. Это увеличивает выходной ток и V OUT до тех пор, пока V F снова не будет на правильном уровне.

Цепи защиты

Защита от перегрузки по току (ограничение тока)

Рис.2.2.5 Регулятор серии с защитой от перегрузки по току

На рис. 2.2.5 показано, как можно защитить последовательный стабилизатор от чрезмерного тока, потребляемого нагрузкой. Это предотвратит повреждение источника питания в случае слишком большого тока, потребляемого на выходе, или даже полного короткого замыкания на выходных клеммах.

Добавлены два компонента: Tr3 и R5. Резистор R5 имеет очень низкое значение (обычно менее 1 Ом).

Когда ток нагрузки поднимается выше заданного значения, небольшое напряжение, развиваемое на R5, станет достаточным (около 0.7v), чтобы включить Tr3. Поскольку Tr3 подключен к переходу база / эмиттер основного управляющего транзистора Tr1, включение Tr3 приведет к уменьшению напряжения база / эмиттер Tr1 на величину, зависящую от величины избыточного тока. Выходному току не позволено превысить заданное значение, даже если на выходных клеммах произойдет полное короткое замыкание. В этом случае напряжение базы / эмиттера Tr1 будет снижено практически до нуля вольт, предотвращая ток Tr1. В этих условиях выходное напряжение будет падать до нуля, пока сохраняется состояние перегрузки по току, но питание не будет повреждено.

Рис. 2.2.6 Серийный стабилизатор с защитой от перегрузки по току и перенапряжения

Защита от перенапряжения.

При использовании регулируемых источников входное напряжение постоянного тока регулятора часто значительно превышает требуемое выходное напряжение. Поэтому, если происходит сбой блока питания, возможно, что регулируемое выходное напряжение может внезапно подняться до уровня, который может повредить другие компоненты. По этой причине в стабилизированные источники питания часто встречается защита от перенапряжения.Цепь, показанная на рис. 2.2.6, иногда называют «ломовой» цепью, потому что, когда она работает, она вызывает полное короткое замыкание поперек выхода, аналогичный эффекту падения металлического лома на положительный вывод и вывод заземления!

Работа цепи лома.

На рис. 2.2.6 стабилитрон D Z 2 имеет напряжение пробоя немного меньше максимально допустимого значения для V OUT . Остальная часть V OUT разработана для R6, VR2 и R7.

VR2 — это потенциометр, так что напряжение может сниматься с цепи резисторов для правильного смещения диода D1. У этого диода катод удерживается на 0 В с помощью R8, а VR2 настроен так, чтобы D1 просто не проводил, то есть его анодное напряжение примерно на 0,5 В выше, чем его катодное напряжение.

Теперь, если V OUT увеличивается, напряжение на R6, VR2 и R7 вырастет на ту же величину, а напряжение на D Z 2 останется прежним. Следовательно, будет существенное повышение напряжения на ползунке R7, которое заставит D1 проводить ток, подавая импульс тока на затвор тиристора Th2, заставляя его «загораться» и сильно проводить, пока V OUT не упадет практически до 0v.R9 включен для ограничения результирующего тока, протекающего через тиристор, до безопасного уровня.

Большой ток, протекающий при возгорании Th2, теперь приведет к срабатыванию схемы ограничителя тока, как описано ранее. Это безопасно отключит питание до тех пор, пока сверхток, вызванный Th2, не исчезнет, ​​что, конечно же, произойдет, как только V OUT достигнет 0 В, но если перенапряжение все еще будет присутствовать, когда Th2 выключится и V OUT повысится. опять же, схема повторно сработает, в результате чего напряжение на нагрузке будет постоянно меняться между его нормальным значением и нулем; безобидный, но явный симптом проблемы перенапряжения.

