» Electrònica »Regulador de tensió lineal amb regulació sobre transistors TL431 i NPN

Regulador de tensió lineal regulable en transistors TL431 i NPN

Hola a tots!
Recentment, m’he interessat en el muntatge de circuits estabilitzadors de tensió lineal. Aquests esquemes no requereixen detalls rars i, a més, la selecció de components i l'afinació no causa cap dificultat especial. Aquesta vegada vaig decidir muntar un circuit estabilitzador de tensió lineal al "díode zener regulat" (microcircuit) TL431. TL431 actua com a font de tensió de referència, i un poderós transistor NPN el paper de potència el juga el paquet TO -220.

Amb una tensió d’entrada de 19V, el circuit pot servir com a font de tensió estabilitzada en el rang de 2,7 a 16 V a un corrent de fins a 4A. L’estabilitzador està dissenyat com un mòdul muntat en una placa de pa. Sembla així:



Vídeo:


L’estabilitzador requereix una font d’alimentació de corrent continu. Té sentit utilitzar un estabilitzador amb una font d'alimentació lineal clàssica, formada per un transformador de ferro, un pont de díodes i un gran condensador. El voltatge a la xarxa pot variar en funció de la càrrega i, en conseqüència, canviarà el voltatge a la sortida del transformador. Aquest circuit proporcionarà una tensió de sortida estable amb una entrada variable. Heu d’entendre que un estabilitzador de tipus baix, així com en el propi circuit, cau d’1 a 3 V, de manera que la tensió de sortida màxima sempre serà inferior a l’entrada.

En principi, les fonts d'alimentació de commutació es poden utilitzar com a font d'alimentació per a aquest estabilitzador, per exemple, des d'un portàtil de 19 V. Però, en aquest cas, el paper d'estabilització serà mínim, perquè fonts d'alimentació de commutació de fàbrica, etc.

Esquema:


Selecció de components
La corrent màxima que pot passar el xip TL431, segons la documentació, és de 100 mA. En el meu cas, vaig limitar el corrent amb un marge a uns 80 mA mitjançant la resistència R1. Cal calcular la resistència segons les fórmules.

Primer cal determinar la resistència de la resistència. A una tensió d'entrada màxima de 19 V, segons la llei d'Ohm, la resistència es calcula de la manera següent:
R = U / I = 19V / 0,08A = 240 Ohm

Cal calcular la potència de la resistència R1:
P = I ^ 2 * R = 0,08 A * 0,08 A * 240 Ohms = 1,5 W

Vaig utilitzar una resistència soviètica de 2 watts

Les resistències R2 i R3 formen un divisor de tensió que “programa” TL431, i la resistència R3 és variable, la qual cosa permet canviar la tensió de referència, que després es repeteix en una cascada de transistors. Vaig utilitzar R2 - 1K ohm, R3 - 10K ohm. La potència de la resistència R2 depèn del voltatge de sortida. Per exemple, amb una tensió de sortida de 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0,361 watts

Vaig utilitzar una resistència d'1 watt.

El resistor R4 s'utilitza per limitar el corrent basat en el transistor VT2. És millor seleccionar la qualificació de forma experimental, controlant la tensió de sortida. Si la resistència és massa gran, això limitarà significativament la tensió de sortida del circuit. En el meu cas, és de 100 ohms, qualsevol potència és adequada.

Com a transistor de potència principal (VT1), és millor utilitzar transistors en el cas TO - 220 o més potent (TO247, TO-3). He utilitzat transistor E13009, comprat a Ali Express. Transistor per a tensió de fins a 400V i corrent de fins a 12A. Per a un circuit així, un transistor d’alta tensió no és la solució més òptima, però funcionarà bé. El transistor és probablement fals i el de 12 A no s’aturarà, però 5-6A és força. Al nostre circuit, el corrent és de fins a 4 A, per tant, adequat per a aquest circuit. En aquest esquema, el transistor ha de ser capaç de dissipar potència fins a 30-35 watts.

La dissipació de potència es calcula com la diferència entre el voltatge d’entrada i sortida multiplicat pel corrent del col·lector:
P = (sortida U -entrada U) * col·leccionista
Per exemple, el voltatge d’entrada és de 19 V, establim el voltatge de sortida a 12 V i el corrent del col·lector és de 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 watts: aquesta és una situació completament normal per al nostre transistor.

I si continuem reduint el voltatge de sortida a 6V, la imatge serà diferent:
P = (19V-6V) * 3A = 39 watts, cosa que no és gaire bona per a un transistor en un paquet TO-220 (també cal tenir en compte que quan el transistor estigui tancat, el corrent també disminuirà: en 6V el corrent serà d’uns 2-2,5A, i no 3). En aquest cas, és millor utilitzar un altre transistor en un cas més massiu, o reduir la diferència entre la tensió d’entrada i de sortida (per exemple, si l’alimentació és transformadora, commutant els enrotllaments).

