|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל מייצבים חסכוניים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מגני נחשולי מתח מבלי להיכנס לניתוח מפורט של היתרונות והחסרונות של עקרונות שונים של המרת מתח וייצוב, מחבר המאמר חולק את הניסיון שלו בפיתוח מייצבי מתח חסכוניים פשוטים עם טרנזיסטור דו-קוטבי כאלמנט ויסות. תשומת לב רבה מוקדשת לבחירת מקור המתח המופתי. המאמר מספק טבלאות עם תוצאות בדיקת מייצבים שונים, מה שמקל על בחירת האפשרות הנכונה. כדי להגיע ליעילות גבוהה של מכשירים רדיו-אלקטרוניים המופעלים על ידי תאים גלווניים או סוללות ודורשים מתח מיוצב, בנוסף לבחירה נכונה של מתח אספקה וסוג התאים, חשוב לבחור מייצב חסכוני מתאים המבטיח את הפעולה הארוכה ביותר האפשרית. של המכשיר מבלי להחליף מקורות חשמל. חסכוני (עם יעילות גבוהה) הוא מייצב המקיים בו זמנית שני תנאים: ראשית, עליו להיות בעל צריכת זרם נמוכה בהשוואה לזרם העומס; שנית, לקבל את ירידת המתח המינימלית המותרת על פני אלמנט הוויסות. בספרות מופיעים פעמים רבות תיאורים של מייצבים חסכוניים, בהם הכותבים מתמקדים בהפחתת הזרם הנצרך על ידי המייצב עצמו ואינם מייחסים חשיבות רבה לכך שלפעולתו הרגילה, מתח הכניסה חייב לעלות על מתח המוצא ב- לפחות 1,5 ... 2 V. כאשר מופעל באמצעות סוללות, נסיבות אלו ממלאות תפקיד חשוב ביותר. חישובים פשוטים מראים שהירידה ביעילות של מייצבים מתרחשת בדיוק בגלל פיזור האנרגיה בצורת חום על הטרנזיסטור המווסת, וההפסדים הללו עומדים ביחס ישר למפל המתח. באופן כללי, המייצב הוא מחלק מתח מתכוונן, כאשר טרנזיסטור משמש כאלמנט ויסות, שמוליכותו משנה את אלמנט הבקרה. במייצבים חסכוניים, אלמנט הבקרה חייב לספק זרם בסיס מספיק של הטרנזיסטור המווסת עם צריכה עצמית מינימלית. זרם זה נוצר על ידי השוואת מתח המוצא למתח הייחוס. חשובה הבחירה הנכונה של מקור מתח ייחוס (ION), שהפרמטרים שלו קובעים את מאפייני המייצב: מקדם ייצוב (Ket), מקדם טמפרטורה של מתח (TKN), יעילות וכו'. על הטרנזיסטור המווסת לשמור על מתח מוצא יציב כאשר מתח האספקה יורד לערך מינימלי העולה במעט על מתח המוצא הנקוב של המייצב. ההפרש המינימלי בין מתחי הכניסה והמוצא, שבו המייצב עדיין יכול לשמור על מתח המוצא המדורג, תלוי גם בתרשים החיבור של הטרנזיסטור המווסת [1]. מקורות מתח ייחוס מיקרו-כוח מעגל ה-ION הפשוט ביותר מתקבל באמצעות דיודות זנר, שהבחירה בהן גדולה למדי, אך בפועל נוצרים קשיים לרוב עקב התפשטות מתח הייצוב של דיודות זנר מאותו סוג ויעילות נמוכה בעת הפעלת מכשירי מיקרו-כוח. מקובל בדרך כלל שדיודות זנר אינן מתאימות לפעולה בזרם של פחות מ-0,5 ... 1 mA. זה נכון כאשר אתה צריך לקבל תוצאה מובטחת מבלי לבזבז זמן בבדיקה ובחירת דיודות זנר מתאימות. עם זאת, רובם יכולים לפעול בזרם נמוך יותר, ולספק פרמטרים מקובלים לזרם עומס שאינו עולה על כמה עשרות מיקרואמפר. כדי לאמת זאת, די לצייר את התלות של הפרמטרים של דיודות הזנר לא בקנה מידה ליניארי, כפי שנעשה ברוב ספרי העיון, אלא בקנה מידה לוגריתמי. על איור. 1 - 3 מציג את התלות של מתח הייצוב (UCT) וההתנגדות הדיפרנציאלית (Rd) בזרם הייצוב (lCT) בסולם המצוין.