Повышение выходного тока сверхнизкого шума и сверхвысокого уровня PSRR LT3042 Линейный стабилизатор на 200 мА

LT0342 — это линейный стабилизатор на 200 мА, от 1,8 В до 20 В, предназначенный для малошумящих радиочастотных и беспроводных цепей. Он имеет лучший в отрасли выходной шум 0,8 мкВ RMS (от 10 Гц до 100 кГц) и впечатляющий PSRR 79 дБ на частоте 1 МГц. Несколько клиентов попросили способы увеличить ток выше 200 мА при сохранении низкого уровня шума и высокого PSRR. В этой статье рассматриваются три способа увеличения выходного тока и приводятся практические данные, которые помогут вам решить, какой метод лучше всего подходит для условий вашей схемы.Три способа:

  1. Использование внешнего транзистора PNP
  2. Использование внешнего NPN-транзистора
  3. Использование нескольких LT3042 параллельно

В качестве силовых транзисторов PNP и NPN выбраны ON Semiconductor D45Vh20 и D44Vh20 соответственно.

Несколько факторов определяют PSRR линейного регулятора. К ним относятся усиление разомкнутого контура внутреннего контура управления, полоса пропускания усилителя ошибки, частота единичного усиления, выходной ток, эффективное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора и температурные эффекты. Поскольку LT3042 уже включает в себя транзистор с внутренним проходом и заранее заданный контур регулирования, некоторые из этих параметров уже зафиксированы. Что мы можем сделать, так это настроить схемы PNP и NPN для оптимизации производительности схемы.

Сначала изучите зависимость спектральной плотности шума от частоты LT3042. Обратите внимание, как увеличение конденсатора C SET (конденсатора на опорном напряжении) улучшает плотность шума на более низких частотах, а увеличение выходного конденсатора (C OUT ) улучшает плотность шума в диапазоне частот от 300 кГц до 2 МГц.

LT3042 поддерживает отличный PSRR, когда он приближается к своему падению напряжения. График ниже показывает PSRR как функцию входного / выходного дифференциального напряжения. Типичное падение напряжения составляет 350 мВ при полной нагрузке 200 мА. Выше дифференциала входа / выхода 1 В PSRR больше 70 дБ для частот от 100 кГц до 2 МГц.

Для схемы PNP мы можем настроить импеданс цепи между эмиттером и базой, а также отрегулировать выходной конденсатор. Резистор 10 Ом между базой транзистора Д45Вх20Г и эмиттером ограничивает ток от базы к выводу IN LT3042.Чем выше значение этого резистора, тем быстрее переходный процесс и выше получается PSRR. Однако чем выше этот резистор, тем более нестабильной становится система. Поэтому мы добавляем последовательно конденсатор 22 мкФ с сопротивлением 0,2 Ом для стабильности. Эти значения были получены опытным путем. Чем выше емкость конденсатора, тем выше полученный PSRR. Наилучшие характеристики также достигаются при использовании выходного конденсатора с низким эффективным последовательным сопротивлением (ESR) и низкой эффективной последовательной индуктивностью (ESL). Был выбран конденсатор емкостью 10 мкФ.

LT3042 с внешним PNP для увеличения I OUT

Результаты теста показаны ниже. Первый график представляет собой график зависимости спектральной плотности шума схемы от частоты при 1 А в сравнении с графиком спектральной плотности шума LT3042 при 0,2 А. Обратите внимание, что внешняя схема PNP дает аналогичные характеристики примерно на частоте 1 МГц. На частоте 1 МГц два графика расходятся, причем схема PNP показывает резкое падение плотности шума, за которым следует заметное увеличение на более высоких частотах.

График ниже слева показывает изменение PSRR vs.частота при реализации решения с внешним PNP с дифференциалом входа / выхода 2 В. Обратите внимание, что PSRR по-прежнему очень хорош (PSRR 70 дБ означает, что любой коммутационный шум ослабляется примерно на 3000), но снижение производительности PSRR на 10 дБ (по сравнению с LT3042 без PNP) означает, что LT3042 без PNP в 3 раза лучше. Обратите внимание на то, как PSRR улучшается при уменьшении тока нагрузки. График справа показывает, как PSRR изменяется при увеличении разности входного / выходного напряжения. Перечисление результатов в порядке наивысшего PSRR дает 100 кГц, 2 МГц, 500 кГц, а затем 1 МГц.

PSRR, V IN -V OUT = 2V

PSRR, I ВЫХ = 1,5 А

Теперь давайте перейдем к анализу с использованием транзистора NPN для увеличения выходного тока, как показано на схеме ниже. При нормальной работе (без внешнего транзистора) вывод OUT подключается непосредственно к OUTS (вывод измерения выходного напряжения). Тем не менее, для повышения стабильности схемы, цепь импеданса между выводами OUT и OUTS настраивается. Резистор 10 кОм ограничивает ток, протекающий от базы, непосредственно к OUTS.Конденсатор 10 мкФ стабилизирует систему.

