|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Chất ổn định kinh tế. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Thiết bị chống sét lan truyền Không đi sâu phân tích chi tiết ưu nhược điểm của các nguyên lý chuyển đổi và ổn định điện áp khác nhau, tác giả bài viết chia sẻ kinh nghiệm phát triển các bộ ổn áp đơn giản, tiết kiệm với bóng bán dẫn lưỡng cực làm bộ phận điều chỉnh. Người ta chú ý nhiều đến việc lựa chọn nguồn điện áp tham chiếu. Bài viết cung cấp bảng kết quả thử nghiệm các loại chất ổn định khác nhau, giúp bạn dễ dàng lựa chọn phương án phù hợp hơn. Để đạt được hiệu suất cao của các thiết bị điện tử vô tuyến được cung cấp năng lượng bởi tế bào điện hoặc pin và yêu cầu điện áp ổn định, ngoài việc lựa chọn chính xác điện áp cung cấp và loại phần tử, điều quan trọng là phải chọn một bộ ổn định kinh tế phù hợp để đảm bảo hoạt động lâu nhất có thể. của thiết bị mà không cần thay thế nguồn điện. Bộ ổn áp tiết kiệm (hiệu suất cao) là bộ ổn áp thỏa mãn đồng thời hai điều kiện: thứ nhất, nó phải có mức tiêu thụ dòng điện thấp so với dòng tải; thứ hai, có mức sụt áp tối thiểu cho phép trên phần tử điều khiển. Trong tài liệu thường có những mô tả về các bộ ổn áp tiết kiệm, trong đó các tác giả tập trung vào việc giảm mức tiêu thụ dòng điện của chính bộ ổn áp và không chú trọng nhiều đến thực tế là để nó hoạt động bình thường, điện áp đầu vào phải vượt quá điện áp đầu ra một khoảng. ít nhất 1,5...2 V. Khi được cấp nguồn từ pin, trường hợp này đóng vai trò chính. Các tính toán đơn giản cho thấy rằng sự giảm hiệu suất của bộ ổn áp xảy ra chính xác là do sự tiêu tán năng lượng dưới dạng nhiệt trên bóng bán dẫn điều khiển và những tổn thất này tỷ lệ thuận với độ sụt điện áp. Nói chung, bộ ổn áp là một bộ chia điện áp có thể điều chỉnh được, trong đó bóng bán dẫn được sử dụng làm bộ phận điều chỉnh, độ dẫn điện của nó làm thay đổi bộ phận điều khiển. Trong các bộ ổn định tiết kiệm, bộ phận điều khiển phải cung cấp đủ dòng cơ sở của bóng bán dẫn điều chỉnh với mức tự tiêu thụ tối thiểu. Dòng điện này được tạo ra bằng cách so sánh điện áp đầu ra với điện áp tham chiếu. Việc lựa chọn chính xác nguồn điện áp tham chiếu (RVS) là rất quan trọng, các thông số xác định đặc tính của bộ ổn định: hệ số ổn định (Kt), hệ số nhiệt độ điện áp (VTC), hiệu suất, v.v. Transistor điều chỉnh phải duy trì điện áp đầu ra ổn định khi điện áp nguồn giảm xuống giá trị tối thiểu vượt quá một chút điện áp đầu ra định mức của bộ ổn định. Sự chênh lệch tối thiểu giữa điện áp đầu vào và đầu ra mà tại đó bộ ổn áp vẫn có thể duy trì điện áp đầu ra định mức cũng phụ thuộc vào sơ đồ kết nối của bóng bán dẫn điều khiển [1]. NGUỒN MICROPOWER CỦA ĐIỆN ÁP THAM KHẢO Mạch ION đơn giản nhất thu được bằng cách sử dụng điốt zener, sự lựa chọn khá lớn, nhưng trong thực tế thường gặp khó khăn do sự phân tán điện áp ổn định của điốt zener cùng loại và hiệu suất thấp khi cấp nguồn cho các thiết bị vi điện. Người ta thường chấp nhận rằng điốt zener không phù hợp để hoạt động ở dòng điện dưới 0,5...1 mA. Điều này đúng trong trường hợp cần đạt được kết quả đảm bảo mà không mất thời gian kiểm tra và lựa chọn điốt zener phù hợp. Tuy nhiên, hầu hết chúng có thể hoạt động ở dòng điện thấp hơn, cung cấp các thông số chấp nhận được cho dòng tải không vượt quá vài chục microampe. Để xác minh điều này, chỉ cần vẽ sự phụ thuộc của các tham số diode zener không phải theo thang tuyến tính, như được thực hiện trong hầu hết các sách tham khảo, mà theo thang logarit là đủ. Trong bộ lễ phục. 1 - 3 thể hiện sự phụ thuộc của điện áp ổn định (UCT) và điện trở vi sai (Rd) vào dòng điện ổn định (lCT) trên thang đo đã chỉ ra.
