Rövid leírás
1 Az elektronika oktatóanyagai 2 Bevezetés Az áramkör feszültségének a kimeneten történő fi-ra tétele.
Leírás
Elektronika bemutató
Az áramkör feszültségének a kimeneten történő rögzítése az egyik legfontosabb cél az áramkör megfelelő működéséhez. Ennek eléréséhez feszültségstabilizátorokat vagy szabályozókat használnak, amelyek lehetnek különálló elemekből álló integrált áramkörök.
Feszültségszabályozók
Az áramkör megtervezésekor számos tényezőt figyelembe kell vennünk. Mindenekelőtt természetesen ellenőrizni kell, hogy a tervezett áramkör képes-e a kívánt funkciók mindegyikének végrehajtására. Miután ellenőrizte a megfelelő működését, meg kell vizsgálnunk, hogy az áramkör mennyire képes fenntartani ezeket a működési jellemzőket, vagyis hogyan fog viselkedni az ismertnél kedvezőtlenebb körülmények, például a bemeneti feszültség változása esetén. vagy természetesen hőmérsékletváltozások.
Feszültségszabályozók
Alapvető koncepciók a stabilizált forrás megtervezésében
A tranzisztoroknál tudjuk, hogy a hőmérséklet nagyon fontos tényező, amely károsíthatja a tranzisztort, ha nem tettünk valamit a hatásának kompenzálására, ha növekedett vagy csökkent. A megoldást nagyon egyszerűen úgy sikerült elérni, hogy ellenállást helyeztek az emitterre, és így nagyon kis erőfeszítéssel nagy probléma megoldódott. A táplált feszültség változása, a hőmérséklet ingadozásával együtt, az elektronikus eszközök meghibásodásának vagy akár meghibásodásának egyik fő oka.
Feszültségszabályozók
Alapvető koncepciók a stabilizált forrás megtervezésében
Ennek oka az a tény, hogy minden elektronikus eszközt úgy terveztek, hogy a bemeneti feszültség bizonyos korlátjaival működjön; Ezért egy eszközhöz táplált bemeneti feszültség, amely magasabb, mint amit képes ellenállni, vagy amely a gyártók által ajánlott, valószínűleg elég nagy áramokat hoz létre ahhoz, hogy egyes alkatrészeit megégesse, és ezért az elektronikus eszköz teljesen inaktív. Ez nem jelentene komoly problémát, ha az áramszolgáltatók által szolgáltatott feszültség elég pontos lenne a feszültségérték pontosságának garantálásához.
Feszültségszabályozók
Alapvető koncepciók a stabilizált forrás megtervezésében
Ez azonban nem így van, és a vállalatok által szolgáltatott feszültség, a figyelembe vett helytől és időtől függően, akár 10% -ot is elérhet a névleges értéknél. Ez a variáció elegendő ahhoz, hogy megakadályozzuk abban, hogy állandó feszültségforrással rendelkezzünk. Mint mindig az elektronikában, így vagy úgy, többé-kevésbé megközelítően meg tudjuk oldani a felmerülő problémák nagy részét. Ebben az esetben a feszültségváltozások megoldása a "feszültségszabályozók" néven ismert áramkörökben található.
Feszültségszabályozók
Alapvető koncepciók a stabilizált forrás megtervezésében
A feszültségszabályozók általában két nagy csoportra oszthatók: • Rögzített feszültségszabályozók • Állítható szabályozók. Az előbbiben, amint a neve is jelzi, fix feszültséget fogunk kapni a bemenet változó feszültségéből kiindulva. Állandó feszültségszabályozókkal rögzített feszültséget kapunk a terhelési ellenállás kivezetései között abban az időszakban, amelyben az áramot az ellenálláson keresztül egy bizonyos intervallumon belül fenntartjuk. Az állíthatóakkal vezérelni tudjuk a kimeneti feszültséget, szintén változó feszültségből kiindulva.
