Circuiti stabilizzatori di tensione

Per alimentare dispositivi che non richiedono un'elevata stabilità della tensione di alimentazione, vengono utilizzati gli stabilizzatori più semplici, affidabili ed economici: quelli parametrici. In tale stabilizzatore, l'elemento di regolazione, quando influenza la tensione di uscita, non tiene conto della differenza tra essa e la tensione specificata.

Nella maggior parte dei casi in forma semplice Uno stabilizzatore parametrico è un componente di regolazione (diodo zener) collegato in parallelo al carico. Spero che te ne ricordi, perché, a differenza di un diodo, è collegato al circuito elettrico nella direzione opposta, cioè un potenziale di tensione negativo dalla sorgente segue l'anodo e un potenziale di tensione positivo dalla sorgente segue il catodo. Il principio di funzionamento di tale stabilizzatore si basa sulla proprietà del diodo Zener di mantenere una tensione costante ai suoi terminali con cambiamenti significativi nell'intensità della corrente che scorre nel circuito. Una resistenza di zavorra R, collegata in serie al diodo zener e al carico, limita il flusso di corrente attraverso il diodo zener se il carico è spento.

Per alimentare dispositivi con una tensione di 5 V, in questo circuito stabilizzatore è possibile utilizzare un diodo zener del tipo KS 147. Il valore del resistore R viene assunto in modo tale che al livello massimo di tensione di ingresso e il carico sia disconnesso, la corrente passi il diodo zener non supera i 55 mA. Poiché in modalità operativa il diodo Zener e la corrente di carico fluiscono attraverso questa resistenza, la sua potenza dovrebbe essere di almeno 1-2 W. La corrente di carico di questo stabilizzatore dovrebbe essere compresa tra 8 e 40 mA.

Se la corrente di uscita dello stabilizzatore è piccola per l'alimentazione, la sua potenza può essere aumentata aggiungendo un amplificatore, ad esempio, basato su un transistor.

Il suo ruolo in questo circuito è svolto dal transistor VT1, il cui circuito collettore-emettitore è collegato in serie al carico dello stabilizzatore. La tensione di uscita di tale stabilizzatore è uguale alla differenza tra la tensione di ingresso dello stabilizzatore e la caduta di tensione nel circuito collettore-emettitore del transistor ed è determinata dalla tensione di stabilizzazione del diodo zener VD1. Lo stabilizzatore fornisce una corrente fino a 1 A nel carico. Transistor come KT807, KT815, KT817 possono essere utilizzati come VT1.

Cinque semplici circuiti stabilizzatori

Circuiti classici che vengono ripetutamente descritti in tutti i libri di testo e nei libri di consultazione sull'elettronica.

Fig. 1. Stabilizzatore secondo lo schema classico senza protezione da cortocircuito nel carico. 5B, 1A.

Fig.2. Stabilizzatore secondo lo schema classico senza protezione da cortocircuito nel carico. 12 V, 1 A.

Fig.3. Stabilizzatore secondo lo schema classico senza protezione da cortocircuito nel carico. Voltaggio regolabile 0..20V, 1A

Lo stabilizzatore 5V 5A è costruito sulla base dell'articolo "Cinque volt con un sistema di protezione", Radio n. 11, 84, pp. 46-49. Lo schema si è rivelato davvero efficace, cosa che non sempre accade. Facilmente ripetibile.

Particolarmente buona è l'idea della protezione del carico del tiristore in caso di guasto dello stabilizzatore stesso. Se (lo stabilizzatore) si brucia, è più costoso riparare ciò che ha alimentato. Il transistor nello stabilizzatore di corrente VT1 è al germanio per ridurre la dipendenza della tensione di uscita dalla temperatura. Se questo non è importante, puoi usare il silicio. I restanti transistor si adatteranno a qualsiasi potenza adatta. Se il transistor di regolazione VT3 si guasta, la tensione all'uscita dello stabilizzatore supera la soglia di risposta del diodo Zener VD2 tipo KS156A (5,6 V), il tiristore si apre e cortocircuita l'ingresso e l'uscita e il fusibile brucia. Semplice e affidabile. Lo scopo degli elementi di regolazione è indicato nei diagrammi.

Fig.4. Diagramma schematico stabilizzatore con protezione contro corto circuito nel carico e protezione del circuito a tiristori in caso di guasto del circuito stabilizzatore stesso.

Tensione nominale - 5 V, corrente - 5 A.
RP1 - impostazione della corrente di risposta della protezione, RP2 - impostazione della tensione di uscita

Il seguente circuito stabilizzatore è 24V 2A

Tutti gli alimentatori esistenti appartengono a uno dei due gruppi: primario e alimentazione secondaria. Le fonti di alimentazione primaria includono sistemi che convertono l'energia chimica, luminosa, termica, meccanica o nucleare in energia elettrica. Ad esempio, l'energia chimica viene convertita in energia elettrica da una cella salina o da una batteria di celle, mentre l'energia luminosa viene convertita in energia elettrica da una batteria solare.

L'alimentazione primaria può includere non solo il convertitore di energia stesso, ma anche dispositivi e sistemi che lo forniscono funzionamento normale convertitore Spesso la trasformazione diretta dell'energia è difficile e quindi viene introdotta una trasformazione energetica ausiliaria intermedia. Ad esempio, l'energia del decadimento intraatomico in una centrale nucleare può essere convertita nell'energia del vapore surriscaldato che fa ruotare la turbina di un generatore di macchine elettriche, la cui energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Le fonti di energia secondarie includono sistemi che energia elettrica un tipo genera energia elettrica di un altro tipo. Ad esempio, le fonti di alimentazione secondaria sono inverter e convertitori, raddrizzatori e moltiplicatori di tensione, filtri e stabilizzatori.

Gli alimentatori secondari sono classificati in base alla tensione di uscita operativa nominale. In questo caso si distingue tra alimentatori a bassa tensione con tensioni fino a 100 V, alimentatori ad alta tensione con tensioni superiori a 1 kV e alimentatori con tensioni di uscita medie da 100 V a 1 kV.

Eventuali fonti di alimentazione secondaria sono classificate in base alla potenza Рн, che sono in grado di fornire al carico. Ci sono cinque categorie:

micropotenza (PH< 1 Вт);
bassa potenza (1 W< Рн < 10 Вт);
media potenza (10 W< Рн < 100 Вт);
maggiore potenza (100 W< Рн < 1 кВт);
alta potenza (Рн > 1 kW)

Gli alimentatori possono essere stabilizzati e non stabilizzati. In presenza di un circuito di stabilizzazione della tensione di uscita, le sorgenti stabilizzate presentano una minore fluttuazione di questo parametro rispetto a quelle non stabilizzate. È possibile mantenere costante la tensione di uscita diversi modi, tuttavia, tutti questi metodi possono essere ridotti al principio parametrico o compensativo della stabilizzazione. Gli stabilizzatori di compensazione hanno un circuito di feedback per monitorare i cambiamenti parametro regolabile, ma negli stabilizzatori parametrici non esiste tale feedback.

Qualsiasi fonte di alimentazione in relazione alla rete ha i seguenti parametri di base:

tensione di alimentazione minima, nominale e massima o relativa variazione della tensione nominale in aumento o in diminuzione;
tipo di corrente di alimentazione: alternata o continua;
numero di fasi corrente alternata;
frequenza della corrente alternata e gamma delle sue fluttuazioni dal minimo al massimo;
coefficiente di potenza consumata dalla rete;
il fattore di forma della corrente consumata dalla rete, pari al rapporto tra la prima armonica della corrente e il suo valore efficace;
costanza della tensione di alimentazione, caratterizzata da parametri costanti nel tempo

In relazione al carico, la fonte di alimentazione può avere gli stessi parametri della rete di alimentazione ed è inoltre caratterizzata dai seguenti parametri:

ampiezza dell'ondulazione della tensione di uscita o fattore di ondulazione;
caricare il valore corrente;
tipo di regolazioni della corrente e della tensione in uscita;
frequenza di ondulazione della tensione di uscita dell'alimentatore, V caso generale non uguale alla frequenza della rete di alimentazione in corrente alternata;
instabilità della corrente e della tensione di uscita sotto l'influenza di fattori che compromettono la stabilità.