Do các thông số của điốt zener được đặc trưng bởi độ phân tán lớn nên sự phụ thuộc của điện áp ổn định vào dòng điện đối với điốt zener KS133A, KS147A, KS156A, KS168A là các đặc tính trung bình (Hình 1). Đối với điốt zener thuộc dòng D814, có độ tán xạ đặc biệt mạnh ở dòng điện dưới 200...300 μA, đồ thị là các vùng bóng mờ (Hình 2), được xây dựng dựa trên sự khái quát hóa các đặc điểm của một số (lên đến năm) điốt zener của từng loại. Số lượng nhỏ điốt zener được thử nghiệm không cho phép chúng tôi đưa ra kết luận khẳng định độ chính xác cao hơn, nhưng vẫn có thể nhìn thấy một số xu hướng chung. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng đối với các điốt zener dòng D808 - D811, D813, D814 và D818, với dòng điện giảm, điện áp ổn định ban đầu giảm nhẹ, nhưng ở dòng điện dưới 200...300 μA, trong một số mẫu, nó trở nên thấp đến mức không thể đoán trước. . Đối với điốt zener điện áp thấp KS133A, KS147A, KS156A, với dòng điện giảm, điện áp ổn định giảm đơn điệu mà không giảm mạnh. Đồ thị của điốt zener KS133A và KS147A (Hình 3) là một đường gần như thẳng thể hiện sự phụ thuộc tỷ lệ nghịch của điện trở vi sai vào dòng điện. Ví dụ: giảm dòng điện 1000 lần từ 32 mA xuống 32 μA, dẫn đến tăng Rd lên 1000 lần - từ 10 Ohms lên 10 kOhms. Điốt Zener có điện áp ổn định 5,6...7 V và dòng điện lớn hơn 3 mA có điện trở chênh lệch thấp hơn. Khi dòng điện giảm đến một mức nhất định, Rd của điốt zener như vậy tăng mạnh và khi giảm thêm, nó không khác nhiều so với Rd của điốt zener điện áp thấp hơn. Điốt Zener D814A - D814D cũng có điện trở chênh lệch thấp ở dòng điện cao, nhưng ở dòng điện dưới 200...300 μA, Rd của một số điốt zener có thể có giá trị lớn hơn nhiều so với điốt điện áp thấp. Thử nghiệm với một số bản sao của điốt zener (KS510A, KS512A, KS515A, KS518A) cho thấy hầu hết chúng có đặc tính ổn định tốt trong toàn bộ phạm vi thay đổi dòng điện lên đến 3...5 μA, nhưng chúng được thiết kế để ổn định điện áp hơn hơn 10 V. Điểm đặc biệt của chúng là độ ồn tăng lên ở dòng điện dưới 300 µA. Không nên đánh giá thấp thông số ION như hệ số nhiệt độ của điện áp, vì nó có thể gây ra hiện tượng khó chịu như thay đổi tần số dao động cục bộ hoặc tăng sai số của thiết bị đo khi nhiệt độ môi trường thay đổi. TKN của điốt zener có UCT=5...6,8 V (KS156A, KS168A, v.v.) khi dòng điện giảm xuống 100 μA trở xuống sẽ chuyển sang giá trị âm và có thể tăng lên -2,5 mV/°C [2 ]. Điốt zener bù nhiệt độ dòng D818, KS191, v.v. ở dòng điện nhỏ hơn 1 mA, chúng mất đi các đặc tính chính xác do TKN âm tăng. Trong số các điốt zener dòng D814, có những mẫu không phù hợp để hoạt động ở chế độ dòng điện thấp (dưới 0,3...0,4 mA) do điện áp ổn định giảm mạnh khi nhiệt độ giảm. Đối với hầu hết các loại điốt zener khác, khi dòng điện giảm, TKN không thay đổi đáng kể nhưng xu hướng chung là TKN dịch chuyển về phía giá trị âm. Phân tích các đặc tính của điốt zener ở dòng điện thấp cho phép chúng ta rút ra kết luận sau. Hầu như tất cả các loại điốt zener đều có thể áp dụng được ở chế độ dòng điện thấp, nhưng chỉ sau khi thử nghiệm sơ bộ. Trong trường hợp này, bạn nên chọn những trường hợp trong đó điện áp ổn định thay đổi ít hơn khi dòng điện cung cấp giảm. Điốt Zener có UCT < 7 V (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A, KS168A) có thể được sử dụng trong các ION có dòng điện giảm lên tới vài chục microamp. Hệ số ổn định của điốt zener KS133A, KS139A và KS147A gần như không phụ thuộc vào dòng điện, nhưng có giá trị thấp (6...10), điện áp ổn định giảm đơn điệu khi dòng điện giảm và ở giá trị 50 μA có thể là 1,5. ..2 lần ít hơn ở mức 5...10 mA. Trường hợp này cho phép điều chỉnh điện áp ổn định trong những giới hạn nhất định bằng cách thay đổi dòng điện, nhưng mong muốn ổn định dòng điện để tăng CCT [3]. Hệ số ổn định của điốt zener KS156A và KS168A giảm xuống 8...15 khi dòng điện giảm, điều này cũng có thể yêu cầu sử dụng ổn định dòng điện. Khi dòng điện giảm xuống 50 μA, điện áp ổn định giảm 1,2...1,5 lần. Điốt Zener có UCT=7,5...14 V (dòng D808, D814 và D818, v.v.) có thể áp dụng trong ION ở dòng điện lên tới 0,4...0,5 mA với các thông số bị suy giảm nhẹ; ở giá trị nhỏ hơn 0,4 mA, các đặc tính có thể xấu đi, nhưng hơn một nửa số điốt zener được thử nghiệm thuộc loại này có các thông số chấp nhận được khi dòng điện giảm xuống 80...100 μA. Một giải pháp thay thế tốt cho điốt zener, đặc biệt ở chế độ dòng điện thấp, là đèn LED [4] có bức xạ khả kiến (UCT=1,5...2 V khi kết nối trực tiếp) và các điểm nối cực phát [5-7] của bóng bán dẫn silicon công suất thấp (UCT=4. ..10 V khi bật ngược lại). Chúng cung cấp CCT lớn hơn và có thể hoạt động ngay cả khi dòng ổn định nhỏ hơn 20 μA và điện áp ổn định của đèn LED ở chế độ dòng điện thấp là khá dễ đoán. Trong ION, bạn không chỉ có thể sử dụng các điểm nối p-n của điốt và bóng bán dẫn mà còn có thể sử dụng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng làm bộ ổn định dòng điện (Hình 4a). Điện áp tham chiếu được loại bỏ khỏi điện trở trong mạch nguồn [8]. Ở mức 10 µA, điện áp này bằng điện áp cắt (UOTC) của FET. Giá trị dòng điện chạy qua bóng bán dẫn hiệu ứng trường được chọn bằng cách thay đổi điện trở của điện trở trong mạch nguồn. Nhược điểm chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường là sự thay đổi lớn về điện áp cắt của các thiết bị cùng loại, ngay cả trong cùng một lô (gói), điều này trong hầu hết các trường hợp khiến không thể sử dụng chúng nếu không đo thông số này trước và chọn một tranzito phù hợp.