A més, el transistor s'ha de classificar per a un corrent de 5A o més. És millor prendre un transistor amb un coeficient de transferència de corrent estàtic de 20. El transistor xinès compleix plenament aquests requisits. Abans de segellar-lo al circuit, el vaig comprovar (dissipació de corrent i potència) en un suport especial.

Perquè El TL431 pot produir un corrent de no més de 100 mA, i per alimentar la base del transistor necessita més corrent, necessitaràs un altre transistor, que amplificarà la corrent de la sortida del xip TL431, repetint la tensió de referència. Per a això, necessitem un transistor VT2.
El transistor VT2 ha de ser capaç de subministrar corrent suficient a la base del transistor VT1.

És possible determinar aproximadament el corrent necessari mitjançant el coeficient de transferència de corrent estàtic (h21e o hFE o β) del transistor VT1. Si volem tenir un corrent de 4 A a la sortida i el coeficient de transferència estàtic VT1 és de 20, llavors:
I base = col·leccionista I / β = 4 A / 20 = 0,2 A.

El coeficient de transferència de corrent estàtic variarà segons el corrent del col·lector, de manera que aquest valor és indicatiu. El mesurament a la pràctica va demostrar que cal subministrar uns 170 mA a la base del transistor VT1 perquè el corrent del col·lector sigui de 4A. Els transistors del paquet TO-92 comencen a escalfar-se notablement a corrents superiors a 0,1 A, així que en aquest circuit vaig utilitzar el transistor KT815A del paquet TO-126. El transistor està dissenyat per a corrent de fins a 1,5 A, el coeficient estàtic de transferència de corrent és d’uns 75. Serà adequat un petit dissipador de calor per a aquest transistor.
El condensador C3 es necessita per estabilitzar la tensió sobre la base del transistor VT1, el valor nominal és de 100 μF, el voltatge és de 25V.

Els filtres dels condensadors s’instal·len a la sortida i entrada: C1 i C4 (electrolítics a 25V, 1000 μF) i C2, C5 (ceràmics 2-10 μF).
El díode D1 serveix per protegir el transistor VT1 de corrent invers. El díode D2 és necessari per protegir-se contra un transistor en subministrar motors col·lectors. Quan s’apaga l’energia, els motors giren durant un temps i en mode de frenada funcionen com a generadors. El corrent d'aquesta forma va en el sentit contrari i pot danyar el transistor.En aquest cas, el díode tanca el motor i el corrent no arriba al transistor. El Resistor R5 exerceix el paper d’una petita càrrega d’estabilització en mode inactiu, un valor nominal de 10 k Ohm, qualsevol potència.

Muntatge
El circuit es munta com a mòdul sobre un panell. He utilitzat un radiador d’una font d’alimentació de commutació.

Amb un radiador d’aquesta mida, no heu de carregar el circuit el màxim possible. Amb un corrent superior a 1 A, cal substituir el radiador per un de més massiu, bufar amb un ventilador tampoc no farà mal.

És important recordar que com més gran sigui la diferència entre la tensió d’entrada i sortida i major corrent, més calor es genera i més fred es necessita.
Es va trigar aproximadament una hora a soldar-se. En principi, seria una bona forma fer un tauler mitjançant el mètode LUT, però des de llavors Només necessito un tauler en una còpia, no volia perdre el temps per dissenyar el tauler.

El resultat és un mòdul com aquest:

Després del muntatge, vaig comprovar les característiques:


El circuit pràcticament no té cap protecció (és a dir, que no hi ha protecció de curtcircuits, protecció contra polaritat inversa, arrencada suau, limitació de corrent, etc.), per la qual cosa cal utilitzar-lo amb molta cura. Per la mateixa raó, no es recomana utilitzar aquests esquemes en fonts d'alimentació "de laboratori". Per a aquest propòsit, els microcircuits preparats al paquet TO-220 són adequats per a corrents de fins a 5 A, per exemple, KR142EN22A. O, com a mínim, per a aquest circuit, heu de fer un mòdul addicional per a la protecció contra curtcircuits.

El circuit es pot anomenar clàssic, com la majoria de circuits estabilitzadors lineals. Els circuits moderns de pols tenen molts avantatges, per exemple: una eficiència més elevada, molta menys calefacció, dimensions i pes més reduïdes. Al mateix temps, els circuits lineals són més fàcils de dominar per als pernils principiants i, si l’eficiència i les dimensions no són especialment importants, són molt adequades per subministrar dispositius amb tensió estabilitzada.

