Stabilisateurs de tension simples et puissants. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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La conception des circuits des stabilisateurs de tension continue (SV) est très diversifiée. Plus les caractéristiques de ces appareils sont bonnes, plus leur conception est généralement complexe.

Pour les débutants, les stabilisateurs de tension dont la conception de circuit est simple sont les plus appropriés. Les options proposées sont basées sur le circuit stabilisateur de la figure 1. Malgré l'extrême simplicité du circuit, son fonctionnement est très fiable.

Un tel CH devait être utilisé dans une grande variété de situations. Il dispose d'une limitation de courant de charge, ce qui est très avantageux, car cela permet de se passer d'éléments supplémentaires.

Le courant maximum dans la charge est déterminé par la résistance R3. Au fur et à mesure que la résistance de cette résistance diminue, la valeur du courant de court-circuit (Is.c.) augmente et, à l'inverse, une augmentation de la résistance de cette résistance entraîne une diminution de Is.c.s., et donc une diminution de la courant de fonctionnement maximum MV (généralement ce courant est compris entre (0,5, 0,7... 3) Ikz). Lorsque les bornes de la résistance RXNUMX sont court-circuitées, l'amplitude du courant Is.c. n'a pas de limitation évidente, donc un court-circuit (court-circuit) dans la charge MT conduit dans ce cas à endommager les transistors MT. Nous ne considérerons pas davantage ce mode de fonctionnement.

Lors du choix du courant Ic.c, ils sont guidés par la zone de fonctionnement sûr (ROA) du transistor VT2. Ainsi, le SV, assemblé avec seulement 11 composants, peut être utilisé pour alimenter divers équipements avec une consommation de courant pouvant atteindre plusieurs ampères.

Ainsi, les avantages du SN selon la Fig. 1 : 1) la possibilité d'ajuster rapidement la tension stabilisée de sortie de presque zéro à la tension de stabilisation des diodes Zener VD1 et VD2 à l'aide d'une résistance variable R2 ; 2) la possibilité de modifier le courant Is.c. (pour ce faire, il suffit d'installer une résistance variable bobinée de type PP3 avec une résistance de 3 Ohms au lieu de R470) ; 3) facilité de démarrage du circuit (il n'est pas nécessaire d'avoir des éléments de démarrage spéciaux, si souvent nécessaires dans d'autres circuits MT) ; 4) la capacité d'améliorer considérablement les caractéristiques du SN à l'aide de méthodes simples.

Une autre circonstance importante. Le collecteur du puissant transistor de régulation VT2 étant connecté à la sortie (bus positif) du CH, cet élément peut être fixé directement sur le corps métallique du bloc d'alimentation (PSU). Il n’est pas difficile de construire un SN bipolaire en utilisant ce schéma. Dans ce cas, des enroulements séparés du transformateur de réseau et des redresseurs sont nécessaires, mais les collecteurs de transistors puissants des deux bras MT peuvent être installés sur le châssis d'alimentation.

Parlons maintenant des défauts qui apparaissent en raison de l'extrême simplicité du circuit du SN. Le principal est la faible valeur du coefficient de stabilisation de tension (VSR), qui ne dépasse généralement pas plusieurs dizaines. Le coefficient de suppression des ondulations est également faible. L'influence déterminante sur la résistance de sortie du CH est exercée par le coefficient de transfert de courant de base des instances appliquées des transistors VT1 et VT2. De plus, l'impédance de sortie dépend fortement du courant de charge. Par conséquent, des transistors avec un gain maximum doivent être installés dans ce SN.

Un inconvénient est que la tension de sortie peut être ajustée non pas à partir de zéro, mais à partir d'environ 0,6 V. Mais dans la plupart des cas, cela n'est pas significatif.

Il existe un choix de blocs d'alimentation puissants sur le marché, qui sont très "trompés" en termes de circuits, ils sont donc chers et nécessitent beaucoup de temps pour être réparés.

Le circuit SN selon la Fig. 1 vous permet de créer à la fois des alimentations de faible consommation et des alimentations de laboratoire simples sans dépenser beaucoup de temps et d'argent, même pour leur fabrication, sans parler des opérations de réparation.