Inoltre gli alimentatori sono caratterizzati da:

efficienza;
massa;
dimensioni complessive;
intervallo di temperatura ambiente e umidità
il livello di rumore generato quando si utilizza una ventola nel sistema di raffreddamento;
resistenza ai sovraccarichi e agli urti con accelerazione;
affidabilità;
durata tra i guasti;
tempo di preparazione al lavoro;
resistenza ai sovraccarichi nei carichi e, come caso speciale, ai cortocircuiti;
disponibilità isolamento galvanico tra input e output;
disponibilità di regolazioni ed ergonomia;
manutenibilità.

Stabilizzatore parametrico parallelo, stabilizzatore in serie basato su un transistor bipolare. Calcoli pratici.

Buon pomeriggio, cari radioamatori!
Oggi sul sito ““, nella sezione ““, continueremo a rivedere l'articolo ““. Permettetemi di ricordarvi che l'ultima volta, studiando il circuito di alimentazione per dispositivi radioamatoriali, ci siamo concentrati sullo scopo e sul calcolo del filtro anti-aliasing:

Oggi esamineremo l'ultimo elemento: lo stabilizzatore di tensione.

Regolatore di tensione - un convertitore di energia elettrica che consente di ottenere una tensione di uscita entro i limiti specificati quando la tensione di ingresso e la resistenza di carico fluttuano

Oggi esamineremo due semplici stabilizzatori di tensione:
- ;
– .

Stabilizzatore di tensione parametrico parallelo su diodo zener

Diodo Zener a semiconduttore - (un altro nome è diodo Zener) è progettato per stabilizzarsi Tensione CC riserve energetiche. Nel circuito più semplice di uno stabilizzatore parametrico lineare, funge sia da sorgente di tensione di riferimento che da elemento di controllo della potenza. Nei circuiti più complessi, gli viene assegnato solo il ruolo di sorgente di tensione di riferimento.

Uno di viste esterne e la designazione del diodo zener:

Come funziona un diodo zener?

La tensione al diodo zener (a differenza del diodo) viene fornita con polarità inversa (l'anodo è collegato al meno e il catodo al positivo della fonte di alimentazione - Uarr). Quando viene acceso in questo modo, la corrente inversa scorre attraverso il diodo Zener - Iobr.
All'aumentare della tensione, la corrente inversa cresce molto lentamente (nel diagramma, quasi parallela all'asse Uarr), ma ad una certa tensione Uarr la giunzione del diodo zener si rompe (ma la distruzione del diodo zener non avviene in questo momento) e la corrente inversa inizia a fluire attraverso di essa in modo significativo maggior valore. In questo momento, la caratteristica corrente-tensione del diodo zener ( CVC) scende bruscamente (quasi parallelo all'asse Iobr) – inizia la modalità di stabilizzazione, i cui parametri principali sono la tensione minima di stabilizzazione ( Basta min) e corrente minima di stabilizzazione ( Ist min).
Con ulteriore aumento Uarr La caratteristica corrente-tensione del diodo zener cambia nuovamente direzione: termina la modalità di stabilizzazione, i cui parametri principali sono la tensione di stabilizzazione massima ( Basta massimo) e corrente massima di stabilizzazione ( È massimo). Da questo momento, il diodo zener perde le sue proprietà e inizia a riscaldarsi, il che può portare alla rottura termica della giunzione del diodo zener e, di conseguenza, al suo guasto.

La modalità di stabilizzazione di un diodo Zener può rientrare entro ampi limiti, pertanto la documentazione per i diodi Zener indica i valori di corrente minima e massima consentiti ( Ist min E È massimo) e tensioni di stabilizzazione ( Basta min E Basta massimo). All'interno di questi intervalli si trovano quelli selezionati dal produttore nominale valori – Ist E Ust. La corrente di stabilizzazione nominale viene solitamente impostata dai produttori al 25%-35% del massimo e la tensione di stabilizzazione nominale come media tra il massimo e il minimo.

Ad esempio, puoi utilizzare il programma “ “ e guarda con i tuoi occhi quali caratteristiche sono fornite nei libri di consultazione sui diodi zener:

Ad esempio, un diodo zener D814G:
- corrente nominale stabilizzazione (Ist) = 5 mA;
– Tensione nominale stabilizzazione (Ust) = (da 10 a 12 volt) = 11 volt;
– corrente massima di stabilizzazione (Ist max) = 29 mA.
Avremo bisogno di questi dati per calcolare lo stabilizzatore di tensione più semplice.

Se non riesci a trovare il diodo zener nativo, sovietico, richiesto, puoi utilizzare, ad esempio, un programma per selezionare un analogo borghese in base ai parametri richiesti:

Come puoi vedere, il diodo zener D814G può essere facilmente sostituito con un analogo - BZX55C11 (che ha caratteristiche anche leggermente migliori)

Bene, ora diamo un'occhiata stabilizzatore di tensione parametrico parallelo su un diodo zener.

Stabilizzatore di tensione parametrico parallelo su diodo zener utilizzato in dispositivi a bassa corrente (diversi milliampere) ed è un partitore di tensione (su un resistore R– resistenza di zavorra e diodo zener V.D.– che funge da secondo resistore) al cui ingresso viene fornita una tensione instabile e la tensione di uscita viene tolta dal braccio inferiore del partitore. Quando la tensione di ingresso aumenta (diminuisce), la resistenza interna del diodo zener diminuisce (aumenta), il che consente di mantenere la tensione di uscita a un determinato livello. La differenza tra la tensione di alimentazione in ingresso e la tensione di stabilizzazione del diodo zener scende attraverso il resistore di zavorra.

Consideriamo il circuito di questo (il più semplice) stabilizzatore di tensione:

Per operazione normale schema la corrente attraverso il diodo zener dovrebbe essere parecchie volte (3-10 volte) superiore alla corrente nel carico stabilizzato. In pratica, poiché la corrente di stabilizzazione nominale del diodo Zener è molte volte inferiore al massimo, nei calcoli si può presumere che la corrente di carico non debba superare la corrente di stabilizzazione nominale.
Per esempio: la corrente consumata dal carico è 10 mA, il che significa che dobbiamo selezionare un diodo Zener in modo tale che la sua corrente di stabilizzazione nominale non sia inferiore a 10 mA (è meglio, ovviamente, se è maggiore).