Feszültségszabályozók
Rögzített és állítható szabályozók
Minden integrált szabályozó áramkört úgy terveztek, hogy elvezesse az energiát, általában hő formájában. Emiatt a szabályozó integrált áramköröket úgy készítik el, hogy ez a disszipáció ne érje őket, és általában egy tranzisztort helyeznek el, amely stabilizálja a fellépő variációkat.
Feszültségszabályozók
Rögzített és állítható szabályozók
Rögzített és állítható szabályozók A rögzített feszültségszabályozókat két csoportra oszthatjuk, az általuk szabályozott feszültség jele szerint:
A kettő nagyon hasonló lesz, és csak abban az értelemben különbözik egymástól, amelyet a hétköznapi elvár.
Feszültségszabályozók
• Pozitív feszültségszabályozók • Negatív feszültségszabályozók.
Nem integrált szabályozók
Bizonyos áramhatárokon belül tudjuk, hogy a zener diódának állandó feszültségesése van, ezért az a feszültség, amelyet a terhelési ellenállásba juttat, állandó lesz.
Feszültségszabályozók
Különböző típusú elektronikus szabályozóink vannak. Az elsőeket látni fogjuk a zener szabályozók, amelyeket azért neveznek el, mert a zener diódák tulajdonságait használják a feszültség szabályozására.
Az ilyen típusú áramkör működésének megtekintéséhez figyelembe vehetjük a zener diódát, mint változó ellenállást. Ha például a terhelési ellenállás csökken, akkor nagyobb áramot von le. Eleinte a feszültség kissé csökken. A zener belső ellenállása növekszik, kevesebb áramot enged át, mint korábban, így kisebb feszültség csökken, mivel az áram alacsonyabb. A kimeneti feszültség akkor is állandó marad, ha a terhelés változik. Éppen ellenkezőleg, ha a terhelési ellenállás növekszik, akkor kevesebb áramot vesz fel.
Feszültségszabályozók
Nem integrált szabályozók
A zener belső ellenállása csökken, és kevesebb áramot vesz fel, mint korábban, hogy kompenzálja a terhelési ellenállás növekedését: a végeredmény az lesz, hogy a terhelés-ellenállás kivezetései között a feszültség gyakorlatilag állandó lesz egy olyan tartományon belül, amely nem túl nagy.
Feszültségszabályozók
Nem integrált szabályozók
Az elektronikus szabályozók másik típusa az úgynevezett Shunt szabályozó. Egészen hasonlít a zener szabályozóhoz, de itt van egy közös kollektor tranzisztorunk, amelynek emitter ellenállása az áramkör kimeneti terheléseként fog működni. Ennél a típusnál az áramérték magasabb lesz a tranzisztor által kifejtett erősítés miatt.
Feszültségszabályozók
A szabályozók nincsenek integrálva
A soros szabályozó az elektronikus szabályozók egyike. Azért nevezték el, mert a szabályozásért felelős elem sorban van a terhelési árammal. A szabályozó tranzisztor lesz, és ahogy a zener típusú szabályozókban a zener diódát is egyszerű változó impedanciának tekintettük, a soros szabályozókban ezt a tranzisztort is változó impedanciának tekintjük. A különbség a zenerekkel az, hogy a változó impedancia sorban áll a terheléssel. A bemeneti feszültség nagyobb lesz, mint a szabályozott kimenet.
Feszültségszabályozók
Nem integrált szabályozók
A tranzisztor, amelyet szabályozóként használunk, emitterkövetőként csatlakozik. Ez a tranzisztor az aktív régióban működik, és némi ellenállást kínál az áramkörrel szemben. Ha az áramkör normálisan működik, akkor minden alkalommal nagyobb terhelésre lesz szükség. Ami azt jelenti, hogy a feszültség csökken, ha nem szabályozzuk. A soros szabályozónak az a tulajdonsága is, hogy kompenzálja az egyenáramú bemeneti változásokat. Így egy soros szabályozóval kompenzálni tudjuk a bemeneti és a kimeneti variációkat.