I, per descomptat, res supera la sensació quan vaig alimentar algun dispositiu des d’una font d’energia casolana i els circuits lineals per a pernils principiants són més accessibles, com es pugui dir.
9.1
9.5
8.3

Afegeix un comentari

    • somriuresomriuxaxad'acordno ho séyahoonea
      capratllarximplesísí-síagressiusecret
      ho sentoballarballar2ballar3perdóajudarbegudes
      pararamicsbébondatxiuletswoonllengua
      fumaraplaudintcranideclararderisiudon-t_mentiondescarregar
      calorirritariure1mdareuniómosquitnegatiu
      no_icrispetescastigarllegirporespantosbuscar
      burlargràcies_youaixòto_clueumnikagutd'acord
      dolentbeeeblack_eyeblum3ruborpresumirl'avorriment
      censuradaplaersecret2amenaçarvictòriatusun_bespectacled
      xocrespectlolpreveurebenvingudaKrutoyja_za
      ja_dobryiajudantne_huliganne_othodifludprohibicióa prop
10 comentaris
L’autor
Tal com es va prometre, vaig comprovar l'estabilització del voltatge de sortida quan canvia el corrent de càrrega.
L’estabilització funciona bé. Condicions de prova: tensió d’entrada -16V, sortida - 12V. El corrent de càrrega va canviar d’uns 1,5A a 3A (una llum està encesa constantment, connectant / desconnectant una làmpada addicional). La tensió de 12V es manté estable.
Citar: EandV
Per descomptat, puc equivocar-me, però, segons la meva opinió, si s'utilitzen treballadors de camp en mode lineal (obar), també s'escalfaran.
Segons la ciència de la física, també. )) Quina diferència hi ha, quin transistor és bipolar, de camp, d’IGBT, de BSIT? Si el corrent passa per ell i la tensió baixa, llavors la potència assignada no depèn del tipus de transistor. )))
L’autor
Gràcies!
Sí, els circuits lineals dels transistors bipolars són essencialment calderes. No podeu discutir amb això.
Personalment, feia servir treballs de camp només per a circuits de control PWM. Per descomptat, puc equivocar-me, però, segons la meva opinió, si s'utilitzen treballadors de camp en mode lineal (obar), també s'escalfaran. No s’escalfen només quan estan completament oberts.
Alexandre convidat
Odia molta feina feta. Però hi ha una cosa, però els transistors bipolars sense refredar (aigua) són difícils de refredar. Per aquest motiu, ja fa temps que ha passat al camp. Intenteu no penedir-vos amb els mateixos paràmetres que no calgui un radiador gran
L’autor
És bo parlar amb la gent que fa comentaris sobre els mèrits. En diversos problemes he de reconèixer que tens raó.
Però tot i així vull aclarir un parell de punts.
Això és inferior a l’1%, però normalment quan parlem d’estabilitzadors, ens referim a la càrrega a la sortida.

Estic d’acord amb vosaltres, necessitava formular-lo amb més precisió. Crec que el significat general és clar: la tensió a la xarxa camina, encara que no sigui gaire, també caminarà a la sortida del transformador.
Aquestes són les vostres dades. Al vídeo, quan la tensió disminueix, la corrent disminueix realment (llei d'Ohm), però amb una càrrega activa i específica. Reduïu la resistència de càrrega: el corrent augmentarà.

Per descomptat, tens raó, és inútil argumentar-ho, però a la pràctica, les persones que tinguin una experiència mínima mínima en electrònica probablement no utilitzaran estabilitzadors lineals amb una caiguda de tensió gran i amb corrents màxims (almenys espero).
He intentat transmetre això amb el text següent, potser no gaire bé:
"P = (19V-6V) * 3A = 39 watts, cosa que no és gaire bona per a un transistor del paquet TO-220 (també heu de tenir en compte que quan el transistor estigui tancat, el corrent també disminuirà: en 6V el corrent serà d'aproximadament 2-2,5A, però no 3). En aquest cas, és millor utilitzar un altre transistor en un cas més massiu, o reduir la diferència entre la tensió d’entrada i de sortida (per exemple, si l’alimentació és transformadora, commutant els enrotllaments). "
El condensador no pot estabilitzar la tensió.

De nou, la redacció no és el mateix ... En general, amb un condensador és millor.

