Obvody regulátora napätia pomocou tranzistora a Zenerovej diódy

V tomto článku sa budeme komplexne zaoberať tým, ako vyrábať prispôsobené tranzistorové obvody regulátora napätia v pevných režimoch a tiež v premenných režimoch.

Všetky lineárne napájacie obvody, ktoré sú navrhnuté tak, aby produkovali stabilizovaný, konštantné napätie a prúdový výstup v zásade obsahujú tranzistorové a zenerove diódové stupne na získanie požadovaných regulovaných výstupov.

Tieto obvody využívajúce diskrétne časti môžu byť vo forme trvale pevného alebo konštantného napätia alebo stabilizovaného nastaviteľného výstupného napätia.

Najjednoduchší regulátor napätia

Pravdepodobne najjednoduchším typom regulátora napätia je zenerov bočníkový stabilizátor, ktorý pracuje s použitím základnej zenerovej diódy na reguláciu, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Zenerove diódy majú menovité napätie ekvivalentné zamýšľanému výstupnému napätiu, ktoré sa môže tesne zhodovať s požadovanou výstupnou hodnotou.

Pokiaľ je napájacie napätie pod menovitou hodnotou zenerovho napätia, vykazuje maximálny odpor v rozmedzí mnohých megohmov, čo umožňuje napájanie bez obmedzenia.

Avšak v okamihu, keď sa napájacie napätie zvýši nad menovitú hodnotu „zenerovho napätia“, vyvolá to výrazný pokles jeho odporu, čo spôsobí, že sa cez neho prepätie prepne na zem, kým napájanie neklesne alebo nedosiahne úroveň zenerovho napätia.

V dôsledku tohto náhleho posunutia poklesne napájacie napätie a dosiahne zenerovu hodnotu, čo spôsobí, že sa zenerov odpor znova zvýši. Cyklus potom pokračuje rýchlo a zaisťuje, že napájanie zostáva stabilizované na menovitej zenerovej hodnote a nikdy nesmie prekročiť túto hodnotu.

Ak chcete dosiahnuť vyššie uvedenú stabilizáciu, musí byť vstupné napájanie o niečo vyššie ako požadované stabilizované výstupné napätie.

Prekročenie napätia nad hodnotu zenera spôsobí spustenie vnútorných „lavínových“ charakteristík zenera, čo spôsobí okamžitý posunovací efekt a pokles napájania, kým nedosiahne zenerovu hodnotu.

Táto činnosť pokračuje nekonečne a zaisťuje stabilné stabilizované výstupné napätie ekvivalentné Zenerovmu hodnoteniu.

Výhody stabilizátora napätia Zener

Zenerove diódy sú veľmi užitočné tam, kde je vyžadovaná regulácia konštantného napätia s nízkym prúdom.

Zenerove diódy sa ľahko konfigurujú a dajú sa za každých okolností použiť na získanie primerane presného stabilizovaného výkonu.

Vyžaduje si iba jeden rezistor na konfiguráciu stupňa regulátora napätia na základe zenerovej diódy a je možné ho rýchlo pridať do ľubovoľného obvodu pre dosiahnutie zamýšľaných výsledkov.

Nevýhody Zenerových stabilizátorov

Aj keď je zenerovo stabilizovaný napájací zdroj rýchly, ľahký a efektívny spôsob dosiahnutia stabilizovaného výkonu, má niekoľko závažných nevýhod.

• Výstupný prúd je nízky, čo môže podporovať vysoké prúdové zaťaženie na výstupe.
• K stabilizácii môže dôjsť iba pri nízkych vstupných / výstupných diferenciáloch. To znamená, že vstupné napájanie nemôže byť príliš vysoké ako požadované výstupné napätie. V opačnom prípade môže odpor záťaže rozptýliť obrovské množstvo energie, čo spôsobí, že systém bude veľmi neefektívny.
• Prevádzka zenerovej diódy je všeobecne spojená s generovaním šumu, ktorý môže kriticky ovplyvniť výkon citlivých obvodov, ako sú napríklad konštrukcie hi-fi zosilňovačov, a ďalšie podobné zraniteľné aplikácie.

