Кратко описание

1 Урок за електроника 2 Въведение Получаване на напрежение на верига на изхода да бъде fi.

урок

Описание

Урок по електроника

Получаването на напрежението на веригата на изхода да бъде фиксирано е една от най-важните цели за правилното функциониране на веригата. За да се постигне това, се използват стабилизатори или регулатори на напрежение, които могат да бъдат схеми, съставени от дискретни елементи или интегрални схеми.

Регулатори на напрежение

При проектирането на схема има много фактори, които трябва да вземем предвид. На първо място, разбира се, ще е необходимо да се провери дали проектираната схема е способна да изпълнява всяка една от желаните функции. След като бъде проверена правилната му работа, ще трябва да проверим до каква степен веригата е способна да поддържа тези работни характеристики, т.е. как ще се държи при повече от известни неблагоприятни обстоятелства, като вариации на входните напрежения. или, разбира се, температурни промени.

Регулатори на напрежение

Основни понятия при проектирането на стабилизиран източник

С транзисторите знаем, че температурата е много важен фактор, който може да повреди транзистора, ако не сме поставили нещо, което да компенсира неговите ефекти, когато се увеличава или намалява. Решението беше получено много лесно чрез поставяне на резистор върху излъчвателя и по този начин с много малко усилия беше решен голям проблем. Промените в подаваното напрежение са, заедно с температурните вариации, една от основните причини за неизправности или дори повреди на електронните устройства.

Регулатори на напрежение

Основни понятия при проектирането на стабилизиран източник

Причината идва от факта, че всички електронни устройства са проектирани да работят с определени ограничения на входните напрежения; Следователно входно напрежение, което се подава към дадено устройство и което е по-високо от това, което то може да издържи, или препоръчано от производителите, вероятно ще произвежда достатъчно високи токове, за да изгори някои от неговите компоненти и следователно ще остави електронното устройство напълно неактивно. Това не би било сериозен проблем, ако напрежението, доставяно от електрическите компании, е достатъчно точно, за да гарантира точност в стойността на напрежението.

Регулатори на напрежение

Основни понятия при проектирането на стабилизиран източник

Това обаче не е така и напрежението, доставяно от компаниите, в зависимост от мястото и времето, може да варира до 10% над номиналната стойност. Тази вариация е достатъчна, за да ни попречи да приемем, че имаме постоянен източник на напрежение. Както винаги в електрониката, по един или друг начин повече или по-малко приблизително, можем да решим повечето възникващи проблеми. В този случай решението за вариациите на напрежението се намира в схеми, известни като "регулатори на напрежението".

Регулатори на напрежение

Основни понятия при проектирането на стабилизиран източник

Регулаторите на напрежение обикновено се разделят на две големи групи: • Фиксирани регулатори на напрежение • Регулируеми регулатори. В първия, както показва името му, ще получим фиксирано напрежение, започващо от променливо напрежение на входа. С регулатори на постоянното напрежение ще получим фиксирано напрежение между клемите на товарното съпротивление, през периода, в който токът през споменатото съпротивление се поддържа в рамките на определен интервал. С регулируемите ние ще можем да контролираме изходното напрежение, също започвайки от променливо напрежение.

Регулатори на напрежение

Фиксирани и регулируеми регулатори

Всяка интегрирана регулаторна схема е проектирана да разсейва мощността, обикновено под формата на топлина. Поради тази причина регулаторните интегрални схеми са подготвени така, че това разсейване да не ги засяга и те обикновено поставят транзистор, който стабилизира възникващите вариации.

Регулатори на напрежение

Фиксирани и регулируеми регулатори

Фиксирани и регулируеми регулатори Можем да разделим фиксираните регулатори на напрежение на две групи според знака на напрежението, което те регулират:

Двамата ще си приличат много и ще се различават само в смисъла, който обикновено приема.

Регулатори на напрежение

• Положителни регулатори на напрежението • Отрицателни регулатори на напрежението.

Неинтегрирани регулатори

В рамките на определени граници на тока знаем, че ценеровият диод има постоянен спад на напрежението, следователно напрежението, което той ще подава към съпротивлението на товара, ще бъде постоянно.

Регулатори на напрежение

Разполагаме с различни видове електронни регулатори. Първите, които ще видим, са ценеровите регулатори, които са наречени така, защото използват свойствата на ценеровите диоди за регулиране на напрежението.