LT3042 с внешним NPN для увеличения I OUT

На приведенном ниже графике показана разница в плотности шума между схемой LT3042 200 мА и решением LT3042 плюс 1 А с NPN. Решение NPN имеет немного более высокую плотность шума примерно до 100 кГц, но затем его плотность шума значительно падает. Вблизи 3 МГц график показывает крест.

На графике ниже и слева показано изменение PSRR в зависимости от частоты для схемы NPN при тех же условиях, что и для схемы PNP.Сравнение этих результатов показывает аналогичную тенденцию тока нагрузки, а именно: PSRR увеличивается с увеличением тока нагрузки. При одинаковом выходном токе для обеих схем (например, 1 А) схема NPN начинается с гораздо более низкого значения PSRR (60 дБ) и довольно стабильно возрастает почти до 80 дБ с увеличением частоты; данные схемы PNP имеют искривленную форму — они начинаются с высокого PSRR (80 дБ), падают примерно до 60 дБ и затем снова повышаются на более высоких частотах примерно до 70 дБ.

PSRR, V IN -V OUT = 2V

PSRR, I OUT = 1.0A

Теперь посмотрите на график дифференциала PSRR и V IN -to-V OUT справа. Несмотря на то, что выходной ток немного ниже, чем у аналогичной схемы PNP, описанной выше (1 А против 1,5 А), можно сделать некоторые общие наблюдения. Во-первых, PSRR ухудшается по мере того, как MOSFET приближается к отключению. Кроме того, PSRR улучшается как минимум на 20 дБ с дифференциалом между V IN и V OUT , превышающим 3,5 В. Для схемы NPN ранжирование частот от самой высокой до самой низкой с лучшим показателем PSRR, указанным первым, составляет: 2 МГц, 1 МГц, 100 кГц и 500 кГц.Обратите внимание, как это отличается от схемы PNP, которая имеет порядок ранжирования частот 100 кГц, 2 МГц, 500 кГц, а затем 1 МГц.

Затем понаблюдайте за переходной характеристикой для цепей PNP и NPN. При шаге нагрузки 1 А схема NPN показывает гораздо большее время установления, но имеет более низкое пиковое напряжение примерно на 25%. Цель выделения вышеупомянутых различий — не дать подробное объяснение причин, а показать, как различные компоненты и состояния схемы могут повлиять на работу схемы.Без надлежащего понимания и оценки эти различия могут привести к проблемам с производительностью, стабильностью и надежностью.

Переходный процесс NPN

Переходная характеристика PNP

Другой способ увеличения выходного тока — параллельное соединение выходов нескольких LT3042. LT3042 имеет прецизионный источник эталонного тока на кристалле, что упрощает параллельное включение выходов и распределение тока. На каждом выходе требуется небольшой балластный резистор, чтобы выходы не боролись друг с другом.На рисунке ниже показаны четыре LT3042 с параллельными выходами для получения решения 0,8 А.

Ключевым преимуществом параллельных устройств является уменьшение спектральной плотности выходного шума. Чтобы лучше понять, почему это происходит, обратитесь к блогу «Параллельное соединение усилителей улучшает характеристики SNR». Хотя в этом блоге обсуждается шум усилителя, ту же концепцию можно применить к выходному шуму линейного регулятора. На приведенном ниже графике показаны результаты для LT3042, LT3042 с внешним PNP-транзистором, LT3042 с внешним NPN-транзистором и с параллельной схемой LT3042.Как и ожидалось, наилучшая производительность у параллельного решения.

Еще одно преимущество параллельных устройств в том, что PSRR не уменьшается; он остается относительно постоянным, как показывает следующий график, в отличие от схем NPN и PNP. Данные цепи NPN имеют светло-коричневый цвет, данные PNP — синий, данные LT3042 — красный цвет, а данные параллельной цепи LT3042 — зеленый цвет. Красная и зеленая линии очень похожи; параллельная цепь поддерживает высокий PSRR по частоте.