Par de simples modifications du SN selon la figure 1, il a été possible d'améliorer considérablement les paramètres de cet appareil. Tout d'abord, il faut moderniser le circuit stabilisateur paramétrique de tension (éléments R1, VD1, VD2) et utiliser un transistor composite, par exemple selon le circuit Darlington. Les transistors Superbeta comme le KT825 conviennent très bien (il vaut mieux utiliser du 2T825). La résistance de sortie du CH pour les transistors composites est réduite et ne dépasse pas 0,1 Ohm (pour un seul transistor du circuit de la Fig. 1, la résistance de sortie est supérieure à 0,3 Ohm dans la plage de courant de charge de 1...5 A. ), et lors de l'utilisation du transistor KT825, la résistance de sortie peut être réduite jusqu'à 0,02...0,03 Ohm dans la plage de courant de charge de 3...5 A.

Lors de l'installation d'un transistor de type KT825 dans le CH, il est impératif d'augmenter la résistance de la résistance de limitation R3. Si cela n'est pas fait, la valeur de Ik.z sera pratiquement illimitée et en cas de court-circuit dans la charge, le transistor KT825 tombera en panne. Avec une telle modernisation, ce circuit MT est excellent pour alimenter toutes sortes d'UMZCH, récepteurs, magnétophones, stations de radio, etc.

Si le transistor KT825 n'est pas disponible, le SN peut être réalisé selon le circuit de la figure 2. Sa principale différence réside dans l'ajout d'un transistor KT816 et d'une augmentation multiple de la résistance R4.

Ce circuit peut être utilisé pour alimenter une mini-perceuse électrique lors du perçage de trous dans des circuits imprimés. Par conséquent, toute la plage possible de régulation de la tension de sortie stabilisée n'est pas utilisée, mais seulement une section comprise entre 12 et 17 V. Dans cette plage, une régulation optimale de la puissance sur l'arbre du moteur de forage est assurée. La résistance R3 élimine la possibilité que le transistor VT1 fonctionne avec la base désactivée si le contact entre le moteur de la résistance variable R2 et son revêtement en graphite est rompu. Il est également possible d'utiliser une résistance bobinée R2, ces résistances sont plus durables que celles en graphite. Le courant Ik.c pour R4 = 20 kOhm est de 5 A, pour R4 = 10 kOhm - 6,3 A, pour R4 = 4,7 kOhm - 9 A.

Si vous connectez deux transistors KT8102 en parallèle (Fig. 3), alors à R4 = 4,7 kOhm Ik.z = 10 A. Ainsi, l'inclusion d'un transistor KT816 supplémentaire dans le circuit a permis non seulement d'améliorer les caractéristiques du CH, mais aussi de réduire les courants traversant les éléments VD4, R4 et VT1. Cette dernière circonstance permet d'utiliser un transistor à coefficient de transfert de courant élevé, par exemple KT1D(E), comme VT3102. Et cela, à son tour, améliorera la qualité du travail du SN. Ainsi, par exemple, avec une résistance de R3 = 75 Ohm, le CH sur la figure 1 avait une valeur actuelle de Ik.c = 5,5 A, pour R3 = 43 Ohm Ik.c = 7 A, etc. Comme vous pouvez le constater, la résistance des résistances de limitation de courant Ik.c s'avère être une résistance trop faible pour des courants de charge élevés. Dans ce cas, il y a une diminution du rendement du CH et une surchauffe de la résistance R3, ainsi qu'un courant important traversant la diode VD3 pour le CH.

Une amélioration supplémentaire des caractéristiques SN peut être obtenue en modifiant les circuits du stabilisateur paramétrique (éléments R1, VD1, VD2 dans les circuits des figures 1 et 2). Les paramètres de cette unité peuvent être améliorés selon le schéma de la Fig. 4. Un générateur de courant stable (GCT) est monté sur le transistor VT1. Étant donné que le transistor VT1 est connecté dans un circuit à base commune, le circuit est très sujet à l'auto-excitation à hautes fréquences. L'auto-excitation est également facilitée par l'absence de condensateur shuntant les diodes Zener VD3 et VD4. Par conséquent, un tel condensateur est introduit dans le circuit de la figure 4 (C1).