За да видим как работи този тип верига, можем да разгледаме ценеровия диод като променлив резистор. Ако например съпротивлението на натоварването намалее, то ще изтече повече ток. Отначало напрежението ще намалее малко. Вътрешното съпротивление на ценера ще се увеличи, позволявайки да премине по-малко ток от преди, така че по-малко напрежение ще падне, когато токът е по-нисък. Изходното напрежение ще остане постоянно, дори ако натоварването варира. Напротив, ако съпротивлението на натоварването се увеличи, то ще изтече по-малко ток.

Регулатори на напрежение

Регулаторите не са интегрирани

Вътрешното съпротивление на ценера ще намалее, поглъщайки по-малко ток от преди, за да компенсира увеличаването на съпротивлението на натоварване: крайният резултат ще бъде, че напрежението между клемите на съпротивлението на натоварването ще бъде практически постоянно в рамките на ток, който не е много голям.

Регулатори на напрежение

Неинтегрирани регулатори

Друг вид електронен регулатор е така нареченият регулатор на шунт. Той е доста подобен на ценеровия регулатор, но тук имаме добавен общ колекторен транзистор, чието съпротивление на емитер ще действа като изходно натоварване на веригата. При този тип текущата стойност ще бъде по-висока поради усилването, което транзисторът ще въздейства.

Регулатори на напрежение

Неинтегрирани регулатори

Серийният регулатор е друг от електронните регулатори. Той е наречен така, защото елементът, който отговаря за регулирането, е последователно натоварващ ток. Регулаторът ще бъде транзистор и, точно както в регулаторите от типа на ценерови, ние разглеждахме ценеровия диод като прост променлив импеданс, в серийните регулатори ще разглеждаме този транзистор и като променлив импеданс. Разликата с ценерите е, че сега променливият импеданс е в последователност с товара. Входното напрежение ще бъде по-голямо от регулирания изход.

Регулатори на напрежение

Неинтегрирани регулатори

Транзисторът, който използваме като регулатор, е свързан като излъчвател. Този транзистор работи в активната област и предлага известно съпротивление на веригата. Ако веригата работи нормално, всеки път ще изисква по-висок ток на натоварване. Което предполага, че напрежението ще намалее, ако не го регулираме. Серийният регулатор също има свойството да компенсира вариациите на входа на постоянен ток. По този начин, с сериен регулатор можем да компенсираме както вариации на входа и изхода.

Регулатори на напрежение

Неинтегрирани регулатори

Друг вид регулатор е "паралелният регулатор". Тази схема се състои от фиксиран импеданс, поставен между нерегулирания вход и регулирания изход; променлив импеданс, който е поставен паралелно, от което идва името на този тип регулатор, който се намира между изходните клеми. Успоредният импеданс ще варира, за да се гарантира, че изходното напрежение е постоянно. Обикновено паралелният импеданс ще бъде транзистор, както при серийните регулатори.

Регулатори на напрежение

Регулатор паралелно

Регулатори на напрежение

Серия регулатори, регулируеми и фиксирани.

Регулатори на напрежение

Регулатори на напрежение

Регулатори на напрежение

Първата регулаторна интегрална схема, която е направена, е LM723, преди около 15 години. Това е една от най-продаваните интегрални схеми в света и въпреки недостатъците и факта, че днес съществуват други видове интегрални регулатори, тя не е загубила своята популярност. За около пет години това беше единственият интегриран регулатор, който се продава. По-късно беше намерен начин за включване на външни елементи в интегрални схеми, включително транзистори от силен ток. Така възниква семейството на 78XX, положителни стабилизатори на стабилно напрежение.

Регулатори на напрежение

Скоро беше последвано от семейството на 79XX, отрицателни регулатори на фиксирано напрежение. Тези две семейства бяха много успешни. Цената им беше много ниска, имаха добри спецификации за регулиране на натоварването, линейност и добър токов капацитет, който можеше да достигне до 1 ампер. Те се използват широко като регулатори на локални вериги. Най-голямото му предимство е, че изискванията към основното захранване и неговите регулатори на напрежение могат да бъдат значително намалени.