Calcolo di uno stabilizzatore di tensione parametrico parallelo utilizzando un diodo zener

Dato:
Uin– tensione di ingresso = 15 volt
Fuori– tensione di uscita (tensione di stabilizzazione) = 11 volt

Calcolo:
1. Utilizzando il libro di consultazione sopra indicato, determiniamo che il diodo zener D814G è adatto ai nostri scopi:
Ust(10-12 V) = 11 volt
È massimo= 29 mA
Ist nominale = 5 mA
Sulla base di quanto sopra, determiniamo che la corrente di carico non deve superare Ist nominale – 5 mA
2. Determiniamo la caduta di tensione attraverso il resistore di zavorra (R) come differenza tra la tensione stabilizzata di ingresso e di uscita:
Upad=Uin – Uout=15-11= 4 volt
3. Utilizzando la legge di Ohm, determiniamo il valore della resistenza del reattore R dividendo la tensione di caduta Udrop per Ist del diodo zener:
R= Su/Ist= 4/0,005= 800 Ohm
Poiché non sono presenti resistori con un valore nominale di 800 Ohm, prendiamo il valore più alto più vicino: R = 1000 Ohm = 1 kOhm
4. Determinazione della potenza del resistore di zavorra R:
Pres = Su*Ist= 4*0,005= 0,02 watt
Poiché attraverso il resistore non scorre solo la corrente di stabilizzazione del diodo Zener, ma anche la corrente consumata dal carico, aumentiamo il valore risultante di almeno 2 volte:
Ris= 0,004*2= 0,008 watt, che corrisponde alla potenza più vicina = 0,125 watt.

Cosa fare se non hai trovato un diodo zener con la tensione di stabilizzazione richiesta.
In questo caso puoi candidarti collegamento in serie di diodi zener. Ad esempio, se colleghiamo in serie due diodi zener D814G, la tensione di stabilizzazione sarà di 22 volt (11+11). Se colleghiamo D814G e D810, otteniamo una tensione di stabilizzazione di 20 volt (11+10).
È consentito qualsiasi numero connessione seriale diodi zener della stessa serie (come nell'esempio - D8**).
Il collegamento in serie di diodi zener di serie diverse è consentito solo se le correnti di esercizio della catena in serie rientrano nei range di corrente di stabilizzazione certificati di ciascuna serie utilizzata.

Cosa fare se nell'esempio sopra la corrente di carico non è, ad esempio, 5 ma 25 mA?
Ovviamente puoi lasciare tutto così com'è, poiché la corrente di stabilizzazione massima (Ist max) del D814G è 29 mA, l'unica cosa che devi fare è ricalcolare la potenza della resistenza di zavorra. Ma in questo caso, il diodo Zener funzionerà al limite delle sue capacità e non avrai alcuna garanzia che non fallirà.
Ma cosa succede se la corrente di carico è, ad esempio, 50 mA?

Regolatore di tensione in serie su un transistor bipolare

Regolatore di tensione in serie su un transistor bipolare- Questo è essenzialmente uno stabilizzatore parametrico parallelo su un diodo zener collegato all'ingresso dell'emettitore follower.

La sua tensione di uscita è inferiore alla tensione di stabilizzazione del diodo zener a causa della caduta di tensione sulla giunzione base-emettitore del transistor (per transistor al silicio - circa 0,6 volt, per transistor al germanio - circa 0,25 volt), che deve essere presa in considerazione considerazione quando si sceglie un diodo zener.
Un inseguitore di emettitore (noto anche come amplificatore di corrente) consente di aumentare la corrente massima dello stabilizzatore di tensione rispetto ad uno stabilizzatore parametrico parallelo su un diodo zener in β (ore 21e) volte (dove β (h21e)– guadagno di corrente di un dato transistor, viene preso il valore più piccolo).

Circuito di uno stabilizzatore in serie basato su un transistor bipolare :

Poiché questo stabilizzatore è composto da due parti: riferimento di tensione(noto anche come stabilizzatore parametrico parallelo su un diodo zener) e amplificatore attuale su un transistor (noto anche come inseguitore di emettitore), il calcolo di tale stabilizzatore viene eseguito in modo simile all'esempio precedente.
L'unica differenza:
- ad esempio, dobbiamo ottenere una corrente di carico di 50 mA, quindi selezioniamo un transistor con guadagno β (ore 21e) almeno 10 ( β (ore 21e)=Icarico/Ist=50/5=10
– la potenza della resistenza di zavorra si calcola con la formula: àres=Upad*(Ist+Iload)

La corrente di carico può essere aumentata più volte se si utilizza un circuito con un transistor composito (due transistor collegati secondo un circuito Darlington o Sziklai):

Questo è fondamentalmente tutto.

Attrezzatura: due pannelli breadboard, montaggio conduttori con capicorda, milliamperometro fino a 10 mA, sorgente di tensione continua regolabile fino a 10 V, voltmetro digitale.

ATTENZIONE: l'installazione dei circuiti elettrici deve essere eseguita solo quando è tolta la tensione di alimentazione sul pannello breadboard.

Stabilizzatore di tensione (attuale) è un dispositivo che mantiene automaticamente la tensione (corrente) sul lato consumatore (carico) con un determinato grado di precisione. Protezioni contro le sovratensioni Innanzitutto vengono inseriti negli alimentatori dopo il raddrizzatore. Quanto più sensibile è il dispositivo, tanto più preciso è il dispositivo di misurazione, tanto maggiore dovrebbe essere la stabilità degli alimentatori. Stabilizzatori di corrente non meno importante degli stabilizzatori di tensione. Le sorgenti di corrente vengono utilizzate per fornire polarizzazione ai transistor, come carico attivo degli stadi di amplificazione. Sono necessari per il funzionamento di integratori e generatori di tensione a dente di sega. Gli stabilizzatori di corrente sono necessari, ad esempio, anche in elettrochimica ed elettroforesi.

Principale fattori destabilizzanti, provocando il cambiamento tensione (corrente) del consumatore sono: fluttuazioni della tensione di rete 220 V, fluttuazioni della frequenza della corrente nella rete, variazioni della potenza consumata dal carico, variazioni della temperatura ambiente, ecc.

Gli stabilizzatori sono divisi a seconda del tipo di tensione (corrente) per gli stabilizzatori variabile tensione (corrente) e stabilizzatori permanente tensione (corrente). Secondo il principio di funzionamento gli stabilizzatori sono suddivisi in parametrico E compensativo . La stabilizzazione della tensione (corrente) negli stabilizzatori parametrici viene effettuata a causa della non linearità della caratteristica corrente-tensione (caratteristica volt-ampere) di un elemento non lineare (diodo zener a scarica di gas e semiconduttore, stabilizzatore, transistor ad effetto di campo o bipolare, ecc. .). Gli stabilizzatori compensativi lo sono sistema chiuso regolazione automatica con negativo feedback. A seconda del metodo di accensione dell'elemento di controllo Per quanto riguarda la resistenza al carico, gli stabilizzatori sono suddivisi in sequenziale E parallelo . Secondo la modalità operativa dell'elemento di controllo gli stabilizzatori sono divisi in stabilizzatori con regolazione continua E impulso . A loro volta, gli stabilizzatori di impulsi sono suddivisi in base al principio di controllo in larghezza di impulso, frequenza di impulso e relè.

I principali parametri degli stabilizzatori di tensione CC che caratterizzano la qualità della stabilizzazione sono:

Coefficiente di stabilizzazione K CT – il rapporto delle variazioni relative nelle tensioni di ingresso e di uscita (a corrente di uscita costante):

(1)

dove DU IN e DU OUT sono gli incrementi delle tensioni di ingresso e di uscita, rispettivamente, U IN e U OUT sono i valori delle tensioni di ingresso e di uscita dello stabilizzatore.

Impedenza di uscita ROUT (o resistenza interna r I) dello stabilizzatore è uguale al rapporto tra l'incremento della tensione di uscita DU OUT e l'incremento della corrente di carico DI N con una tensione di ingresso costante U IN = const:

(2)

Coefficiente azione utile (efficienza) – il rapporto tra la potenza in uscita dallo stabilizzatore e la potenza in ingresso.

Gli stabilizzatori parametrici a semiconduttore (che utilizzano diodi zener) sono i più semplici. Sono caratterizzati da coefficienti di stabilizzazione relativamente bassi (10–100), elevata resistenza di uscita (unità e decine di ohm) e bassa efficienza.