Наконец, параллельная схема LT3042 имеет наилучшую переходную характеристику, как и следовало ожидать.Дополнительные схемы цепей NPN и PNP усложняют контур управления и замедляют переходную характеристику. При параллельном подключении четырех LT3042 (800 мА) переходная характеристика имеет меньшие выбросы и недопустимые значения и устанавливается примерно в 20 раз быстрее, чем схема 1A PNP, и в 100 раз быстрее, чем решение 1A NPN.

Таким образом, существует несколько способов увеличения выходного тока сверхнизкого шума, сверхвысокого PSRR LT3042. Судя по приведенным выше данным, параллельное решение дает лучший PSRR, лучшую спектральную плотность шума и лучший переходный отклик.Если какая-либо из этих спецификаций является критически важной, рекомендуется это решение. Это решение также обеспечивает ограничение тока и защиту от теплового отключения. Однако компромисс — это стоимость решения.

Решение PNP более экономично и имеет лучший PSRR, когда требуется выходной ток более 1А. Он имеет падение напряжения 1,5 В (приблизительное) и не обеспечивает защиты от теплового отключения.

Решение NPN также является экономичным и имеет лучший PSRR, когда выходной ток меньше 1А.Он также имеет падение напряжения 1,5 В (приблизительное) и не обеспечивает защиты от теплового отключения.

Транзисторный регулятор напряжения



(источник: Electronics World , август 1963 г. )

ДЖОН Р. ГЁРКИ / Служба связи Хеллера

КОЛИЧЕСТВО компаний мобильной радиосвязи используют автомобильный аккумулятор и комбинация двигатель-генератор для оснащения испытательного радиостенда низковольтным оборудованием, сильноточная мощность.Однако гораздо больше магазинов используют аккумуляторные батареи и зарядное устройство. Немногие компании, если таковые имеются, будут использовать просто обычные низковольтные блок питания, преобразующий 117-вольтовый переменный ток. линия на сильноточный постоянный ток В Причина этого в том, что обычный источник питания обычно имеет очень плохое регулирование напряжения для требований по току, которые сильно колеблются при кнопка передачи радиоприемника нажимается и отпускается. Также на выходе Импеданс источника питания обычно высокий по сравнению с сопротивлением накопителя. аккумулятор.Можно приобрести регулируемый низковольтный сильноточный источник питания, но это будет сравнительно дорого, и приложение может не гарантировать такие затраты.


——— Простой транзисторный стабилизатор серии используется вместе с обычным авторегулятором.

Комбинация автомобильного аккумулятора и зарядного устройства, вероятно, наиболее популярны у обслуживающего персонала. Зарядное устройство подключено к аккумулятору а затем включается, когда радиоприемник ставится на верстак для обслуживания.После магнитола ремонтируется и отключается от источника, разрешено зарядное устройство поработать некоторое время, чтобы снова разрядить аккумулятор.

Затем необходимо выключить зарядное устройство и отсоединить аккумулятор так, чтобы он не разряжается через блок питания. Неудобство просмотра над аккумулятором, чтобы он не перезарядился, и отключите его, чтобы не разряжается, устраняется обычным автомобилем регулятор напряжения, как будет описано.


Рис. 1. Принципиальная схема обычного тройного реле напряжения и тока. регулятор, используемый в автомобилях.

Регулятор стандартного напряжения

Стандартный регулятор напряжения (рис. 1) состоит из трех основных компонентов. Первое из них — реле отключения RL3.

Это реле нормально разомкнуто, когда двигатель работает медленно или не работает. вообще и предотвращает разряд аккумулятора обратно через генератор.Когда двигатель работает и мощность генератора начинает расти, ток идет от генератора через последовательные и шунтирующие катушки к заземляет и подает питание на реле; подключение генератора к аккумулятору. Второе реле, RL2, представляет собой вибрационный регулятор тока, который управляет выходной ток генератора с шунтирующей обмоткой. Этот регулятор сохраняет токовый выход генератора в безопасных пределах, так как генератор с шунтовой обмоткой не имеет встроенных функций ограничения тока.

Третий компонент — реле контроля напряжения вибрации, RL1. Весна натяжение якоря регулятора напряжения реле удерживает контакты закрывается, пока выход генератора не достигнет заданного напряжения. Как напряжение приближается к этому значению, ток через обмотку катушки намагничивает сердечник достаточно, чтобы опустить якорь, тем самым размыкая контакт точки. Это подключает сопротивление последовательно с обмоткой возбуждения и снижает выходное напряжение.