Để đo UOTC, cần nối một micro ampe kế với cực tiêu của bóng bán dẫn và một vôn kế mắc song song với điện trở (Hình 4b). Sử dụng một điện trở thay đổi, đặt dòng xả thành 10 μA và đo độ sụt điện áp trên điện trở (hoặc giữa cổng và nguồn) bằng vôn kế điện trở cao. Điện áp này có thể được coi là điện áp cắt. Sẽ thuận tiện hơn khi chọn bóng bán dẫn nếu bạn lắp chúng vào một số đầu nối cỡ nhỏ phù hợp để hàn dây từ các thiết bị khác. Trong bộ lễ phục. Hình 5 cho thấy sự phụ thuộc của điện áp nguồn vào dòng thoát của một số bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Đồ thị cho thấy khi dòng điện thay đổi từ 1 đến 150...200 μA, điện áp tại nguồn của hầu hết các bóng bán dẫn thay đổi không quá 20...25% điện áp cắt. Tình huống này có thể hữu ích khi thực hiện các phép tính gần đúng. Hệ số ổn định ở dòng điện dưới 1...2 mA nằm trong khoảng 20...40, tăng nhẹ khi dòng điện giảm. TKN có giá trị dương tối đa ở dòng điện thấp và giảm khi tăng, trở thành âm ở dòng điện lớn hơn 0,1-3,0 mA [9].
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các bóng bán dẫn phù hợp nhất để sử dụng làm ION dòng điện siêu nhỏ là các bóng bán dẫn tiếp giáp p-n của dòng KP103, KP302 và KP303. Đối với hầu hết chúng, TKN ở chế độ dòng điện thấp không vượt quá +2,5 mV/°C hoặc 0,25%/°C. Việc sử dụng các bóng bán dẫn có cổng cách điện (chỉ nghiên cứu các bóng bán dẫn thuộc dòng KP305 và KP313) cũng không bị loại trừ, nhưng mức độ lan truyền TKN của chúng lớn hơn. Do bộ ổn định dòng điện trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường là thiết bị có hai cực nên việc đưa vào tuần tự một điện trở bổ sung (Hình 6a) giúp có thể tăng điện áp tham chiếu. Bằng cách thay thế điện trở trong mạch nguồn bằng chiết áp và điều chỉnh điện áp phản hồi ở cổng, bạn có thể tăng điện áp ở nguồn của bóng bán dẫn từ UOTC trong phạm vi rộng, nhưng tốt hơn nên giới hạn ở giá trị 2 ...3UOTC và để có được điện áp tham chiếu lớn, hãy sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có UOTC lớn. Điều này giúp cải thiện TKN. Nhược điểm của ION sử dụng mạch đơn giản như vậy là điện trở đầu ra tương đối cao và TKN dương tăng. Sự kết hợp giữa bộ ổn định dòng điện với điốt zener có TKN âm (KS50A, KS80A, KS133A, KS139A, KS147A) có thể cải thiện các thông số này, đồng thời tăng Kst lên 156...168 (Hình 6, b). Điện áp cung cấp tối thiểu phải cao hơn điện áp tiêu chuẩn bằng giá trị của UOTC với một số biên độ, do đó, nếu điện áp đầu vào không cao hơn nhiều so với điện áp ổn định, tốt hơn nên chọn bóng bán dẫn hiệu ứng trường có UOTC nhỏ. Bằng cách sử dụng một biến trở trong mạch cổng, thay đổi dòng điện ổn định trong giới hạn nhất định, bạn có thể điều chỉnh điện áp tham chiếu của ION.
Để “tiết kiệm” điện áp nguồn, các đèn LED và điốt zener KS119A, KS133A, KS139A, KS147A được mắc song song với một điện trở thay đổi trong mạch nguồn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (Hình 6c). Điện trở của điện trở có thể từ vài trăm kOhms đến vài MOhms. Điện áp cắt của bóng bán dẫn hiệu ứng trường phải nhỏ hơn một chút so với điện áp ION tham chiếu, do đó có thể sử dụng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường phổ biến hơn có U0TC> 1 V. Điện áp tham chiếu có thể được điều chỉnh trong giới hạn nhỏ bằng cách thay đổi dòng điện ổn định. Một diode zener được mắc song song với một điện trở sẽ ổn định điện áp ở nguồn của bóng bán dẫn và làm xấu đi phản hồi ở cổng. Do đó, kết nối như vậy chỉ có hiệu quả đối với điốt zener điện áp thấp có hệ số ổn định không đáng kể. Các thông số của ION dựa trên bộ ổn định dòng điện có thể được cải thiện bằng cách sử dụng một bóng bán dẫn lưỡng cực bổ sung (Hình 7a). Không giống như các điốt zener tương tự chỉ sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực [10 - 12], thiết bị này chứa ít bộ phận hơn, hoạt động tốt ở chế độ dòng điện thấp và có TKN thấp. Tốt hơn là nên sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực silicon công suất thấp có hệ số truyền dòng cao của dòng KT3102, KT3107, KT342, v.v., vì phạm vi dòng hoạt động của chất tương tự diode zener như vậy tỷ lệ thuận với hệ số truyền dòng hiện tại ( h21E) của bóng bán dẫn VT2. TKN âm của điểm nối cực phát gốc của bóng bán dẫn lưỡng cực bù một phần cho TKN dương của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, do đó tổng TKN nằm trong khoảng -0,02...+0,04%/°C ở vị trí thấp hơn của thanh trượt điện trở thay đổi (trong trường hợp sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có chuyển tiếp p -n).