Používanie „zosilnenej Zenerovej diódy“

Toto je zosilnená zenerova verzia, ktorá využíva BJT na vytvorenie variabilného zenera so zvýšenou schopnosťou manipulácie s výkonom.

Poďme si predstaviť, že R1 a R2 majú rovnakú hodnotu., Čo by vytvorilo dostatočnú úroveň predpätia pre základňu BJT a umožnilo BJT optimálne správanie. Pretože minimálna požiadavka na dopredné napätie základného vysielača je 0,7 V, BJT vykoná a vypne akúkoľvek hodnotu, ktorá je nad 0,7 V alebo najviac 1 V v závislosti od konkrétnych charakteristík použitého BJT.

Takže výstup bude stabilizovaný na približne 1 V. Výstupný výkon z tohto „zosilneného variabilného zenera“ bude závisieť od výkonu BJT a hodnoty odporu záťaže.

Túto hodnotu je však možné ľahko zmeniť alebo upraviť na inú požadovanú úroveň jednoduchou zmenou hodnoty R2. Alebo jednoduchšie nahradením R2 hrncom. Rozsah oboch R1 a R2 Pot môže byť čokoľvek medzi 1K a 47K, aby ste dostali plynule variabilný výstup od 1V do úrovne napájania (max. 24V). Pre väčšiu presnosť môžete použiť nasledujúci vzorec oddeľovača:

Výstupné napätie = 0,65 (R1 + R2) / R2

Nevýhoda Zenerovho zosilňovača

Nevýhodou tohto návrhu je opäť vysoký rozptyl, ktorý sa úmerne zvyšuje so zvyšovaním vstupného a výstupného rozdielu.

Pre správne nastavenie hodnoty záťažového rezistora v závislosti od výstupného prúdu a vstupného napájania je možné vhodne použiť nasledujúce údaje.

Predpokladajme, že požadované výstupné napätie je 5 V, požadovaný prúd je 20 mA a napájací vstup je 12 V. Potom pomocou Ohmovho zákona máme:

Zaťažovací odpor = (12 - 5) / 0,02 = 350 ohmov

príkon = (12 - 5) x 0,02 = 0,14 wattu alebo jednoducho 1/4 wattu.

Obvod tranzistorového regulátora série

Sériový regulátor, ktorý sa tiež nazýva sériový priechodný tranzistor, je v podstate premenlivý odpor vytváraný pomocou sériovo pripojeného tranzistora s jedným z napájacích vedení a záťažou.

Odpor tranzistora voči prúdu sa automaticky upravuje v závislosti od výstupného zaťaženia, takže výstupné napätie zostáva konštantné na požadovanej úrovni.

V obvode sériového regulátora musí byť vstupný prúd o niečo väčší ako výstupný prúd. Tento malý rozdiel je jedinou veľkosťou prúdu, ktorý sám využíva regulačný obvod.

Výhody regulátora série

Primárnou výhodou obvodu sériového regulátora v porovnaní s regulátorom typu bočníka je jeho lepšia účinnosť.

To vedie k minimálnemu rozptýleniu energie a plytvaniu teplom. Kvôli tejto veľkej výhode sú sériové tranzistorové regulátory veľmi populárne v aplikáciách vysokonapäťových regulátorov napätia.

Tomu sa však dá vyhnúť, ak je veľmi nízka potreba energie alebo keď účinnosť a tvorba tepla nepatria medzi zásadné problémy.

Sériový regulátor môže v zásade jednoducho obsahovať zenerovský bočníkový regulátor, ktorý zaťažuje obvod vyrovnávacej pamäte sledovača emitora, ako je uvedené vyššie.

Zisk jednotkového napätia môžete nájsť kedykoľvek, keď je použitý stupeň sledovača emitora. To znamená, že keď sa na jeho základňu použije stabilizovaný vstup, všeobecne dosiahneme stabilizovaný výstup aj z vysielača.

Pretože sme schopní získať vyšší prúdový zisk od sledovača emitorov, dá sa očakávať, že výstupný prúd bude oveľa vyšší v porovnaní s aplikovaným základným prúdom.