Diodo Zener- Questo diodo semiconduttore, in cui una sezione di guasto elettrico (valanga o tunnel) sul ramo inverso della caratteristica corrente-tensione viene utilizzata per stabilizzare la tensione (Fig. 1). Nella direzione in avanti, la caratteristica corrente-tensione di un diodo zener è la stessa di qualsiasi diodo al silicio. La tensione di rottura del diodo - la tensione di stabilizzazione del diodo zener U ST (da 3 a 200 V) dipende dallo spessore della giunzione p-n o da resistività base del diodo. Diodi zener a bassa tensione (U ST< 6 В) изготавливаются на основе сильнолегированного кремния и в них происходит туннельный пробой. Высоковольтные стабилитроны (U СТ >6 B) sono realizzati sulla base di silicio leggermente drogato. Pertanto, il principio del loro funzionamento è associato alla rottura delle valanghe.

In questo lavoro di laboratorio vengono studiati i diodi Zener D814A e 2S156A. I loro dati di riferimento sono riportati nella tabella. 1. La stabilizzazione della tensione è migliore quanto più ripida è la curva caratteristica corrente-tensione (Fig. 1) e, di conseguenza, quanto minore è la resistenza interna differenziale del diodo Zener. Inoltre, va notato che i diodi zener con basso voltaggio i dispositivi di stabilizzazione (con rottura del tunnel) hanno un coefficiente di tensione di temperatura negativo (TCV), cioè All'aumentare della temperatura, la tensione di stabilizzazione diminuisce. I diodi Zener con guasto a valanga hanno un TKN positivo. Esistono anche diodi zener con compensazione della temperatura, realizzati in un unico pacchetto sotto forma di una connessione in serie di un diodo zener con un TKN positivo e un diodo collegato nella direzione in avanti (che ha un TKN negativo).

Tabella 1

Impostazioni principali	D814A	2С156А
Tensione di stabilizzazione U ST, V	7 – 8,5	5,6
Diffusione della tensione di stabilizzazione, %	–	±10
Corrente minima di stabilizzazione I ST m I n (corrente alla quale si verifica un guasto stabile), mA
Corrente massima di stabilizzazione I ST max (corrente alla quale la potenza dissipata sul diodo zener non supera valore ammissibile), mA
Resistenza interna differenziale, Ohm
Coefficiente di temperatura della tensione di stabilizzazione (rapporto tra la variazione relativa della tensione di stabilizzazione e la variazione assoluta della temperatura ambiente), % / °C	+ 0,07	±0,05
Corrente diretta massima consentita, mA
Dissipazione di potenza massima consentita, W	0,34	0,3
Temperatura ambiente, °C	da meno 60 a +100

Esercizio 1.

1.1. Trova i diodi zener D814A e 2S156A sul pannello breadboard, collegati ai resistori limitatori di corrente 150 e 240 Ohm (Fig. 2).

1.2. Impostare la tensione su 10 V sull'alimentatore. Collegare un voltmetro al diodo zener D814A. Attiva l'interruttore sul pannello di layout. La corrente che scorre attraverso il diodo zener lo fa riscaldare e modificare U CT. Questo diodo zener ha un TKN positivo o negativo? Utilizzando un orologio, determinare il tempo necessario per riscaldare il circuito. Per fare ciò, compila la tabella. 2 misurazioni della tensione sul diodo zener al momento dell'accensione e ogni minuto. Il tempo di riscaldamento deve essere preso in considerazione nel caso in cui sia necessario misurare in modo molto accurato la tensione sul diodo zener (fino a millesimi (o centesimi) di volt).

Tavolo 2

1.3. Misurare le caratteristiche IV inverse dei diodi zener. Per fare ciò è necessario misurare la tensione sui diodi zener applicando una tensione di alimentazione da 1 a 10 V con incrementi di 1 V. La tensione fornita e la tensione sui diodi zener vengono misurate con una precisione del centesimo di volt. Le correnti che fluiscono attraverso i diodi zener vengono calcolate dalla caduta di tensione attraverso i resistori limitatori di corrente. Compila la tabella con i risultati delle misurazioni e dei calcoli. 3.

Tabella 3

U PIT, V	D814A	2С156А
U, V	Io sono un	U, V	Io sono un
1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
8,
9,
10,
	R D = Ohm	R D = Ohm

1.4. Secondo i dati presentati nella tabella. 3, costruire caratteristiche sperimentali di corrente-tensione dei diodi zener (Fig. 3). Confrontare le tensioni di stabilizzazione reali e le correnti di stabilizzazione minime con i dati di riferimento.

1.5. Nelle sezioni di lavoro della caratteristica corrente-tensione, calcolare le resistenze differenziali e scriverle nella tabella. 3 e confrontare con i dati di riferimento.

Consideriamo ora il funzionamento di un diodo zener con un carico R N. Il circuito dello stabilizzatore di tensione parametrico più semplice è mostrato in Fig. 4. All'aumentare della tensione di ingresso U VX, non appena la corrente attraverso il diodo zener diventa uguale a I st min, la tensione sul diodo zener smette di aumentare e diventa uguale a U ST.

Un ulteriore aumento di U VX porta solo ad un aumento della caduta di tensione sul resistore limitatore di corrente R. Pertanto, la tensione sul carico R H viene mantenuta invariata.

Molto spesso, un diodo zener funziona in una modalità in cui la tensione di ingresso U VX è instabile e la resistenza di carico R H è costante. In tal caso, la resistenza R viene solitamente calcolata per il punto medio T della caratteristica volt-ampere del diodo zener (Fig. 1 Se la tensione U VX cambia da U min a U max, allora R può essere trovato utilizzando il seguente formula:

Dov'è la tensione di ingresso media; - corrente media del diodo zener; - corrente di carico. L'instabilità di tensione in questo caso è quasi completamente assorbita dal resistore R. Le fluttuazioni della tensione di ingresso vengono attenuate grazie alla bassa resistenza differenziale del diodo zener.

Secondo modalità possibile la stabilizzazione viene applicata nel caso in cui U BX = = const, e R N varia da R n min a R n max. per tale modalità, R può essere determinato dai valori medi di corrente utilizzando la formula:

Dove , , .

Il funzionamento del circuito in questa modalità può essere spiegato come segue. Poiché la caduta di tensione attraverso il resistore R è uguale a U BX - U CT è costante, anche la corrente che scorre attraverso questo resistore è costante. Questa corrente è la somma del diodo Zener e delle correnti di carico. Pertanto, se aumenta il consumo di corrente del carico, la corrente attraverso il diodo zener deve diminuire (in modo che la loro somma rimanga invariata). Se il carico assorbe molta corrente dal diodo Zener, la corrente attraverso il diodo Zener diventa inferiore a I c t min e la stabilizzazione della tensione viene interrotta.

Compito 2.

2.1. Assemblare il circuito mostrato in Fig. sul pannello breadboard. 5, in cui come carico stabilizzatore vengono utilizzati resistori collegati in serie con una resistenza di 470 Ohm, 750 Ohm e la resistenza interna di un milliamperometro (100 Ohm).

2.2. Quando si collega e si scollega il carico dal diodo zener, verificare con un voltmetro che quando il carico è collegato la tensione U ST diminuisce. All'aumentare della corrente di carico diminuisce anche la tensione U ST. Ciò può essere dimostrato ruotando l'asse di un resistore variabile da 470 ohm. Pertanto, il carico preleva parte della corrente dal diodo Zener e il punto di lavoro sulla caratteristica I-V del diodo Zener si sposta nella regione delle correnti inferiori e delle tensioni di stabilizzazione inferiori U ST (vedere Fig. 1 e Fig. 3) .