Биметаллический шарнир обычно используется на якоре регулятора, чтобы для размыкания точек контакта в холодную погоду потребуется большее напряжение поскольку для зарядки аккумулятора в холодных условиях необходимо более высокое напряжение.

Транзисторный регулятор напряжения

Транзисторный электромеханический регулятор напряжения — это просто обычный автомобильный регулятор, подключенный к транзисторной схеме, которая занимает место функции поля генератора.См. Рис. 2. Используется с обычным нерегулируемый источник питания или зарядное устройство и аккумулятор на 12 вольт. Реле регулятора напряжения и тока штатного регулятора управления. ток возбуждения генератора путем добавления сопротивления к нормально заземленный конец цепи возбуждения. Резисторы, найденные на оригинальном регуляторе должны быть удалены в транзисторном приложении, так как реле будут теперь используется для управления базовым током силового транзистора.

Реле отключения работает в транзисторной системе так же, как и в автомобиле. Когда блок питания включен, ток течет через серийная и шунтирующая обмотки. Два результирующих магнитных поля действуют в том же направлении и добавить, чтобы потянуть вниз якорь реле, подключив аккумулятор к питанию через транзистор.

Когда питание отключено, напряжение батареи выше, чем напряжение питания (заряд остался в конденсаторах фильтра), обратный ток течет от АКБ к земле в шунтирующей обмотке и от АКБ к источнику питания на землю в последовательной обмотке.Эти два течения теперь будет создавать противоположные полюса в сердечнике выреза и магнитного потяните за фиксаторы якоря реле, размыкая цепь, чтобы аккумулятор не разряжать обратно через блок питания.


— Нижняя сторона радиатора транзистора, показывающая размещение базы резистор смещения. Обратите внимание на подключение к изолированной клеммной колодке.

Регулятор тока RL2 ограничивает максимальную величину протекающего тока. из источника питания.Полный ток зарядки, идущий на аккумулятор должен проходить через обмотку катушки регулятора тока. Это текущие наборы магнитное поле и натянуть якорь реле. Если текущий (и результирующее магнитное притяжение) превышает то, при котором натяжение якоря установлен, реле размыкается, отсоединяя базу транзистора от земли и отключение тока, идущего к батарее. Как только цепь в открытом состоянии, однако, поле регулятора схлопывается и реле возвращается в исходное положение.Этот, в свою очередь, снова настраивает поле и процесс повторяется от 150 до 250 раз в секунду. Это действие служит для предотвращения превышения энергопотребления. его максимальная номинальная токовая нагрузка.


Рис. 2. Схема использования последовательного транзистора.

Для удвоенного токового выхода можно использовать второй транзистор.

Регулятор напряжения RL1 регулирует максимальное напряжение на клеммах аккумуляторной батареи. Когда напряжение батареи достигает некоторого заранее определенного напряжения во время зарядки (около 15 вольт) ток в обмотке шунта создает достаточно магнитного сила тянуть якорь реле вниз против натяжения пружины. Этот открывает цепь базы транзистора и отключает зарядный ток. Когда напряжение аккумулятора немного уменьшается, магнитное поле ослабевает. и позволяет контактам снова замкнуться. Это включает транзистор и позволяет источнику питания снова зарядить аккумулятор. Этот цикл повторяется от 50 до 200 раз в секунду, чтобы вызвать вибрацию якоря и т. удерживайте напряжение на достаточно постоянном уровне.

——-

Детали конструкции простой схемы последовательного регулятора, которая спроектирована для использования с нерегулируемым настольным источником питания или зарядным устройством и аккумуляторной батареей.Занят для обслуживания мобильной радиосвязи.

———

При включении питания и замкнутых контактах RL1 и RL2, около 600 мА. базовых текущих потоков; транзистор теперь «повернут» включен или насыщен. Сопротивление коллектор-эмиттер очень низкое (около 0,080 Ом) и максимальный ток коллектора (ток зарядки). Когда контакты RL1 или RL2 размыкаются из-за чрезмерного напряжения или тока, базовый ток не протекает, и транзистор «повернут» выкл. «или отрезать.Импеданс коллектор-эмиттер очень высок; приближающийся состояние разомкнутой цепи.

