วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยใช้ทรานซิสเตอร์และซีเนอร์ไดโอด

ในบทความนี้เราจะพูดถึงวิธีการสร้างวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าทรานซิสเตอร์แบบกำหนดเองในโหมดคงที่และโหมดตัวแปร

วงจรจ่ายไฟเชิงเส้นทั้งหมดที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความเสถียร แรงดันไฟฟ้าคงที่ และเอาต์พุตปัจจุบันรวมทรานซิสเตอร์และซีเนอร์ไดโอดขั้นพื้นฐานเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่มีการควบคุมที่ต้องการ

วงจรเหล่านี้ที่ใช้ชิ้นส่วนที่ไม่ต่อเนื่องสามารถอยู่ในรูปของแรงดันไฟฟ้าคงที่ถาวรหรือคงที่หรือแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ปรับได้ที่เสถียร

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายที่สุด

อาจเป็นตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดคือ zener shunt stabilizer ซึ่งทำงานโดยใช้ซีเนอร์ไดโอดพื้นฐานสำหรับการควบคุมดังแสดงในรูปด้านล่าง

ไดโอดซีเนอร์มีระดับแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการซึ่งอาจใกล้เคียงกับค่าเอาต์พุตที่ต้องการ

ตราบใดที่แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายต่ำกว่าค่าที่กำหนดของแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์จะแสดงความต้านทานสูงสุดในช่วงหลายเมกะไบต์ทำให้สามารถจ่ายไฟได้โดยไม่มีข้อ จำกัด

อย่างไรก็ตามในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเหนือค่าที่กำหนดของ 'แรงดันไฟฟ้าซีเนอร์' จะทำให้ความต้านทานลดลงอย่างมีนัยสำคัญทำให้แรงดันไฟฟ้าเกินจะถูกปัดลงสู่พื้นดินจนกว่าแหล่งจ่ายจะลดลงหรือถึงระดับแรงดันไฟฟ้าของซีเนอร์

เนื่องจากการเบี่ยงออกอย่างกะทันหันนี้ทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงและถึงค่าซีเนอร์ซึ่งทำให้ความต้านทานของซีเนอร์เพิ่มขึ้นอีกครั้ง จากนั้นวงจรจะดำเนินต่อไปอย่างรวดเร็วเพื่อให้แน่ใจว่าอุปทานยังคงมีเสถียรภาพที่ค่าซีเนอร์ที่กำหนดและไม่ได้รับอนุญาตให้เกินค่านี้

เพื่อให้ได้ความเสถียรข้างต้นแหล่งจ่ายอินพุตจะต้องสูงกว่าแรงดันเอาต์พุตที่เสถียรเล็กน้อย

แรงดันไฟฟ้าส่วนเกินที่อยู่เหนือค่าซีเนอร์ทำให้ลักษณะ 'หิมะถล่ม' ภายในของซีเนอร์ทริกเกอร์ทำให้เกิดเอฟเฟกต์การแบ่งทันทีและการลดลงของแหล่งจ่ายจนกว่าจะถึงระดับซีเนอร์

การดำเนินการนี้ยังคงดำเนินต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุดเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันเอาต์พุตคงที่คงที่เทียบเท่ากับระดับซีเนอร์

ข้อดีของ Zener Voltage Stabilizer

ไดโอดซีเนอร์มีประโยชน์มากในกรณีที่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าต่ำและต้องมีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่

ซีเนอร์ไดโอดนั้นง่ายต่อการกำหนดค่าและสามารถใช้เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่มีความเสถียรที่แม่นยำพอสมควรในทุกสถานการณ์

ต้องใช้ตัวต้านทานเพียงตัวเดียวในการกำหนดค่าสเตจควบคุมแรงดันไฟฟ้าตามซีเนอร์ไดโอดและสามารถเพิ่มลงในวงจรใดก็ได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

ข้อเสียของ Zener Stabilized Regulators

แม้ว่าแหล่งจ่ายไฟที่มีความเสถียรแบบซีเนอร์จะเป็นวิธีที่รวดเร็วง่ายดายและมีประสิทธิภาพในการให้ได้เอาต์พุตที่เสถียร แต่ก็มีข้อเสียที่ร้ายแรงบางประการ

• กระแสไฟขาออกต่ำซึ่งอาจรองรับโหลดกระแสสูงที่เอาต์พุต
• การทำให้เสถียรสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะกับค่าอินพุท / เอาท์พุตต่ำเท่านั้น หมายความว่าแหล่งจ่ายอินพุตต้องไม่สูงเกินแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการ มิฉะนั้นความต้านทานโหลดอาจกระจายพลังงานจำนวนมากทำให้ระบบไม่มีประสิทธิภาพมาก
• โดยทั่วไปการทำงานของซีเนอร์ไดโอดเกี่ยวข้องกับการสร้างสัญญาณรบกวนซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของวงจรที่มีความละเอียดอ่อนเช่นการออกแบบเครื่องขยายเสียงไฮไฟและแอปพลิเคชันที่มีช่องโหว่อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน

การใช้ 'Amplified Zener Diode'

นี่เป็นเวอร์ชันซีเนอร์แบบขยายซึ่งใช้ BJT ในการสร้างซีเนอร์แบบแปรผันพร้อมความสามารถในการจัดการพลังงานที่เพิ่มขึ้น

สมมติว่า R1 และ R2 มีค่าเท่ากันซึ่งจะสร้างระดับการให้น้ำหนักที่เพียงพอกับฐาน BJT และอนุญาตให้ BJT ดำเนินการได้อย่างเหมาะสมที่สุด เนื่องจากความต้องการแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของตัวปล่อยฐานขั้นต่ำคือ 0.7V BJT จะดำเนินการและปัดค่าใด ๆ ที่สูงกว่า 0.7V หรือมากที่สุด 1V ขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของ BJT ที่ใช้

ดังนั้นเอาต์พุตจะคงที่ที่ 1 V โดยประมาณ เอาต์พุตกำลังจาก 'ซีเนอร์ตัวแปรขยาย' นี้จะขึ้นอยู่กับพิกัดกำลังไฟฟ้า BJT และค่าตัวต้านทานโหลด

อย่างไรก็ตามค่านี้สามารถเปลี่ยนหรือปรับเป็นระดับอื่น ๆ ที่ต้องการได้อย่างง่ายดายเพียงแค่เปลี่ยนค่า R2 หรือมากกว่านั้นโดยการเปลี่ยน R2 ด้วยหม้อ ช่วงของทั้ง R1 และ R2 Pot อาจเป็นอะไรก็ได้ระหว่าง 1K ถึง 47K เพื่อให้ได้เอาต์พุตตัวแปรที่ราบรื่นตั้งแต่ 1V ถึงระดับอุปทาน (สูงสุด 24V) เพื่อความแม่นยำยิ่งขึ้นคุณสามารถใช้สูตรตัวแบ่งโวลต์จต่อไปนี้:

แรงดันขาออก = 0.65 (R1 + R2) / R2

ข้อเสียเปรียบของ Zener Amplifier

อีกครั้งข้อเสียเปรียบของการออกแบบนี้คือการกระจายตัวที่สูงซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนเมื่ออินพุตและความแตกต่างของเอาต์พุตเพิ่มขึ้น

ในการตั้งค่าตัวต้านทานโหลดให้ถูกต้องขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าขาออกและแหล่งจ่ายอินพุตสามารถใช้ข้อมูลต่อไปนี้ได้อย่างเหมาะสม

สมมติว่าแรงดันเอาต์พุตที่ต้องการคือ 5V กระแสที่ต้องการคือ 20 mA และอินพุตของแหล่งจ่ายคือ 12 V จากนั้นใช้กฎของโอห์มเรามี:

ตัวต้านทานโหลด = (12 - 5) / 0.02 = 350 โอห์ม

กำลังไฟ = (12 - 5) x 0.02 = 0.14 วัตต์หรือแค่ 1/4 วัตต์ก็ทำได้

วงจรควบคุมทรานซิสเตอร์แบบอนุกรม

โดยพื้นฐานแล้วตัวควบคุมอนุกรมซึ่งเรียกอีกอย่างว่าทรานซิสเตอร์แบบพาสซีรีส์คือความต้านทานตัวแปรที่สร้างขึ้นโดยใช้ทรานซิสเตอร์ที่ต่ออยู่ในอนุกรมกับหนึ่งในสายจ่ายและโหลด

ความต้านทานของทรานซิสเตอร์ต่อกระแสจะปรับโดยอัตโนมัติขึ้นอยู่กับโหลดเอาต์พุตดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกจะคงที่ในระดับที่ต้องการ

ในวงจรควบคุมแบบอนุกรมกระแสอินพุตจะต้องมากกว่ากระแสเอาต์พุตเล็กน้อย ความแตกต่างเล็กน้อยนี้เป็นเพียงขนาดของกระแสที่ใช้โดยวงจรควบคุมด้วยตัวมันเอง

ข้อดีของ Series Regulator

ข้อได้เปรียบหลักของวงจรควบคุมแบบอนุกรมเมื่อเทียบกับตัวควบคุมประเภท shunt คือประสิทธิภาพที่ดีกว่า

ส่งผลให้มีการกระจายพลังงานน้อยที่สุดและสิ้นเปลืองเนื่องจากความร้อน เนื่องจากข้อได้เปรียบที่ดีนี้ตัวควบคุมทรานซิสเตอร์แบบอนุกรมจึงได้รับความนิยมอย่างมากในการใช้งานตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสูง

อย่างไรก็ตามสิ่งนี้อาจหลีกเลี่ยงได้ในกรณีที่ความต้องการพลังงานต่ำมากหรือในกรณีที่ประสิทธิภาพและการสร้างความร้อนไม่ได้อยู่ในประเด็นสำคัญ

โดยทั่วไปแล้วตัวควบคุมซีรีส์สามารถรวมตัวควบคุม zener shunt ได้โดยโหลดวงจรบัฟเฟอร์ติดตามตัวปล่อยตามที่ระบุไว้ข้างต้น

คุณอาจพบว่าแรงดันไฟฟ้าเอกภาพเพิ่มขึ้นเมื่อใดก็ตามที่ใช้สเตจผู้ติดตามตัวปล่อย ซึ่งหมายความว่าเมื่อนำอินพุตที่เสถียรไปใช้กับฐานโดยทั่วไปเราจะได้เอาต์พุตที่เสถียรจากตัวปล่อยเช่นกัน

เนื่องจากเราสามารถได้รับกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นจากผู้ติดตามตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าขาออกจึงคาดว่าจะสูงกว่ามากเมื่อเทียบกับกระแสฐานที่ใช้

ดังนั้นแม้ว่ากระแสไฟฟ้าพื้นฐานจะอยู่ที่ประมาณ 1 หรือ 2 mA ในขั้นตอนการแบ่งซีเนอร์ซึ่งกลายเป็นการใช้กระแสไฟฟ้าที่ไม่หยุดนิ่งของการออกแบบกระแสเอาต์พุต 100 mA ก็สามารถใช้ได้ที่เอาต์พุต

กระแสอินพุตจะรวมกับกระแสเอาต์พุตพร้อมกับ 1 หรือ 2 mA ที่ใช้โดย zener stabilizer และด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพที่ทำได้ถึงระดับที่โดดเด่น

เนื่องจากแหล่งจ่ายอินพุตไปยังวงจรได้รับการจัดอันดับที่เพียงพอเพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่คาดไว้เอาต์พุตอาจไม่ขึ้นอยู่กับระดับแหล่งจ่ายอินพุตเนื่องจากสิ่งนี้ถูกควบคุมโดยตรงโดยศักย์ฐานของ Tr1

ไดโอดซีเนอร์และตัวเก็บประจุแบบแยกตัวจะพัฒนาแรงดันไฟฟ้าที่สะอาดอย่างสมบูรณ์แบบที่ฐานของทรานซิสเตอร์ซึ่งจำลองแบบที่เอาต์พุตทำให้เกิดการระเหยที่ปราศจากเสียงรบกวน

สิ่งนี้ช่วยให้วงจรประเภทนี้มีความสามารถในการส่งเอาต์พุตที่มีการกระเพื่อมและเสียงรบกวนต่ำอย่างน่าประหลาดใจโดยไม่รวมตัวเก็บประจุแบบเรียบขนาดใหญ่และด้วยช่วงของกระแสไฟฟ้าที่อาจสูงถึง 1 แอมป์หรือมากกว่านั้น

เท่าที่เกี่ยวข้องกับระดับแรงดันไฟฟ้าขาออกอาจไม่เท่ากับแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ที่เชื่อมต่อ เนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าตกประมาณ 0.65 โวลต์ระหว่างฐานและตัวปล่อยนำของทรานซิสเตอร์

การลดลงนี้จำเป็นต้องหักออกจากค่าแรงดันซีเนอร์เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าขาออกน้อยที่สุดของวงจร

หมายถึงถ้าค่าซีเนอร์เท่ากับ 12.7V ดังนั้นเอาต์พุตที่ตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์อาจอยู่ที่ประมาณ 12 V หรือในทางกลับกันถ้าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการคือ 12 V ดังนั้นจึงต้องแยกความผันผวนของซีเนอร์เป็น 12.7 V.

การควบคุมของวงจรควบคุมซีรีส์นี้จะไม่เหมือนกับการควบคุมของวงจรซีเนอร์เนื่องจากผู้ติดตามตัวปล่อยไม่สามารถมีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตเป็นศูนย์ได้

และแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงผ่านขั้นตอนจะต้องเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพื่อตอบสนองต่อกระแสเอาต์พุตที่เพิ่มขึ้น

ในทางกลับกันการควบคุมที่ดีอาจเกิดขึ้นได้เมื่อกระแสซีเนอร์คูณด้วยอัตราขยายปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ถึงขั้นต่ำ 100 เท่าของกระแสเอาต์พุตสูงสุดที่คาดไว้

High Current Series Regulator โดยใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้อย่างแม่นยำมักจะบอกเป็นนัยว่าควรใช้ทรานซิสเตอร์สองสามตัวอาจเป็น 2 หรือ 3 ตัวเพื่อที่เราจะได้รับผลที่น่าพอใจที่เอาต์พุต