Trong bộ lễ phục. Hình 7b cho thấy các đặc tính dòng điện-điện áp của tín hiệu tương tự diode zener ở các vị trí khác nhau của động cơ có điện trở thay đổi. Như bạn có thể thấy, phạm vi hoạt động hiện tại của thiết bị bị hạn chế. Dòng điện ổn định tối thiểu được xác định bằng điện trở của điện trở trong mạch nguồn (dòng điện này phải đủ để tạo ra độ sụt áp bằng điện áp tham chiếu), còn dòng điện cực đại tại điện trở đã chọn của điện trở R2 được xác định bằng dòng điện hệ số truyền của bóng bán dẫn VT2 (dòng cơ sở tối đa, và do đó, bộ thu, bị giới hạn bởi điện trở, do đó, khi dòng ổn định tăng, điện áp tham chiếu cũng bắt đầu tăng). Khi điện áp tham chiếu tăng lên gấp 2 lần (bằng chiết áp trong mạch nguồn), dòng điện ổn định tối thiểu và tối đa cũng tăng khoảng 2 lần. Trong trường hợp này, TKN có thể tăng lên +0,08%/°C. Một phép tính đơn giản của chất tương tự diode zener được thực hiện theo trình tự sau: xác định dòng ổn định tối thiểu, chọn bóng bán dẫn hiệu ứng trường có điện áp cắt nhất định, tính điện trở của điện trở trong mạch nguồn, xác định mức tối đa dòng điện ổn định. Để tính toán, bạn có thể sử dụng các tỷ lệ sau: Ist min> 51H; Uobr min = U0TC + UBE hoặc U0TC = U0br min-0,6 V; Ri=2U0TC/lCT min (nếu Uobp không được quy định); Ri2(Uobp max-0,6V)/lst min (nếu Uobp có thể điều chỉnh được); Iст max=lK max/2=(lБ-h21э)/2=(U0TC/Rи)h21э/2=U0TC·h21э/2Rи. trong đó Ist min là dòng điện ổn định tối thiểu; IH - dòng tải tối đa; Ist max - dòng ổn định tối đa; lK max - dòng thu cực đại của bóng bán dẫn VT2; IB - dòng cơ sở của bóng bán dẫn VT2; Ri là điện trở của điện trở (hoặc các điện trở) trong mạch nguồn; Uobp min - điện áp tham chiếu tối thiểu; UOTC - điện áp cắt của bóng bán dẫn VT1; UBe - sụt áp tại điểm nối cực phát của bóng bán dẫn VT2; h21e - hệ số truyền dòng tĩnh của tranzito VT2; 2 - hệ số thực nghiệm có tính đến sự suy giảm của các thông số gần dòng điện ổn định giới hạn. Bạn có thể mở rộng phạm vi dòng điện hoạt động của tín hiệu tương tự diode zener bằng cách thêm một bóng bán dẫn khác (Hình 8). Bóng bán dẫn này, nếu cần thiết để ổn định dòng điện lớn, có thể mạnh mẽ, được lắp đặt trên tản nhiệt hoặc trực tiếp trên vỏ kim loại (nếu bóng bán dẫn VT2 và VT3 có cùng cấu trúc).
Chất tương tự diode zener (Hình 8) có thông số vượt trội hơn hầu hết các điốt zener, đặc biệt là khi ổn định dòng điện thấp. Ưu điểm là khả năng điều chỉnh điện áp tham chiếu trong giới hạn rộng. Khi tính toán mạch tương tự ba bóng bán dẫn của diode zener, thay các tham số của bóng bán dẫn VT2, các tham số của bóng bán dẫn tổng hợp được thay thế vào các công thức. Điện trở R4 có tác dụng loại bỏ ảnh hưởng của dòng thu ngược và có thể có điện trở từ vài chục đến vài trăm kOhms, tùy thuộc vào khoảng thời gian thay đổi của dòng ổn định. Nhược điểm của mạch là khả năng dự đoán kém của TKN, TKN cũng thay đổi trong quá trình điều chỉnh điện áp tham chiếu. Khi điện áp tăng, TKN chuyển sang giá trị dương. Ví dụ, một chất tương tự của diode zener được lắp ráp trên các bóng bán dẫn bổ sung (có tính đến cấu trúc khác): bóng bán dẫn VT1 - KP103E (UOTC=1 V), bóng bán dẫn dòng VT2 - KT3102 (h21e=320), bóng bán dẫn VT3 - dòng KT3107 ( h21e=190), R2 =R3=1 MOhm, có hệ số ổn định ít nhất là 40 ở dòng điện từ 3 μA đến 5 mA. Điện áp tham chiếu được điều chỉnh trong khoảng 1,5...2,5 V. Trong trường hợp này, hệ số nhiệt độ của điện áp thay đổi từ -0,06%/°C đến +0,07%/°C. Chất tương tự của diode zener với bóng bán dẫn VT1 KP302B (UOTC = 3,4 V) có hệ số ổn định ít nhất là 100 ở dòng điện từ 10 μA đến 10 mA. Điện áp tham chiếu được điều chỉnh trong phạm vi 3,9...7 V. TKN thay đổi từ -0,01%/°C đến +0,02%/°C. THIẾT KẾ MẠCH ỔN ĐỊNH KINH TẾ Cơ sở cho sự phát triển của các bộ ổn định kinh tế là một bộ ổn định đơn giản có khả năng bảo vệ ngắn mạch (Hình 9), đã được những người nghiệp dư vô tuyến ưa chuộng trong hơn hai thập kỷ [13].
Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên việc so sánh điện áp đầu ra với điện áp trên diode zener VD1. Mức tham chiếu được cung cấp cho đế của bóng bán dẫn VT2 và điện áp đầu ra được cung cấp cho bộ phát. Tín hiệu không khớp được khuếch đại bởi bóng bán dẫn VT2 và gửi đến cơ sở VT1. Các phần tử R1, R2, VD1, VT2 tạo thành bộ ổn áp nên dòng điện ra cực đại của bộ ổn áp bị hạn chế. Khi điện trở tải giảm, dòng điện đầu ra của bộ ổn áp tăng đến mức giới hạn (Ilim), sau đó điện áp đầu ra giảm. Khi ở đầu ra nó giảm xuống giá trị UVD1 - UVD2 hoặc UVD1 - 0,6 V, diode VD2 mở sẽ tắt diode zener VD1. Trong trường hợp xảy ra đoản mạch, mức tín hiệu dựa trên bóng bán dẫn VT2 sẽ bằng điện áp rơi trên điểm nối pn của diode VD2 khi đấu nối trực tiếp. Điều này làm giảm dòng thu của bóng bán dẫn VT2, và do đó, dòng điện đầu ra của bộ ổn định trong thời gian ngắn mạch (lK3) sẽ nhỏ hơn dòng giới hạn. Điện áp đầu ra của bộ ổn định được xác định bằng tỷ lệ Uvyx = UVD1 - UBE VT2 + UVD3, trong đó UVD1 là điện áp ổn định của diode zener; UBE VT2 - sụt áp tại điểm nối cực phát của bóng bán dẫn VT2; Uvd3 - sụt áp trên diode VD3 khi kết nối trực tiếp. Vì UBE VT2 = UVD3 = 0,6 V nên chúng ta có thể giả sử rằng điện áp đầu ra của bộ ổn định bằng điện áp ổn định của diode zener VD1. Hệ số ổn định (Kst) của chất ổn định Kst \ uXNUMXd (ΔUin / ΔUout) (Hết / Uin), trong đó ΔUin và ΔUout lần lượt là mức tăng điện áp ở đầu vào và đầu ra của bộ ổn định; gần bằng Kst của diode zener VD1. Hệ số nhiệt độ của điện áp (TKN) của bộ ổn định xấp xỉ bằng TKN của diode zener VD1, vì TKN của các điểm nối p-n của bóng bán dẫn silicon và điốt là như nhau và có giá trị khoảng -2 mV/°C, và từ biểu thức của điện áp đầu ra, rõ ràng là chúng bị trừ lẫn nhau. Trở kháng đầu ra của bộ ổn định Rout = ΔUout / ΔIN trong đó ΔIН là mức tăng dòng điện tải; chủ yếu phụ thuộc vào độ lợi của bóng bán dẫn VT1 và giá trị giới hạn dòng điện đầu ra đã chọn (lorp). Dòng giới hạn của bộ ổn định được đặt bằng cách chọn điện trở R2, điện trở của nó xác định tỷ lệ R2 = (UVD1-UBE VT2) / IE VT2, trong đó UBEVT2 = 0,6 V; IE VT2 là dòng phát của bóng bán dẫn VT2, xấp xỉ bằng dòng cơ sở của bóng bán dẫn VT1 (IB VT1). Dòng cơ sở của bóng bán dẫn VT1 liên hệ với dòng điện đầu ra của bộ ổn áp bằng biểu thức IBVT1 = Ioutx/h21E VT1. vì vậy chúng ta có thể viết R2 \ u1d (UVD0,6-21 V) h1E VTXNUMX / lorp. Để đảm bảo độ sụt điện áp tối thiểu, hãy chọn dòng điện Iorp ít nhất là (2...3)In. Các đặc tính chính của bộ ổn định, được thử nghiệm với các điốt zener khác nhau, được đưa ra trong bảng. 1.
Đối với tất cả các tùy chọn: bóng bán dẫn dòng VT1 - KT3107 (h21E = 230); bóng bán dẫn dòng VT2 - KT3102 (h21E = 200); điốt VD2, VD3 - KD103A; Dòng tiêu thụ ổn áp (không tải) là 8... 10 mA tại Uin = 2Uout; Rout = 2,0 Ohm tại In = 20 mA; Iorp = 60 ... 70 mA; Ikz = 20 mA; Kst được xác định tại Uin = 2Uout. Độ sụt áp tối thiểu ΔUmin = Uout - Uout được xác định như sau (Hình 10): đo Uout của ổn áp tại Uin = 2Uout và dòng tải định mức (trong trường hợp này là 20 mA), sau đó Uin giảm về Uout và đo giá trị mới của Uout. Sự khác biệt giữa các điện áp này là thông số quan trọng nhất của bộ ổn định kinh tế được thiết kế để hoạt động bằng pin. Với cách tiếp cận chặt chẽ hơn, thông số này không thể được gọi là độ sụt điện áp tối thiểu; Định nghĩa này khá tùy tiện. Mức giảm điện áp tối thiểu trên bộ ổn định phụ thuộc vào mức giảm điện áp đầu ra cho phép, có thể khác nhau tùy thuộc vào tính chất của tải, nhưng phương pháp đo ΔUmin được đề xuất thuận tiện và phổ quát hơn, vì nó cho phép bạn so sánh các thông số của các chất ổn định khác nhau mà không tính đến các yêu cầu của một tải cụ thể.