Регулатори на напрежение

Регулатори на напрежение

78XX и 79XX Фиксирани интегрирани регулатори Характеристики и пакет

Регулатори на напрежение

По-късно и двете семейства бяха разширени и се появиха двойни симетрични регулатори. Те включват положителен и отрицателен регулатор в същия чип, добавяйки усилвател, така че едно от двете напрежения да следва другото и се получават симетрични изходи по отношение на земята. Тези регулатори стават все по-важни, тъй като ограниченията на конвенционалните регулатори стават очевидни.

Регулатори на напрежение

Регулатори на напрежение

Нарастващата сложност на аналоговите системи води до ситуации, при които много различни функции могат да бъдат включени в една и съща карта. Така например, можем да разполагаме с операционни усилватели, сензори, компаратори, микропроцесори, D/A и A/D преобразуватели и др., В рамките на една и съща карта. Това носи сериозен проблем за захранването, тъй като картата може да изисква както отрицателни, така и положителни напрежения. Двойните регулатори могат да решат този тип проблеми, като лесно се адаптират към изискванията на всеки момент.

Регулатори на напрежение

които усилват външната мощност на интегралната схема. Някои производители са успели да включат транзисторите, които усилват мощността в интегралната схема, но това води до усилване на разсейването на мощността в c.i., така че не винаги е удобно да се интегрира транзисторът. Както вече знаем, регулаторите с висок ток изискват веригата да бъде проектирана да има минимално термично съпротивление. В зависимост от работната температура на интегралната схема това ще бъде нейната дългосрочна надеждност. Следователно, колкото повече топлина можем да извлечем от чипа, толкова по-добра ще бъде веригата и тя ще работи по-дълго.

Регулатори на напрежение

Разсейването на почти всички интегрирани регулатори е с ниска мощност. Обикновено, ако се нуждаем от топлина с високи токове, към тях се добавят елементи

Една от най-широко използваните интегрални схеми е 723. Той е регулатор на напрежението. Вътре в тази интегрална схема ще намерим операционен усилвател с двата си входа, инвертиращ и неинвертиращ, референтен ценеров диод, транзистор, който действа като регулатор на напрежението, втори изходен транзистор и трети транзистор, който ще контролира интензитета и ще отговаря за ограничаването му, ако е необходимо, за да се избегнат проблеми с много висока интензивност. В тази верига ще имаме еталонно напрежение около 7 волта. Операционният усилвател е свързан като последовател на напрежението, т.е.свързваме изхода директно към инвертиращия вход. След това поставяме делител на напрежението, оформен от два резистора, който ще ни осигури напрежението, което ще подадем през неинвертиращия вход. Това напрежение е това, което ще получим на изхода на усилвателя, тъй като, както казахме, той е свързан като последовател на напрежението.

Регулатори на напрежение

Следователно, нейната най-обща операция се състои в свързване на инвертиращия вход към еталонното напрежение, неинвертиращия към делителя на напрежението, след това свързване на разликата на двата усилени входа към регулиращия транзистор, което ще постигне желаната стабилизация чрез изменение на проводимостта му за да компенсира разликата на двата входа. Въпреки че максималният изходен ток на 723 е 150 mA, трябва да внимаваме с изходния ток, за да не превишим максимално възможното разсейване.

Регулатори на напрежение

Регулатори на напрежение

Ако се нуждаем от по-висок изходен ток, отколкото позволява 723, можем да добавим външен транзистор към интегралната схема. Този силов транзистор може да бъде от тип PNP или NPN, но трябва да вземем предвид какъв тип е, за да го свържем правилно към интегралната схема. Ако добавяме NPN транзистор, ще го свържем така, сякаш е разширение на вътрешните последователи, които има 723. Базата ще бъде свързана с изходния потенциал на интегралната схема, Vo и емитер, който ще свържете се с инвестиционния вход. Но ако добавим PNP, ще свържем изходния потенциал, Vo, към инвертиращия вход и този към излъчвателя, а основата към Vc, което е колекторното напрежение на изходния транзистор на интегралната схема 723.

Регулатори на напрежение

723 се характеризира с ниска консумация в покой, нисък дрейф с температура и силно отхвърляне на шума. Приложим е в положителни и отрицателни захранвания като паралелен, последователен, превключен или плаващ регулатор. Те могат да се използват като лабораторни консумативи, локални регулатори за логически платки, регулатори за усилватели на данни на ниско ниво, консумативи за контролно-измервателни уреди, бордови системи и консумативи за цифрови и линейни схеми.

