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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Estabilizador de tensión con protección contra cortocircuito y sobrecorriente, 14-20/12 voltios 0,5 amperios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protectores contra sobretensiones El autor analiza las características y desventajas más características de los estabilizadores de voltaje, familiares para los radioaficionados por las publicaciones de nuestra revista, y brinda consejos prácticos, a veces poco convencionales, para mejorar sus parámetros básicos. Como ejemplo, habla de un estabilizador que desarrolló, destinado a fuentes de alimentación potentes para equipos que funcionan las XNUMX horas. El artículo describe la tecnología para fabricar un disipador de calor para un transistor de alta potencia. Las fuentes de alimentación de red, en las que los radioaficionados utilizan estabilizadores de microcircuitos para estabilizar el voltaje rectificado, no siempre agradan a sus creadores. La razón de esto son las desventajas inherentes a estos diseños. Los estabilizadores de transistores tradicionales suelen tener una protección contra sobrecargas poco fiable. Los sistemas de protección sin inercia se activan erróneamente incluso en caso de sobrecargas breves al conectar una carga capacitiva. Los medios de protección inercial no tienen tiempo de actuar en caso de un fuerte impulso de corriente, por ejemplo, en caso de un cortocircuito que provoque la rotura de los transistores [1]. Los dispositivos con limitador de corriente de salida no tienen inercia, no hay efecto de disparo, pero cuando hay un cortocircuito en el transistor de control, se disipa una gran potencia, lo que requiere el uso de un disipador de calor adecuado [2]. La única salida en esta situación es el uso simultáneo de medios para limitar la corriente de salida y la protección inercial del transistor de control contra sobrecargas, lo que le proporcionará dos o tres veces menos potencia y las dimensiones del disipador de calor. Pero esto conduce a un aumento en la cantidad de elementos, dimensiones de diseño y complica la repetibilidad del dispositivo en condiciones de aficionados. En la figura 1 se muestra un diagrama esquemático de un estabilizador, cuyo número de elementos es mínimo. XNUMX.
La fuente de tensión de referencia es un diodo zener VD1 térmicamente estabilizado. Para eliminar la influencia del voltaje de entrada del estabilizador en el modo del diodo Zener, su corriente se establece mediante un generador de corriente estable (GCT), construido sobre un transistor de efecto de campo VT1. La estabilización térmica y la estabilización de la corriente del diodo Zener aumentan el coeficiente de estabilización del voltaje de salida. El voltaje de referencia se suministra a la entrada izquierda (según el circuito) del amplificador diferencial en los transistores VT2.2 y VT2.3 del microconjunto K125NT1 y la resistencia R7, donde se compara con el voltaje de retroalimentación tomado del divisor de voltaje de salida. R8R9. La diferencia de voltaje en las entradas de un amplificador diferencial cambia el equilibrio de las corrientes del colector de sus transistores. El transistor regulador VT4, controlado por la corriente del colector del transistor VT2.2, tiene un gran coeficiente de transferencia de corriente base. Esto aumenta la profundidad de la retroalimentación y aumenta el coeficiente de estabilización del dispositivo, y también reduce la potencia disipada por los transistores del amplificador diferencial. Consideremos el funcionamiento del dispositivo con más detalle. Supongamos que en estado estable, con un aumento en la corriente de carga, el voltaje de salida disminuirá ligeramente, lo que también causará una disminución en el voltaje en la unión del emisor del transistor VT3.2. Al mismo tiempo, la corriente del colector también disminuirá. Esto conducirá a un aumento en la corriente del transistor VT2.2, ya que la suma de las corrientes de salida de los transistores del amplificador diferencial es igual a la corriente que fluye a través de la resistencia