Cần lưu ý rằng tham số này phụ thuộc nhiều vào dòng tải, cũng như mức giới hạn dòng điện đầu ra và chất lượng của diode zener. Khi sử dụng điốt zener có điện áp rơi lớn ở vùng dòng điện thấp (KS133A, KS139A, KS147A, KS156A), ngay cả với dòng điện tải nhỏ hơn 20 mA, không thể đạt được ΔUmin nhỏ hơn 0,6 V. Từ cái bàn Hình 1 cho thấy đặc tính của ổn áp khá tầm thường, nhất là khi ổn định điện áp thấp và gần như phụ thuộc hoàn toàn vào thông số của nguồn điện áp tham chiếu (VS), được chế tạo dưới dạng ổn áp tham số đơn giản (R1VD1). Điện áp tham chiếu được chọn quá cao, bằng điện áp ra của ổn áp nên khi Uin giảm về Uout thì dòng điện qua diode zener giảm mạnh dẫn đến điện áp ở diode zener giảm và, tương ứng, ở đầu ra. Dòng điốt zener được lựa chọn bằng phương pháp thông thường cao một cách bất hợp lý so với cả dòng cơ sở của bóng bán dẫn VT2 và dòng tải nên hiệu suất của bộ ổn áp khá thấp. Để cải thiện đặc tính của bộ ổn định, trước hết cần cải thiện các thông số ION bằng cách giảm điện áp tham chiếu và mức tiêu thụ dòng điện; Ngoài ra, để cải thiện Kst, cần ổn định dòng cung cấp diode zener. Bạn có thể giảm điện áp tham chiếu trên diode zener VD1 bằng cách tăng điện áp rơi trên diode VD3: thay vì diode silicon, bạn cần sử dụng đèn LED, ví dụ dòng AL102 có điện áp rơi khi kết nối trực tiếp khoảng 1,7 V Ở đây Uout của bộ ổn định cao hơn giá trị tham chiếu khoảng 1,1 V. Việc sử dụng điốt zener hoặc bộ ổn định điện áp thấp là không mong muốn vì điều này làm xấu đi các thông số của bộ ổn định. Để ổn định dòng điện chạy qua diode zener VD1, thay vì điện trở R1, bạn có thể sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường (xem Hình 6b). Vì tại Uin = Uout, điện áp rơi trên bộ ổn định dòng điện là 1,1 V, nên để đạt được giá trị ΔUmin nhỏ, bóng bán dẫn hiệu ứng trường phải có Uots < 0,V5 V. Yêu cầu này làm phức tạp việc lựa chọn bóng bán dẫn, vì hầu hết các loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường phù hợp có Uots > 1 V (vấn đề này thực tế không có ở các bộ nguồn mạng). Nếu bạn kết nối bất kỳ diode silicon công suất thấp nào nối tiếp với đèn LED dòng AL102, thì với sự suy giảm nhẹ về thông số, bạn có thể sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có Uot lên đến 1,2 V. Trong trường hợp này, TKN của bộ ổn định sẽ chuyển sang âm giá trị khoảng 2 mV/°C và công thức tính điện áp đầu ra có dạng sau: Uout = UVD1 + 1,7V. Để khởi động bộ ổn định một cách đáng tin cậy, khi dòng điện cung cấp của diode zener VD1 giảm, cần phải kết nối một diode khác nối tiếp với diode VD2. Điều này là do ở dòng điện nhỏ hơn 1 mA, điện áp rơi trên diode VD2 (tại thời điểm bật hoặc sau khi loại bỏ ngắn mạch) có thể nhỏ hơn điện áp cực phát của bóng bán dẫn VT2, mà cần phải mở nó và khởi động bộ ổn định (đặc biệt là ở nhiệt độ thấp). Nếu dòng điện ngắn mạch quá cao, thì một trong những điốt này có thể được thay thế bằng điốt germanium (dòng D9, DZ10, v.v.). Một phiên bản cải tiến của bộ ổn định với bộ ổn định dòng điện trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường KP303B (Uots = 0,B4 V) đã được thử nghiệm với các điốt zener thuộc các loại khác nhau ở hai giá trị hiện tại lVD1. Đây là kết quả đạt được: Kst = 50...100; ΔUmin không quá 0,14 V tại IH = 20 mA và không quá 0,20 V tại IH = 30 mA; Định tuyến = 2,0 Ohm; Biểu tượng tiêu thụ (không tải) không quá 0,7 mA; Isk tại Uin = 2Uout không quá 50 mA (điốt VD2 và VD3 - KD103A và Iogr = 65...100 mA). Điện áp đầu ra ở các giá trị khác nhau của dòng điện qua diode zener và điện trở của các điện trở (R1 là điện trở trong mạch nguồn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường) được trình bày trong bảng. 2.
Với điốt zener điện áp thấp KS119A, KS133A, KS139A, KS147A, cũng như với đèn LED, nên sử dụng bộ ổn định dòng điện (xem Hình 6, c). Tại đây, bạn có thể sử dụng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường phổ biến hơn với Uots > 1 V (Uots phải nhỏ hơn một chút so với điện áp ổn định của diode zener VD1 ở dòng điện tối thiểu). Các thông số của bộ ổn định sử dụng điốt zener ở trên gần giống như trước, nhưng TKN chuyển sang giá trị dương 2...3 mV/°C. Việc sử dụng điốt zener cho điện áp cao hơn là không thực tế do sự suy giảm của Kst và ΔUmin. Để thỏa hiệp, có thể sử dụng tùy chọn kết hợp (Hình 11). Để cải thiện phản hồi, một điện trở R1 có điện trở như vậy được đưa vào mạch nguồn của bóng bán dẫn VT1, ở dòng điện đã chọn của diode zener VD1, điện áp rơi 0,5 V được tạo ra trên điện trở. điều kiện Uots < UstVD1 +1 V. Nhược điểm của mạch là thu hẹp đáng kể khoảng điều chỉnh điện áp đầu ra với điện trở không đổi của điện trở R0,3, vì cần thiết phải giảm điện áp trên nó khi dòng điện ổn định thay đổi trong khoảng 1. ..0,3 V.
Các thông số của các phiên bản khác nhau của bộ ổn định, được thiết kế cho dòng điện giới hạn 60...90 mA ở dòng tải 20 mA, được đưa ra trong bảng. 3. Mức tiêu thụ hiện tại (không tải) - không quá 0,7 mA. Dòng điện ngắn mạch ở Uin = 2Uout - không quá 50 mA. Điện trở của điện trở R1 lần lượt là 24, 12 và 3,3 kOhm đối với dòng điện cung cấp của diode zener VD1, tương ứng là 20, 40 và 150 μA. Phạm vi điều chỉnh điện áp đầu ra lớn hơn được cung cấp bởi các bộ ổn định được lắp ráp bằng cách sử dụng tín hiệu tương tự của một diode zener trên hai bóng bán dẫn (xem Hình 7) và ba (xem Hình B). Điện áp đầu ra tối thiểu của các bộ ổn áp này là Uots + 1,6 V. Giá trị tối đa (2...3) Uots + 1,6 V bị giới hạn bởi sự suy giảm của TKN.