วงจรทรานซิสเตอร์พื้นฐานสองตัวที่ใช้ ผู้ติดตามตัวปล่อย คู่ดาร์ลิงตันระบุไว้ในตัวเลขต่อไปนี้แสดงเทคนิคการใช้ BJT 3 ตัวในการกำหนดค่าผู้ติดตามดาร์ลิงตัน

สังเกตว่าการรวมทรานซิสเตอร์คู่หนึ่งส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลงสูงขึ้นที่เอาต์พุตประมาณ 1.3 โวลต์ผ่านฐานของทรานซิสเตอร์ตัวที่ 1 ไปยังเอาต์พุต

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าประมาณ 0.65 โวลต์ถูกโกนออกจากทรานซิสเตอร์แต่ละตัว หากพิจารณาวงจรทรานซิสเตอร์สามตัวอาจหมายถึงแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงเล็กน้อยต่ำกว่า 2 โวลต์ระหว่างฐานของทรานซิสเตอร์ตัวที่ 1 และเอาต์พุตเป็นต้น

Common Emitter Voltage Regulator พร้อมข้อเสนอแนะเชิงลบ

บางครั้งการกำหนดค่าที่ดีจะเห็นได้จากการออกแบบที่เฉพาะเจาะจงซึ่งมีสองสามอย่าง เครื่องขยายสัญญาณอิมิตเตอร์ทั่วไป โดยมีข้อเสนอแนะเชิงลบสุทธิ 100 เปอร์เซ็นต์

การตั้งค่านี้แสดงในรูปต่อไปนี้

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วขั้นตอนการปล่อยแรงดันไฟฟ้าทั่วไปจะมีระดับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่นี่อาจไม่ใช่สถานการณ์ในกรณีนี้

เป็นเพราะผลตอบรับเชิงลบ 100% ที่วางอยู่บนตัวสะสมทรานซิสเตอร์เอาต์พุตและตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์ สิ่งนี้ช่วยให้เครื่องขยายเสียงได้รับเอกภาพที่แน่นอน

ข้อดีของ Common Emitter Regulator พร้อมคำติชม

การกำหนดค่านี้ทำงานได้ดีกว่าเมื่อเทียบกับไฟล์ คู่ดาร์ลิงตัน ตัวควบคุมที่ใช้ตัวปล่อยผู้ติดตามเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกที่ลดลงในขั้วอินพุต / เอาต์พุต

แรงดันตกที่ได้จากการออกแบบเหล่านี้แทบจะไม่ถึง 0.65 โวลต์ซึ่งก่อให้เกิดประสิทธิภาพมากขึ้นและช่วยให้วงจรทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพไม่ว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่ไม่เสถียรจะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกที่คาดไว้หรือไม่ก็ตาม

เครื่องกำจัดแบตเตอรี่โดยใช้ Series Regulator Circuit

วงจรกำจัดแบตเตอรี่ที่ระบุเป็นภาพประกอบการทำงานของการออกแบบที่สร้างขึ้นโดยใช้ตัวควบคุมซีรีส์พื้นฐาน

โมเดลนี้ได้รับการพัฒนาสำหรับแอพพลิเคชั่นทั้งหมดที่ทำงานกับ DC 9 โวลต์ที่มีกระแสไฟฟ้าสูงสุดไม่เกิน 100 mA ไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการกระแสไฟค่อนข้างสูง

T1 คือ 12 -0 - 12 คือหม้อแปลง 100 mA ซึ่งให้การแยกการป้องกันแบบแยกส่วนและการลดแรงดันไฟฟ้าลงในขณะที่จุดศูนย์กลางของมันแตะขดลวดทุติยภูมิทำงานวงจรเรียงกระแสแบบกดดึงพื้นฐานพร้อมตัวเก็บประจุตัวกรอง

เมื่อไม่มีโหลดเอาต์พุตจะอยู่ที่ประมาณ 18 โวลต์ DC ซึ่งอาจลดลงเหลือประมาณ 12 โวลต์เมื่อโหลดเต็มที่

วงจรที่ทำงานเหมือนตัวปรับแรงดันไฟฟ้าเป็นแบบอนุกรมพื้นฐานที่รวมเอา R1, D3 และ C2 เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่กำหนด 10 V กระแสไฟฟ้าของซีเนอร์อยู่ในช่วงประมาณ 8 mA โดยไม่มีโหลดและลดลงเหลือประมาณ 3 mA เมื่อโหลดเต็มที่ การกระจายที่เกิดจาก R1 และ D3 เป็นผลให้น้อยที่สุด

ผู้ติดตามตัวปล่อยคู่ของ Darlington ที่สร้างขึ้นโดย TR1 และ TR2 สามารถมองเห็นได้ว่ากำหนดค่าไว้เนื่องจากเครื่องขยายสัญญาณบัฟเฟอร์เอาท์พุทให้อัตรากำไรปัจจุบันประมาณ 30,000 ที่เอาต์พุตเต็มในขณะที่กำไรขั้นต่ำคือ 10,000