R7 y prácticamente no depende del modo de funcionamiento de sus transistores. A su vez, la corriente creciente del transistor VT2.2 provoca un aumento en la corriente del colector del transistor regulador VT4, proporcional a su coeficiente de transferencia de corriente base, aumentando el voltaje de salida al nivel original y permite mantenerlo sin cambios independientemente de la salida de carga. Para la protección a corto plazo del dispositivo cuando vuelve a su estado original, se introduce un limitador de corriente de colector del transistor regulador, fabricado en el transistor VT3 y las resistencias R1, R2. La resistencia R1 realiza la función de un sensor de corriente que fluye a través del transistor regulador VT4. Si la corriente de este transistor excede el valor máximo (aproximadamente 0,5 A), la caída de voltaje a través de la resistencia R1 alcanzará 0,6 V, es decir, el voltaje umbral para abrir el transistor VT3. Al abrirse, desvía la unión del emisor del transistor de control, limitando así su corriente a aproximadamente 0,5 A. Así, cuando la corriente de carga excede brevemente el valor máximo, los transistores VT3 y VT4 operan en el modo GTS, lo que provoca una caída en el voltaje de salida sin activar la protección contra sobrecorriente. Después de un tiempo, proporcional a la constante de tiempo del circuito R5C1, esto conduce a la apertura del transistor VT2.1 y a una mayor apertura del transistor VT3, que cierra el transistor VT4. Este estado de los transistores es estable, por lo tanto, luego de eliminar el cortocircuito o desenergizar la carga, es necesario desconectar el dispositivo de la red y encenderlo nuevamente después de descargar el capacitor C1. La corriente de cortocircuito del dispositivo es cero, lo que significa que evita el sobrecalentamiento del transistor de control cuando se activa la protección. La resistencia R3 es necesaria para el funcionamiento confiable del transistor VT4 a corrientes bajas y temperaturas elevadas. El condensador C2, que desvía la salida del estabilizador, evita la autoexcitación del dispositivo, que puede ser causada por una profunda retroalimentación negativa en el voltaje. La resistencia R6 en el circuito colector del transistor VT2.1 limita la corriente durante los procesos transitorios cuando la protección está activada y el LED HL1 sirve como indicador de sobrecarga. Principales parámetros del estabilizador.
El estabilizador no es crítico para el diseño de la placa de circuito impreso y la colocación de piezas en ella. Por tanto, su instalación depende principalmente de la experiencia del propio diseñador y de las dimensiones de las piezas preseleccionadas. El transistor de efecto de campo VT1 debe seleccionarse de manera que la corriente de estabilización, medida según el circuito de la Fig. 2,a o 2,b, estaba dentro de 5...15 mA. El coeficiente de transferencia estática de la corriente base del transistor VT3 debe ser al menos 20, y el transistor VT4, al menos 400. El transistor regulador VT4, cuya corriente de colector permitida debe ser de al menos 1 A, genera una potencia significativa, por lo que debería instalarse en un disipador de calor con una potencia de aproximadamente 5 mar.
Resistencias y condensadores: cualquier tipo para las clasificaciones indicadas en el diagrama. Al comenzar a probar y ajustar el estabilizador, la resistencia R5 se elimina temporalmente para que el sistema de protección no funcione, y al seleccionar la resistencia R8, el voltaje de salida se establece en 12 V. Después de eso, la resistencia R5 se enciende y el El valor requerido de la corriente de disparo de la protección del dispositivo por corriente se logra seleccionando la resistencia R1. ¿Qué cambios o adiciones se pueden hacer al estabilizador recomendado? Si el radioaficionado no dispone de un transistor de efecto de campo adecuado, se puede montar un generador de corriente continua utilizando un transistor bipolar KT3108A (Fig.3, a) o uno similar de la serie KT361 con un coeficiente de transferencia de corriente base de al menos 20. Los diodos VD3 y VD4 pueden ser de cualquier silicio.