Preto aj keď je základný prúd v zenerovom bočnom stupni okolo 1 alebo 2 mA, čo sa tiež stáva pokojnou spotrebou prúdu konštrukcie, na výstupe môže byť k dispozícii výstupný prúd 100 mA.

Vstupný prúd sa sčítava s výstupným prúdom spolu s 1 alebo 2 mA využívanými zenerovým stabilizátorom, a z tohto dôvodu dosahuje dosiahnutá účinnosť vynikajúcu úroveň.

Vzhľadom na to, že vstupné napájanie do obvodu je dostatočne dimenzované na dosiahnutie očakávaného výstupného napätia, môže byť výstup prakticky nezávislý od úrovne vstupného napájania, pretože je priamo regulovaný základným potenciálom Tr1.

Zenerova dióda a oddeľovací kondenzátor vytvárajú na základni tranzistora dokonale čisté napätie, ktoré sa replikuje na výstupe a generuje prakticky bez šumu.

To umožňuje tomuto typu obvodov schopnosť dodávať výstupy s prekvapivo nízkym zvlnením a šumom bez zahrnutia obrovských vyhladzovacích kondenzátorov a s rozsahom prúdu, ktorý môže byť až 1 zosilňovač alebo dokonca viac.

Pokiaľ ide o úroveň výstupného napätia, nemusí sa to presne rovnať pripojenému Zenerovmu napätiu. Je to preto, že medzi základňou a vysielačom tranzistora existuje pokles napätia približne 0,65 voltu.

Tento pokles je následne potrebné odpočítať od hodnoty zenerovho napätia, aby bolo možné dosiahnuť minimálne výstupné napätie obvodu.

To znamená, že ak je zenerova hodnota 12,7 V, potom výstup na emitori tranzistora môže byť okolo 12 V, alebo naopak, ak je požadované výstupné napätie 12 V, potom je potrebné zvoliť zenerovo vytočenie 12,7 V.

Regulácia tohto regulačného obvodu série nebude nikdy rovnaká ako regulácia zenerovho obvodu, pretože sledovač emitora jednoducho nemôže mať nulovú výstupnú impedanciu.

A pokles napätia v stupni musí mierne stúpať v reakcii na zvyšujúci sa výstupný prúd.

Na druhej strane by sa dala očakávať dobrá regulácia, keď zenerov prúd vynásobený prúdovým ziskom tranzistora dosiahne minimálne 100-násobok očakávaného najvyššieho výstupného prúdu.

Regulátor vysokého prúdu s použitím Darlingtonových tranzistorov

Aby sme to presne dosiahli, často to znamená, že by sa malo použiť niekoľko tranzistorov, môžu byť 2 alebo 3, aby sme mohli na výstupe dosiahnuť uspokojivý zisk.

Základný obvod s dvoma tranzistormi, ktorý aplikuje sledovač emitorov Darlingtonov pár je uvedený na nasledujúcich obrázkoch, kde je znázornená technika aplikácie 3 BJT v konfigurácii Darlingtonovho vysielača.

Všimnite si, že začlenením dvojice tranzistorov dôjde k vyššiemu poklesu napätia na výstupe približne 1,3 voltu cez základňu prvého tranzistora na výstup.

Je to tak kvôli skutočnosti, že z každého tranzistora sa oholí zhruba 0,65 voltu. Ak sa vezme do úvahy obvod s tromi tranzistormi, mohlo by to znamenať pokles napätia mierne pod 2 volty cez základňu prvého tranzistora a výstupu atď.

Spoločný regulátor napätia vysielača s negatívnou spätnou väzbou

Pekná konfigurácia je niekedy videná v konkrétnych dizajnoch, ktoré majú niekoľko bežné emitorové zosilňovače so 100% čistou negatívnou spätnou väzbou.

Toto nastavenie je znázornené na nasledujúcom obrázku.

Napriek skutočnosti, že bežné stupne emitora majú zvyčajne značný stupeň zosilnenia napätia, nemusí to v tomto prípade nastať.

Je to kvôli 100% negatívnej spätnej väzbe, ktorá je umiestnená cez kolektor výstupného tranzistora a vysielač tranzistora budiča. To umožňuje zosilňovaču dosiahnuť zisk presnej jednoty.