בשל העובדה שהפרמטרים של דיודות הזנר מאופיינים בפיזור גדול, התלות של מתח הייצוב בזרם עבור דיודות הזנר KS133A, KS147A, KS156A, KS168A הם מאפיינים ממוצעים (איור 1). עבור דיודות זנר מסדרת D814, בעלות פיזור חזק במיוחד בזרם של פחות מ-200 ... 300 μA, הגרפים הם אזורים מוצללים (איור 2), הבנויים על בסיס הכללה של המאפיינים של כמה (עד חמש) דיודות זנר מכל סוג. המספר הקטן של דיודות הזנר שנבדקו אינו מאפשר הסקת מסקנות המתיימרות להיות מדויקות יותר, אך עדיין ניתן לראות כמה מגמות כלליות. בדיקות הראו כי עבור דיודות זנר D808 - D811, D813, סדרות D814 ו-D818, עם ירידה בזרם, מתח הייצוב יורד מעט בהתחלה, אך בזרם של פחות מ-200 ... 300 מיקרו-אמפר, במקרים מסוימים הוא הופך להיות נמוך באופן בלתי צפוי. עבור דיודות זנר במתח נמוך KS133A, KS147A, KS156A, עם ירידה בזרם, מתח הייצוב יורד באופן מונוטוני ללא נפילות חדות. הגרף של דיודות הזנר KS133A ו-KS147A (איור 3) הוא קו כמעט ישר המראה את התלות ביחס הפוך של ההתנגדות הדיפרנציאלית בזרם. ירידה בזרם בפקטור של 1000, למשל, מ-32 mA ל-32 μA, מביאה לעלייה ב-Rd גם בפקטור של 1000 - מ-10 Ω ל-10 kΩ. דיודות זנר עם מתח ייצוב של 5,6 ... 7 V וזרם של יותר מ-3 mA בעלות התנגדות דיפרנציאלית נמוכה יותר. עם ירידה בזרם לרמה מסוימת, Rd של דיודות זנר כאלה עולה בחדות, ועם ירידה נוספת בו, זה לא שונה בהרבה מ-Rd של דיודות זנר במתח נמוך יותר. דיודות זנר D814A - D814D גם הן בעלות התנגדות דיפרנציאלית נמוכה בזרם גבוה, אך בזרם של פחות מ-200 ... 300 μA, Rd של כמה דוגמאות של דיודות זנר יכולות להיות גדולות בהרבה מזו של דיודות במתח נמוך. ניסויים עם מספר מופעים של דיודות זנר (KS510A, KS512A, KS515A, KS518A) הראו שלרובם מאפייני ייצוב טובים בכל טווח השינויים בזרם עד 3 ... 5 μA, אך הם מיועדים לייצוב מתח של יותר מ-10 V. התכונה שלהם היא רמת רעש מוגברת בזרם של פחות מ-300 μA. אין לזלזל בפרמטר ION כזה כמו מקדם טמפרטורת המתח, מכיוון שהוא יכול לגרום לתופעות לא נעימות כמו סחיפה בתדר המתנד המקומי או שגיאה מוגברת של מכשיר המדידה כאשר טמפרטורת הסביבה משתנה. TKN של דיודות זנר עם UCT = 5...6,8 V (KS156A, KS168A וכו') עם ירידה בזרם ל-100 μA ומטה עוברת לעבר ערכים שליליים ויכולה לעלות ל-2,5 mV/°C [2] . דיודות זנר עם פיצוי תרמי מסדרת D818, KS191 וכו'. בזרם של פחות מ-1 mA, הם מאבדים את תכונות הדיוק שלהם בגלל TKN שלילי מוגבר. בין דיודות הזנר של סדרת D814, ישנם מקרים שאינם מתאימים לפעולה במצב זרם נמוך (פחות מ-0,3 ... 0,4 mA) עקב ירידה חדה במתח הייצוב כאשר הטמפרטורה יורדת. עבור רוב הסוגים האחרים של דיודות זנר, ככל שהזרם יורד, ה-TKV לא משתנה כל כך בולט, אבל המגמה הכללית היא הסטת ה-TKN לערכים שליליים. ניתוח של המאפיינים של דיודות זנר בזרם נמוך מאפשר לנו להסיק את המסקנות הבאות. כמעט כל סוגי דיודות הזנר ישימים למדי במצב זרם נמוך, אך רק לאחר בדיקה ראשונית. במקרה זה, עליך לבחור באותם מקרים שבהם, עם ירידה בזרם האספקה, מתח הייצוב משתנה פחות. דיודות זנר עם UCT < 7 V (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A, KS168A) יכולות לשמש ב-ION עם זרם אספקה מופחת עד כמה עשרות מיקרואמפר. מקדם הייצוב של דיודות הזנר KS133A, KS139A ו-KS147A כמעט בלתי תלוי בזרם, אך יש לו ערך נמוך (6 ... 10), ומתח הייצוב יורד באופן מונוטוני עם ירידה בזרם ובערך של 50 μA הוא יכול להיות 1,5 ... פי 2 פחות מאשר ב-5...10 mA. נסיבות אלו מאפשרות לווסת את מתח הייצוב בגבולות מסוימים על ידי שינוי הזרם, אך רצוי לייצב את הזרם על מנת להעלות את ה-KCT [3]. מקדם הייצוב של דיודות הזנר KS156A ו-KS168A יורד ל-8 ... 15 עם ירידה בזרם, מה שעלול לדרוש גם שימוש בייצוב זרם. מתח הייצוב כאשר הזרם יורד ל-50 μA יורד פי 1,2 ... 1,5. דיודות זנר עם UCT = 7,5 ... 14 V (D808, סדרות D814 ו-D818 וכו') ישימות ב-ION בזרם של עד 0,4 ... 0,5 mA עם הידרדרות קלה בפרמטרים; בערך של פחות מ-0,4 mA, המאפיינים עשויים להידרדר, אך ליותר ממחצית מדיודות הזנר שנבדקו מסוג זה היו פרמטרים מקובלים כאשר הזרם ירד ל-80 ... 100 μA. אלטרנטיבה טובה לדיודות זנר, במיוחד במצב זרם נמוך, הן נוריות [4] של קרינה גלויה (UCT = 1,5 ... 2 V בחיבור ישיר) וצמתי בסיס פולטות [5-7] של טרנזיסטורי סיליקון בעלי הספק נמוך. (UCT = 4. ..10 V כאשר מופעל מחדש). הם מספקים CCT גבוה יותר ויכולים לעבוד גם אם זרם הייצוב נמוך מ-20 µA, ומתח הייצוב של הנוריות במצב זרם נמוך הוא די צפוי. ב-ION ניתן להשתמש לא רק בצמתים p-n של דיודות וטרנזיסטורים, אלא גם טרנזיסטורי אפקט שדה המשמשים כמייצב זרם (איור 4, א). מתח הייחוס מוסר מהנגד במעגל המקור [8]. בזרם של 10 µA, מתח זה שווה למתח הניתוק (UOTC) של ה-FET. ערך הזרם הזורם דרך טרנזיסטור אפקט השדה נבחר על ידי שינוי ההתנגדות של הנגד במעגל המקור. החיסרון העיקרי של טרנזיסטורי אפקט שדה הוא הפיזור הגדול במתח החיתוך של מכשירים מאותו סוג, אפילו בתוך אותה אצווה (חבילה), מה שברוב המקרים אינו מאפשר להשתמש בהם מבלי למדוד תחילה פרמטר זה ולבחור ב- טרנזיסטור מתאים.