Podemos sustituir el diodo zener térmicamente estabilizado D818V (VD1) por cualquier otro similar con una tensión de estabilización de 3 a 12 V. Pero lo más deseable es un diodo zener de dos ánodos, por ejemplo KS162A, con un coeficiente de temperatura bajo. tensión de estabilización. En casos extremos, será reemplazado por una cadena de un diodo zener convencional y cualquier diodo de silicio conectado en serie, como se muestra en la Fig. 3, b. El transistor regulador KT825A (VT4) se puede reemplazar por dos conectándolos según el circuito de un transistor compuesto, como se muestra en la Fig. 4,a o 4,b. El transistor VT4' debe tener una ganancia de corriente de al menos 20, una corriente máxima de colector de al menos 1 A y una disipación de potencia máxima con un disipador de calor de al menos 5 W. Transistor VT4": cualquier estructura pnp con una ganancia de corriente de al menos 20, una corriente de colector máxima de al menos 30 mA y una disipación de potencia máxima de al menos 150 mW, por ejemplo, KT361, KT203, KT208, KT209, KT501, Serie KT502.
Para reducir el voltaje de saturación del transistor VT4" y, como consecuencia, cierta reducción en la disipación de potencia, es aconsejable fabricar un transistor compuesto según el circuito de la Fig. 4, c. En este caso, la potencia disipada por el transistor VT4 " aumentará a 0,6 W. Son adecuados los transistores de las series KT814, KT816, GT402 u otras con parámetros similares. Los microconjuntos de transistores VT2.2 y VT2.3 K125NT1, que funcionan en cascada diferencial, se pueden reemplazar con un conjunto de dos transistores p-pn con una ganancia de corriente de al menos 20, un voltaje máximo colector-emisor de al menos 20 V y una corriente de colector de al menos 15 mA, por ejemplo, serie KR198. En este caso, solo es importante recordar: las mismas características corriente-voltaje de ambos transistores de la etapa diferencial son necesarias para que el voltaje extraído del divisor R8R9 sea igual al ejemplar, lo que garantiza la independencia de la salida. voltaje del estabilizador de la corriente de carga. Si no se requiere tal igualdad, entonces estos elementos del microconjunto se pueden reemplazar con cualquier transistor n-pn de baja potencia con parámetros similares. En este caso, y también si el microconjunto consta de sólo dos elementos, la función del transistor VT2.1 puede ser realizada por un transistor npn similar de baja potencia. El estabilizador descrito con un voltaje de salida fijo se puede convertir fácilmente en uno bipolar con un voltaje de salida ajustable de ±6 V a ±12 V. El diagrama de dicho dispositivo se muestra en la Fig. 5.
Los límites de voltaje de estabilización se pueden ampliar reemplazando el diodo Zener KS162A (VD1) por KS147A y reduciendo la resistencia de la resistencia R9 a 330 ohmios. También está permitido montar el amplificador diferencial y el divisor de tensión R8R9 según el diagrama de la Fig. 6.
Luego, el voltaje de salida del estabilizador se puede cambiar de 0 a ±12 V. Sin embargo, el sistema de protección, que incluye los elementos VT2.1, R5, C1, HL1 (Fig.1), en este caso perderá su significado y el El estabilizador se volverá bastante tradicional. Los transistores VT1, VT2 y VT4, los valores de resistencia y condensador son los mismos que en el estabilizador según el diagrama de la Fig. 1, pero la disipación de potencia del transistor VT4 (o de los transistores VT4', VT4" según los diagramas de la Fig. 4) aumentará en proporción a la caída de tensión en él. Los disipadores de calor de potentes transistores de la serie KT825 o KT827, que realizan la función de regulación, se pueden fabricar en casa. Un posible diseño de uno de estos disipadores de calor se muestra en la Fig. 7, a. La pieza de trabajo correspondiente (Fig. 7, b) se corta con tijeras para metal o se corta con una sierra de calar de una chapa de aluminio de 2 mm de espesor. Luego, los pétalos estrechos de los lados opuestos de la pieza de trabajo se giran con unos alicates 90° alrededor de su propio eje, y los anchos se doblan (a lo largo de las líneas discontinuas) hacia arriba.
Literatura
Autor: V.Kozlov, Murom, región de Vladimir
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