RL1 можно регулировать в диапазоне напряжений, изменяя натяжение пружины. на реле якоря. RL2 следует отрегулировать для ограничения тока коллектора. до 10 ампер при использовании одного транзистора. Если больше зарядного тока требуется, можно подключить еще один транзистор (Q2), как показано на рис. 2 пунктирными линиями. Два транзистора могут выдерживать ток 20 ампер, обеспечивая используемый блок питания способен выдерживать 20 ампер при 16 вольт d.c.

Регулятор, показанный на фотографиях, был сконструирован для зарядного тока. 5 ампер при 16 вольт. Транзистор должен иметь коллекторный ток. номинал, достаточный для выдерживания желаемого зарядного тока. Показанный это 2N174.

Однако можно использовать силовой транзистор 2N277, 2N278 или 2N441. Четное некоторые транзисторы «по выгодной цене» могут использоваться в большинстве случаев, так как максимальное напряжение коллектор-эмиттер составляет 16 вольт или меньше.

При установке транзистора на радиатор немного силиконовой смазки. должен быть помещен между ним и радиатором для лучшей теплопроводности.Радиатор электрически соединен с коллектором транзистора. поэтому следует позаботиться о том, чтобы ничто с другим потенциалом не могло коротко против него.

Радиатор имеет площадь около 80 квадратных дюймов и трехконтактный барьерная планка, установленная на одном конце для подключения к эмиттеру транзистора, базовый резистор и коллектор. Резистор смещения базы помещается под радиатор с помощью изоляционной стойки, как показано на одном фотографий.Радиатор установлен вертикально под испытательный стенд. наряду с обычным автомобильным регулятором напряжения.


Базовые знания регулятора напряжения (1/4)

Обзор линейного регулятора CMOS

История линейных стабилизаторов CMOS относительно нова. Они разработали портативные электронные устройства с батарейным питанием. Поскольку процессы CMOS используются в крупных интегральных схемах, таких как LSI и микропроцессоры, они постоянно миниатюризируются. Используя все преимущества технологии миниатюризации, линейные КМОП-регуляторы превратились в ИС управления питанием, которые широко используются в портативной электронике для реализации низкопрофильного, низкого падения напряжения и низкого тока питания.

Чем они отличаются от биполярных линейных регуляторов?

Как правило, линейный стабилизатор CMOS обеспечивает более низкий ток питания по сравнению с биполярным линейным регулятором. Это связано с тем, что биполярный процесс управляется током, а процесс CMOS — напряжением.[См. Рисунок 1]

[Рис. 1] Устройство, управляемое током и устройство, управляемое напряжением

Транзистор биполярный

Ток проходит между эмиттером и коллектором, когда ток базы включен. Чтобы получить выходной ток, должен быть включен базовый ток.

МОП-транзистор

Ток проходит между истоком и стоком, когда напряжение заряжается на затворе. После того, как электрический заряд заряжен, ток для включения не требуется.

Линейные регуляторы, для которых не требуется синхронизация, особенно подходят для достижения низкого тока питания, поскольку рабочий ток регуляторов может быть почти нулевым в цепях, отличных от аналоговых рабочих цепей.

Примером биполярных линейных регуляторов являются многоцелевые 3-контактные регуляторы серии 78. Поскольку диапазон входного напряжения этой серии достигает 30 В ~ 40 В, а серия может потреблять ток более 1 А, серия используется в различной бытовой технике и промышленном оборудовании.Тем не менее, ряды не имеют низкого отсева, потому что структура вывода ряда — NPN Darlington Output. В таблице 1 приведены некоторые основные характеристики серии.