Dòng ổn định (Ist) của chất tương tự diode zener phụ thuộc vào điện trở của điện trở R1 (xem Hình 7, B) và điện áp đầu vào. Các bộ ổn định được kiểm tra ở dòng tải 20 mA với các loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường khác nhau ở các điện áp đầu ra khác nhau được đặt bằng cách sử dụng điện trở thay đổi 1,0 MΩ trong mạch nguồn. Kết quả thu được như sau (tại Uin = 2Uout, R1 = 120 kOhm, Ist = 35...70 µA): Iin (không tải) không quá 0,6 mA; Định tuyến = 2,0 Ohm; Ilim = 60...90 mA. Cho đến nay, các phương án ổn định đã được xem xét (xem Hình 9), chỉ liên quan đến việc cải thiện ion R1VD1, nhưng cần lưu ý rằng ngay cả việc sử dụng điốt zener “lý tưởng” cũng không cho phép đạt được Kst lớn hơn 200. ..300 mà không cải thiện ion thứ hai - R2VD3. Cách đơn giản nhất để cải thiện là sử dụng giai đoạn khuếch đại bổ sung trên bóng bán dẫn VT3 (Hình 12), cho phép bạn đạt được Kst trong vòng 200...500 bằng cách chỉ thêm hai phần - một điện trở và một bóng bán dẫn. Điện trở của điện trở R3 được xác định từ tỷ số: R3 = 0,6/lVD4, trong đó lVD4 là dòng điện chọn lọc của diode zener VD4, phải lớn hơn ít nhất 5...10 lần dòng nền cực đại của bóng bán dẫn VT3 ( IB VT3). Dòng cơ sở cực đại được xác định bằng: IB VT3 = Iк vтз/h21Э = UVD1/R2·h21Э, trong đó IKVT3 là dòng thu cực đại của bóng bán dẫn VT3; UVD1 - điện áp trên diode zener VD1.
Trong nguồn điện áp tham chiếu R1VD1, bạn có thể sử dụng bất kỳ điốt zener và bộ ổn định nào có UCT từ 1,5 V đến xấp xỉ Uout - 0,7 V (sẽ tốt hơn nếu Ust - Uout/2). Trong các bộ ổn định công suất thấp, điện áp thấp, hệ số ổn định cao nhất đạt được khi sử dụng điốt phát sáng khả kiến (VD1). Hệ số nhiệt độ của bộ ổn áp chủ yếu được xác định bằng tổng đại số (có tính đến dấu) của TKN của bóng bán dẫn VT3 và diode zener VD4. TKN của điểm nối cực phát gốc của bóng bán dẫn có giá trị âm (khoảng - 2,0 mV/°C), do đó, khi sử dụng điốt zener có TKN dương (dòng D814, KS510A, v.v.), TKN của bộ ổn định nhỏ hơn so với diode zener. Việc sử dụng điốt zener điện áp thấp hơn với TKN âm để chế tạo bộ ổn định tiết kiệm điện năng thấp là điều không mong muốn do tổng TKN âm của bộ ổn định tăng lên, trong một số trường hợp có thể lên tới -6,0 mV/°C. Cần nhớ rằng hầu hết các điốt zener có TKN khoảng 0 ở dòng điện lớn hơn 3,0 mA (dòng KS156A, KS162A, KS170A, D818, v.v.) và nhỏ hơn 0,1 mA đều có TKN âm tăng. Việc sử dụng chất tương tự của diode zener trên hai bóng bán dẫn có phản hồi mở (trong trường hợp này nó được đóng thông qua tất cả các tầng của bộ ổn định) giúp cải thiện hầu hết tất cả các thông số của bộ ổn định, ngay cả trong trường hợp sử dụng diode zener VD1 có Kst thấp (Hình 13). Điện áp đầu ra của ổn áp có thể được điều chỉnh bằng điện trở R3 trong khoảng từ Uotc vt4 + 0,6 đến 2...3 Uotc vt4. Các thông số chính của các phiên bản khác nhau của bộ ổn định (Hình 13) ở các vị trí khác nhau của động cơ R3 có điện trở thay đổi (các giá trị điện áp đầu ra khác nhau), sử dụng bóng bán dẫn VT4 - KP302A (Uotc = 1,96 V) và đèn LED AL102A (VD1) , được cho trong Bảng. 6. Thay vì bóng bán dẫn dòng KT3107 (VT1), bóng bán dẫn KT200V (h837E = 21) được sử dụng trong phiên bản ổn định mạnh hơn (dòng tải 120 mA). Dòng điốt Zener VD1 (IVD1) được đo ở UBX = 2Uout.
Việc sử dụng chất tương tự bóng bán dẫn của diode zener thay vì diode VD3 (xem Hình 9) không loại trừ việc sử dụng đồng thời các khuyến nghị được mô tả ở trên để cải thiện R1VD1 ION. Nếu bạn sử dụng bộ ổn định dòng điện để cấp nguồn cho ION, bạn có thể nhận được Kst khoảng 1000 ngay cả với diode zener KS1ZZA. Trong trường hợp này, không cần điều chỉnh dòng điện ổn định và thay đổi điện áp trên diode zener VD1, vì điều này ít ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của bộ ổn định. Để ngăn chặn hiện tượng tự kích thích trong các chất ổn định loại này, thường chỉ cần thêm oxit, có công suất vài chục microfarad và tụ điện gốm, khoảng 0,1 μF ở đầu ra của bộ ổn định. Nếu điều này vẫn chưa đủ, một tụ điện có công suất từ vài trăm picofarad đến vài chục nanofarad được kết nối giữa cực đế và cực thu của bóng bán dẫn VT3 (Hình 13) (điện dung yêu cầu tối thiểu phụ thuộc vào công suất của bộ ổn định). CT trong bộ ổn định chạy bằng pin hầu như không được khuyến khích nếu không có sự cải thiện đáng kể về TKN, vì sự dao động của điện áp đầu ra liên quan đến thay đổi nhiệt độ môi trường sẽ lớn hơn nhiều so với biến động liên quan đến thay đổi điện áp nguồn. Trong các bộ nguồn mạng, được phép sử dụng các mạch có CCT lớn nếu điều này được yêu cầu bởi nhu cầu đạt được độ gợn điện áp ổn định tối thiểu. Bạn có thể tăng hệ số ổn định lên 1500...3000 bằng cách sử dụng một diode zener tương tự có ba bóng bán dẫn (Hình 14).