Регулатори на напрежение

Сред предимствата, предлагани от 723, можем да подчертаем неговото добро регулиране и нисък температурен коефициент, заедно с неговата гъвкавост. Освен това той може не само да се използва като регулатор на напрежението, но може да се използва и като регулатор на тока.

Със 723 можем да получим основен регулатор за ниско напрежение и основен регулатор за високо напрежение. Както вече знаем, с интегралната схема 723 можем да изградим захранване. Когато започнаха да се произвеждат интегрални схеми, беше много трудно да се надвиши 40 волта на изхода с c.i.; За да се постигне това, беше необходимо да се използват дискретни, неинтегрирани полупроводници, дори при 723 входът от 40 волта не можеше да бъде надвишен и с този вход беше възможно само да се получи изход, който най-много достигаше 37 волта. Но сега можем да изградим верига с 723, която надвишава тази граница на изхода, за да можем да я използваме като основен регулатор на високо напрежение.

Регулатори на напрежение

В LM723 важна област е референтният източник на напрежение, който е с температурна компенсация и почти безшумен. Референтният източник може да осигури ток, който може да достигне 15 mA. Освен това, както вече знаем, има корекционен усилвател, който ще управлява транзистора, който осигурява изходното напрежение, транзистор, който е отговорен за ограничаване на тока. Напълно стабилна и защитена от късо съединение мощност може да бъде постигната чрез използване на 723 и някои свързани дискретни компоненти.

Регулатори на напрежение

За да се постигнат стабилизирани напрежения над 40 волта, веригата се нуждае от отделно спомагателно напрежение, което действа като източник на напрежение. Този тип регулатори се наричат ​​„плаващи регулатори“. С тези вериги можем да постигнем изходно напрежение, което може да се регулира между 0 и 60 волта.

Регулатори на напрежение

Друг пример за регулируем регулатор е LM338. Този регулатор има референтна стойност на напрежението 1,25 V. С него можем да получим изходен ток, който преминава от 1,2 V до 25 V. Препоръчително е да поставите кондензатор, свързан към входа на LM338, за да направи веригата нечувствителна към настройки или наличието на изходни кондензатори. LM338 осигуряват много добро регулиране на натоварването. За да постигнем най-доброто представяне, трябва да вземем малка мярка. Тази мярка се състои в свързване на токовото съпротивление между регулиращите и изходните клеми възможно най-близо до регулатора, въпреки че за това то трябва да се отдалечи от товара.

Регулатори на напрежение

Регулатори на напрежение

Когато използваме кондензатори с регулирани интегрални схеми, е много удобно да добавим някои защитни диоди и по този начин да избегнем разрядите, които могат да се получат от кондензатори при ниски точки на регулаторния ток. Когато регулаторът има кондензатор, свързан към изхода и входът му е на късо съединение, кондензаторът ще се разреди през интегралната схема. Това разреждане е достатъчно, за да повреди интегралната схема и ще зависи от три фактора: размера на кондензатора, изходното напрежение и скоростта на намаляване на входното напрежение. Поради всички тези причини е много удобно да добавите някои защитни диоди и като пример за интегрални схеми, които ги използват, можем да цитираме регулатора LM338.

Регулатори на напрежение

Интегралната схема LM317 е регулируем сериен регулатор, способен да работи с до 40 волта постоянен входящ ток и способен да доставя регулируемо напрежение от 1,25 до 37 волта на изхода си. Препоръчително е да поставите кондензатор, свързан към входа с много голям капацитет, това ще позволи по-добро поглъщане и филтриране на високочестотните шумове, които съществуват в електрическата мрежа и които, разбира се, преминават през силовия трансформатор. Важно е да се изясни, че мощността на трансформатора трябва да бъде в съответствие с текущия капацитет на диодите и транзисторите, използвани в етапа на регулиране. Тоест, не е необходимо да се поставят диоди, които издържат на 25 ампера, когато трансформаторът може да достави ток само от 3 ампера. Същото се случва и със силовите транзистори, винаги е добре да се поставят устройства, които са способни да работят с двоен или троен номинален ток, който използваме.