Feszültségszabályozók
Nem integrált szabályozók
A szabályozók másik típusa a "párhuzamos szabályozó". Ezt az áramkört egy rögzített impedancia alkotja, amely a szabályozatlan bemenet és a szabályozott kimenet között van elhelyezve; párhuzamosan elhelyezett változó impedancia, amelyből az ilyen típusú szabályozó neve származik, amely a kimeneti kapcsok között helyezkedik el. Az impedancia párhuzamosan változik annak biztosítása érdekében, hogy a kimeneti feszültség állandó legyen. Normális esetben az impedancia párhuzamosan tranzisztor lesz, mint a soros szabályozóknál.
Feszültségszabályozók
A szabályozó párhuzamosan
Feszültségszabályozók
Szabályozók sorozat, állítható és rögzített.
Feszültségszabályozók
Feszültségszabályozók
Feszültségszabályozók
Az első szabályozási IC, amelyet körülbelül 15 évvel ezelőtt készítettek, az LM723 volt. Ez a világ egyik legkelendőbb integrált áramköre, és annak ellenére, hogy hibái és ténye, hogy ma más típusú integrált szabályozók léteznek, nem veszítette el népszerűségét. Körülbelül öt évig ez volt az egyetlen integrált szabályozó, amelyet értékesítettek. Később megtalálták a módját a külső elemek beépítésének az integrált áramkörökbe, beleértve a nagyáramú soros tranzisztorokat is. Így jött létre a 78XX, pozitív fix feszültségű szabályozók családja.
Feszültségszabályozók
Hamarosan követte a 79XX, negatív fix feszültségű szabályozók családját. Ez a két család nagyon sikeres volt. Az áruk nagyon alacsony volt, jó terhelésszabályozási specifikációkkal, linearitással és jó áramkapacitással rendelkeztek, amely akár 1 amperre is képes. Széles körben használják helyi áramkör-szabályozóként. Legnagyobb előnye, hogy a fő tápegységre és annak feszültségszabályozóira vonatkozó követelmények jelentősen csökkenthetők.
Feszültségszabályozók
Feszültségszabályozók
78XX és 79XX rögzített integrált szabályozók jellemzői és csomagja
Feszültségszabályozók
Később mindkét család kibővült, és kettős szimmetrikus szabályozók jelentek meg. Tartottak egy pozitív és egy negatív szabályozót ugyanazon chipen belül, hozzáadva egy erősítőt, hogy a két feszültség egyike kövesse a másikat, és szimmetrikus kimeneteket kapjanak a földhöz képest. Ezek a szabályozók egyre fontosabbá váltak, mivel a hagyományos szabályozók korlátai nyilvánvalóvá váltak.
Feszültségszabályozók
Feszültségszabályozók
Az analóg rendszerek növekvő komplexitása olyan helyzetekhez vezet, ahol sokféle funkció foglalható el ugyanazon a kártyán. Így például ugyanazon a kártyán belül lehetnek operációs erősítők, érzékelők, komparátorok, mikroprocesszorok, D/A és A/D konverterek stb. Ez komoly problémát jelent az áramellátás szempontjából, mivel a kártya mind negatív, mind pozitív feszültséget igényelhet. A kettős szabályozók képesek megoldani az ilyen típusú problémákat, könnyen alkalmazkodva az egyes pillanatok követelményeihez.
Feszültségszabályozók
amelyek felerősítik az integrált áramkör külső teljesítményét. Egyes gyártóknak sikerült beépíteniük az integrált áramkörbe a teljesítményt felerősítő tranzisztorokat, de ez a teljesítmény disszipációjának erősödéséhez vezet, így nem mindig kényelmes integrálni a tranzisztort. Mint már tudjuk, a nagyáramú szabályozók megkövetelik, hogy az áramkört minimális hőellenállással kell megtervezni. Az integrált áramkör üzemi hőmérsékletétől függően ez hosszú távú megbízhatósága lesz. Ezért minél több hőt tudunk kihozni a chipből, annál jobb lesz az áramkör, és hosszabb ideig fog működni.
Feszültségszabályozók
Szinte az összes integrált szabályozó alacsony teljesítményű. Normális esetben, ha nagy áramú hőre van szükségünk, elemeket adunk hozzájuk
Az egyik legszélesebb körben alkalmazott integrált áramkör a 723. Ez egy feszültségszabályozó. Ezen az integrált áramkörön belül találunk egy működési erősítőt a két bemenetével, invertáló és nem invertáló, referencia zener diódával, tranzisztorral, amely feszültségszabályozóként működik, egy második kimeneti tranzisztorral és egy harmadik tranzisztorral, amely szabályozni fogja az intenzitást és felelős lesz a korlátozásért, ha szükséges, hogy elkerüljék a nagyon intenzív problémákat. Ebben az áramkörben referenciafeszültségünk körülbelül 7 volt lesz. Az op erősítő feszültségkövetőként van csatlakoztatva, vagyis a kimenetet közvetlenül az invertáló bemenethez kötjük. Ezután két ellenállásból álló feszültségosztót teszünk, amely biztosítja számunkra azt a feszültséget, amelyet a nem invertáló bemeneten keresztül fogunk bevezetni. Ezt a feszültséget kapjuk meg az erősítő kimenetén, mivel, mint mondtuk, feszültségkövetőként van csatlakoztatva.
Feszültségszabályozók
Ezért a legáltalánosabb működése abból áll, hogy az invertáló bemenetet a referenciafeszültséghez, a nem invertálót a feszültségosztóhoz kapcsolja, majd mindkét erősített bemenet különbségét összekapcsolja a szabályozó tranzisztorral, amely a vezetés változtatásával el fogja érni a kívánt stabilizációt. hogy kompenzálja a két bemenet különbségét. Habár a 723 maximális kimeneti árama 150 mA, vigyáznunk kell a kimeneti árammal, hogy ne lépjük túl a maximális disszipációt.
Feszültségszabályozók
Feszültségszabályozók
Ha nagyobb kimeneti áramra van szükségünk, mint amennyit a 723 megenged, akkor külső tranzisztort adhatunk az integrált áramkörhöz. Ez a teljesítménytranzisztor lehet PNP vagy NPN típusú, de figyelembe kell vennünk, hogy milyen típusú, hogy helyesen csatlakoztassuk az integrált áramkörhöz. Ha hozzáadunk egy NPN tranzisztort, akkor úgy fogjuk csatlakoztatni, mintha a 723-as belső követők kiterjesztése lenne. Az aljzatot az integrált áramkör Vo kimeneti potenciáljához fogjuk csatlakoztatni, és mi kibocsátó a befektetési inputhoz. De ha hozzáadunk egy PNP-t, akkor összekapcsoljuk a Vo kimeneti potenciált az invertáló bemenettel és ezt az emitterrel, az alapot pedig a Vc-vel, amely a 723-as integrált áramkör kimeneti tranzisztorának kollektorfeszültsége.
Feszültségszabályozók
A 723-at alacsony nyugalmi fogyasztása, alacsony hőmérsékleti sodródása és a zaj magas elutasítása jellemzi. Pozitív és negatív tápegységekben alkalmazható, például párhuzamos, soros, kapcsolt vagy lebegő szabályozókban. Használhatók laboratóriumi ellátásként, a logikai táblák helyi szabályozóiként, az alacsony szintű adaterősítők szabályozóiként, a műszerek ellátásához, a levegőben lévő rendszerekhez, valamint a digitális és lineáris áramkörök ellátásához.
Feszültségszabályozók
Azon előnyök között, amelyeket egy 723 kínál nekünk, kiemelhetjük jó szabályozását és alacsony hőmérsékleti együtthatóját, valamint sokoldalúságát. Ezenkívül nemcsak feszültségszabályozóként, hanem áramszabályozóként is használható.
Egy 723-mal kaphatunk egy alapvető kisfeszültségű szabályozót és egy alapszintű nagyfeszültségű szabályozót. Mint már tudjuk, a 723 integrált áramkörrel tápegységet tudunk építeni. Amikor integrált áramköröket kezdtek gyártani, nagyon nehéz volt meghaladni a 40 V kimenetet egy ci-vel; Ennek eléréséhez diszkrét, nem integrált félvezetők használatára volt szükség, még a 723-as értéknél sem volt lehetséges a 40 V-os bemenet túllépése, és ezzel a bemenettel csak olyan kimenetet lehetett elérni, amely legfeljebb 37 V-ot ért el. De most egy 723-as áramkört építhetünk, amely túllépi ezt a kimeneti határt, így alapfeszültség-szabályozóként használhatjuk.
Feszültségszabályozók
Az LM723-ban fontos terület a referenciafeszültség-forrás, amely hőmérséklet-kompenzált és szinte zajmentes. A referencia forrás 15 mA-t elérő áramot képes biztosítani. Ezenkívül, amint azt már tudjuk, van egy korrekciós erősítő, amely vezérli a kimeneti feszültséget biztosító tranzisztort, egy tranzisztor, amely felelős az áram korlátozásáért. Teljesen stabil és rövidzárlattal védett teljesítmény érhető el egy 723-as és néhány kapcsolódó különálló alkatrész használatával.
Feszültségszabályozók
A 40 voltot meghaladó stabilizált feszültség eléréséhez az áramkörnek külön segédfeszültségre van szüksége, amely feszültségforrásként működik. Az ilyen típusú szabályozókat úszó szabályozóknak nevezzük. Ezekkel az áramkörökkel 0 és 60 volt között állítható kimeneti feszültséget érhetünk el.
Feszültségszabályozók
Az állítható szabályozó másik példája az LM338. Ennek a szabályozónak a referenciafeszültsége 1,25 V. Ezzel 1,2 V és 25 V közötti kimeneti áramot kaphatunk. Nagyon ajánlott az LM338 bemenetéhez csatlakoztatott kondenzátort elhelyezni, hogy az áramkör ne legyen érzékeny vagy a kimeneti kondenzátorok jelenléte. Az LM338s nagyon jó terhelésszabályozást biztosít. A legjobb teljesítmény elérése érdekében meg kell tennünk egy kis intézkedést. Ez az intézkedés abból áll, hogy az áramellenállást a beállító és a kimeneti kapcsok között a lehető legközelebb hozzákapcsoljuk a szabályozóhoz, még akkor is, ha ehhez el kell távolodni a terheléstől.
Feszültségszabályozók
Feszültségszabályozók
Ha szabályozott integrált áramkörű kondenzátorokat használunk, nagyon kényelmes védelmi diódákat adni, és így elkerülni azokat a kisütéseket, amelyeket a kondenzátorok képesek létrehozni alacsony szabályozó áramú pontokon. Ha egy szabályozónak kondenzátora van csatlakoztatva a kimenethez, és a bemenete rövidzárlatos, a kondenzátor az integrált áramkörön keresztül kisüt. Ez a kisülés elegendő az integrált áramkör károsodásához, és három tényezőtől függ: a kondenzátor méretétől, a kimeneti feszültségtől és a bemeneti feszültség csökkenésének sebességétől. Mindezen okokból nagyon kényelmes a védelmi diódák hozzáadása, és az őket használó integrált áramkörök példaként megemlíthetjük az LM338 szabályozót.
Feszültségszabályozók
Az LM317 integrált áramkör egy állítható soros szabályozó, amely képes 40 V-os egyenárammal működni, és a kimenetén 1,25-37 volt közötti állítható feszültséget képes leadni. Célszerű kondenzátort elhelyezni a nagyon nagy kapacitású bemenethez csatlakoztatva, ez lehetővé teszi az elektromos hálózatban létező, és természetesen a transzformátoron áthaladó magas frekvenciájú zajok jobb elnyelését és szűrését. Fontos tisztázni, hogy a transzformátor teljesítményének összhangban kell lennie a diódák és a szabályozási szakaszban használt tranzisztorok jelenlegi kapacitásával. Vagyis nem szükséges olyan diódákat elhelyezni, amelyek ellenállnak 25 A-nak, amikor a transzformátor csak 3 Amperes áramot képes leadni. Ugyanez történik a teljesítménytranzisztorokkal is, mindig jó olyan készülékeket elhelyezni, amelyek az általunk használt névleges árammal kettős vagy háromszorosára képesek működni.