Výhody spoločného regulátora vysielača so spätnou väzbou

Táto konfigurácia funguje lepšie v porovnaní s a Darlington Pair regulátory založené na sledovači emitorov kvôli jeho zníženému poklesu napätia cez vstupné / výstupné svorky.

Pokles napätia dosiahnutý týmito konštrukciami je sotva okolo 0,65 voltu, čo prispieva k vyššej účinnosti, a umožňuje obvodu pracovať efektívne bez ohľadu na to, či nestabilizované vstupné napätie je alebo nie je iba o niekoľko stoviek milivoltov vyššie ako očakávané výstupné napätie.

Eliminátor batérie pomocou obvodu regulátora série

Uvedený obvod eliminátora batérie je funkčnou ilustráciou konštrukcie vytvorenej pomocou základného sériového regulátora.

Model je vyvinutý pre všetky aplikácie pracujúce s 9 V DC s maximálnym prúdom nepresahujúcim 100 mA. Nie je to vhodné pre zariadenia, ktoré vyžadujú relatívne vyššie množstvo prúdu.

T1 je a 12-0 - 12 bol 100 mA transformátor ktorý dodáva izolovanú izoláciu ochrany a znižovanie napätia, zatiaľ čo jeho stredné vinuté sekundárne vinutie ovláda základný usmerňovač push-pull s filtračným kondenzátorom.

Bez zaťaženia bude výstup okolo 18 voltov DC, čo pri úplnom zaťažení môže klesnúť na približne 12 voltov.

Obvod, ktorý funguje ako stabilizátor napätia, je v skutočnosti konštrukciou základného sériového typu, ktorý obsahuje R1, D3 a C2, aby získal regulovaný nominálny výstup 10 V. Zenerov prúd sa pohybuje okolo 8 mA bez zaťaženia a do približne 3 mA pri plnom zaťažení. Rozptyl generovaný z výsledkov R1 a D3 je minimálny.

Sledovač párov Darlingtonovho páru tvorený TR1 a TR2 je viditeľný nakonfigurovaný ako výstupný vyrovnávací zosilňovač, ktorý poskytuje prúdový zisk asi 30 000 pri plnom výstupe, pričom minimálny zisk je 10 000.

Pri tejto úrovni zosilnenia, keď jednotka pracuje s prúdom 3 mA pri plnom zaťažovacom prúde, a minimálny zisk i nevykazuje takmer žiadnu odchýlku v poklese napätia na zosilňovači, aj keď prúd záťaže kolíše.

Skutočný pokles napätia z výstupného zosilňovača je približne 1,3 voltu a pri miernom vstupe 10 voltov ponúka výstup zhruba 8,7 voltov.

Vyzerá to takmer rovnako ako špecifikovaných 9 V, ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že aj skutočná 9 voltová batéria môže počas prevádzkovej doby vykazovať odchýlky od 9,5 V do 7,5 V.

Pridanie aktuálneho limitu k sériovému regulátoru

Pre vyššie vysvetlené regulátory je zvyčajne dôležité pridať ochranu výstupu proti skratu.

To môže byť potrebné, aby bola konštrukcia schopná poskytnúť dobrú reguláciu spolu s nízkou výstupnou impedanciou. Pretože zdroj napájania má veľmi nízku impedanciu, môže v prípade náhodného skratu výstupu prejsť veľmi vysoký výstupný prúd.

To by mohlo spôsobiť, že sa výstupný tranzistor spolu s niekoľkými ďalšími časťami okamžite spália. Typická poistka nemusí jednoducho poskytnúť dostatočnú ochranu, pretože k poškodeniu pravdepodobne dôjde rýchlo predtým, ako by poistka mohla zareagovať a vybuchnúť.

Najjednoduchší spôsob, ako to implementovať, je pridať do obvodu obmedzovač prúdu. Jedná sa o doplnkové obvody bez priameho vplyvu na výkon konštrukcie za normálnych pracovných podmienok.

Avšak obmedzovač prúdu môže spôsobiť rýchle zníženie výstupného napätia, ak sa pripojená záťaž pokúsi odoberať značné množstvo prúdu.