ที่ระดับอัตราขยายนี้ในขณะที่หน่วยทำงานโดยใช้ 3 mA ภายใต้กระแสโหลดเต็มที่และอัตราขยายขั้นต่ำฉันแทบจะไม่มีความเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมแอมพลิฟายเออร์แม้ว่ากระแสโหลดจะผันผวนก็ตาม

แรงดันตกจริงจากแอมพลิฟายเออร์เอาท์พุทอยู่ที่ประมาณ 1.3 โวลต์และด้วยอินพุต 10 โวลต์ปานกลางจะให้เอาต์พุตประมาณ 8.7 โวลต์

สิ่งนี้มีลักษณะเกือบเท่ากับ 9 V ที่ระบุโดยพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าแม้แต่แบตเตอรี่ 9 โวลต์ของจริงก็อาจมีการเปลี่ยนแปลงจาก 9.5 V ถึง 7.5 V ในช่วงระยะเวลาการทำงาน

การเพิ่มขีด จำกัด ปัจจุบันให้กับตัวควบคุมซีรี่ส์

สำหรับหน่วยงานกำกับดูแลที่อธิบายไว้ข้างต้นปกติแล้วสิ่งสำคัญคือต้องเพิ่มการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรของเอาต์พุต

สิ่งนี้อาจจำเป็นเพื่อให้การออกแบบสามารถส่งมอบระเบียบที่ดีพร้อมกับอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ เนื่องจากแหล่งจ่ายมีความต้านทานต่ำมากกระแสเอาต์พุตที่สูงมากจึงสามารถส่งผ่านในสถานการณ์ที่เกิดการลัดวงจรของเอาต์พุตโดยไม่ได้ตั้งใจ

ซึ่งอาจทำให้ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตพร้อมกับชิ้นส่วนอื่น ๆ บางส่วนถูกเผาทันที ฟิวส์ทั่วไปอาจล้มเหลวในการป้องกันที่เพียงพอเนื่องจากอันตรายน่าจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วก่อนที่ฟิวส์จะตอบสนองและระเบิดได้

วิธีที่ง่ายที่สุดในการนำสิ่งนี้ไปใช้โดยการเพิ่มตัว จำกัด กระแสให้กับวงจร สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับวงจรเสริมโดยไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของการออกแบบภายใต้สภาวะการทำงานปกติ

อย่างไรก็ตามตัว จำกัด กระแสอาจทำให้แรงดันเอาต์พุตลดลงอย่างรวดเร็วหากโหลดที่เชื่อมต่อพยายามดึงกระแสจำนวนมาก

ที่จริงแล้วแรงดันไฟฟ้าขาออกจะลดลงอย่างรวดเร็วแม้ว่าจะมีการลัดวงจรที่วางอยู่บนเอาต์พุต แต่กระแสที่มีอยู่จากวงจรจะมากกว่าพิกัดสูงสุดที่ระบุไว้เล็กน้อย

ผลลัพธ์ของวงจร จำกัด กระแสได้รับการพิสูจน์ในข้อมูลด้านล่างซึ่งแสดงแรงดันขาออกและกระแสไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานโหลดที่ลดลงอย่างต่อเนื่องตามที่ได้รับจากหน่วยกำจัดแบตเตอรี่ที่เสนอ

วงจร จำกัด กระแส ทำงานโดยใช้เพียงไม่กี่องค์ประกอบ R2 และ Tr3 การตอบสนองของมันนั้นรวดเร็วมากจนกำจัดความเสี่ยงทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้นจากไฟฟ้าลัดวงจรที่เอาต์พุตดังนั้นจึงให้การป้องกันการป้องกันความล้มเหลวกับอุปกรณ์เอาต์พุต การทำงานของข้อ จำกัด ในปัจจุบันสามารถเข้าใจได้ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง

R2 ต่ออนุกรมกับเอาท์พุทซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาข้าม R2 เป็นสัดส่วนกับกระแสเอาต์พุต ที่การสิ้นเปลืองเอาต์พุตถึง 100 mA แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตทั่ว R2 จะไม่เพียงพอที่จะทริกเกอร์ Tr3 เนื่องจากเป็นทรานซิสเตอร์ซิลิกอนที่ต้องใช้ศักย์ต่ำสุด 0.65 V เพื่อเปิดสวิตช์

อย่างไรก็ตามเมื่อโหลดเอาต์พุตเกินขีด จำกัด 100 mA จะสร้างศักยภาพเพียงพอทั่ว T2 เพื่อเปิด Tr3 เป็นการนำไฟฟ้าอย่างเพียงพอ TR3 ในทางกลับกันทำให้กระแส fto ไหลไปทาง Trl ข้ามรางจ่ายลบผ่านโหลด

ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงบางส่วน หากภาระเพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ศักยภาพใน R2 เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนบังคับให้เปิด Tr3 ยากขึ้น

ส่งผลให้ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นถูกเลื่อนไปทาง Tr1 และเส้นลบผ่าน Tr3 และโหลด การกระทำนี้จะนำไปสู่การลดลงของแรงดันไฟฟ้าขาออกตามสัดส่วน

แม้ในกรณีที่เอาต์พุตลัดวงจร Tr3 มีแนวโน้มที่จะเอนเอียงอย่างหนักในการนำกระแสโดยบังคับให้แรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงเป็นศูนย์เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าขาออกจะไม่เกินเครื่องหมาย 100 mA

แหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะที่มีการควบคุมตัวแปร

แหล่งจ่ายไฟที่มีความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าแปรผัน ทำงานด้วยหลักการที่คล้ายกันเช่นประเภทตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าคงที่ แต่มีคุณสมบัติก การควบคุมโพเทนชิออมิเตอร์ ซึ่งอำนวยความสะดวกในการส่งออกที่เสถียรด้วยช่วงแรงดันไฟฟ้าตัวแปร

วงจรเหล่านี้ เหมาะที่สุดสำหรับเป็นอุปกรณ์จ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะและเวิร์กช็อปแม้ว่าจะสามารถใช้ในแอพพลิเคชั่นที่ต้องการอินพุตที่ปรับได้ต่างกันสำหรับการวิเคราะห์ สำหรับงานดังกล่าวโพเทนชิออมิเตอร์ของแหล่งจ่ายไฟจะทำหน้าที่เหมือนตัวควบคุมที่ตั้งไว้ล่วงหน้าซึ่งสามารถใช้เพื่อปรับแต่งแรงดันไฟฟ้าขาออกของแหล่งจ่ายให้อยู่ในระดับแรงดันไฟฟ้าที่มีการควบคุมที่ต้องการ

รูปด้านบนแสดงตัวอย่างคลาสสิกของวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าแบบผันแปรซึ่งจะให้เอาต์พุตที่มีความเสถียรแปรผันอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ 0 ถึง 12V

คุณสมบัติหลัก

• ช่วงกระแสถูก จำกัด ไว้ที่สูงสุด 500 mA แม้ว่าจะสามารถเพิ่มระดับให้สูงขึ้นได้โดยการอัพเกรดทรานซิสเตอร์และหม้อแปลงอย่างเหมาะสม
• การออกแบบให้เสียงและการควบคุมการกระเพื่อมที่ดีมากซึ่งอาจน้อยกว่า 1 mV
• ความแตกต่างสูงสุดระหว่างแหล่งจ่ายอินพุตและเอาต์พุตควบคุมไม่เกิน 0.3 V แม้จะโหลดเอาต์พุตเต็ม
• แหล่งจ่ายไฟแปรผันที่มีการควบคุมสามารถใช้สำหรับการทดสอบโครงการอิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกประเภทที่ต้องการวัสดุที่มีการควบคุมคุณภาพสูง

มันทำงานอย่างไร

ในการออกแบบนี้เราจะเห็นวงจรแบ่งที่เป็นไปได้ที่รวมอยู่ระหว่างขั้นตอนโคลงซีเนอร์เอาต์พุตและแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์อินพุต ตัวแบ่งที่เป็นไปได้นี้สร้างขึ้นโดย VR1 และ R5 สิ่งนี้ทำให้แขนเลื่อนของ VR1 สามารถปรับได้จากขั้นต่ำ 1.4 โวลต์เมื่ออยู่ใกล้ฐานของแทร็กถึงระดับซีเนอร์ 15 V ในขณะที่อยู่ที่จุดสูงสุดของช่วงการปรับ

มีโวลต์ลดลงประมาณ 2 โวลต์ในช่วงบัฟเฟอร์เอาท์พุททำให้ช่วงแรงดันไฟฟ้าขาออกตั้งแต่ 0 V ถึงประมาณ 13 V ต้องบอกว่าช่วงแรงดันไฟฟ้าด้านบนมีความไวต่อความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วนเช่นความคลาดเคลื่อน 5% ของแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกที่เหมาะสมอาจเป็นเฉดสีที่สูงกว่า 12 โวลต์

มีประสิทธิภาพไม่กี่ประเภท วงจรป้องกันไฟเกิน อาจมีความสำคัญมากสำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะ สิ่งนี้อาจจำเป็นเนื่องจากเอาต์พุตอาจเสี่ยงต่อการโอเวอร์โหลดแบบสุ่มและการลัดวงจร

เราใช้การ จำกัด กระแสที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาในการออกแบบปัจจุบันซึ่งกำหนดโดย Trl และองค์ประกอบที่เชื่อมโยงกัน เมื่อเครื่องทำงานในสภาวะปกติแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตใน R1 ซึ่งต่ออยู่ในอนุกรมพร้อมกับ uotput ของแหล่งจ่ายนั้นน้อยเกินไปที่จะทำให้ Trl เข้าสู่การนำไฟฟ้า