Les résultats des mesures pour le schéma de la Fig.4 sont donnés dans le tableau 1.

Tableau 1

Un circuit plus avancé est illustré à la figure 5 et les résultats de mesure correspondant sont donnés dans le tableau 2.

Tableau 2

Il est aisé de constater que l'amélioration du SSC est très significative avec une légère complication du circuit.

L'inconvénient des circuits GTS les plus simples est le faible coefficient de stabilisation du courant (cela est particulièrement vrai pour les options GTS bipolaires). Et cela est dû avant tout à l'instabilité de la tension de référence, c'est-à-dire tension de stabilisation de la diode Zener VD1 (voir figures 4 et 5 dans RE 9/2001). En effet, lorsque Uin change, le courant traversant la diode Zener VD1 change également, et cela entraîne nécessairement une modification de la tension au niveau de la diode Zener VD1. Cette dernière circonstance provoque certainement une modification du courant GTS et, bien sûr, de la tension à la sortie de l'ION (éléments VD2, VD3 - Fig. 4 et VD3, VD4 - Fig. 5).

Ce phénomène se transmet plus loin le long du circuit, ce qui provoque une forte diminution du VS du stabilisateur. ION selon le schéma de la Fig. 5 se compose déjà de deux GTS distincts. Le second d'entre eux est monté sur un transistor à effet de champ VT2. Ce GST stabilise le courant traversant la diode Zener VD1, éliminant pratiquement le changement de tension aux bornes de cette dernière (voir tableau 2). Cela garantit une forte augmentation du SCV de cet ION. La diode Zener VD2 augmente la fiabilité du circuit avec l'augmentation de la tension Uin. De plus, la stabilisation du courant à travers les diodes Zener D818E a été obtenue en incluant un autre « interrupteur de champ » dans le circuit ION (Fig. 6). Ce transistor à effet de champ est inclus dans le circuit émetteur du transistor VT1, ce qui augmente plusieurs fois la stabilité du courant.

Avec un courant traversant les diodes Zener D818E égal à 10 mA, selon les spécifications, nous avons la meilleure stabilité thermique de la tension ION.

Disposant d'un ensemble de circuits ION simples, vous pouvez très rapidement assembler des conceptions d'alimentation avec de très bonnes caractéristiques et, surtout, avec un rapport qualité/prix élevé. Un schéma d’une simple alimentation de laboratoire est présenté sur la Fig. 7.

(cliquez pour agrandir)

L'alimentation contient un dispositif de connexion « douce » au réseau. Dans ce cas, nous bénéficions certainement de la durée de vie des éléments d'alimentation coûteux (transformateur secteur, condensateur de filtrage et diodes de redressement, ces dernières, bien que dans une catégorie de prix bon marché, mais leur « départ » entraînera la probabilité de pannes d'autres radio Composants). Lorsque l'alimentation est connectée au réseau, le transformateur réseau T1 est activé via la résistance d'une puissante résistance R2.

Cela réduit considérablement les surtensions à travers les éléments T1, C3, VD1 - VD4. Au bout de quelques secondes, le relais K1 est activé et ses contacts K1.1 ferment la résistance R2. L'alimentation électrique est désormais entièrement prête à fonctionner. Le circuit de lancement « doux » est assemblé sur les éléments : R1, R2, VD5-VD8, VD9, C2 et K1. Le temps de retard pour connecter T1 au réseau est déterminé par la capacité du condensateur électrolytique C2 et la résistance de l'enroulement du relais K1 au courant continu.

Avec l'augmentation de la capacité et de la résistance de ces éléments, le délai augmente. La résistance R1 est un limiteur de courant fiable via le condensateur C1 et le pont de diodes VD5-VD8. La diode Zener protège le condensateur C2 et le relais K1 d'une augmentation de tension d'urgence sur ces éléments (si l'enroulement du relais K1 casse, par exemple, sans diode Zener, le condensateur C2 risquera clairement de tomber en panne en raison d'une forte augmentation de tension à ses bornes).