Výstupné napätie sa v skutočnosti zníži tak rýchlo, že napriek skratu umiestnenému na výstupe je prúd dostupný z obvodu o niečo vyšší ako jeho maximálna hodnota.

Výsledok obvodu obmedzujúceho prúd je dokázaný v nižšie uvedených údajoch, ktoré zobrazujú výstupné napätie a prúd s ohľadom na postupné znižovanie impedancie záťaže, ako sa dosahuje pri navrhovanej jednotke eliminátora batérií.

The obvody obmedzujúce prúd funguje iba s použitím niekoľkých prvkov R2 a Tr3. Jeho odozva je v skutočnosti taká rýchla, že jednoducho eliminuje všetky možné riziká skratu na výstupe, čím poskytuje výstupným zariadeniam ochranu proti poruchám. Fungovanie obmedzenia prúdu možno chápať tak, ako je vysvetlené ďalej.

R2 je zapojený do série s výstupom, čo spôsobí, že napätie vyvíjané na R2 bude úmerné výstupnému prúdu. Pri výstupných odberoch dosahujúcich 100 mA nebude napätie generované na R2 stačiť na spustenie na Tr3, pretože ide o kremíkový tranzistor, ktorý vyžaduje na zapnutie minimálny potenciál 0,65 V.

Keď však výstupné zaťaženie prekročí hranicu 100 mA, vytvorí dostatočný potenciál cez T2, aby adekvátne zapol Tr3 do vedenia. TR3 zase spôsobí, že určitý prúd fto prúdi smerom k Trl cez zápornú napájaciu koľajnicu cez záťaž.

To má za následok určité zníženie výstupného napätia. Ak sa záťaž ďalej zvyšuje, vedie k proporcionálnemu zvýšeniu potenciálu v sieti R2, čo núti Tr3 zapínať ešte silnejšie.

To následne umožňuje, aby sa vyššie prúdové množstvá posunuli smerom k Tr1 a záporná čiara cez Tr3 a záťaž. Táto činnosť ďalej vedie k proporcionálne stúpajúcemu poklesu napätia na výstupnom napätí.

Aj v prípade skratu na výstupe bude pravdepodobne Tr3 tvrdo predpätý, čo spôsobí, že výstupné napätie klesne na nulu, čím sa zabezpečí, že výstupný prúd nesmie nikdy prekročiť značku 100 mA.

Variabilne regulovaný napájací zdroj

Stabilizované napájacie zdroje s premenlivým napätím pracujú s podobným princípom ako typy regulátorov pevného napätia, ale vyznačujú sa a riadenie potenciometrom čo umožňuje stabilizovaný výstup s premenlivým rozsahom napätia.

Tieto obvody sú najvhodnejšie ako stolové a dielenské napájacie zdroje, aj keď sa dajú použiť aj v aplikáciách, ktoré pre analýzu vyžadujú rôzne nastaviteľné vstupy. Pre tieto úlohy slúži potenciometer napájacieho zdroja ako prednastavený ovládač, ktorým je možné prispôsobiť výstupné napätie napájacieho zdroja požadovaným úrovniam regulovaného napätia.

Vyššie uvedený obrázok ukazuje klasický príklad obvodu regulátora premenlivého napätia, ktorý poskytne plynule stabilizovaný stabilizovaný výstup od 0 do 12V.

Hlavné rysy

• Rozsah prúdu je obmedzený na maximum 500 mA, aj keď sa dá vhodnou modernizáciou tranzistorov a transformátora zvýšiť na vyššiu úroveň.
• Konštrukcia poskytuje veľmi dobrú reguláciu šumu a zvlnenia, ktorá môže byť nižšia ako 1 mV.
• Maximálny rozdiel medzi vstupným napájaním a regulovaným výstupom nie je väčší ako 0,3 V ani pri plnom zaťažení výstupu.
• Regulovaný variabilný zdroj energie je možné ideálne použiť na testovanie takmer všetkých typov elektronických projektov s požiadavkou na vysoko kvalitné regulované zdroje.