ในสถานการณ์นี้วงจรทำงานได้ตามปกตินอกเหนือจากแรงดันไฟฟ้าตกเล็กน้อยที่สร้างโดย R1 สิ่งนี้แทบจะไม่ส่งผลใด ๆ ต่อประสิทธิภาพการควบคุมของเครื่อง

เนื่องจากสเตจ R1 มาก่อนวงจรเรกูเลเตอร์ ในกรณีที่เกิดสภาวะโอเวอร์โหลดศักย์ที่เกิดจาก R1 จะยิงได้สูงถึง 0.65 โวลต์ซึ่งบังคับให้ Tr1 เปิดสวิตช์เนื่องจากกระแสพื้นฐานที่ได้มาจากความต่างศักย์ที่สร้างขึ้นในตัวต้านทาน R2

สิ่งนี้ทำให้ R3 และ Tr 1 ดึงค่า Curent จำนวนมากทำให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R4 เพิ่มขึ้นอย่างมากและแรงดันไฟฟ้าขาออกจะลดลง

การดำเนินการนี้จะ จำกัด กระแสเอาต์พุตไว้ที่สูงสุด 550 ถึง 600 mA ในทันทีแม้จะมีไฟฟ้าลัดวงจรที่เอาต์พุต

เนื่องจากคุณลักษณะการ จำกัด กระแสไฟฟ้าจะ จำกัด แรงดันไฟฟ้าขาออกไว้ที่ 0 V.

R6 มีลักษณะเหมือนตัวต้านทานโหลดซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะป้องกันไม่ให้กระแสเอาต์พุตต่ำเกินไปและแอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์ไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ C3 ช่วยให้อุปกรณ์ได้รับการตอบสนองชั่วคราวที่ยอดเยี่ยม

ข้อเสีย

เช่นเดียวกับตัวควบคุมเชิงเส้นทั่วไปการกระจายพลังงานใน Tr4 จะพิจารณาจากแรงดันและกระแสไฟฟ้าขาออกและสูงสุดโดยหม้อที่ปรับให้แรงดันเอาต์พุตต่ำลงและโหลดเอาต์พุตที่สูงขึ้น

ในสถานการณ์ที่รุนแรงที่สุดอาจมีการเหนี่ยวนำ 20 V ใน Tr4 ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านประมาณ 600 mA ส่งผลให้ทรานซิสเตอร์กระจายกำลังไฟประมาณ 12 วัตต์

เพื่อให้สามารถทนต่อสิ่งนี้ได้เป็นเวลานานอุปกรณ์จะต้องติดตั้งบนฮีทซิงค์ที่ค่อนข้างใหญ่ VR1 สามารถติดตั้งได้ด้วยปุ่มควบคุมที่ปรับขนาดได้เพื่ออำนวยความสะดวกในการปรับเทียบมาตราส่วนที่แสดงเครื่องหมายแรงดันไฟฟ้าขาออก

ส่วนรายการ

• ตัวต้านทาน (ทั้งหมด 1/3 วัตต์ 5%)
• R1 1.2 โอห์ม
• R2 100 โอห์ม
• R3 15 โอห์ม
• R4 1k
• R5 470 โอห์ม
• R6 10k
• คาร์บอนเชิงเส้น VR1 4.7k
• คาปาซิเตอร์
• C1 2200 µF 40V
• C2 100 µF 25V
• C3 330 nF
• เซมิคอนดักเตอร์
• Tr1 BC108
• Tr2 BC107
• Tr3 BFY51
• Tr4 TIP33A
• DI ถึง D4 1N4002 (4 ปิด)
• D5 BZY88C15V (15 โวลต์, 400 mW ซีเนอร์)
• หม้อแปลงไฟฟ้า
• T1 Standard mains primary 17 หรือ 18 โวลต์ 1 แอมป์
• รอง
• สวิตซ์
• ส 1 ดี.พี. ไฟหลักแบบหมุนหรือแบบสลับ
• เบ็ดเตล็ด
• เคส, ซ็อกเก็ตเอาต์พุต, แผงวงจร, สายไฟ, สายไฟ,
• บัดกรี ฯลฯ

วิธีหยุดความร้อนสูงเกินไปของทรานซิสเตอร์ที่ส่วนต่างอินพุต / เอาต์พุตที่สูงขึ้น

ตัวควบคุมประเภทพาสทรานซิสเตอร์ตามที่อธิบายไว้ข้างต้นมักจะพบกับสถานการณ์ที่มีการกระจายตัวสูงมากที่ปรากฏจากทรานซิสเตอร์ชุดควบคุมเมื่อใดก็ตามที่แรงดันขาออกต่ำกว่าแหล่งจ่ายอินพุตมาก ..