Một số thông số của bộ ổn định như vậy, được thử nghiệm với dòng tải 20 mA ở dòng giới hạn 70...90 mA, được đưa ra trong bảng. 7.
Mức tiêu thụ hiện tại - không quá 0,6 mA, Rout. - khoảng 0,1 Ohm, ΔUmin - không quá 0,14 V. TKN của bộ ổn định (Hình 14) gần như hoàn toàn phụ thuộc vào TKN của chất tương tự diode zener và có thể đạt tới -1,5 mV/°C. Sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường có điện áp cắt thấp hơn sẽ cải thiện TKN một chút. Khi điện áp tham chiếu tăng so với UOTC (bằng chiết áp trong mạch nguồn), TKN của tín hiệu tương tự diode zener sẽ chuyển sang giá trị dương. Kết quả tương tự có thể đạt được bằng cách giảm dòng điện qua bóng bán dẫn hiệu ứng trường VT5 bằng cách tăng tổng điện trở của các điện trở R4 và R5. Ổn định dòng điện (xem Hình 6, b hoặc 6, c) của diode zener VD1 cho phép bạn đạt được hệ số ổn định lớn hơn 5000. Trong trường hợp không có bóng bán dẫn có hệ số truyền dòng điện cao, đặc biệt là trong các bộ ổn định mạnh, bóng bán dẫn điều khiển tổng hợp sẽ được sử dụng. Trong bộ lễ phục. 15 hiển thị một trong các tùy chọn này. Một bộ ổn định với một bóng bán dẫn điều chỉnh tổng hợp có một tính năng. Khi không có dòng tải thì dòng điện tiêu thụ là không đáng kể; ở mức tải gần mức tối đa, nó gần như không khác biệt so với mức tiêu thụ hiện tại của các sửa đổi bộ ổn định trước đó.
Ví dụ: một biến thể của bộ ổn định mạnh mẽ với bóng bán dẫn điều chỉnh KT837V (h21E = 120): Kst = = 300...500, Rout. = 0,1 Ôm, Uout. = 6,4V, Ilim = 1,9A; với điện áp đầu vào 12 V ở chế độ không tải, nó tiêu thụ dòng điện không quá 300 μA. Ở dòng tải 1,0 A, mức tiêu thụ hiện tại tăng lên 30 mA. Một biến thể của bộ ổn định công suất thấp có dòng điện giới hạn 80 mA (Kst = 500...700, Rout = 1 Ohm), tiêu thụ không quá 60 μA khi không hoạt động. Ở dòng tải 25 mA, mức tiêu thụ hiện tại tăng lên 400 μA. Trong bảng Hình 6 thể hiện một số thông số khác của hai phương án ổn định.
Điều này không giới hạn tất cả các phương án hiện đại hóa bộ ổn định được lấy làm cơ sở (xem Hình 9) nhằm tăng hiệu quả và cải thiện các thông số khác. Đặc biệt, trong một số trường hợp, để giảm ΔUmin, sẽ rất hữu ích khi sử dụng kết nối song song của một số bóng bán dẫn với các điện trở cân bằng dòng điện trong mạch cơ sở thay vì một bóng bán dẫn điều chỉnh. Sử dụng ION dòng điện siêu nhỏ, các loại chất ổn định khác có thể được nâng cấp thành công. Các bảng đặc tính của bộ ổn định được đưa ra trong bài viết không phải là ví dụ về tính toán tối ưu và đảm bảo kết quả trùng khớp hoàn toàn khi lặp lại do sự phân tán mạnh trong các tham số của điốt zener và bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Những bảng này rất hữu ích cho việc phân tích các xu hướng chung trong việc phát triển các chất ổn định và có thể làm cơ sở cho việc lựa chọn chúng. Các tùy chọn bộ ổn định khác nhau được thiết kế cho dòng tải 20 mA để dễ dàng so sánh các thông số chính. Vì lý do tương tự, hầu hết các tham số được đo ở đầu ra UBX = 2U. Nếu cần thiết, bộ ổn định có thể được chuyển đổi sang dòng tải khác. Ví dụ, trong bảng. 6 và 8 hiển thị các tham số để xây dựng bộ ổn định cho dòng tải 2,5, 200 mA và 0,5 A. Vì sơ đồ mạch đưa ra trong bài viết khá phổ biến nên chúng cũng như trong các bảng có thể không chứa thông tin cụ thể về bất kỳ phần tử nào . Trong trường hợp này, chúng được lựa chọn hoặc tính toán độc lập, được hướng dẫn bởi các quy tắc và khuyến nghị chung có trong bài viết.
Để cải thiện hiệu suất của các bộ ổn định ở nhiệt độ cao hoặc khi sử dụng bóng bán dẫn có dòng điện thu ngược tăng lên, chúng tôi khuyên bạn nên kết nối một điện trở có điện trở vài đơn vị với vài chục kilo-ohm giữa bộ phát và đế của bóng bán dẫn điều chỉnh, tùy thuộc vào sức mạnh của bộ ổn định. Mặc dù thực tế là bài viết mô tả các bộ ổn áp được cho là tiết kiệm, nhưng không có giá trị hiệu suất cụ thể nào được đưa ra ở bất kỳ đâu, vì thông số này phụ thuộc vào tỷ lệ cụ thể của điện áp đầu vào và đầu ra và thay đổi rất nhiều, tăng khi điện áp ở các cực của pin của tế bào giảm đi. Văn chương
Tác giả: V.Andreev, Togliatti
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ AMD sẽ kết hợp kiến trúc x86 và ARM trong một bộ xử lý ▪ Điện thoại thông minh chắc chắn Oukitel WP21
▪ bài viết của Daniel Defoe. câu cách ngôn nổi tiếng ▪ bài viết Chuyển dạ Sisyphean là gì? đáp án chi tiết ▪ Bài đồng dao. Các lời khuyên du lịch ▪ bài viết Bảng mạch in - thật dễ dàng! Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này