Ako to funguje

V tomto prevedení vidíme obvod potenciálového deliča zahrnutý medzi výstupný stupeň Zenerovho stabilizátora a vstupný vyrovnávací zosilňovač. Tento potenciálny rozdeľovač je vytvorený VR1 a R5. Toto umožňuje nastavenie posuvného ramena VR1 od minima 1,4 voltu, keď je blízko základne dráhy, až do zenerovej úrovne 15 V, zatiaľ čo je v najvyššom bode rozsahu nastavenia.

Na výstupnom stupni vyrovnávacej pamäte existujú zhruba 2 volty, ktoré umožňujú rozsah výstupného napätia od 0 V do približne 13 V. Z vyššie uvedeného je zrejmé, že horný rozsah napätia je citlivý na čiastočné tolerancie, ako napríklad 5% tolerancia na zenerove napätie. Preto môže byť optimálne výstupné napätie o niečo vyššie ako 12 voltov.

Niekoľko typov efektívnych obvod ochrany proti preťaženiu môže byť veľmi dôležitý pre akékoľvek napájanie zo stola. To môže byť nevyhnutné, pretože výstup môže byť citlivý na náhodné preťaženia a skraty.

V súčasnom dizajne používame pomerne priame obmedzenie prúdu, určené Trl a jeho prepojenými prvkami. Keď je jednotka prevádzkovaná za normálnych podmienok, napätie generované cez R1, ktoré je zapojené do série s napájacím príkonom, je príliš malé na spustenie vedenia Trl.

V tomto scenári obvod funguje normálne, okrem malého poklesu napätia, ktorý ukazuje R1. Toto nemá takmer žiadny vplyv na účinnosť regulácie jednotky.

Je to preto, že stupeň R1 prichádza pred obvody regulátora. V prípade preťaženia vystrelí potenciál indukovaný cez R1 až okolo 0,65 voltu, čo prinúti Tr1 zapnúť, na základe základného prúdu získaného z rozdielu potenciálov generovaného cez rezistor R2.

To spôsobí, že R3 a Tr1 budú odoberať značné množstvo prúdu, čo spôsobí, že pokles napätia na R4 sa podstatne zvýši a výstupné napätie sa zníži.

Táto akcia okamžite obmedzuje výstupný prúd na maximum 550 až 600 mA aj napriek skratu na výstupe.

Pretože funkcia obmedzenia prúdu obmedzuje výstupné napätie na prakticky 0 V.

R6 je zostavený ako záťažový rezistor, ktorý v podstate zabraňuje príliš nízkemu výstupnému prúdu a vyrovnávaciemu zosilňovaču nemôže pracovať normálne. C3 umožňuje zariadeniu dosiahnuť vynikajúcu prechodnú odozvu.

Nevýhody

Rovnako ako každý bežný lineárny regulátor, je stratový výkon v Tr4 určený výstupným napätím a prúdom a je maximálny s potenciálom upraveným na nižšie výstupné napätia a vyššie výstupné záťaže.

Za najťažších okolností môže byť cez Tr4 indukovaných 20 V, čo spôsobí, že cez ne bude pretekať prúd okolo 600 mA. To má za následok stratu výkonu v tranzistore okolo 12 wattov.

Aby to bolo možné tolerovať po dlhú dobu, musí byť zariadenie nainštalované na pomerne veľkom chladiči. VR1 je možné nainštalovať s veľkým ovládacím gombíkom uľahčujúcim kalibráciu stupnice zobrazujúcej značky výstupného napätia.

Zoznam položiek

• Rezistory. (Všetky 1/3 wattu, 5%).
• R1 1,2 ohmov
• R2 100 ohmov
• R3 15 ohmov
• R4 1k
• R5 470 ohmov
• R6 10k
• VR1 4.7k lineárny uhlík
• Kondenzátory
• C1 2200 uF 40V
• C2 100 uF 25V
• C3 330 nF
• Polovodiče
• Tr1 BC108
• Tr2 pred Kr. 107
• Tr3 BFY51
• Tr4 TIP33A
• DI až D4 1N4002 (4 vyp.)
• D5 BZY88C15V (15 voltov, 400 mW zenerova)
• Transformátor
• T1 Štandardná sieťová primárna, 17 alebo 18 voltov, 1 ampér
• sekundárne
• Prepnúť
• S1 D.P.S.T. rotačný sieťový alebo prepínací typ
• Zmiešaný
• Skrinka, výstupné zásuvky, doska plošných spojov, sieťový kábel, vodič,
• spájka atď.