כדי למדוד UOTC, יש צורך לחבר מיקרו-אמפר לניקוז של הטרנזיסטור, ומד מתח במקביל לנגד (איור 4, ב). הגדר את זרם הניקוז ל-10 µA עם נגד משתנה ומדוד את נפילת המתח על פני הנגד (או בין השער למקור) באמצעות סוג של מד מתח בעל התנגדות גבוהה. מתח זה יכול להיחשב כמתח הניתוק. זה נוח יותר לבחור טרנזיסטורים אם אתה מכניס אותם למחבר קטן מתאים, שאליו מולחמים חוטים ממכשירים אחרים. על איור. 5 מראה את התלות של מתח המקור בזרם הניקוז עבור מספר טרנזיסטורי אפקט שדה. ניתן לראות מהגרפים שכאשר הזרם משתנה מ-1 ל-150 ... 200 μA, המתח במקור של רוב הטרנזיסטורים משתנה בלא יותר מ-20 ... 25% ממתח הניתוק. נסיבות אלו יכולות להיות שימושיות בביצוע חישובים משוערים. מקדם הייצוב בזרם של פחות מ-1...2 mA הוא בטווח של 20...40, עולה מעט עם ירידה בזרם. ל-TKN יש ערך חיובי מרבי בזרם נמוך ויורד עם עלייתו, הופך לשלילי בזרם של יותר מ-0,1-3,0 mA [9].
מחקרים הראו שהמתאימים ביותר לשימוש כ-ION של מיקרו-זרם הם טרנזיסטורים עם צומת p-n מסדרות KP103, KP302 ו-KP303. עבור רובם, TKN במצב זרם נמוך אינו עולה על +2,5 mV/°C או 0,25%/°C. גם השימוש בטרנזיסטורים עם שער מבודד (נחקרו רק טרנזיסטורים מסדרות KP305 ו-KP313) אינו נכלל, אך התפשטות ה-TKN שלהם גדולה יותר. מכיוון שהמייצב הנוכחי בטרנזיסטור בעל אפקט שדה הוא דו-טרמינלי, החיבור הסדרתי של נגד נוסף (איור 6, א) מאפשר לך להגדיל את המתח לדוגמה. על ידי החלפת הנגד במעגל המקור בפוטנציומטר והתאמת מתח המשוב בשער, אתה יכול להגדיל את המתח במקור הטרנזיסטור מ-UOTC בטווח רחב, אבל עדיף להגביל את עצמך ל-2 ... זה מאפשר לך לשפר את ה-TKN. החסרונות של ION לפי מעגל פשוט כזה הם עכבת יציאה גבוהה יחסית ו-TKN חיובי מוגבר. כדי לשפר פרמטרים אלה, ובמקביל להגדיל את Kst ל-50 ... 80, שילוב של מייצב זרם עם דיודות זנר בעלות TKN שלילי (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A, KS168A) (איור 6,b ) מאפשר. מתח האספקה המינימלי צריך להיות גבוה ממתח הייחוס בערך UOTC עם מרווח מסוים, לכן, אם מתח הכניסה אינו גבוה בהרבה ממתח הייצוב, עדיף לבחור טרנזיסטורי אפקט שדה עם UOTC קטן. עם נגד משתנה במעגל השער, על ידי שינוי זרם הייצוב בגבולות מסוימים, ניתן להתאים את המתח המופתי של ה-ION.
נוריות ודיודות זנר KS119A, KS133A, KS139A, KS147A כדי "לחסוך" את מתח האספקה מחוברים במקביל לנגד משתנה במעגל המקור של טרנזיסטור אפקט השדה (איור 6, ג). ההתנגדות של הנגד יכולה להיות בין כמה מאות קילו-קולות לכמה MΩ. מתח הניתוק של טרנזיסטור אפקט השדה צריך להיות מעט פחות ממתח הייחוס של ה-ION, כך שניתן להשתמש בטרנזיסטורי אפקט שדה נפוצים יותר עם U0TC> 1 V. ניתן לכוונן את מתח הייחוס בטווח קטן על ידי שינוי זרם הייצוב . דיודת זנר המחוברת במקביל לנגד מייצבת את המתח במקור הטרנזיסטור ומחמירה את המשוב בשער. לכן, הכללה כזו יעילה רק עבור דיודות זנר במתח נמוך עם מקדם ייצוב לא משמעותי. ניתן לשפר את הפרמטרים של ION המבוסס על מייצב זרם באמצעות טרנזיסטור דו-קוטבי נוסף (איור 7א). בניגוד לאנלוגים של דיודות זנר המשתמשים בטרנזיסטורים דו-קוטביים בלבד [10 - 12], מכשיר זה מכיל פחות חלקים, עובד היטב במצב זרם נמוך ובעל TKN נמוך. עדיף להשתמש בטרנזיסטור דו קוטבי עם סיליקון בעל הספק נמוך עם מקדם העברת זרם גבוה של סדרת KT3102, KT3107, KT342 וכו ', שכן טווח הפעולה של הזרם של אנלוגי כזה של דיודת זנר הוא פרופורציונלי ישיר למקדם ההעברה הנוכחי (h21E) של הטרנזיסטור VT2. ה-TKN השלילי של צומת הבסיס-פולט של הטרנזיסטור הדו-קוטבי מפצה חלקית על ה-TKN החיובי של טרנזיסטור אפקט השדה, לכן ה-TKN הכולל הוא בטווח של -0,02 ... + 0,04% / ° С במיקום התחתון של מחוון הנגד המשתנה (במקרה של שימוש בטרנזיסטורי אפקט שדה עם מעבר p -n).