[Таблица 1] Основные характеристики универсальных регуляторов серии 78
Серия продуктов Максимальный
Выходной ток
Номинальное входное напряжение
Напряжение
Рабочий
Ток
Падение напряжения
78xx 1A 35 В, 40 В 4 ~ 8 мА 2 В при 1 А
78Mxx 500 мА 35 В, 40 В 6 ~ 7 мА 2 В при 350 мА
78Nxx 300 мА 35 В, 40 В 5 ~ 6 мА 1. 7 В при 200 мА
2 В при 300 мА
78Lxx 100 мА 30В, 35В, 40В 6 ~ 6,5 мА 1,7 В при 40 мА

Тем не менее, количество процессов, необходимых для биполярных линейных регуляторов, составляет примерно половину или две трети процесса CMOS, и поэтому биполярный линейный регулятор более рентабелен, чем стабилизатор CMOS, даже если размер его матрицы больше. Таким образом, биполярный линейный регулятор лучше подходит для использования с большим током или высоким напряжением.С другой стороны, технологии миниатюризации процесса CMOS хорошо разработаны и имеют такие преимущества, как низкое напряжение, малое падение напряжения, малый размер и низкое энергопотребление.

Где и как используется CMOS?

Линейные стабилизаторы КМОП

широко используются в портативных электронных устройствах с батарейным питанием из-за их низкого падения напряжения и низких характеристик потребляемого тока. Регуляторы LDO (Low Dropout) позволяют использовать батарею до предела, и поэтому регуляторы теперь являются важными ИС управления питанием для таких устройств, как мобильные телефоны, цифровые камеры и портативные компьютеры, чтобы иметь длительный срок службы батареи.Поскольку стабилизаторы LDO обеспечивают большой ток с малым перепадом входного-выходного напряжения при минимальных тепловых потерях, они могут удовлетворить широкий диапазон требований к току каждого устройства.

Некоторые регуляторы с низким током питания используют ток автономного питания менее 1 мкА. Благодаря этой особенности, эти типы регуляторов могут поддерживать ток питания электронных устройств и беспроводных приложений, таких как мобильные телефоны, на максимально низком уровне, когда эти устройства находятся в спящем режиме.Поскольку эти регуляторы также могут обеспечить преимущества технологии миниатюризации CMOS, они открывают большой потенциал для мобильных электронных устройств, которым требуется низкий профиль и высокая точность.

Пакеты

Стандартные пакеты, используемые для линейных стабилизаторов CMOS: SOT-23 и SOT-89. В последнее время также стали доступны сверхмалые пакеты, такие как CSP (пакет масштабирования микросхемы). Поскольку разработка ИС управления питанием обусловлена ​​развитием мобильных устройств, они обычно помещаются в небольшие корпуса для поверхностного монтажа.На рисунке 1 показаны типичные упаковки.

[Рисунок 1] Примеры пакетов регуляторов CMOS

SOT-89: Стандартный комплект мини-пресс-формы

SOT-23: Стандартный пакет мини-пресс-форм

USP-6C: Стандартная упаковка типа USP

USPQ-4B04: Стандартная упаковка типа USP

USP-6B06: Стандартный корпус типа USP

WLP-5-02: Стандартный пакет типа WLP

Особенности: Что умеет CMOS?

Идея линейных регуляторов в качестве ИС управления питанием заключается в том, что они напрямую подключаются к батарее или адаптеру переменного тока, поэтому вы должны обращать внимание на максимальное входное напряжение. Правила проектирования ИС для процессов CMOS меняются в зависимости от максимального входного напряжения, а максимальное входное напряжение и технология микроминиатюризации находятся в обратной зависимости; они не действуют взаимно, как «большее служит меньшему». Если вы выберете высокое входное напряжение, тогда размер ИС будет больше, а его производительность снизится, а если вы выберете ИС небольшого размера, вам нужно будет осторожно относиться к максимальному входному напряжению. Существуют различные стабилизаторы CMOS с различным максимальным входным напряжением для различных приложений.Вы должны выбрать наиболее подходящие, внимательно изучив типы источников питания и желаемые характеристики вашего устройства [см. Таблицу 2].

[Таблица 2] Категории продукции по рабочему напряжению (трехконтактные регуляторы напряжения)
Рабочее напряжение Серия продуктов Пакет
USP-3 СОТ-23 СОТ-89 СОТ-223 К-252
1. 5 В ~ 6 В XC6218
1,8 В ~ 6 В XC6206
2 В ~ 10 В XC6201
2 В ~ 20 В XC6202
2 В ~ 28 В XC6216
Линейные стабилизаторы CMOS