Ako zastaviť prehriatie tranzistora pri vyšších vstupných / výstupných rozdieloch

Regulátory typu priechodného tranzistora, ako je vysvetlené vyššie, sa obvykle stretávajú so situáciou extrémne vysokého rozptylu, ktorý sa objavuje od série tranzistorov regulátora, kedykoľvek je výstupné napätie oveľa nižšie ako vstupné napájanie.

Zakaždým, keď je vysoký výstupný prúd napájaný pri nízkom napätí (TTL), môže byť pravdepodobne dôležité použiť chladič na chladiči. Možno závažným príkladom môže byť scenár špecifikácie zdrojovej jednotky poskytujúcej 5 ampérov pri 5 a 50 voltoch.

Tento typ jednotky môže mať normálne neregulované napájanie 60 voltov. Predstavte si, že toto konkrétne zariadenie má napájať obvody TTL v celom ich menovitom prúde. Sériový prvok v obvode bude musieť v tejto situácii rozptýliť 275 wattov!

Zdá sa, že náklady na zabezpečenie dostatočného chladenia sa realizujú iba cenou sériového tranzistora. V prípade, že by pokles napätia na tranzistore regulátora mohol byť prípadne obmedzený na 5,5 voltov, bez závislosti na preferovanom výstupnom napätí by sa mohol rozptýlenie na vyššie uvedenom obrázku podstatne znížiť, môže to byť 10% jeho počiatočnej hodnoty.

To sa dá dosiahnuť použitím troch polovodičových častí a niekoľkých rezistorov (obrázok 1). Takto to funguje presne: tyristor Thy môže byť normálne vodivý cez R1.

Akonáhle však pokles napätia na T2 - sériovom regulátore prekročí 5,5 voltov, T1 začne viesť, čo má za následok „otvorenie“ tyristora pri následnom prechode nuly na výstupe mostíkového usmerňovača.

Táto špecifická pracovná postupnosť neustále riadi náboj napájaný cez C1 - filtračný kondenzátor - aby bolo neregulované napájanie fixované na 5,5 voltu nad regulovaným výstupným napätím. Hodnota odporu potrebného pre R1 sa stanoví takto:

R1 = 1,4 x Vsec - (Vmin + 5) / 50 (výsledok bude v k Ohm)

kde Vsec označuje sekundárne RMS napätie transformátora a Vmin znamená minimálnu hodnotu regulovaného výstupu.

Tyristor musí byť schopný odolávať špičkovému zvlnenému prúdu a jeho funkčné napätie by malo byť minimálne 1,5 Vsec. Tranzistor sériového regulátora by mal byť určený na podporu najvyššieho výstupného prúdu Imax a mal by byť namontovaný na chladiči, kde by sa mohol rozptýliť 5,5 x Isec wattov.

Záver

V tomto príspevku sme sa naučili, ako zostaviť jednoduché lineárne obvody regulátora napätia pomocou sériového tranzistora a zenerovej diódy. Lineárne stabilizované zdroje napájania nám poskytujú pomerne ľahké možnosti vytvárania stabilných stabilizovaných výstupov pomocou minimálneho počtu komponentov.

V takýchto prevedeniach je v podstate tranzistor NPN konfigurovaný v sérii s kladným vstupným napájacím vedením v spoločnom režime emitora. Stabilizovaný výstup sa získa cez emitor tranzistora a záporné napájacie vedenie.

Báza tranzistora je nakonfigurovaná s zenerovým svorkovým obvodom alebo nastaviteľným deličom napätia, ktorý zaisťuje, že napätie na strane emitora tranzistora úzko replikuje potenciál bázy na výstupe emitora tranzistora.

Ak je záťažou veľké prúdové zaťaženie, tranzistor reguluje napätie do záťaže tým, že spôsobuje zvýšenie jeho odporu, a tým zaisťuje, že napätie do záťaže neprekročí stanovenú pevnú hodnotu stanovenú jeho základnou konfiguráciou.