על איור. 7b מציג את מאפייני מתח הזרם של דיודות הזנר האנלוגיות במיקומים שונים של מחוון הנגד המשתנה. כפי שאתה יכול לראות, מרווח זרם הפעולה של המכשיר מוגבל. זרם הייצוב המינימלי נקבע על ידי ההתנגדות של הנגד במעגל המקור (זרם זה חייב להספיק כדי ליצור מפל מתח השווה לייחוס), והזרם המרבי עם ההתנגדות הנבחרת של הנגד R2 נקבע על ידי הזרם מקדם ההעברה של הטרנזיסטור VT2 (זרם הבסיס המרבי, ולכן האספן, מוגבל על ידי הנגד, לכן, עם עלייה בזרם הייצוב, המתח לדוגמה מתחיל לעלות). עם עלייה במתח הייחוס בפקטור 2 (עם פוטנציומטר במעגל המקור), זרמי הייצוב המינימלי והמקסימלי עולים גם הם בכפי 2. TKN במקרה זה יכול לעלות עד +0,08%/°C. חישוב פשוט של האנלוגי של דיודת הזנר מתבצע ברצף הבא: זרם הייצוב המינימלי נקבע, נבחר טרנזיסטור אפקט שדה עם מתח חיתוך מסוים, מחושבת ההתנגדות של הנגד במעגל המקור, ו- זרם ייצוב מקסימלי נקבע. לחישוב, אתה יכול להשתמש ביחסים: Ist min >51H; Uobr min=U0TC + UBE או U0TC=U0br min-0,6 V; Ri=2U0TC/lCT min (אם Uobr אינו מוסדר); Ri2 (Uobr max-0,6B) / lst min (אם Uobr מתכוונן); Iст max=lK max/2=(lБ-h21э)/2=(U0TC/Rи)h21э/2=U0TC·h21э/2Rи. שבו Ist min - זרם ייצוב מינימלי; IH - זרם עומס מרבי; Ist max - זרם ייצוב מקסימלי; lK max - זרם אספן מרבי של טרנזיסטור VT2; IB - זרם בסיס של הטרנזיסטור VT2; R ו - התנגדות של הנגד (או הנגדים) במעגל המקור; Uobp min - מתח ייחוס מינימלי; UOTC - מתח חיתוך של טרנזיסטור VT1; UBe - נפילת מתח בצומת הבסיס-פולט של הטרנזיסטור VT2; h21e - מקדם העברת זרם סטטי של הטרנזיסטור VT2; 2 הוא מקדם אמפירי שלוקח בחשבון את ההידרדרות של פרמטרים ליד זרם הייצוב המגביל. אתה יכול להרחיב את טווח זרם הפעולה של דיודת הזנר האנלוגי על ידי הוספת טרנזיסטור נוסף (איור 8). טרנזיסטור זה, אם יש צורך לייצב זרם גדול, יכול להיות חזק, מותקן על גוף קירור או ישירות על מארז מתכת (אם הטרנזיסטורים VT2 ו-VT3 הם מאותו מבנה).
האנלוגי של דיודת הזנר (איור 8) עולה על רוב דיודות הזנר בפרמטרים שלו, במיוחד כאשר מייצבים זרם קטן. היתרון הוא היכולת לווסת את המתח המופתי בטווח רחב. בעת חישוב אנלוגי שלושה טרנזיסטור של דיודת זנר, במקום הפרמטרים של הטרנזיסטור VT2, הפרמטרים של הטרנזיסטור המרוכב מוחלפים בנוסחאות. הנגד R4 משמש לביטול השפעת הזרם ההפוכה של הקולט ויכול להיות בעל התנגדות של כמה עשרות עד כמה מאות קילו אוהם, בהתאם למרווח השינוי של זרם הייצוב. החיסרון של המעגל הוא יכולת החיזוי הגרועה של ה-TKN, אשר, יתר על כן, משתנה במהלך ויסות מתח הייחוס. ככל שהמתח עולה, ה-TKN עובר לכיוון ערכים חיוביים. לדוגמה, אנלוגי של דיודת זנר המורכבת על טרנזיסטורים משלימים (לוקח בחשבון מבנה שונה): טרנזיסטור VT1 - KP103E (UOTC \u1d 2 V), טרנזיסטור VT3102 - סדרה KT21 (h320e \u3d 3107), טרנזיסטור VT21 - סדרה ל-KT190 (h2e \u3d 1), R40 =R3=5 MΩ, היה מקדם ייצוב של לפחות 1,5 בזרם של 2,5 μA עד 0,06 mA. המתח לדוגמה היה מווסת בתוך 0,07...XNUMX V. במקרה זה, מקדם הטמפרטורה של המתח השתנה בין -XNUMX%/°C ל- +XNUMX%/°C. לאותו אנלוגי של דיודת זנר עם טרנזיסטור VT1 KP302B (UOTC=3,4 V) היה מקדם ייצוב של לפחות 100 בזרם של 10 μA עד 10 mA. המתח לדוגמה היה מווסת בתוך 3,9...7 V. TKN נע בין -0,01%/°С ל-+0,02%/°С. עיצוב מעגלים של מייצבים כלכליים הבסיס לפיתוח מייצבים חסכוניים הוא מייצב פשוט עם הגנה מפני קצר חשמלי (איור 9), הפופולרי בקרב חובבי רדיו כבר יותר משני עשורים [13].
עקרון פעולתו מבוסס על השוואת מתח המוצא למתח על דיודת הזנר VD1. רמת הייחוס מוחלת על בסיס הטרנזיסטור VT2, ומתח המוצא לפולט. אות השגיאה מוגבר על ידי הטרנזיסטור VT2 ומוזן לבסיס VT1. האלמנטים R1, R2, VD1, VT2 יוצרים מייצב זרם, ולכן זרם המוצא המרבי של המייצב מוגבל. כאשר התנגדות העומס יורדת, זרם המוצא של המייצב עולה לרמה המגבילה (Ilimit), ואז מתח המוצא יורד. כאשר ביציאה היא יורדת לערך UVD1 - UVD2 או UVD1 - 0,6 V, הדיודה הפתוחה VD2 מרחפת את דיודת הזנר VD1. במקרה של קצר חשמלי, רמת האות בבסיס הטרנזיסטור VT2 תהיה שווה למפל המתח בצומת pn של הדיודה VD2 בחיבור ישיר. זה מפחית את זרם האספן של הטרנזיסטור VT2, ולכן, זרם המוצא של המייצב במקרה של קצר חשמלי (lK3) יהיה פחות מהזרם המגביל. מתח המוצא של המייצב נקבע לפי היחס Uvyx = UVD1 - UBE VT2 + UVD3, כאשר UVD1 הוא מתח הייצוב של דיודת הזנר; UBE VT2 - נפילת מתח בצומת הבסיס-פולט של הטרנזיסטור VT2; Uvd3 - נפילת מתח על פני דיודה VD3 בחיבור ישיר. מכיוון ש-UBE VT2 \u3d UVD0,6 \u1d XNUMX V, אנו יכולים להניח שמתח המוצא של המייצב שווה למתח הייצוב של דיודת הזנר VDXNUMX. מייצב מקדם ייצוב (Kst). Kst \uXNUMXd (ΔUin / ΔUout) (Uout / Uin), כאשר ΔUin ו-ΔUout הם תוספות המתח בכניסה וביציאה של המייצב, בהתאמה; כמעט שווה לדיודת זנר Kst VD1. מקדם טמפרטורת המתח (TKV) של המייצב שווה בקירוב ל-TKN של דיודת הזנר VD1, מכיוון שחיבורי TKN p-n של טרנזיסטורי סיליקון ודיודות זהים ובעלי ערך של כ-2mV / ° С, ומה- ביטוי למתח המוצא ניתן לראות שהם מופחתים הדדית. עכבת המוצא של המייצב Rout = ΔUout / ΔIN כאשר ΔIN - תוספת זרם עומס; תלוי בעיקר בהגבר של הטרנזיסטור VT1 ובערך הנבחר של מגבלת זרם המוצא (lorp). זרם הגבלת המייצב נקבע על ידי בחירת נגד R2, שהתנגדותו קובעת את היחס R2 = (UVD1-UBE VT2) / IE VT2, כאשר UBEVT2 = 0,6 V; IE VT2 - זרם הפולט של הטרנזיסטור VT2, השווה בערך לזרם הבסיס של הטרנזיסטור VT1 (IB VT1). זרם הבסיס של הטרנזיסטור VT1 קשור לזרם המוצא של המייצב על ידי הביטוי IBVT1 \u21d Ivyx / h1E VTXNUMX. כדי שתוכל לכתוב R2 \u1d (UVD0,6-21 V) h1E VTXNUMX / lorp. כדי להבטיח את ירידת המתח המינימלית, הזרם Iorp נבחר לא פחות מ- (2 ... 3) In. המאפיינים העיקריים של המייצב, שנבדקו עם דיודות זנר שונות, ניתנים בטבלה. 1.
לכל האפשרויות: טרנזיסטור VT1 - סדרת KT3107 (h21E = 230); טרנזיסטור VT2 - סדרת KT3102 (h21E = 200); דיודות VD2, VD3 - KD103A; צריכת הזרם של המייצב (ללא עומס) היא 8...10 mA ב-Uin = 2Uout; מסלול = 2,0 אוהם ב-In = 20 mA; Iorp = 60...70 mA; Ikz = 20 mA; Kst נקבע ב-Uin = 2Uout. מפל המתח המינימלי ΔUmin = Uout - Uout נקבע באופן הבא (איור 10): Uout של המייצב נמדד ב-Uin = 2Uout וזרם עומס נקוב (במקרה זה 20 mA), ואז Uin מופחת ל-Uout והחדש ערך Uout נמדד ההבדל בין מתח אלה - הפרמטר החשוב ביותר של מייצב חסכוני המיועד לפעולת הסוללה. עם גישה קפדנית יותר, פרמטר זה לא יכול להיקרא מפל המתח המינימלי; הגדרה כזו מותנית למדי. ירידת המתח המינימלית על פני המייצב תלויה בירידה המותרת במתח המוצא, אשר עשויה להשתנות בהתאם לאופי העומס, אך השיטה המוצעת למדידת ΔUmin נוחה ורב-תכליתית יותר, מכיוון שהיא מאפשרת להשוות את הפרמטרים של מייצבים שונים מבלי לקחת בחשבון את הדרישות של עומס מסוים.
יש לציין כי פרמטר זה תלוי מאוד בזרם העומס, כמו גם ברמת הגבלת זרם המוצא ואיכות דיודת הזנר. כאשר משתמשים בדיודות זנר עם ירידת מתח גדולה באזור הזרם הנמוך (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A), גם עם זרם עומס של פחות מ-20 mA, לא ניתן לקבל ΔUmin פחות מ-0,6 V. מתוך טבלה. 1 מראה כי המאפיינים של המייצב בינוניים למדי, במיוחד בעת ייצוב מתח נמוך, ותלויים כמעט לחלוטין בפרמטרים של מקור מתח הייחוס (ION), המיוצר בצורה של מייצב פרמטרי פשוט (R1VD1). המתח לדוגמה נבחר גבוה מדי, הוא שווה למתח המוצא של המייצב, לכן, כאשר Uin יורד ל-Uout, הזרם דרך דיודת הזנר יורד בחדות, מה שמוביל לירידה במתח בדיודת הזנר ו, בהתאם, בפלט. הזרם של דיודת הזנר, שנבחר בשיטות קונבנציונליות, גדול באופן בלתי סביר בהשוואה הן לזרם הבסיס של הטרנזיסטור VT2 והן לזרם העומס, כך שהיעילות של המייצב נמוכה למדי. כדי לשפר את המאפיינים של המייצב, יש צורך קודם כל לשפר את הפרמטרים של ה-ION על ידי הפחתת מתח הייחוס וצריכת הזרם, בנוסף, כדי לשפר את Kst, יש צורך לייצב את זרם האספקה של דיודת הזנר. ניתן להפחית את המתח לדוגמה בדיודת הזנר VD1 על ידי הגדלת מפל המתח על פני דיודת VD3: במקום דיודת סיליקון יש להשתמש בנורות לד, למשל סדרת AL102 עם ירידת מתח ישירה של כ-1,7 V. כאן Uout של המייצב הוא יותר מהדוגמה ב-1,1 V. השימוש בדיודות זנר או סטביסטורים במתח נמוך אינו רצוי, מכיוון שהדבר מחמיר את הפרמטרים של המייצב. כדי לייצב את הזרם הזורם דרך דיודת הזנר VD1, במקום הנגד R1, אתה יכול להשתמש בטרנזיסטור אפקט שדה (ראה איור 6, ב). מכיוון שב-Uin = Uout נפילת המתח על פני מייצב הזרם היא 1,1 V, אז על מנת לקבל ערך קטן של ΔUmin, על טרנזיסטור אפקט השדה להיות Uots < 0.V5 V. דרישה זו מסבכת את בחירת הטרנזיסטור, מכיוון שלרוב הסוגים המתאימים של טרנזיסטורי אפקט שדה יש Uots > 1 V (בספקי כוח ברשת, בעיה זו כמעט נעדרת). אם כל דיודת סיליקון בעלת הספק נמוך מחוברת בסדרה עם LED סדרת AL102, אז עם הידרדרות קלה בפרמטרים, ניתן להשתמש בטרנזיסטורי אפקט שדה עם Uots עד 1,2 V. הנוסחה למתח המוצא לובשת את הצורה הבאה : Uout = UVD1 + 1,7V. כדי להפעיל באופן אמין את המייצב, עם זרם אספקה מופחת של דיודת הזנר VD1, יש צורך לחבר דיודה נוספת בסדרה עם דיודת VD2. זאת בשל העובדה שבזרם של פחות מ-1 mA, ירידת המתח על פני דיודה VD2 (ברגע ההפעלה או לאחר ביטול הקצר) עשויה להיות קטנה ממתח פולט הבסיס של טרנזיסטור VT2, הכרחי כדי לפתוח אותו ולהפעיל את המייצב (במיוחד בטמפרטורות נמוכות). אם זרם הקצר גבוה מדי, ניתן להחליף אחת מהדיודות הללו בגרמניום (סדרה D9, DZ10 וכו'). גרסה משופרת של המייצב עם מייצב זרם המבוסס על טרנזיסטור אפקט שדה KP303B (Uots = 0.B4 V) נבדקה עם סוגים שונים של דיודות זנר בשני ערכי זרם lVD1. התוצאות הבאות מתקבלות: Kst = 50...100; ΔUmin לא יותר מ-0,14 V ב- IН = 20 mA ולא יותר מ- 0,20 V ב- lН = 30 mA; נתב = 2,0 אוהם; Ipotr (ללא עומס) לא יותר מ-0,7 mA; Ikz at Uin = 2Uout לא יותר מ-50 mA (דיודות VD2 ו-VD3 - KD103A ו-Ilimit = 65...100mA). מתח המוצא בערכים שונים של זרם דרך דיודת הזנר וההתנגדות של הנגדים (R1 הוא הנגד במעגל המקור של טרנזיסטור אפקט השדה) מוצגים בטבלה. 2.
עם דיודות זנר במתח נמוך KS119A, KS133A, KS139A, KS147A, כמו גם עם נוריות, יש להשתמש במייצב זרם (ראה איור 6, ג). כאן אתה יכול להשתמש בטרנזיסטורי אפקט שדה נפוצים יותר עם Uots > 1 V (Uots צריך להיות מעט פחות ממתח הייצוב של דיודת הזנר VD1 בזרם מינימלי). הפרמטרים של המייצב באמצעות דיודות הזנר לעיל זהים בערך לאלו של הקודמת, אך ה-TKN מוסט לערכים חיוביים ב-2 ... 3 mV / ° С. השימוש בדיודות זנר למתח גבוה יותר אינו מעשי בגלל ההידרדרות של Kst ו-ΔUmin. כפשרה, מותר להשתמש בגרסה משולבת (איור 11). כדי לשפר את המשוב, נכלל נגד R1 במעגל המקור של הטרנזיסטור VT1 עם התנגדות כזו שבזרם הנבחר של דיודת הזנר VD1 נוצרת על הנגד מפל מתח של 0,5 V. הטרנזיסטור VT1 הוא נבחר מתוך התנאי Uots < UstVD1 +0,3 V. צמצום המרווח להתאמת מתח המוצא עם התנגדות קבועה של הנגד R1, שכן יש צורך שהמתח ירד עליו כאשר זרם הייצוב משתנה הוא בטווח של 0,3 ... 0,9 V.
הפרמטרים של גרסאות שונות של המייצב, המיועדים לזרם מגביל של 60 ... 90 mA בזרם עומס של 20 mA, ניתנים בטבלה. 3. צריכת זרם (ללא עומס) - לא יותר מ-0,7 mA. זרם קצר ב-Uin = 2Uout - לא יותר מ-50 mA. ההתנגדות של הנגד R1 היא 24, 12 ו- 3,3 קילו אוהם עבור זרם האספקה של דיודת הזנר VD1, שווה ל-20, 40 ו-150 μA, בהתאמה. מרווח ויסות מתח מוצא ארוך יותר מסופק על ידי מייצבים המורכבים באמצעות אנלוגי של דיודת זנר על שני טרנזיסטורים (ראה איור 7) ושלושה (ראה איור B). מתח המוצא המינימלי של מייצבים אלה הוא Uots + 1,6 V. הערך המרבי (2...3)Uots + 1,6 V מוגבל על ידי הידרדרות ה-TKN.
זרם הייצוב (Ist) של אנלוגי דיודת הזנר תלוי בהתנגדות של הנגד R1 (ראה איור 7, B) ובמתח הכניסה. המייצבים נבדקים לזרם עומס של 20 mA עם טרנזיסטורי אפקט שדה מסוגים שונים בערכים שונים של מתח המוצא, המוגדרים באמצעות נגד משתנה עם התנגדות של 1,0 MΩ במעגל המקור. התוצאות הבאות התקבלו (ב-Uin = 2Uout, R1 = 120 kOhm, Ist = 35...70 µA): סמל (ללא עומס) לא יותר מ-0,6 mA; נתב = 2,0 אוהם; Ilimit = 60...90 mA. עד כה נשקלו אפשרויות מייצב (ראה איור 9), הנוגעות רק לשיפור ה-R1VD1 ION, אך יש לציין כי אפילו השימוש בדיודת זנר "אידיאלית" אינו מאפשר ל-Kst להיות יותר מ-200. .. 300 מבלי לשפר את ה-ION השני - R2VD3. הדרך הקלה ביותר לשפר היא להשתמש בשלב הגברה נוסף בטרנזיסטור VT3 (איור 12), המאפשר לקבל Kst בטווח של 200 ... 500 על ידי הוספת שני חלקים בלבד - נגד וטרנזיסטור. ההתנגדות של הנגד R3 נקבעת מתוך היחס: R3 \u0,6d 4 / lVD4, כאשר lVD4 הוא הזרם הנבחר של דיודת הזנר VD5, אשר חייב להיות לפחות 10 ... 3 פעמים זרם הבסיס המרבי של הטרנזיסטור VT3 (IB VT3). זרם הבסיס המרבי נקבע: IB VT21 \u1d Ik vtz / h2E \u21d UVD3 / R3 h1E, כאשר IKVT1 הוא זרם האספן המרבי של הטרנזיסטור VTXNUMX; UVDXNUMX - מתח בדיודת הזנר VDXNUMX.
במקור מתח הייחוס R1VD1, ניתן להשתמש בכל דיודות זנר וסטביסטורים עם UCT מ-1,5 V עד Uout בערך - 0,7 V (עדיף אם Ust - Uout / 2). במייצבים בעלי הספק נמוך, מקדם הייצוב הגבוה ביותר מתקבל כאשר משתמשים בדיודות פולטות אור גלוי (VD1). מקדם טמפרטורת המתח של המייצב נקבע בעיקר על ידי הסכום האלגברי (בהתחשב בסימן) של TKN של הטרנזיסטור VT3 ודיודת הזנר VD4. ל-TKN של מעבר הבסיס-פליט של הטרנזיסטור יש ערך שלילי (בערך - 2,0 mV / ° C), לכן, בעת שימוש בדיודות זנר עם TKN חיובי (סדרה D814, KS510A וכו'), ה-TKN של המייצב הוא פחות מזה של דיודת הזנר. השימוש בדיודות זנר במתח נמוך יותר בעלות TKN שלילי לבניית מייצב חסכוני בעל הספק נמוך אינו רצוי בשל ה-TKN הכולל השלילי המוגבר של המייצב, המגיע במקרים מסוימים עד -6,0 mV/°C. יש לזכור שלרוב דיודות הזנר עם TKN ליד 0 בזרם של יותר מ-3,0 mA (KS156A, KS162A, KS170A, D818 סדרה וכו') ופחות מ-0,1 mA יש TKN שלילי מוגבר. השימוש באנלוגי של דיודת זנר על שני טרנזיסטורים עם משוב פתוח (הוא נסגר במקרה זה דרך כל שלבי המייצב) מאפשר לשפר כמעט את כל הפרמטרים של המייצב, גם אם דיודת זנר VD1 עם דיודה נמוכה נעשה שימוש ב-Kst (איור 13). ניתן לכוונן את מתח המוצא של המייצב על ידי הנגד R3 בטווח שבין Uotc vt4 + 0,6 ל-2 ... 3 Uotc vt4. הפרמטרים העיקריים של גרסאות שונות של המייצב (איור 13) במיקומים שונים של מנוע הנגד המשתנה R3 (ערכים שונים של מתח המוצא), שבהם הטרנזיסטור VT4 - KP302A (Uotc \u1,96d 102 V) ו-AL1A LED (VD6) משמשים, ניתנים בטבלה. 3107. במקום טרנזיסטור מסדרת KT1 (VT200), בגרסה חזקה יותר של המייצב (זרם עומס 837 mA), נעשה שימוש בטרנזיסטור KT21V (h120E = 1). זרם דיודת זנר VD1 (IVD2) נמדד ב-UBX = XNUMXUout.
השימוש באנלוגי טרנזיסטור של דיודת זנר במקום דיודת VD3 (ראה איור 9) אינו שולל את היישום בו-זמני של ההמלצות שתוארו לעיל לשיפור ה-R1VD1 ION. אם אתה משתמש במייצב זרם כדי להפעיל את ה-ION, אתה יכול לקבל Kst בערך 1000 אפילו עם דיודת זנר KS1ZZA. במקרה זה, אין צורך לווסת את זרם הייצוב ולשנות את המתח על דיודת הזנר VD1, שכן יש לכך השפעה מועטה על מתח המוצא של המייצב. כדי למנוע עירור עצמי במייצבים מסוג זה, די להפעיל קבלים תחמוצתיים במוצא המייצב, בעלי קיבולת של כמה עשרות מיקרופארד, וקבלי קרמיקה, כ-0,1 μF. אם זה לא מספיק, קבל עם קיבולת מכמה מאות פיקופארד עד כמה עשרות ננו-פארד מחובר בין המסופים של הבסיס והקולטור של הטרנזיסטור VT3 (איור 13) (הקיבול המינימלי הנדרש תלוי בעוצמת ה- מְיַצֵב). ST בווסתים המופעלים על ידי סוללה כמעט ולא כדאי ללא שיפור משמעותי ב-TKN, שכן התנודות במתח המוצא הקשורות לשינוי בטמפרטורת הסביבה יהיו הרבה יותר גדולות מאלה הקשורות לשינוי במתח האספקה. בספקי כוח ברשת, מותר להשתמש במעגלים עם KST גדול, אם הדבר מוכתב על ידי הצורך להשיג אדווה מינימלית של מתח מיוצב. אפשר להגדיל את מקדם הייצוב ל-1500 ... 3000 באמצעות אנלוגי של דיודת זנר על שלושה טרנזיסטורים (איור 14).
כמה פרמטרים של מייצב כזה, שנבדקו עם זרם עומס של 20 mA בזרם מגביל של 70 ... 90 mA, ניתנים בטבלה. 7.
זרם צריכה - לא יותר מ-0,6 mA, Rout. - בערך 0,1 אוהם, ΔUmin - לא יותר מ-0,14 V. ה-TCR של המייצב (איור 14) תלוי כמעט לחלוטין ב-TCR של אנלוגי דיודות הזנר ויכול להגיע ל-1,5 mV/°C. שימוש ב-FET עם מתח חיתוך נמוך יותר ישפר מעט את ה-TCR. עם עלייה במתח הייחוס ביחס ל-UOTC (עם פוטנציומטר במעגל המקור), ה-TKN של אנלוגי דיודת הזנר עובר לערכים חיוביים. ניתן להשיג את אותה תוצאה על ידי הפחתת הזרם דרך טרנזיסטור אפקט השדה VT5 על ידי הגדלת ההתנגדות הכוללת של הנגדים R4 ו-R5. ייצוב זרם (ראה איור 6, b או 6, c) של דיודת הזנר VD1 מאפשר לך להשיג מקדם ייצוב של יותר מ-5000. בהיעדר טרנזיסטורים עם מקדם העברת זרם גבוה, במיוחד במייצבים רבי עוצמה, נעשה שימוש בטרנזיסטור ויסות מורכב. על איור. 15 מציג אפשרות אחת כזו. לייצב עם טרנזיסטור ויסות מורכב יש תכונה אחת. בהיעדר זרם עומס, הזרם הנצרך על ידו זניח; בזרם עומס קרוב למקסימום, זה כמעט לא שונה מהצריכה הנוכחית של שינויים קודמים של מייצבים.
לדוגמה, גרסה של מייצב חזק עם טרנזיסטור ויסות KT837V (h21E \u120d 300): Kst \u500d \u0,1d XNUMX ... XNUMX, Rout. = XNUMX אוהם, Uout. \u6,4d 1,9 V, Ilimit \u12d 300 A; במתח כניסה של 1,0 וולט במצב סרק, הוא צורך זרם של לא יותר מ-30 μA. בזרם עומס של XNUMX A, צריכת הזרם עולה ל-XNUMX mA. גרסה של מייצב בעל הספק נמוך עם זרם מגביל של 80 mA (Kst = 500 ... 700, Rout = 1 Ohm), צורך לא יותר מ-60 μA במצב סרק. בזרם עומס של 25 mA, צריכת הזרם עולה ל-400 μA. בשולחן. 6 מציג כמה פרמטרים אחרים של שתי הגרסאות של מייצבים.
זה לא מוגבל לכל האפשרויות לשדרוג המייצב המובאות כבסיס (ראה איור 9) על מנת להגביר את היעילות ולשפר פרמטרים אחרים. בפרט, במקרים מסוימים, כדי להפחית את ΔUmin, כדאי להשתמש בחיבור מקביל של מספר טרנזיסטורים עם נגדים לפיסול זרם במעגלי הבסיס במקום טרנזיסטור ויסות אחד. באמצעות IONs microcurrent, ניתן לשדרג בהצלחה גם סוגים אחרים של מייצבים. טבלאות המאפיינים של המייצבים הניתנות במאמר אינן דוגמאות של חישוב אופטימלי והבטחות לצרוף מקרים מוחלט של התוצאות כאשר הן חוזרות על עצמן עקב התפשטות רחבה של פרמטרים של דיודות זנר וטרנזיסטורי אפקט שדה. טבלאות אלו שימושיות לניתוח מגמות כלליות בפיתוח מייצבים ויכולות לשמש בסיס לבחירתן. אפשרויות מייצב שונות מיועדות לזרם עומס של 20 mA להשוואה קלה של הפרמטרים העיקריים. מאותה סיבה, רוב הפרמטרים נמדדו ב-UBX = 2U out. במידת הצורך, ניתן לחשב מחדש מייצבים עבור זרם עומס שונה. למשל, בטבלה. 6 ו-8 מציגים את הפרמטרים לבניית מייצבים עבור זרם עומס של 2,5, 200 mA ו-0,5 A. מכיוון שדיאגרמות המעגלים המופיעות במאמר הן אוניברסליות למדי, הן, כמו גם בטבלאות, עשויות להיעדר מידע ספציפי על כל אלמנט . במקרה זה, הם נבחרים או מחושבים באופן עצמאי, מונחים על ידי הכללים וההמלצות הכלליים הכלולים במאמר.
לשיפור פעולת המייצבים בטמפרטורות גבוהות או בעת שימוש בטרנזיסטורים בעלי זרם קולט הפוך גבוה, אנו ממליצים לחבר בין הפולט לבסיס הטרנזיסטור המווסת נגד בהתנגדות של מספר יחידות לכמה עשרות קילו אוהם, בהתאם ל כוחו של המייצב. למרות העובדה שהמאמר מתאר מייצבים המתיימרים להיות חסכוניים, ערך היעילות הספציפי אינו ניתן בשום מקום, שכן פרמטר זה תלוי ביחס הספציפי של מתח הקלט והמוצא ומשתנה על פני טווח רחב, ועולה ככל שהמתח ב- מסופי הסוללה יורדים. ספרות
מחבר: V.Andreev, Togliatti
עור מלאכותי לחיקוי מגע
15.04.2024 פסולת חתולים של Petgugu Global
15.04.2024 האטרקטיביות של גברים אכפתיים
14.04.2024
▪ מאמר כמה שנות כלב תואמות לשנת אדם אחת? תשובה מפורטת ▪ מאמר מדידת התנגדות בידוד של חיווט וכבלים חשמליים. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה ▪ מאמר סרוגייט (כימי) ייבוש שמנים עם שמנים מינרליים. מתכונים וטיפים פשוטים
בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר
www.diagram.com.ua |
ראה מאמרים אחרים סעיף 
חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:
כל השפות של דף זה