Tous les autres nœuds CH ont déjà été décrits ci-dessus, donc aucun commentaire n'est nécessaire.

À propos des détails. Dans ce bloc d'alimentation et dans d'autres conceptions similaires, j'ai utilisé des transistors KT8102 avec une valeur clairement réduite de la tension collecteur-émetteur maximale (Uke). La valeur de Ukemax a été mesurée avec un compteur spécialement conçu à cet effet [1].

J'ai sélectionné des transistors KT8102 pour l'UMZCH, mais malheureusement, parmi les transistors achetés, la plupart étaient des spécimens avec un Ukemax réduit. Ce sont ces transistors « malheur » qui ont été installés dans l’alimentation. Dans le circuit de cette alimentation, vous pouvez utiliser des transistors puissants avec Ukemax≥35 V (il doit toujours y avoir une marge minimale). Au lieu du transistor KT816, vous pouvez installer le KT814. Un transistor de type KT801 peut être remplacé par n'importe quel transistor au silicium avec Uke≥30 V et Ik≥0,1 A. Transistor VT2 - KT3107 avec n'importe quelle lettre d'index ou KT361 (B, T, E). Le transistor à effet de champ de type 2P303D (KP 303D) peut être remplacé par n'importe lequel de cette série (V, G, D, E, I) avec un courant de drain initial (Is.init) ≥3 mA.

Si vous décidez de vous passer des transistors à effet de champ, il est préférable d'utiliser l'ION selon le circuit de la Fig. 8. Dans ce circuit, la tension sur la diode Zener VD1 est stabilisée par le deuxième GTS, monté sur le transistor VT2.

Les résistances R2 et R3 sont anti-parasitaires. Au lieu de la diode Zener KS133, vous pouvez installer KS147 ou 5 à 7 pièces. instances de diodes au silicium connectées en série, par exemple KD521, 522, D220, D223, etc. Le nombre de diodes peut être réduit, mais il faudra en même temps réduire la résistance de stabilisation de courant dans le circuit émetteur du transistor KT3107K. Et cela entraînera une détérioration de la stabilité du courant GTS. Au lieu du KS133, trois LED connectées en série du type AL307 ont également été installées, mais d'autres sont également possibles. Puisque dans ce circuit GTS le courant qui les traverse est stabilisé, la tension sera également stable (nous ne parlons pas encore des effets de température). Mais remplacer les diodes Zener D818E par des D814 et d'autres similaires entraînera une détérioration de la stabilité thermique de l'ion. Par conséquent, des diodes Zener du type D818E ont été sélectionnées, qui ont un coefficient de tension à basse température (TCV). S'il n'y a pas d'exigences particulières pour le TKN, une très large gamme de diodes Zener peut être utilisée dans le circuit.

La diode Zener VD11 peut être remplacée par D814 A(B), KS175, etc., et VD9 peut être remplacée par D816V. Remplacez les diodes au silicium D223 par des diodes similaires. Remplacez les diodes du puissant redresseur VD1-VD4 par d'autres avec Urev≥100 V, par exemple KD213. Ces diodes ont été installées sur trois dissipateurs thermiques (deux diodes sur un radiateur).

La superficie des deux plus petits dissipateurs thermiques est de 16 cm2 (AL, 40x40 mm), le troisième est de 32 cm2 (80x40 mm). Diodes en pont VD5-VD8 - toutes avec Uobr ≥ 400 V et Idirect ≥ 0,3 A, par exemple, KTs401G, KU402 (A, B, V, G, I), KTs405 (A, B, V, G, I), KTs407A , etc.

Résistances variables R4, R10 et R11 - tous types. Il est tout à fait acceptable de modifier les valeurs de ces résistances (pour R4 - diminuer à 2,2 kOhm). Au fur et à mesure que la résistance R4 diminue, le courant GTS devra être augmenté. Les résistances R13 et R14 permettent de régler la valeur requise du courant Is.c.