Gràcies de nou pels comentaris constructius. Al nostre temps, això no passa sovint, solen dir que el circuit no es pot utilitzar i l’autor s’envia a llegir algun llibre de text clàssic sobre electrònica.
la tensió de la xarxa va caure un parell de volts
Això és inferior a l’1%, però normalment quan parlem d’estabilitzadors, ens referim a la càrrega a la sortida.
No hi haurà 4A quan estigui limitat a 2,7V. Mireu el vídeo de l'article
Amb una tensió d'entrada de 19V, el circuit pot servir com a font de tensió estabilitzada en el rang des 2,7 fins a 16 V actuals fins a 4A.
Aquestes són les vostres dades. Al vídeo, quan la tensió disminueix, la corrent disminueix realment (llei d'Ohm), però amb una càrrega activa i específica. Reduïu la resistència de càrrega: el corrent augmentarà.
Sense C3, la tensió de sortida després del transistor camina una mica +/- 50 mA
Condensador Es necessita C3 per estabilitzar la tensió basat en el transistor VT1
El condensador no pot estabilitzar la tensió. ratllar
L’autor
No he intentat aquest esquema, per ser sincer. Una variant interessant amb un treballador de camp.
Inicialment, al circuit descrit a l’article, volia utilitzar exactament el transistor bipolar, o més aviat, el transistor de Darlington (tenia un parell de KT827A addicionals al voltant). Aleshores vaig pensar que no tothom té KT827A, però no són barats. Per tant, va fer una opció amb un transistor compost de peces barates.
L’autor
Salutacions!
Bé, analitzes directament tot l’article, ja estic satisfet que algú hagi llegit tot amb tanta atenció. No és d'estranyar que vol dir que vaig escriure tant faig.
Intentaré respondre fonamentalment:
Un tràngol de cartró no és adequat?

El cartró no encaixa amb claredat, també feritic, amb pols. Una vegada vaig pensar que el ferroític (ferro d'alta freqüència i 50 Hertz) és el mateix, ara sé que no ho és, i m'afanyo a esmentar-ho. De sobte, no sóc l’únic al món.
Quina càrrega?

La gent va arribar al vespre després de la feina, va encendre televisors, estufes elèctriques, ordinadors, etc., la tensió a la xarxa va caure un parell de volts (més rellevant per a les petites ciutats i zones rurals, tot i que les fluctuacions petites no són poc freqüents a Moscou).
I quan canvia el corrent de càrrega?

Aquesta és la pregunta correcta, comprovaré
I la caiguda de tensió al TL431 no compta?

No va tenir en compte, perquè en el meu cas no és significatiu, el transistor VT2 s’amplifica amb un marge. La tasca de seleccionar una resistència per TL és limitar el corrent perquè no es cremi, si és una mica menys, no és fatal
Pmax = (19-2,7) * 4 = 65,2 W

Benvolgut, es tracta d’un circuit lineal, la limitació del voltatge de sortida s’obté a causa de la limitació del corrent per part del transistor. No hi haurà 4A quan estigui limitat a 2,7V. Mireu el vídeo de l'article, on es mostren clarament les proves: a 2.7V, la corrent és de 1.7A, és a dir (19-2,7) * 1,7 = 27,7 W, per això vivim!
???

Sense C3, la tensió de sortida després del transistor camina una mica de +/- 50 mA. En aquests esquemes, vaig veure com amb aquest propòsit també posaven una resistència que compensava el corrent invers del col·lector d’uns 4,7 k entre la base i l’emissor del transistor.
Pel que fa al díode: un mecanografia (bé, disculpeu-me), "per protegir el transistor" - vull dir, parlem d'això:
Si us fa molta mandra llegir, aquí teniu un pressupost:
"Com que el motor és una càrrega inductiva, hem de ser curosos. Si el corrent flueix a través de la bobinada i aturem de sobte aquest flux, apareixerà temporalment una gran tensió als terminals del bobinat. Aquesta tensió pot danyar el transistor (en el diagrama anterior), provocant una ruptura de la unió base del col·leccionista. A més, això pot causar interferències importants. Per evitar-ho, és necessari connectar un díode en paral·lel amb la càrrega inductiva. "
Però estic absolutament d’acord amb això!

Després de la resta de comentaris, aquest és com un bàlsam per ferides)
Crec que aquesta opció és més acceptable.
consistent en planxa transformador
Un tràngol de cartró no és adequat?
Tensió endins la xarxa pot variar segons la càrrega
Quina càrrega?
Aquest circuit proporcionarà una tensió de sortida estable amb una entrada variable
I quan canvia el corrent de càrrega?
R = U / I = 19V / 0,08A = 240 Ohm
I la caiguda de tensió al TL431 no compta?
tensions que van des de 2,7 a 16 V en corrent fins a 4A.
el transistor ha de ser capaç de dissipar la potència fins a 30-35 watts
Pmax = (19-2,7) * 4 = 65,2 W!
Condensador C3 es necessita estabilitzar-se tensió basada en el transistor VT1
És necessari el díode D2 per a la protecció del transistor alimentat per motors col·lectors
???
Per a aquest propòsit, els microcircuits preparats al paquet TO-220 són adequats per a corrents de fins a 5 A, per exemple, KR142EN22A
Però estic absolutament d’acord amb això! somriure

Us aconsellem que llegiu:

Doneu-lo al telèfon intel·ligent ...