ทุกครั้งที่มีการขับเคลื่อนกระแสไฟเอาท์พุตสูงที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ (TTL) อาจจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้พัดลมระบายความร้อนบนฮีทซิงค์ อาจเป็นไปได้ว่าภาพประกอบที่รุนแรงอาจเป็นสถานการณ์ของหน่วยต้นทางที่ระบุว่าให้ 5 แอมป์ถึง 5 และ 50 โวลต์

ยูนิตประเภทนี้โดยปกติจะมีแหล่งจ่ายที่ไม่ได้รับการควบคุม 60 โวลต์ ลองนึกภาพอุปกรณ์นี้ใช้เพื่อจัดหาวงจร TTL ในกระแสไฟฟ้าที่กำหนดทั้งหมด องค์ประกอบซีรีส์ในวงจรจะต้องอยู่ในสถานการณ์นี้กระจายไป 275 วัตต์!

ค่าใช้จ่ายในการส่งมอบการระบายความร้อนที่เพียงพอดูเหมือนจะรับรู้ได้จากราคาของทรานซิสเตอร์ซีรีส์เท่านั้น ในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าตกเหนือทรานซิสเตอร์เรกูเลเตอร์อาจ จำกัด ไว้ที่ 5.5 โวลต์โดยไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการการกระจายอาจลดลงอย่างมากในภาพประกอบด้านบนซึ่งอาจเป็น 10% ของค่าเริ่มต้น

สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้ชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์สามชิ้นและตัวต้านทานสองตัว (รูปที่ 1) นี่คือวิธีการทำงานที่แท้จริง: thyristor Thy ได้รับอนุญาตให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้ตามปกติผ่าน R1

อย่างไรก็ตามเมื่อแรงดันตกคร่อม T2 - ตัวควบคุมซีรีส์เกินกว่า 5.5 โวลต์ T1 จะเริ่มทำงานส่งผลให้ไทริสเตอร์ `` เปิด 'ที่ศูนย์การข้ามเอาต์พุตของสะพานเรียงลำดับตามมา

ลำดับการทำงานเฉพาะนี้จะควบคุมประจุไฟฟ้าที่ป้อนผ่าน C1 ซึ่งเป็นตัวเก็บประจุตัวกรองอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แหล่งจ่ายที่ไม่มีการควบคุมได้รับการแก้ไขที่ 5.5 โวลต์เหนือแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ควบคุม ค่าความต้านทานที่จำเป็นสำหรับ R1 ถูกกำหนดดังนี้:

R1 = 1.4 x Vsec - (Vmin + 5) / 50 (ผลลัพธ์จะเป็น k โอห์ม)

โดยที่ Vsec ระบุแรงดันไฟฟ้า RMS ทุติยภูมิของหม้อแปลงและ Vmin หมายถึงค่าต่ำสุดของเอาต์พุตที่มีการควบคุม

ไทริสเตอร์ต้องมีความสามารถในการทนต่อกระแสไฟกระเพื่อมสูงสุดและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ควรมีค่าต่ำสุด 1.5 Vsec ควรระบุทรานซิสเตอร์ควบคุมซีรีส์เพื่อรองรับกระแสเอาต์พุตสูงสุด Imax และควรติดตั้งบนฮีทซิงค์ซึ่งอาจกระจายกำลัง 5.5 x Isec วัตต์

สรุป

ในโพสต์นี้เราได้เรียนรู้วิธีการสร้างวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นอย่างง่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบอนุกรมและซีเนอร์ไดโอด แหล่งจ่ายไฟที่มีความเสถียรเชิงเส้นช่วยให้เรามีตัวเลือกที่ค่อนข้างง่ายสำหรับการสร้างเอาต์พุตที่เสถียรคงที่โดยใช้ส่วนประกอบขั้นต่ำ

ในการออกแบบดังกล่าวโดยทั่วไปแล้วทรานซิสเตอร์ NPN จะได้รับการกำหนดค่าเป็นอนุกรมโดยมีสายจ่ายอินพุตบวกในโหมดอิมิตเตอร์ทั่วไป เอาต์พุตที่เสถียรจะได้รับจากตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์และสายจ่ายลบ

ฐานของทรานซิสเตอร์ได้รับการกำหนดค่าด้วยวงจรแคลมป์ซีเนอร์หรือตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ปรับได้ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าแรงดันด้านอีซีแอลของทรานซิสเตอร์จะจำลองศักย์ฐานอย่างใกล้ชิดที่เอาท์พุตอิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์

หากโหลดเป็นโหลดกระแสสูงทรานซิสเตอร์จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้กับโหลดโดยทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้นและทำให้แน่ใจได้ว่าแรงดันไฟฟ้าของโหลดไม่เกินค่าคงที่ที่ระบุตามที่กำหนดโดยการกำหนดค่าฐาน