Les puissantes résistances d'émetteur bobinées R5-R7 sont constituées de fil nichrome avec une résistance linéaire d'environ 0,056 Ohm/cm. Puissante résistance bobinée de type PEV-10. Il peut être remplacé par une connexion parallèle de résistances, par exemple MLT-2W (5-6 pièces avec une résistance de 3...3,3 kOhm, etc.).

Relais - RKM1, version RS4-503.861, résistance d'enroulement CC - 500 Ohms. Dans le schéma de la Fig. 7 condensateurs utilisés : C1, C4, C6 - type K73-17 ; C2-K50-16 ; C3-K50-18 ; C5, C7 - K50-12. Aux endroits particulièrement critiques du circuit, les « électrolytes » sont shuntés par des condensateurs non électrolytiques.

Si l'alimentation est utilisée pour alimenter des appareils RF, il est conseillé de contourner la sortie MT avec des condensateurs supplémentaires, par exemple des condensateurs au mica (KSO). Et bien sûr, tous les condensateurs de ce circuit d'alimentation peuvent être de n'importe quel type avec les paramètres appropriés.

À propos du transformateur T1. Un TS-200 rembobiné a été utilisé comme transformateur de réseau. La tension sur l'enroulement secondaire est de 22 V, le fil est du PEV-2 d'un diamètre de 1,45 mm. Le fusible .U est fait maison. Il est constitué d'un morceau de conducteur en cuivre unipolaire (un fil ordinaire peut être utilisé) de ∅ 0,23 mm et de 30 mm de long (soudé).

Un radiateur standard d'un ancien amplificateur UEMI-8102 a été utilisé comme dissipateur thermique pour les transistors KT50. S'il n'y a pas de surface de dissipateur thermique requise (≥ 2000 cm2), procédez comme suit.

De la tôle (duralumin ou aluminium) a été utilisée pour fabriquer le boîtier d'alimentation. Avec des dimensions de boîtier de 40x20x11 cm, la surface de refroidissement du seul couvercle amovible supérieur est d'environ 1240 cm2. Ce dissipateur thermique est très efficace ; l'un des transistors est également fixé sur la partie inférieure du boîtier (fond, châssis). Des transistors puissants sont montés à distance les uns des autres. S'il y en a deux, divisez la longueur totale de la partie supérieure du corps (dans ce cas, elle est de 62 cm) en trois parties égales. Ces transistors puissants sont situés à une distance de 20 cm (sur la même ligne et en partie médiane du boîtier). En changeant la polarité de tous les dispositifs semi-conducteurs et condensateurs électrolytiques du circuit d'alimentation à l'inverse, il devient possible d'installer de puissants transistors N-PN communs des types : KT802, KT803, KT805, KT808, KT812, etc. , c'est ce qu'ils font lorsqu'ils ont besoin de concevoir une alimentation bipolaire. Le voltmètre et l'ampèremètre ne sont pas représentés sur le schéma. Lorsqu'un courant dans la charge MT supérieur à 5 A est nécessaire (cela signifie un fonctionnement à long terme de l'alimentation dans de tels modes), alors le TS-1 (TSA-270) est utilisé comme transformateur T270. L'enroulement secondaire est enroulé avec un fil d'un diamètre de 1,82 mm, ce qui vous permet de « tirer » un courant de 6 à 8 A ou plus (jusqu'à 12 A) du transformateur, sélectionnez Is.c. = 20 A.

A propos de s'améliorer. Sans erreurs, la conception de l'alimentation électrique assemblée à partir de composants radio réparables fonctionne immédiatement après avoir été connectée au réseau. Il suffit de sélectionner les résistances requises des résistances R3 et R9. Le premier d'entre eux détermine le courant GTS. Il est nécessaire de régler le courant traversant les diodes Zener VD12 et VD13 à 10 mA. La résistance R9 définit le courant Is.c. dans les 5-10 A.

Certaines copies du KT8102 sont très sujettes à l'auto-excitation (en particulier lors d'une installation « par balayage »). La présence de génération est détectée en connectant un oscilloscope à la sortie du CH. Dans ce cas, les condensateurs C6 et C7 sont temporairement isolés du CH. Un circuit HF fonctionnel n'est pas excité sans eux, mais si une génération en HF se produit, alors sans ces éléments, il est plus facile à détecter. Une résistance à faible résistance avec une résistance de 3 à 5 Ohms est incluse dans le circuit de base du transistor générateur (il s'agit généralement de l'un des transistors VT5-VT10), ou, mieux encore, une self avec une inductance de plus de 60 µHz. Une résistance excessive dans le circuit de base dégradera les performances MT (Rout augmentera).

Le circuit imprimé de cette alimentation est illustré à la Fig. 9, du côté des conducteurs imprimés - sur la Fig. 10.

La carte dispose de deux cavaliers technologiques spécialement conçus pour mesurer le courant à travers les transistors VT1 et VT2 (il n'est pas nécessaire de couper les conducteurs imprimés). Le circuit imprimé du circuit de commutation "soft" est illustré à la Fig. 11 et 12.

Le relais est situé à l'extérieur du tableau. Pour éviter que Rout n'augmente en raison de l'installation, le fil menant à la borne moins de la sortie CH est soudé directement à la plaque moins du condensateur C3. Cette broche C3 est soudée au circuit CH avec un conducteur séparé. Lors du choix de la capacité de ce condensateur, ils sont guidés par la règle : 1000 2000-6 7 µA pour chaque ampère de courant de charge. Les condensateurs CXNUMX et CXNUMX sont soudés directement au lobe de contact des bornes de sortie de l'alimentation.

Sur la possibilité de moderniser le SN. Tout d'abord et surtout : pour améliorer les performances du SV, une alimentation séparée pour l'ION et le SV est nécessaire. Dans ce cas, un enroulement (ou transformateur) séparé avec ses propres redresseurs est utilisé. Cela permet non seulement d'augmenter le VS de l'ION et de l'ensemble du circuit CV, mais également de réduire le nombre de tours de l'enroulement II du puissant redresseur, puisque la tension de sortie de 16,7 V CH est atteinte à une tension de l'enroulement II. du transformateur T1 de 17,5 V. Celui-ci décharge la puissance des transistors de commande VT3VT5. Lors d'un fonctionnement prolongé du SV avec un courant de charge de 5 A, un refroidissement forcé est également utilisé (soufflage avec un ventilateur de petite taille), surtout si les dissipateurs thermiques sont situés à l'intérieur du boîtier d'alimentation perforé. Vous pouvez utiliser les prises de l'enroulement II avec commutation et « liaison » à la résistance R4, mais, comme le montre la pratique, cela est très gênant lors du fonctionnement d'une alimentation. À propos, les transistors à effet de champ dans les circuits GTS peuvent être connectés en parallèle pour obtenir le courant GTS requis, afin de ne pas vous soucier de la sélection de ces fils.

De très bons résultats sont obtenus en utilisant le circuit ION Fig. 8, dans laquelle les résistances R1 et R4 ont été remplacées par GTS Fig. 6 (émetteur GTS - VT3). Dans ce cas, les diodes Zener VD1 (KS133D, Fig. 8) sont remplacées par D818E et Uin est augmenté à 35 V ou plus. Une tension stabilisée est fournie à l'entrée de cet ION à partir du circuit le plus simple d'un stabilisateur de tension paramétrique (structure typique - transistor - diodes Zener - résistance - deux condensateurs). Des dizaines de SV décrits ci-dessus sont en service depuis de nombreuses années, prouvant ainsi leur fiabilité lorsqu'ils alimentent une grande variété de RES.

Littérature

1. Zyzyuk A.G. Sélection de transistors pour puissant UMZI // Radioamator. -2001. -N°6. -P.6.
2. Petoukhov V.M. Dispositifs semi-conducteurs. Réf. Transistors.-M. : RIKEL, Radio et Communications, 1995.
3. Golomedov A.V. Dispositifs semi-conducteurs. Réf. Transistors de faible puissance.-M. : Radio et Communications, 1995.
4. Goryunov. N.N. Dispositifs semi-conducteurs. Réf. Diodes, thyristors, dispositifs optoélectroniques. 2e éd.-M. : Energoatomizdat, 1984

Auteur : AG Zyzyuk

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