2.3. Calcolare il coefficiente di stabilizzazione utilizzando la formula (1) per la corrente di carico minima (maggiore è la corrente di carico, peggiore sarà la stabilizzazione della tensione). Per fare ciò, modificare la tensione di ingresso da 9 V a 10 V (supponiamo che DU IN = 10 V - 9 V = 1 V e U IN = 9,5 V). La tensione di uscita dovrebbe essere misurata nel modo più accurato possibile (fino a millesimi di volt), poiché il coefficiente di stabilizzazione può raggiungere diverse decine. Quando si effettuano le misurazioni, non dimenticare il tempo di riscaldamento del circuito (vedere Tabella 2).

La tensione U OUT non può essere regolata o impostata su un valore fisso;

I diodi Zener hanno una resistenza differenziale finita e pertanto non sempre attenuano sufficientemente le ondulazioni della tensione di ingresso e l'influenza dei cambiamenti nella resistenza di carico;

Con un'ampia gamma di variazioni delle correnti di carico, è necessario scegliere diodi zener con ad alta potenza scattering (con grandi correnti massime).

Per ottenere una tensione più costante attraverso il carico quando cambia la corrente consumata, viene utilizzato un circuito (Fig. 6), in cui il diodo zener è separato dal carico da un inseguitore di emettitore. La corrente del diodo zener in tale circuito è relativamente indipendente dalla corrente di carico, poiché attraverso il circuito di base del transistor scorre una piccola corrente (meno in h 21E che nel carico). I parametri del transistor (potenza massima, tensioni e correnti) vengono selezionati tenendo conto della potenza del carico.

Se è necessario regolare la tensione di uscita, viene utilizzata parte della tensione di riferimento (stabilizzata) prelevata dal motore a resistore variabile. Un'implementazione circuitale di questa funzionalità è mostrata in Fig. 7.

Compito 3.

3.1. Assemblare circuiti stabilizzatori di tensione con diodi zener D814A e 2S156A (Fig. 6). Utilizzando un voltmetro, assicurarsi che la tensione di uscita sia inferiore alla tensione sul diodo zener dell'entità della caduta di tensione attraverso la giunzione dell'emettitore del transistor (di » 0,6 V).

3.2. Utilizzando le resistenze disponibili nel circuito calcolare:

Potenza di carico massima Ð Í;

Potenza dei resistori nel circuito del diodo zener Р R .

3.3. Compila la tabella con i risultati dei calcoli. 4.

Tabella 4

D814A	2С156А
R N, W	Р R, W	R N, W	Р R, W

3.4. Assemblare un circuito stabilizzatore di tensione con una tensione di uscita regolabile (Fig. 7) e controllarne il funzionamento.

Esistono diversi modi per aumentare il coefficiente di stabilizzazione. In questo caso il circuito stabilizzatore diventa più complesso.

In primo luogo, il diodo Zener può essere alimentato tramite uno stabilizzatore di corrente (e non tramite un resistore), quindi la tensione ai capi del diodo Zener praticamente non cambierà.

In secondo luogo, è possibile utilizzare un circuito a due stadi (Fig. 8), il cui coefficiente di stabilizzazione complessivo è pari al prodotto dei coefficienti di stabilizzazione delle singole cascate (collegamenti) e può raggiungere diverse centinaia.

In terzo luogo, dovresti scegliere altri circuiti stabilizzatori, ad esempio un tipo di compensazione circuiti a transistor e amplificatori operazionali.

In quarto luogo, puoi usare stabilizzatori integrali tensione (microcircuiti).

Consideriamo fonti di corrente stabili . Fonte ideale la corrente ha un valore infinitamente grande resistenza interna R= ¥ e fornisce una corrente nel carico R N che non dipende dalla caduta di tensione sul carico (sulla resistenza del carico).

Il circuito della sorgente di corrente più semplice è mostrato in Fig. 9. A condizione che R H<< R (т.е. U H << U), ток сохраняет почти постоянное значение приблизительно равное U/R.

La sorgente di corrente resistiva più semplice presenta svantaggi significativi. Per ottenere una buona approssimazione della sorgente di corrente ideale, è necessario utilizzare tensioni maggiori e, così facendo, viene dissipata più potenza nel resistore. Inoltre, la corrente di tale sorgente è difficile da controllare su un ampio intervallo utilizzando la tensione generata in un altro nodo del circuito. Se è richiesta una corrente significativa, la tensione U (Fig. 9) deve essere selezionata su un valore elevato. Per fornire I = 1 mA e R = 10 MOhm è necessario applicare una tensione di U = 10 kV. Questa condizione può essere superata richiedendo una grande resistenza interna differenziale (dU/dI), mentre la resistenza interna statica può essere piccola. La caratteristica di uscita del transistor (effetto di campo o bipolare) ha questa caratteristica.

Qualsiasi fonte di corrente ha una serie delle stesse unità funzionali: fonte di alimentazione, elemento di controllo, sensore di corrente e carico.

Schema circuitale della sorgente di corrente mostrata in Fig. 10 si basa su un circuito ad emettitore comune con feedback di corrente negativo. Funziona come segue. Una tensione di base U B > 0,6 V mantiene la giunzione dell'emettitore nello stato aperto: (per transistor al silicio). La corrente dell'emettitore è:

Poiché per valori elevati del guadagno di corrente h 21E, la corrente dell'emettitore è approssimativamente uguale alla corrente del collettore, la corrente del collettore (e questa è la corrente di carico) viene calcolata utilizzando la stessa formula:

Se si offre la possibilità di modificare la tensione alla base, si ottiene una fonte di corrente regolabile.

La formula (3) è valida finché il transistor non entra in modalità saturazione. La sorgente di corrente trasmette corrente continua al carico solo fino a una determinata tensione finale sul carico, che non può essere superiore alla tensione di alimentazione (vedere Fig. 10). Altrimenti, la fonte attuale sarebbe in grado di generare una potenza infinita. Pertanto, per una sorgente di corrente, l'intervallo operativo è determinato dal fatto che il transistor deve essere nella modalità operativa attiva.

Compito 4.

4.1. Assemblare una sorgente di corrente stabile su un pannello breadboard, mostrato in Fig. 11, impostando al minimo il resistore variabile da 2 kOhm nel carico (in senso antiorario - completamente).

4.3. Verificare che la corrente del partitore di tensione (resistori R1 e R2) sia 5-10 volte superiore alla corrente di base del transistor di controllo, che è approssimativamente uguale a I B = I K / h 21E, dove il guadagno del transistor h 21E è considerato pari a 50.

I DIVISORE = mA, I B = mA. Questa condizione è necessaria affinché quando cambia la corrente di carico (e, di conseguenza, la corrente di base che scorre attraverso il resistore R1), la tensione alla base rimane praticamente invariata.

4.4. Utilizzando il resistore R2 = 1 kOhm, impostare la corrente di carico su 5–7 mA. Ruotando l'asse del resistore di carico variabile da 2 kOhm, assicurarsi che una corrente quasi stabile scorra attraverso il carico, tuttavia, nella posizione estrema destra dell'asse del resistore (in senso orario), la corrente diminuisce bruscamente. Perché?

4.5. Assemblare il circuito stabilizzatore di corrente mostrato in Fig. sul pannello breadboard. 12, in cui viene utilizzato un diodo zener per impostare la tensione alla base del transistor. Calcolare teoricamente la corrente del diodo Zener (I ST = mA) e la corrente di carico (I H = mA). Controllare sperimentalmente la corrente di carico utilizzando un milliamperometro (I N EX = mA).