можно разделить на категории с низким потребляемым током, большим током, высоким напряжением, высокоскоростным, LDO и т. Д.Для этих категорий нет строгого определения, но обычно «низкий ток питания» — это те, у которых ток питания составляет несколько мкА, «большой ток» — те, которые могут потреблять 500 мА или более, «высокое напряжение» — те, которые имеют напряжение от 15 В до 20 В или более, а «высокоскоростной» — это те, у которых частота подавления пульсаций составляет приблизительно 60 дБ при 1 кГц. «LDO» также не имеет точного определения. Первоначально это относилось к низкому выпадению выхода PNP и выхода P-ch MOSFET по сравнению с выпадением выхода эмиттерного повторителя NPN и выхода NPN Дарлингтона биполярного линейного регулятора.На рисунке 2 показаны типы выходных транзисторов. В наши дни значение менее 2 Ом при 3,3 В при преобразовании сопротивления во включенном состоянии становится одним из стандартов определения.

[Рисунок 2] Модели выходных драйверов

Выход повторителя эмиттера NPN

Цепь управления должна быть на 0,6 В (базовое напряжение) выше, чем выходной контакт, чтобы протекать базовый ток. Схема управления работает от входного источника питания, поэтому необходимо падение напряжения 0,6 В.

NPN Выход Дарлингтона

1.Требуется падение напряжения 2 В или более, поскольку схема состоит из 2 цепей эмиттерных повторителей. Схема может выводить большой ток, потому что базовый ток нагрузочного транзистора может быть усилен предварительным драйвером.

Транзисторный выход PNP

PMOS транзисторный выход

Транзистор включается, когда входное напряжение ниже, чем напряжение базы и / или подается напряжение затвора. Нет ограничений на входное напряжение источника питания по отношению к выходному напряжению.Падение напряжения невелико, потому что схема работает, если есть базовое напряжение или напряжение затвора, а также входное напряжение питания, которое может управлять схемой управления.

Помимо вышеуказанных типов регуляторов, существуют регуляторы с функцией ВКЛ / ВЫКЛ с помощью вывода Chip Enable в зависимости от потребности, композитные регуляторы с 2 или 3 каналами, регуляторы со встроенным детектором напряжения и многое другое. Такое разнообразие — еще одна особенность CMOS. Это связано с тем, что процесс CMOS может легко масштабировать схемы и снизить ток питания, поскольку он может полностью отключить определенные блоки ИС, когда схемы отключаются по отдельности. На рисунке 3 показана блок-схема 2-канальных выходных регуляторов серии XC6415. Этот продукт может включать и выключать VR1 и VR2 независимо.

[Рисунок 3] Блок-схема 2-канального регулятора (серия XC6415)

Внутренняя схема и основная структура

Внутренняя схема состоит из источника опорного напряжения, усилителя ошибки, резистора с предварительной установкой выходного напряжения и выходного P-канального MOSFET-транзистора.Некоторые схемы также имеют ограничитель постоянного тока, схему возврата и функцию теплового отключения в целях защиты. Поскольку сложно построить опорные схемы с запрещенной зоной, которые используются для биполярных процессов в качестве источника опорного напряжения, обычно используемые источники опорного напряжения являются уникальными для процесса CMOS. По этой причине температурные характеристики выходного напряжения, как правило, немного хуже, чем у биполярных линейных регуляторов.

Кроме того, внутренняя фазовая компенсация и схемы различаются в зависимости от типов регуляторов, таких как малый ток питания, высокая скорость и совместимость с конденсаторами с низким ESR.Например, в то время как регулятор низкого тока питания обычно использует два усилителя, высокоскоростной регулятор иногда содержит три усилителя. На рисунке 4 показана принципиальная блок-схема высокоскоростного регулятора.

Добавляя буферный усилитель между предусилителем и выходным P-канальным MOSFET-транзистором, буферный усилитель может управлять нагрузочным P-ch MOSFET-транзистором с более высокой скоростью, несмотря на большую емкость затвора. Выходное напряжение может быть определено номиналами разделенных резисторов R1 и R2, а предельное значение тока определяется номиналами разделенных резисторов R3 и R4.Каждое значение точно устанавливается путем обрезки. Многие регуляторы высокоскоростного типа совместимы с конденсаторами с низким ESR, такими как керамические конденсаторы, поскольку они в основном используются для беспроводных приложений и портативных электронных устройств, и поэтому необходимо их уменьшение.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *