Sari la conținut

Regulatorul liniar de tensiune => Serie
* * - - -
V-am promis in debutul ACESTUI articol care trata regulatoarele paralel, ca o sa revin cu dezbaterea regulatoarelor serie, astfel incat iacatama's. Subiectul este unul foarte vast, regulatoarele serie liniare fiind inca, poate cele mai raspandite montaje folosite, desi comutatia castiga tot mai mult teren, totusi regulatorul liniar isi pastreaza in continuare un avantaj greu de combatut de comutatie, si anume zgomotul extrem de redus, si mai exista un avantaj poate la fel de important fata de comutatie, si anume simplitatea evidenta, un regulator liniar serie este mult mai usor de realizat si stabilizat decat unul in comutatie. Desi articolul va fi poate destul de lung ( motiv pentru care imi cer scuze anticipat daca va plictiseste ), totusi cu siguranta nu va putea trata decat partial acest subiect, nu este intentia mea sa scriu o carte in acest sens, ci doar sa contribui pe forum cu intelegerea unor notiuni mai mult sau mai putin elementare, si sa ajut de ce nu, poate si la schimbarea unor anumite mentalitati sau a modului cum este privit acest subiect, la final scopul este ca cititorul electronist amator fiind, sa isi poata dezvolta singur regulatorul necesar, sa poata face alegerile cele mai simple si usor de adaptat in cazul sau particular si sa stie la ce sa se astepte. Incep prin a incerca sa definesc in cateva cuvinte regulatorul liniar serie:
Regulatorul liniar serie este acel circuit capabil sa preia diferenta dintre o anumita tensiune de alimentare, si una dorita de iesire, si sa transforme aceasta diferenta in disipatie, si deci caldura, oferind la iesire o tensiune fixa stabilizata si neafectata de variatiile alimentarii.
Sunt 2 lucruri esentiale de retinut inca de la bun inceput:

1.-Curentul necesar sarcinii si curentul necesar de la sursa de alimentare, sunt unul si acelasi lucru, adica daca dorim un curent de sarcina de maxim 1A, atunci sursa de alimentare necesara va trebui sa ne poata oferi 1A ( evident ca daca sursa de alimentare poate oferi mai mult e cu atat mai bine ).

2.-Tensiunea necesara de la sursa de alimentare va trebui sa fie intotdeauna ceva mai mare decat tensiunea dorita de la iesirea regulatorului ( sau cea maxim dorita in cazul in care regulatorul este ajustabil ), este necesar acest lucru pentru buna functionare a sa, deoarece numai astfel se poate obtine stabilizarea iesirii la nivelul si performantele dorite.

I - Divizorul rezistiv

[adv_4]
Cea mai elementara forma de regulator liniar serie este tot divizorul rezistiv:
Imagine postată
Am schimbat putin dispunerea fata de varianta de la articolul despre regulatorul paralel, pentru a sublinia un principiu si a-l face mai usor de identificat cu ceea ce trateaza acest articol. Circuitul este acelasi numai ca de data asta R2 este de fapt Rs, adica rezistenta de sarcina ( sau in anumite cazuri impedanta, depinde ce tip de sarcina se alimenteaza ), diferenta fata de regulatorul paralel este ca acolo Rs era o rezistenta suplimentara in paralel cu R2, aici asa cum am zis R2 este chiar Rs.

Revenind la definitia de mai sus a regulatorului serie, R1 din schema este insasi regulatorul in sine, pentru ca de fapt asta face un regulator liniar serie, este, sau poate fi privit ca o rezistenta dinamica variabila, care isi modifica automat valoarea in functie de tensiunea de alimentare si curentul de sarcina pentru a oferi tensiunea stabilizata necesara la iesire. Acuma ca am inteles asta revenim la divizorul in sine, si avem:
Imagine postată
Sau la fel de corect:
Imagine postată

Nu mai insist cu exercitii sau exemple aici, am facut-o in articolul precedent, voi trece direct si pe scurt la tratarea problemelor, sau altfel spus neajunsurilor acestui circuit simplu si de aici vom purcede ulterior in rezolvarea lor.

1.- Curentul de sarcina maxim disponibil este destul de mic iar variatiile acestuia afecteaza in mod direct si substantial tensiunea de iesire;
2.- Orice variatie a Vin se va reflecta intr-o variatie a Vout proportionala cu K din formula;

Ceva trebuie sa se poata face, si se poate, exista solutii si mai simple, si mai complexe, pentru fiecare in parte, sa continuam asadar.

II - Tranzistorul bipolar -> Repetor pe emitor

Una dintre cele mai populare utilizari ale tranzistorului bipolar ( fie ca este NPN sau PNP ) este configuratia repetor pe emitor, i se mai spune si "Colector comun" ( in engleza veti intalni prescurtarea EF => Emitter Follower ), i se spune astfel datorita faptului ca tranzistorul reproduce in emitor tensiunea cu care este comandat in baza, minus tensiunea necesara polarizarii directe a jonctiunii Baza-Emitor ( pe scurt minus Vbe ), care la tranzistoarele bipolare pe siliciu este undeva in jur de 0,65V. De fapt acest Vbe poate varia destul de mult in functie de tipul tranzistorului respectiv ( de semnal, mediu sau de putere ) si curentul de sarcina, sau IC, valoarea exacta se poate extrage din pdf, in grafice. Tensiunea obtinuta in emitor este o replica a celei din baza dar la un curent mult mai mare, ceea ce face corecta si o alta denumire a acestei configuratii, si anume "amplificator de curent", aceasta caracteristica a tranzistorului o gasiti in pdf sub denumirea Hfe, si variaza in functie de mai multi factori, in cazul de fata ne intereseaza doar 2, variatia Hfe fata de IC si variatia Hfe fata de Tj ( adica fata de curentul de colector si fata de temperatura jonctiunii ), ambele pot fi deasemenea gasite in pdf. Ne vom folosi de aceasta configuratie pentru a trata primul neajuns al divizorului ( cel cu nr 1 ):
Imagine postată
Noutatea este Q1, divizorul se pastreaza si se adauga Rs, ceea ce evident inseamna ca R2 acum nu mai este insasi sarcina, ci o rezistenta in circuit.
Imagine postată

Unde VB este tensiunea de comanda in baza, si Vbe este tensiunea de polarizare a jonctiunii baza-emitor a tranzistorului, si:
Imagine postată

De data asta curentul de sarcina posibil este mai mare, si influenta variatiilor sale este atenuata ( dar nu eliminata ), aceasta influenta inca este semnificativa, si o sa vedeti mai departe cum. Pentru ca sa avem un curent dorit la iesire, trebuie sa asiguram un curent minim in baza, acesta in situatia ideeala este si curentul pe care divizorul trebuie sa-l suporte, si este:
Imagine postată

Adica in baza trebuie sa asiguram un curent minim constand in curentul maxim dorit la iesire impartit la amplificarea in curent ( hfe ) a tranzistorului. Acum variatiile curentului de sarcina afecteaza mult mai putin iesirea deoarece ele provoaca o variatie a curentului tras de baza tranzistorului, si stim deja ca acesta este curentul de sarcina impartit la hfe, deci variatia Ib este mult mai mica decat Ic, asadar si variatia VB este mai redusa, si implicit variatia Vout. Curentul de sarcina insa afecteaza de data asta Vout dintr-un motiv inexistent la divizorul simplu, si anume Vbe care variaza in functie de Ic, ceea ce implicit afecteaza Ve ( adica tensiunea din emitor ), uneori aceste variatii pot fi mai mari alte ori mai mici, uneori mai importante alte ori mai putin semnificative, depinde de cerintele sarcinii.

Exemplu:
Se da schema de mai sus, o alimentare de 20V, si se cere proiectarea unui circuit care sa ofere la iesire 5V si un curent de 1A.

Primul pas este alegerea Q1, si in acest sens trebuie sa tinem cont de cativa parametrii esentiali, primul este Vce, tranzistorul va trebui sa aiba un Vce mai mare decat diferenta dintre alimentare si iesirea dorita, in cazul de fata:
Imagine postată

Un alt parametru necesar este IC, acesta este chiar curentul de sarcina dorit, asadar IC=Iout=1A. La regulatoarele liniare serie, disipatia este un factor determinant in alegerile facute, tocmai pentru ca marele lor dezavantaj este tocmai disipatia substantiala. In cazul de fata tranzistorul trebuie sa aiba parametru denumit Pd de nimim:
Imagine postată

Variante posibile sunt multe, magazinele online serioase au filtre de cautare avansate care fac foarte usoara alegerea potrivita, pur si simplu bifezi Vce, Ic si PD de interes si alegi din rezultatele gasite, eu merg direct pe BD911, un bipolar NPN destul de ieftin si usor de gasit, si avem:

-Vce maxim al sau este de 100V, adica mult peste cei 15V care ne interesau pe noi;
-Ic maxim al sau este de 15A, iarasi mult peste ce ne intereseaza, deci iarasi in regula;
-Pd maxim la el este la 90W, dar asta este valabil doar la o temperatura a capsulei de 25*C, ceea ce in realitate nu este cazul ( sau oricum foarte rar se intampla ), in schimb alegem noi o temperatura maxima pana la care permitem sa ajunga si ne uitam in pdf care este puterea maxim disipabila la acea temperatura. Sa zicem ca acceptam maxim 70*C ca temperatura a capsulei, de mentionat ar fi faptul ca temperatura capsulei rareori coincide intocmai cu temperatura radiatorului, exista o anumita rezistenta termica intre capsula si radiator care face ca pentru o anumita temperatura masurata a radiatorului, capsula va fi ceva mai sus, gasim graficul asta in pdf:
Imagine postată

Identificam pe orizontala zona celor 70*C si urmarim in sus unde se intersecteaza prima panta cu valorile de pe verticala, gasim ca la aceasta temperatura putem disipa cam 62% din maximul disponibil de 90W, adica 55,8W, ceea ce este mult peste cei 15W ce ne interesau pe noi, adica iarasi suntem in regula si Q1 poate fi BD911.

In continuare trebuiesc calculate valorile divizorului din baza, adica R1 si R2, in acest sens avem nevoie sa stim IB si VB necesare, pentru asta trebuie sa analizam alte 2 grafice din pdf-ul tranzistorului ca sa cunoastem cu exactitate Hfe si Vbe.
Imagine postată
Imagine postată
Avem asadar:
Imagine postată

Si:
Imagine postată

Ib stim ca este totuna cu Idiv, sa zicem ca alegem o valoare a sa de 15mA ca sa oferim o oarecare rezerva, atunci R2 devine:
Imagine postată

Pe cale de consecinta R1 devine:
Imagine postată

Schema arata acum asa:
Imagine postată
Acum calculam cu exactitate si ceva Parametrii, incepem cu Vout, in principiu este sau trebuie sa fie, 5V, am rotunjit valorile R1 si R2 la calcul astfel incat aflam acum exact cat avem la iesire:
Imagine postată

De retinut ar fi ca aceasta este tensiunea valabila in gol, adaugand o sarcina, tensiunea scade inevitabil, si asta deoarece in practica IB nu este intotdeauna acelasi cu Idiv, prin R1 trece atat curentul divizorului cat si curentul de baza, in gol Ib tinde catre 0, deci parametrii divizorului se respecta, cu o sarcina pe iesire Ib creste si adauga la curentul prin R1. Privind ceva mai simplist lucrurile, rezistenta echivalenta a sarcinii inmultita cu Hfe se traduce intr-o rezistenta de intrare in baza ( in fapt i se spune impedanta de intrare ), aceasta impedanta pur si simplu este pusa in paralel pe R2, si deci schimba valoarea cumulata a rezistentei de jos a divizorului si implicit si tensiunea, vom numi impedanta de intrare in baza Zb, iar impedanta echivalent cumulata a jumatatii de jos a divizorului Z2, stabilim valoarea RS din schema la 5 Ohm pentru cei 1A ceruti initial si aflam intai Zb:
Imagine postată

In continuare aflam Z2:
Imagine postată

Asadar acum divizorul este format din 910R sus, si 200R jos, putem acum determina Vb ( de aici incolo nu se mai pot afisa imagini direct din cauza limitarii forumului, deci vor fi doar link-uri ):
Imagine postată
Si Vout este acum:
Imagine postată

Verificam si comparam cu situatia lipsei Q1, in atare situatie Z2 ar fi fost combinatia paralel dintre 360R si 5R, adica 4,93R, si Vout ar fi fost:
Imagine postată

Asadar influenta sarcinii asupra tensiunii de iesire este mult redusa, dar inca exista, dar mai exista problema nr.2 de la primul capitol, si anume aceea a variatiei alimentarii, deoarece rareori avem nevoie de stabilizator pentru a reduce o tensiunea deja stabilizata, deci in principiu avem nevoie sa stabilizam o tensiune mai mult sau mai putin variabila, si orice variatie a Vin se traduce intr-o variatie a iesirii. Iata ce se intampla daca Vin scade cu 1V:
Imagine postată

Acest circuit rezolva cumva problema curentului mic disponibil la iesire, insa stabilizarea lasa foarte mult de dorit, deci trebuie sa rezolvam cumva acest lucru, si se poate foarte simplu, cum veti vedea in capitolul urmator, doar prin inlocuirea unei singure componente, vom obtine si stabilizare si curentul dorit.


III - NPN+Zenner

Am dezbatut in articolul precedentdetalii despre functionarea si caracteristicile diodei zenner, astfel incat nu voi insista aici, in caz ca ceva v-a scapat, este recomandabil sa parcurgeti intai acel articol, inainte sa continuati cu lecturarea acestuia. Asadar ne folosim de o dioda zenner pentru a realiza un stabilizator paralel in baza tranzistorului:
Imagine postată

Ideea este simpla, am inlocuit R2 cu o dioda zenner pentru a obtine o impedanta Z2 ( ilustrata anterior ) mult mai stabila si mai putin sensibila variatiilor sarcinii si Vin, este in esenta un stabilizator paralel in baza unui NPN care amplifica astfel curentul ce se poate trage din stabilizatorul paralel, numai ca de data asta curentul de sarcina se trage direct din alimentare de catre colectorul tranzistorului, prin rezistenta shunt a stabilizatorului paralel circula doar curentul mic de comanda, se alimina astfel o problema importanta a stabilizatoarelor paralel, si anume disipatia mare pe shunt. Dar sa nu lungim vorba, continuam elaborarea si perfectionarea stabilizatorului propus anterior. Avem nevoie la iesire de 5V, tensiunea diodei zenner trebuie sa fie cu Vbe mai mare, si stim deja ca in cazul de fata pentru cei 1A necesari noua, Vbe este de 0,6V ( am gasit in grafic ), deci zenner-ul trebuie sa fie de 5,6V, este un caz fericit acesta deoarece uneori ( sau poate deseori ) nu gasim valoare standardizata a DZ pentru tensiunea estimata de noi, dar n-avem ce sa facem decat sa rotunjim la cea mai aproape valoare standard, preferabil in sus. In continuare trebuie sa aflam rezistenta R1, stim anterior ca in baza avem nevoie de minim 11,1mA pentru ca sa obtinem cei 1A la iesire, acest curent trece bineinteles prin R1, dar trebuie sa mai asiguram si diodei zenner un curent minim permanent indiferent de sarcina, pentru ca doar asa poate stabiliza tensiunea din baza, sa zicem ca adaugam 5mA pentru zenner, si acest curent evident tot prin R1 trece, obtinem 16mA, dar hai sa rotunjim in sus ca sa oferim o rezerva de siguranta, sa zicem 20mA, acesta este curentul pe care trebuie ca R1 sa-l limiteze in functie de valoarea Vin, si deci:
Imagine postată

Am rotunjit din nou pentru a ajunge la cea mai apropiata valoare standard, curentul limitat devine:
Imagine postată

Nu am terminat insa de determinat valorile din schema, trebuie revenit la dioda zenner putin si aflat de ce putere trebuie sa fie. Trebuie retinut ca atunci cand avem sarcina de 1A pe iesire, conform Hfe, baza tranzistorului trage putin peste 11mA, deci pentru dioda raman cca 8mA, dar fara sarcina pe iesire, intreg curentul de 19,2mA trece prin dioda zenner, deci trebuie tinut cont de asta inainte de finalizarea schemei, si asta este unul din motivele pentru care in anumite cazuri unde curentul de sarcina este mai mare, se apeleaza la 2 tranzistori in conexiune darlington, Hfe cumulat este atunci produsul Hfe individual al celor 2, adica mult mai mare, ceea ce reduce substantial influenta IB asupra stabilizatorului paralel dioda+Zenner din baza. In cazul de fata puterea diodei zenner trebuie sa fie minim de:
Imagine postată

Aceasta este puterea maxim disipata de dioda zenner si este valabila doar atunci cand nu avem sarcina pe iesire, suntem in regula, valoarea fiind redusa, aleg eu BZX55C5V6, o dioda de 0,5W in capsula DO35, una cu caracteristici destul de bune. Puterea disipata de R1 este:
Imagine postată

Alegem o rezistenta de 750R si 0,5W si schema devine:
Imagine postată

Sa analizam in continuare sumar performantele circuitului, ne intereseaza variatiile posibile ale iesirii si cauzele lor. Iesirea poate varia in functie de 2 principali parametrii, curentul de sarcina si Vin. Curentul de sarcina afecteaza atat tensiunea baza-emitor a tranzistorului cat si tensiunea stabilizata de zenner in baza tranzistorului prin intermediul IB ale carui variatii afecteaza si curentul prin dioda. Variatiile Vbe vor fi destul de mici in cazul de fata datorita curentului mic pentru tranzistorul ales, deci le ignoram acum, pentru curent mai mare variatia Vbe este totusi semnificativa si am pus deja graficul mai sus deci stiti ce aveti de facut ca sa le aflati. Tratam variatia Vdz care este evident si Vb, adica tensiunea de comanda in baza a tranzistorului. BZX55C5V6 are o rezistenta dinamica de maxim 25R ( usor de gasit in pdf ), daca ignoram variatii ale alimentarii presupunand cei 20V ca fiind ficsi atunci variatia maxima a curentului prin zenner este chiar variatia maxima IB, si stim ca IB maxim a fost estimat ca fiind 11,1mA, asadar aceasta este variatia de curent care va afecta tensiunea stabilizata de zenner, si deci variatia tensiunii stabilizate de ea este:
Imagine postată

Orice variatie a tensiunii de alimentare contribuie la variatia curentului prin zenner si deci la variatia tensiunii de iesire. Observam asadar ca iesirea nu este imuna nici la variatiile alimentarii nici la cele ale sarcinii, insa influenta lor asupra iesirii sunt cu mult mai reduse, si deseori este deajuns asa. Ar mai fi de mentionat ca si temperatura este un factor important de influenta asupra iesirii, tranzistorul disipa 15W in sarcina maxima, si deci se incalzeste inevitabil, asta afecteaza atat amplificarea sa in curent ( deci influenta Ib ) cat si Vbe, apoi variatiile de temperatura afecteaza insasi tensiunea diodei zenner, toate se pot gasi in pdf-uri si estima exact intr-o masura mai mica sau mai mare. Concluzia este ca inca nu am obtinut un stabilizator ideeal, este mult mai bun fata de varianta cu divizor simplu in baza, insa tot nu e foarte performant, si se pot rezolva problemele enumerate aici printr-o solutie usor diferita, in capitolul urmator o abordam.
[adv_2]

IV - NPN+TL431

Si despre TL431 am discutat in articolul precedent ( si nu intamplator il propun aici ), deci ar trebui sa stim deja cate ceva despre el, si despre ce urmeaza:
Imagine postată

Ne folosim de ceea ce se numeste amplificator de eroare, ideea este simpla, TL431 face tot posibilul sa mentina referinta la 2,5V, deci va mentine tensiunea la bornele R2 fixa la aceasta valoare de 2,5V, si cum atat R2 cat si R3 sunt fixe, rezulta ca si iesirea va fi fixa indiferent de variatiile sarcinii sau ale alimentarii. Principiul amplificatorului de eroare este destul de usor de asimilat, se foloseste un comparator cu una din intrari ( in cazul de fata inversoarea ) la o referinta fixa interna sau externa ( in cazul de fata interna ), cealalta intrare citeste prin intermediul unui divizor, tensiunea de la iesire, atunci cand iesirea tinde sa se deplaseze de la valoarea ideeala, asta se traduce intr-un semnal de eroare, o diferenta de potential intre cele 2 intrari care este amplificata cu valoarea Aol ( amplificarea in bucla deschisa a comparatorului ) si redata la iesire. In cazul de fata daca iesirea tinde sa scada atunci scade si tensiunea de pe R2, si deci cea vazuta de comparatorul TL431 la neinversoare, si stim de la principiile elementare de functionare ale unui amplificator operational/comparator ca atunci cand inversoarea este mai pozitiva decat neinversoarea, iesirea trage in jos catre minus/masa, in cazul de fata iesirea comparatorului trage in jos si se blocheaza tranzistorul de pe iesire al TL431 ( a se consulta diagrama cu schema bloc ), baza tranzistorului Q1 este trasa de R1 in sus catre Vin si deci se forteaza cresterea tensiunii de iesire. Invers daca iesirea tinde sa creasca peste valoarea ideeala, creste si tensiunea vazuta de comparator la neinversoare si deci si iesirea sa trage in sus catre plus, asta deschide tranzistorul de pe iesire intern al TL431 si colectorul acestuia trage baza Q1 din schema in jos catre masa, deci tensiunea de iesire este redusa.

Ca sa completam schema avem nevoie sa stabilim valorile R1, R2 si R3, restul parametrilor raman aceiasi, adica alimentare de 20V, iesire dorita de 5V la 1A. Si incepem cu divizorul de pe iesire, respectiv alegerea R2, tinand cont de faptul ca ea stabileste curentul in divizor prin relatia Uref/R, referinta este de 2,5V, si conform pdf Iref este recomandat intre 0,5-10mA, alegem un curent undeva la mijlocul plajei, sa zicem 5mA, R2 devine:
Imagine postată

R3 se afla usor acum, cunoscand iesirea dorita si valoarea R2 plus referinta de pe ea:
Imagine postată

Dar poate fi si mai simplu de atat, tensiunea dorita la iesire este in cazul de fata pur si simplu dublul referintei, ceea ce inseamna ca pe R3 pica exact cat pica si pe R2, deci R3 trebuie sa fie exact cat este si R2, sau altfel spus:
Imagine postată

R1 trebuie sa asigure atat IB care este tot 11,1mA (calculati initial conform Hfe), cat si un curent minim prin TL431, deoarece acesta are nevoie de un curent minim pentru a functiona corect, pdf-ul zice ca e nevoie de minim 1mA si maxim 100mA, acest curent minim este valabil la sarcina maxima de 1A cand IB este maxim, atunci cand nu exista sarcina, la fel ca si la dioda zenner tot curentul din R1 trece prin TL431. Hai sa fim ceva mai generosi, sa zicem ca alegem un curent minim prin TL431 de 10mA, in felul asta asiguram o rezerva generoasa pentru IB care la cei 11,1mA ai sai calculati, rezulta 21,1mA, deci R1 este:
Imagine postată

Calculam si disipatiile:
Imagine postată

Imagine postată

Imagine postată
Oricum se subantelege faptul ca R3 avand aceeasi valoare ohmica precum R2, si disipatia va fi aceeasi.

TL431 va disipa:
Imagine postată

Cam asa arata acum schema:
Imagine postată

Au fost adaugati C1 si C2 deoarece pentru stabilitate, este necesara o capacitate minima pe iesire. Performantele circuitului sunt acum mult mai aproape de ideealul dorit, variatiile sarcinii si ale alimentarii nu mai pot afecta iesirea deroarece atata timp cat TL431 are rezerva suficienta cu care sa lucreze ( adica o diferenta minima de cativa V intre alimentare si iesirea dorita ), va pastra fara dificultate iesirea fixa la cat este necesar, nici variatiile temperaturii nu vor mai afecta iesirea datorita faptului ca TL431 are o referinta termocompensata. Posibile motive de eroare pot fi valorile exacte ale rezistentelor R2 si R3, avand in vedere tolerantele alese si faptul ca pot varia usor cu temperatura, dar aceste erori sunt mult mai mici, si de cele mai multe ori nesemnificative.
[adv_3]
Pana aici totul este destul de aproape de ideeal, dar nu am luat nicaieri in calcul si situatia unui scurt accidental pe iesire, nici o limitare a curentului de sarcina maxim posibil, adica circuitul nu este protejat nici la suprasarcina si nici la scurtcircuit pe iesire, dar si asta se va rezolva in urmatorul capitol ( si ultimul ).


V - Protectie

Nici un stabilizator serie nu se poate numi unul performant fara o protectie la scurtcircuit accidental pe iesire, si astfel de situatii nedorite pot aparea din varii motive, fie neatentie personala, fie diverse avarii ale sarcinii alimentate, deci luam masuri de protectie, in cazul de fata o solutie destul de simpla ne scapa de griji:
Imagine postată

Ne folosim de Q2 si R4 pentru a converti montajul intr-un generator de curent constant, dimensionat corect, acestanu va afecta performantele circuitului in regimul normal de lucru cerut, in schimb la caz de scurt sau suprasarcina, el pur si simplu va limita curentul maxim pe care circuitul il poate oferi la iesire, si in acest mod limiteaza curentul maxim prin Q1, deci il protejeaza. Principiul functionarii este simplu, atunci cand curentul de sarcina ajunge la un anumit prag prestabilit pe R4 apare o cadere de tensiune suficienta cat sa deschida pe Q2, acesta trage baza Q1 spre iesire ( corect spus este ca se trage curentul din baza al Q1 ), si se limiteaza IC pentru acesta, are loc o reactie negativa locala cu un punct de echilibru stabilit la pragul de curent ales.

Alegerea celor 2 componente se face destul de usor, Q2 trebuie sa suporte curentul de scurt maxim limitat de catre R1, si tensiunea maxima de alimentare. Curentul de scurt prin R1 nu este totuna cu acel curent maxim stabilit de noi la 21,1mA, pentru ca in eventualitatea unui scurt pe iesire, putem spune ca R1 pur si simplu face scurt pe alimentare prin intermediul Q2, deci IC pentru Q2 trebuie sa fie:
Imagine postată

Si stiind ca Vin este 20V, rezulta ca tranzistorul Q2 poate fi unul cu minim 0,1A si minim 20Vce, aleg eu BC546 cu IC de 0,1 si Vce de 65V.

La alegerea R4 trebuie sa stabilim noi un prag maxim de curent la care sa intervina protectia, alegerea se face tinand cont de curentul maxim dorit in regim normal de functionare, ca sa ne asiguram ca acesta nu este afectat, in cazul nostru avem curent maxim dorit de 1A, sa zicem ca alegem pragul limitarii la 2A, luam in calcul o tensiune BE a Q2 de 0,65V si deci valoarea R4 este:
Imagine postată

Puterea disipata de R4 este:
Imagine postată
Deci schema este in final:
Imagine postată

Totul pana aici s-a axat pe o alimentare fixa de 20V, insa in realitate rareori avem luxul unei alimentari fixe, de cele mai multe ori aceasta variaza, si pentru calcularea valorilor componentelor trebuie sa tinem cont de aceste variatii, mai precis de 2 praguri limita estimate, adica la cat va scadea cel mai mult alimentarea ( Vmin ) si la cat poate urca cel mai mult ( Vmax ). Valoarea minima este importanta in vederea stabilirii R1 din schemele prezentate tinand cont ca la aceasta valoare minima a alimentarii noi trebuie sa avem totusi curent suficient prin R1 incat sa alimentam corect atat tranzistorul serie ( in cazul de fata Q1 ) cat si dioda zenner sau TL431 dupa caz, adica la formulele de calcul pentru rezistenta ohmica a R1, punem la Vin valoarea minim estimata a sa. Valoarea maxima a Vin conteaza in determinarea disipatiilor pe R1 si pe zenner sau TL431 dupa caz, deoarece o data cu cresterea alimentarii, creste inevitabil si curentul prin R1, deci si disipatia prin ea, dar creste si curentul prin zenner sau TL431, deci si disipatia prin ele, asadar la estimarea disipatiei punem la Vin valoarea maxim estimata.

In cazul in care se doreste ca iesirea sa fie ajustabila, R3 se inlocuieste cu un potentiometru a carui rezistenta maxima trebuie sa asigure iesirea maxim dorita, se folosesc procedeele de calcul deja expuse mai sus. Daca se doreste un curent de iesire mai mare atunci se folosesc mai multi tranzistori de putere in paralel, punand la fiecare cate o rezistenta de putere in emitor de aceeasi valoare la fiecare in parte, pentru o impartire cat mai egala a curentului intre ei, se mai poate deasemeni reduce R4 si astfel pragul limitarii creste, dar trebuie ales cu grija curentul continuu maxim ales prin tranzistor deoarece trebuie sa tinem cont de disipatia maxima pe el, fapt care limiteaza destul de mult o sursa liniara. Si aici aveti deja tot ce trebuie expus mai sus pentru a putea face alegerile corecte.


Concluzii

In incheiere facem o scurta recapitulare si analiza a pasilor parcursi, am plecat de la un divizor simplu si apoi de la niste parametrii ceruti, si pas cu pas am optimizat circuitul, obtinand performante mai bune de fiecare data, in final am obtinut un circuit cu o buna imunitate la variatii ale sarcicii, alimentarii sau temperaturii, si bine protejat, totul cu doar cateva componente simple si ieftine. Fiecare varianta in parte poate fi utila si deci potrivita in functie de situatie si de cerinte.

Nu am apelat la nici o simulare deoarece am fost acuzat nu doar o data ca ma bazez prea mult pe simulator si nu pe fapte reale, si oricum nu era nevoie, atunci cand intelegi niste notiuni nu foarte complexe, stii ce ai de facut, si simulatorul daca este folosit nu poate decat sa-ti confirme ceea ce calculasei deja. Asa cum am zis la inceput articolul este lung, si inevitabil este asa, pentru ca multe au fost de zis cu scopul de a va facilita asimilarea procedeelor implicate, si totusi in ciuda lungimii sale, in fapt nu acopera decat partial acest domeniu foarte vast al surselor liniare, trateaza doar un caz ca atare, cu un stil distinct, variante sunt insa foarte multe pentru a obtine exact ceea ce s-a dorit de la inceput in acest articol, unele mai simple altele mai complicate, am ales o versiune care sa aiba un grad de dificultate modic dar performante cel putin decente, si totodata sa aiba o oarecare legatura cu articolul precedent, pentru a fi mai usor de asimilat totul. Desi articolul detine deja cam tot ce este necesar pentru adaptarea la orice cerinte necesare voua, totusi sunt constient ca experienta nu se castiga peste noapte, astfel incat va stau la dispozitie in cazul in care doriti sa adaptati cele ce ati citit aici in cazul vostru si nu va descurcati ( asigurati-va intai ca ati citit cu atentie tot ce s-a scris aici ). Posibil deasemeni sa vin cu o concludere a acestui articol constand intr-un caz concret de regulator liniar serie bazat pe ultima configuratie, TL431 + NPN, la un curent mult mai mare si adaptat la niste conditii de lucru mult mai realiste, eventual il vom face si reglabil in tensiune, aici as dori sa lasati comentarii cu opiniile voastre, atat despre articolul in sine cat si despre utilitatea unui astfel de caz concret, orice parere conteaza.

Aici ma retrag, va cer scuze daca v-am plictisit, si va multumesc pentru eventualitatea in care ati avut rabdare sa cititi totul.
Toate cele bune.
Marian78.
  • Lui lucian68, hixpp02, bucataru și altor 4 le place asta


5 Comentarii

Asa DA! Prezentare de calitate , se vad toate formulele, sunt scrise cu font mare si, apreciez de asemenea, graficele extrase din datasheet pe care s-au figurat valorile rezultate in urma introducerii in grafic a parametrilor impusi la proiectare...Introducerea in studiu a integratului TL431 este iarasi un lucru bun si util pt. incepatori...

 Un articol de calitate si foarte util , felicitari!

    • donpetru și Marian78 like this

Va multumesc pentru aprecieri, si multumesc D-lui DonPetru pentru amabilitatea de a posta articolul meu in aceasta sectiune, a fost propunerea dumnealui.

 

Cand o sa am timp vin si cu o concludere a subiectului asta, proiectarea si calculul complet pas cu pas a unui regulator in configuratia descrisa, pentru niste parametrii mult mai utili si realisti.

 Foarte util pentru incepatori acest articol, l-am si salvat in PC. Poate pe viitor va exista si un articol care sa se prezinte metoda de calcul a snubbere-lor despre care nu am gasit mare lucru pe internet.

    Multumim.

    • Marian78 ii(le) place mesajul asta
Poză
MUNTEANU MIREL
apr 18 2015 12:53

multumesc mult de tot

    • Marian78 ii(le) place mesajul asta

Si eu multumesc pentru aprecieri, e placut sa constat ca n-am lucrat degeaba la acest articol ( poate cel mai lung de-al meu de pana acum ). Si daca ajuta pe cineva ce am scris aici atunci misiunea mi-e indeplinita.

SUPPORT WEBSITE

    Susțineți dezvoltarea acestui site web
Today's Birthday's

Latest News

Last FAQ

  • ian 11 2013 08:57
    Izolatia externa reprezinta izolația părților exterioare ale unui echipament, constând din distanțe de separare în aer si din suprafețele în contact cu aerul ale izolației solide ale unui echipament, care sunt supuse la solicitări d...
  • mar 03 2013 04:16
    Este o retea electrică al cărei punct neutru nu are nici o legătură voită cu pământul, cu excepia celei realizate prin aparate de măsurare, de protecie sau de semnalizare, având o impedană foarte mare.
  • iul 01 2014 08:27
    Acest nivel de izolatie se defineste astfel:a) pentru echipamentele cu tensiunea cea mai ridicată < 245 kV:- tensiunea nominală de tinere la impuls de trăsnet si- tensiunea nominală de tinere de scurtă durată la frecvenă indu...
  • ian 11 2013 08:34
    Supratensiunile electrice tranzitorii sunt de trei tipuri:- supratensiune cu front lent: Supratensiune tranzitorie, în general unidirecțională, având durata până la vârf 20 μs < Tp < 5000 μs si durata spatelui T2 < 20 ms...
  • aug 07 2012 08:30
    Sitemele de achizitie de date se clasifica avand in vedere doua criterii:dupa conditiile de mediu in care lucreaza:▪ sisteme destinate unor medii favorabile(laborator);▪ sisteme destinate utilizarii in condii grele de lucru( echipam...

Board Statistics

Total Posts:
70163
Total Topics:
6119
Total Members:
29128
Newest Member:
DMA
Online At Once:
133 --- 17-iulie 17

94 utilizator(i) activ(i)(în ultimele 15 minute)

93 vizitatori, 1 utilizatori anonimi
Google, Bing, Yahoo

emil.matei.ro Cel mai cuprinzator director romanesc