Questo articolo discuterà degli stabilizzatori di tensione CC sui dispositivi a semiconduttore. Vengono considerati i circuiti più semplici degli stabilizzatori di tensione, i principi del loro funzionamento e le regole di calcolo. Il materiale presentato nell'articolo è utile per progettare fonti di potenza stabilizzata secondaria.

Partiamo dal fatto che per stabilizzare qualsiasi parametro elettrico deve esserci un circuito per monitorare questo parametro e un circuito per controllare questo parametro. Per la precisione della stabilizzazione è necessario disporre di uno “standard” con cui confrontare il parametro stabilizzato. Se durante il confronto si scopre che il parametro è maggiore del valore di riferimento, allora il circuito di inseguimento (chiamiamolo circuito di confronto) dà un comando al circuito di controllo di “ridurre” il valore del parametro. E viceversa, se il parametro risulta essere inferiore al valore di riferimento, allora il circuito di confronto comanda al circuito di controllo di “incrementare” il valore del parametro. Tutti gli schemi di controllo automatico per tutti i dispositivi e sistemi che ci circondano, dal ferro al veicolo spaziale, funzionano secondo questo principio, l'unica differenza sta nel metodo di monitoraggio e controllo del parametro; Uno stabilizzatore di tensione funziona esattamente allo stesso modo.

Lo schema a blocchi di tale stabilizzatore è mostrato in figura.

Il lavoro dello stabilizzatore può essere paragonato alla regolazione dell'acqua che scorre da un rubinetto. Una persona va al rubinetto, lo apre e poi, osservando il flusso dell'acqua, ne regola il flusso verso l'alto o verso il basso, ottenendo il flusso ottimale per se stesso. La persona stessa svolge la funzione di un circuito di confronto; lo standard è l'idea di una persona su quale dovrebbe essere il flusso dell'acqua, e il circuito di controllo è un rubinetto dell'acqua, che è controllato da un circuito di confronto (una persona). Se una persona cambia la sua idea dello standard, decidendo che il flusso d'acqua che scorre dal rubinetto è insufficiente, lo aprirà di più. Lo stabilizzatore di tensione è esattamente lo stesso. Se vogliamo cambiare la tensione di uscita, possiamo cambiare la tensione di riferimento. Il circuito di confronto, notando una variazione nella tensione di riferimento, modificherà in modo indipendente la tensione di uscita.

Una domanda ragionevole sarebbe: perché abbiamo bisogno di una tale confusione di circuiti se possiamo utilizzare una sorgente di tensione di riferimento “già pronta” in uscita? Il fatto è che la sorgente della tensione di riferimento (di seguito denominata riferimento) è a bassa corrente (basso ampere) e pertanto non è in grado di alimentare un carico potente (a bassa impedenza). Tale sorgente di tensione di riferimento può essere utilizzata come stabilizzatore per alimentare circuiti e dispositivi che consumano bassa corrente: chip CMOS, stadi amplificatori a bassa corrente, ecc.

Di seguito è mostrato lo schema elettrico della sorgente di tensione di riferimento (stabilizzatore a bassa corrente). Fondamentalmente, è uno speciale partitore di tensione, descritto nell'articolo, la sua differenza è che come secondo resistore viene utilizzato un diodo speciale: un diodo zener. Cosa c'è di speciale in un diodo Zener? In parole semplici, un diodo zener è un diodo che, a differenza di un diodo raddrizzatore convenzionale, quando viene raggiunto un certo valore della tensione applicata inversamente (tensione di stabilizzazione), fa passare la corrente nella direzione opposta e con il suo ulteriore aumento, riducendo la sua tensione interna resistenza, si sforza di mantenerlo ad un certo significato.

Sulla caratteristica corrente-tensione (caratteristica volt-ampere) di un diodo zener, la modalità di stabilizzazione della tensione è rappresentata nella regione negativa della tensione e della corrente applicate.

Quando la tensione inversa applicata al diodo zener aumenta, inizialmente "resiste" e la corrente che lo attraversa è minima. A una certa tensione, la corrente del diodo Zener inizia ad aumentare. Viene raggiunto un tale punto nella caratteristica corrente-tensione (punto 1 ), dopodiché un ulteriore aumento di tensione sul partitore resistore-diodo zener non provoca un aumento di tensione di p-n Transizione del diodo Zener. In questa sezione della caratteristica corrente-tensione, la tensione aumenta solo attraverso il resistore. La corrente che passa attraverso il resistore e il diodo zener continua ad aumentare. Dal punto 1 , corrispondente alla corrente minima di stabilizzazione, fino ad un certo punto 2 caratteristica corrente-tensione corrispondente alla corrente di stabilizzazione massima, il diodo zener funziona nella modalità di stabilizzazione richiesta (sezione verde della caratteristica corrente-tensione). Dopo il punto 2 Nella caratteristica corrente-tensione, il diodo zener perde le sue proprietà "utili", inizia a riscaldarsi e potrebbe guastarsi. Sezione dal punto 1 al punto 2 è una sezione di lavoro di stabilizzazione, in cui il diodo zener funge da regolatore.

Sapendo come calcolare il partitore di tensione più semplice sui resistori, puoi semplicemente calcolare il circuito di stabilizzazione (sorgente di tensione di riferimento). Come nel partitore di tensione, nel circuito di stabilizzazione circolano due correnti: la corrente del divisore (stabilizzatore). Io st. e corrente del circuito di carico Carico. Ai fini della stabilizzazione “qualitativa”, quest’ultima dovrebbe essere un ordine di grandezza inferiore alla prima.

Per i calcoli del circuito di stabilizzazione vengono utilizzati i valori dei parametri del diodo zener pubblicati nei libri di consultazione:

• Tensione di stabilizzazione Ust;
• Corrente di stabilizzazione Io st.(di solito nella media);
• Corrente minima di stabilizzazione I st.min;
• Corrente massima di stabilizzazione I st.max.

Per calcolare lo stabilizzatore, di norma, vengono utilizzati solo i primi due parametri: Ust , Io st., il resto viene utilizzato per calcolare i circuiti di protezione della tensione in cui è possibile una variazione significativa della tensione di ingresso.

Per aumentare la tensione di stabilizzazione, è possibile utilizzare una catena di diodi Zener collegati in serie, ma per questo la corrente di stabilizzazione consentita di tali diodi Zener deve rientrare nei parametri I st.min E I st.max, altrimenti esiste la possibilità che i diodi zener si guastino.

Va aggiunto che i semplici diodi raddrizzatori hanno anche la proprietà di stabilizzare la tensione applicata inversamente, solo i valori delle tensioni di stabilizzazione si trovano a valori più alti della tensione applicata inversamente. I valori della massima tensione retroapplicata dei diodi raddrizzatori sono solitamente indicati nei libri di consultazione, e la tensione alla quale si verifica il fenomeno di stabilizzazione è solitamente superiore a questo valore ed è diversa per ciascun diodo raddrizzatore, anche dello stesso tipo. Pertanto, utilizzare i diodi raddrizzatori come diodo zener ad alta tensione solo come ultima risorsa, quando non è possibile trovare il diodo zener necessario o creare una catena di diodi zener. In questo caso, la tensione di stabilizzazione viene determinata sperimentalmente. È necessario prestare attenzione quando si lavora con l'alta tensione.

La procedura per il calcolo di uno stabilizzatore di tensione (sorgente di tensione di riferimento)

Calcoleremo lo stabilizzatore di tensione più semplice considerando un esempio specifico.
Parametri iniziali richiesti per il circuito:

1. Tensione di ingresso divisore - Tu dentro(può o meno essere stabilizzato). Supponiamolo Tu dentro= 25 volt;

2. Stabilizzazione della tensione di uscita - Uscire(tensione di riferimento). Diciamo che dobbiamo ottenere U outx= 9 volt. Soluzione:

1. In base alla tensione di stabilizzazione richiesta, il diodo Zener richiesto viene selezionato dal libro di consultazione. Nel nostro caso lo è D814V.

2. Dalla tabella si ricava la corrente media di stabilizzazione - Io st.. Secondo la tabella è pari a 5 mA.

3. Calcolare la tensione caduta sul resistore: U R1, come differenza tra la tensione stabilizzata di ingresso e quella di uscita. U R1 = U inx - U out ---> U R1 = 25 – 9 = 16 volt

4. Secondo la legge di Ohm, questa tensione viene divisa per la corrente di stabilizzazione che scorre attraverso il resistore e si ottiene il valore di resistenza del resistore. R1 = U R1 / I m ---> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ohm = 3,2 kOhm

Se il valore ottenuto non è nella serie resistiva, selezionare il resistore con il valore nominale più vicino. Nel nostro caso, questo è un resistore con un valore nominale 3,3 kOhm.

5. Calcolare la potenza minima del resistore moltiplicando la caduta di tensione ai suoi capi per la corrente circolante (corrente di stabilizzazione). Ð R1 = U R1 * I m ---> à R1 = 16 * 0,005 = 0,08 W

Considerando che oltre alla corrente del diodo Zener, nel resistore scorre anche la corrente in uscita, scegliere quindi un resistore con una potenza almeno doppia di quella calcolata. Nel nostro caso, questo è un resistore con una potenza nientemeno 0,16 W. Secondo il più vicino serie nominale(V lato grande) questo corrisponde alla potenza 0,25 W.

Questo è l'intero calcolo.

Come scritto in precedenza, i più semplici circuiti stabilizzatori di tensione CC possono essere utilizzati per alimentare circuiti che utilizzano basse correnti, ma non sono adatti per alimentare circuiti più potenti.

Un'opzione per aumentare la capacità di carico di uno stabilizzatore di tensione CC consiste nell'utilizzare un inseguitore di emettitore. Il diagramma mostra una cascata di stabilizzazione su un transistor bipolare. Il transistor “ripete” la tensione applicata alla base.

La capacità di carico di un tale stabilizzatore aumenta di un ordine di grandezza. Lo svantaggio di un tale stabilizzatore, così come della catena più semplice costituita da un resistore e un diodo zener, è l'impossibilità di regolare la tensione di uscita.

La tensione di uscita di tale stadio sarà inferiore alla tensione di stabilizzazione del diodo zener del valore della caduta di tensione di p-n transizione base-emettitore del transistor. Nell'articolo ho scritto che per un transistor al silicio è pari a 0,6 ... 0,7 volt, per un transistor al germanio - 0,2 ... 0,3 volt. Di solito calcolato approssimativamente: 0,65 volt e 0,25 volt.

Pertanto, ad esempio, quando si utilizza un transistor al silicio con una tensione di stabilizzazione del diodo zener di 9 volt, la tensione di uscita sarà inferiore di 0,65 volt, ovvero 8,35 volt.

Se invece di un transistor si utilizza un circuito composito per collegare i transistor, la capacità di carico dello stabilizzatore aumenterà di un altro ordine di grandezza. Qui, come nel circuito precedente, è necessario tenere conto della diminuzione della tensione di uscita dovuta al suo calo p-n Transizioni base-emettitore di transistor. In questo caso, quando si utilizzano due transistor al silicio, la tensione di stabilizzazione del diodo zener è pari a 9 volt, la tensione di uscita sarà di 1,3 volt inferiore (0,65 volt per ciascun transistor), ovvero 7,7 volt. Pertanto, quando si progettano tali circuiti, è necessario tenere conto di questa caratteristica e selezionare un diodo zener tenendo conto delle perdite sulle transizioni dei transistor.

La resistenza calcolata in questo modo consente di sopprimere in modo più efficace la componente reattiva del transistor di uscita e di sfruttare appieno le capacità di potenza di entrambi i transistor. Non dimenticare di calcolare la potenza della resistenza richiesta, altrimenti tutto si brucerà nel momento sbagliato. Guasto del resistore R2 può portare al guasto dei transistor e di qualunque cosa colleghi come carico. Il calcolo della potenza è standard, descritto alla pagina.

Come scegliere un transistor per uno stabilizzatore?

I parametri principali per un transistor in uno stabilizzatore di tensione sono: corrente massima del collettore, tensione massima collettore-emettitore e massima potenza. Tutti questi parametri sono sempre disponibili nei libri di consultazione.
1. Quando si sceglie un transistor, è necessario tenere conto del fatto che la corrente massima del collettore del passaporto (secondo il libro di consultazione) deve essere almeno una volta e mezza maggiore corrente massima carico che si desidera ricevere all'uscita dello stabilizzatore. Ciò viene fatto per fornire un margine di corrente di carico durante picchi di carico casuali a breve termine (ad esempio, un cortocircuito). Va tenuto presente che maggiore è questa differenza, minore è la massa del radiatore di raffreddamento richiesto dal transistor.

2. La tensione massima collettore-emettitore caratterizza la capacità del transistor di sopportare una certa tensione tra il collettore e l'emettitore nello stato chiuso. Nel nostro caso, questo parametro deve anche superare almeno una volta e mezza la tensione fornita allo stabilizzatore dal circuito trasformatore-raddrizzatore-filtro di potenza del vostro alimentatore stabilizzato.

3. La potenza di uscita nominale del transistor deve garantire il funzionamento del transistor nello stato "semiaperto". Tutta la tensione generata dalla catena “trasformatore-raddrizzatore a ponte-filtro di potenza” è divisa in due carichi: il carico effettivo del vostro alimentatore stabilizzato e la resistenza della giunzione collettore-emettitore del transistor. Entrambi i carichi trasportano la stessa corrente perché sono collegati in serie, ma la tensione è condivisa. Ne consegue che è necessario scegliere un transistor che, ad una determinata corrente di carico, sia in grado di sopportare la differenza tra la tensione generata dal circuito del filtro di potenza a ponte trasformatore-raddrizzatore e la tensione di uscita dello stabilizzatore. La potenza viene calcolata come il prodotto della tensione e della corrente (da un libro di testo di fisica delle scuole superiori).

Ad esempio: All'uscita del circuito “trasformatore-raddrizzatore a ponte-filtro di potenza” (e quindi all'ingresso dello stabilizzatore di tensione) la tensione è di 18 volt. Dobbiamo ottenere una tensione di uscita stabilizzata di 12 volt, con una corrente di carico di 4 ampere.

Troviamo il valore minimo della corrente nominale di collettore richiesta (Iк max):
4 * 1,5 = 6 amp

Determiniamo il valore minimo della tensione collettore-emettitore richiesta (Uke):
18 * 1,5 = 27 volt

Troviamo la tensione media che, in modalità operativa, “cadrà” alla giunzione collettore-emettitore, e quindi sarà assorbita dal transistor:
18 - 12 = 6 volt

Determiniamo la potenza nominale richiesta del transistor:
6 * 4 = 24 watt

Quando si sceglie il tipo di transistor, è necessario tenere conto del fatto che la potenza massima del transistor indicata sulla targa (secondo il libro di consultazione) non deve essere inferiore a due o tre volte la potenza nominale che cade sul transistor. Ciò viene fatto per fornire una riserva di potenza per vari picchi di corrente di carico (e quindi variazioni nella caduta di potenza). Va tenuto presente che maggiore è questa differenza, minore è la massa del radiatore di raffreddamento richiesto dal transistor.

Nel nostro caso è necessario selezionare un transistor con una potenza nominale (Pk) pari ad almeno:
24 * 2 = 48 watt

Scegli qualsiasi transistor che soddisfi queste condizioni, tenendo conto che quanto più i parametri del passaporto sono molto maggiori di quelli calcolati, tanto più piccolo sarà il radiatore di raffreddamento (e potrebbe non essere affatto necessario). Ma se questi parametri vengono superati eccessivamente, bisogna tenere conto del fatto che maggiore è la potenza di uscita del transistor, minore è il suo coefficiente di trasmissione (h21), e questo peggiora il coefficiente di stabilizzazione della fonte di alimentazione.

Nel prossimo articolo vedremo. Utilizza il principio del controllo della tensione di uscita tramite un circuito a ponte. Ha un'ondulazione della tensione di uscita inferiore rispetto all'"emettitore follower", inoltre consente di regolare la tensione di uscita entro limiti ridotti. In base a questo verrà calcolato circuito semplice alimentazione stabilizzata.

Per alcuni circuiti elettrici e i circuiti sono abbastanza sufficienti per un alimentatore convenzionale che non dispone di stabilizzazione. Le sorgenti di corrente di questo tipo sono solitamente costituite da un trasformatore step-down, un raddrizzatore a ponte di diodi e un condensatore di filtro. La tensione di uscita dell'alimentatore dipende dal numero di spire dell'avvolgimento secondario del trasformatore step-down. Ma come sai, la tensione di rete di 220 volt è instabile. Può fluttuare entro certi limiti (200-235 volt). Di conseguenza, anche la tensione di uscita sul trasformatore “fluttuerà” (invece di dire 12 volt sarà 10-14, o giù di lì).

Ingegneria elettrica, che non è particolarmente capricciosa piccoli cambiamenti La tensione di alimentazione CC può passare in questo modo un semplice blocco nutrizione. Ma l'elettronica più sensibile non lo tollera più; di conseguenza può addirittura guastarsi. Quindi ce n'è bisogno circuito aggiuntivo stabilizzazione della tensione di uscita costante. In questo articolo fornisco un circuito elettrico sufficiente stabilizzatore semplice tensione costante, che ha un diodo zener e un transistor. È il diodo zener che funge da elemento di riferimento che determina e stabilizza la tensione di uscita dell'alimentatore.

Passiamo ora all'analisi vera e propria schema elettrico un semplice stabilizzatore di tensione costante. Quindi, ad esempio, abbiamo un trasformatore step-down con una tensione di uscita CA di 12 volt. Applichiamo gli stessi 12 volt all'ingresso del nostro circuito, vale a dire al ponte a diodi e al condensatore del filtro. Il raddrizzatore a diodi VD1 produce corrente costante (ma intermittente) da corrente alternata. I suoi diodi devono essere progettati per la corrente massima (con un piccolo margine di circa il 25%) che l'alimentatore può produrre. Bene, la loro tensione (inversa) non dovrebbe essere inferiore alla tensione di uscita.

Il condensatore di filtro C1 attenua questi picchi di tensione, rendendo la forma d'onda della tensione CC più uniforme (anche se non ideale). La sua capacità dovrebbe essere compresa tra 1000 µF e 10.000 µF. Anche la tensione è maggiore dell'uscita. Tieni presente che esiste un tale effetto: Tensione CA dopo il ponte di diodi e il condensatore di filtro l'elettrolita aumenta di circa il 18%. Pertanto, alla fine, otterremo in uscita non 12 volt, ma circa 14,5.

Ora arriva la parte dello stabilizzatore di tensione CC. L'elemento funzionale principale qui è il diodo zener stesso. Permettetemi di ricordarvi che i diodi zener hanno la capacità, entro certi limiti, di mantenere stabilmente una certa tensione costante (tensione di stabilizzazione) quando riaccesi. Quando viene applicata una tensione al diodo zener da 0 alla tensione di stabilizzazione, aumenterà semplicemente (alle estremità del diodo zener). Dopo aver raggiunto il livello di stabilizzazione, la tensione rimarrà invariata (con un leggero aumento) e la forza della corrente che la attraversa inizierà ad aumentare.

Nel nostro circuito di un semplice stabilizzatore, che dovrebbe produrre 12 volt in uscita, il diodo zener VD2 è progettato per una tensione di 12,6 (mettiamo il diodo zener a 13 volt, questo corrisponde a D814D). Perché 12,6 volt? Perché 0,6 volt verranno depositati sulla giunzione del transistor emettitore-base. E l'uscita sarà esattamente 12 volt. Bene, poiché impostiamo il diodo zener su 13 volt, l'uscita dell'alimentatore sarà intorno a 12,4 V.

Il diodo Zener VD2 (che crea la tensione di riferimento CC) necessita di un limitatore di corrente che lo protegga da un surriscaldamento eccessivo. Nel diagramma, questo ruolo è svolto dal resistore R1. Come puoi vedere, è collegato in serie al diodo zener VD2. Un altro condensatore di filtro, l'elettrolita C2, è parallelo al diodo zener. Il suo compito è anche quello di attenuare le ondulazioni della tensione in eccesso. Puoi farne a meno, ma sarà comunque meglio!

Successivamente nello schema vediamo il transistor bipolare VT1, che è collegato secondo un circuito di collettore comune. Lascia che te lo ricordi, schemi di collegamento transistor bipolari del tipo a collettore comune (chiamato anche inseguitore di emettitore) sono caratterizzati dal fatto che aumentano significativamente la corrente, ma non c'è guadagno di tensione (anche se è leggermente inferiore all'ingresso, esattamente degli stessi 0,6 volt). Pertanto, all'uscita del transistor riceviamo la tensione costante disponibile al suo ingresso (cioè la tensione del diodo zener di riferimento, pari a 13 volt). E poiché la giunzione dell'emettitore lascia 0,6 volt su se stessa, l'uscita del transistor non sarà più 13, ma 12,4 volt.

Come dovresti sapere, affinché un transistor inizi ad aprirsi (passando correnti controllate attraverso se stesso lungo il circuito collettore-emettitore), ha bisogno di un resistore per creare una polarizzazione. Questo compito viene eseguito dallo stesso resistore R1. Modificandone la valutazione (entro certi limiti), è possibile modificare l'intensità di corrente all'uscita del transistor, e quindi all'uscita del nostro alimentatore stabilizzato. Per chi volesse sperimentare, consiglio di sostituire R1 con una resistenza di accordatura del valore nominale di circa 47 kiloohm. Regolandolo, guarda come cambia la forza attuale all'uscita dell'alimentatore.

Bene, all'uscita del semplice circuito stabilizzatore di tensione CC c'è un altro piccolo condensatore di filtro, l'elettrolita C3, che attenua le increspature all'uscita dell'alimentatore stabilizzato. La resistenza di carico R2 è saldata in parallelo ad essa. Chiude l'emettitore del transistor VT1 al meno del circuito. Come puoi vedere, lo schema è abbastanza semplice. Contiene un minimo di componenti. Fornisce una tensione completamente stabile in uscita. Per alimentare molte apparecchiature elettriche, questo alimentatore stabilizzato sarà più che sufficiente. Questo transistor è progettato per una corrente massima di 8 ampere. Pertanto, una tale corrente richiede un radiatore che rimuova il calore in eccesso dal transistor.

PS Se aggiungiamo un resistore variabile con un valore nominale di 10 kilo-ohm in parallelo al diodo zener (colleghiamo il terminale centrale alla base del transistor), alla fine otterremo un alimentatore regolabile. Su di esso è possibile modificare agevolmente la tensione di uscita da 0 al massimo (tensione del diodo zener meno gli stessi 0,6 volt). Penso che un tale schema sarà già più richiesto.