» אלקטרוניקה »ווסת מתח ליניארי עם ויסות על טרנזיסטורים TL431 ו- NPN

ווסת מתח ליניארי מתכוונן על טרנזיסטורים TL431 ו- NPN

שלום לכולם!
לאחרונה התעניינתי בהרכבה של מעגלי מייצב מתח ליניארי. תוכניות כאלה אינן דורשות פרטים נדירים, ובחירת הרכיבים וכוונון גם אינה גורמת קשיים מיוחדים. הפעם החלטתי להרכיב מעגל מייצב מתח ליניארי על "דיודה זנר מוסדרת" (מיקרו מעגל) TL431. TL431 משמש כמקור מתח התייחסות, ותפקיד הכוח ממלא על ידי טרנזיסטור NPN רב עוצמה בחבילת TO -220.

עם מתח כניסה של 19 וולט, המעגל יכול לשמש כמקור מתח מייצב בטווח שבין 2.7 ל 16 וולט בזרם של עד 4A. המייצב מעוצב כמודול המורכב על לוח לחם. זה נראה כך:



וידאו:


המייצב דורש ספק כוח DC. הגיוני להשתמש במייצב כזה עם ספק כוח לינארי קלאסי, המורכב משנאי ברזל, גשר דיודה וקבל גדול. המתח ברשת יכול להשתנות בהתאם לעומס וכתוצאה מכך המתח ביציאת השנאי ישתנה. מעגל זה יספק מתח יציאה יציב עם כניסה משתנה. עליכם להבין שמייצב מסוג מטה, כמו גם על המעגל עצמו, יורד 1-3 וולט, כך שמתח הפלט המרבי תמיד יהיה פחות מהכניסה.

באופן עקרוני, החלפת ספקי כוח יכולה לשמש כאספקת חשמל למייצב זה, למשל, ממחשב נייד 19 V. אך במקרה זה, תפקיד הייצוב יהיה מינימלי, מכיוון מפעל ספקי כוח מיתוג וכן הלאה מתח מייצב פלט.

תוכנית:


בחירת רכיבים
הזרם המרבי אותו יכול שבב TL431 לעבור בעצמו, על פי התיעוד, הוא 100 mA. במקרה שלי, הגבלתי את הזרם עם שוליים לכ- 80 mA באמצעות הנגד R1. יש צורך לחשב את הנגד לפי הנוסחאות.

ראשית עליך לקבוע את ההתנגדות של הנגד. במתח כניסה מרבי של 19 וולט, על פי חוק אוהם, ההתנגדות מחושבת כדלקמן:
R = U / I = 19V / 0.08A = 240 אוהם

יש צורך לחשב את עוצמת הנגד R1:
P = I ^ 2 * R = 0.08 A * 0.08 A * 240 אוהם = 1.5 וואט

השתמשתי בנגדי סובייטי 2 וואט

נגדים R2 ו- R3 יוצרים מחיצת מתח ש"תכנת "את TL431, והנגד R3 משתנה, המאפשר לשנות את מתח ההתייחסות, אשר חוזר על עצמו אז במפל של טרנזיסטורים. השתמשתי באו"ם R2 - 1K, R3 - 10K אוהם. כוחו של הנגד R2 תלוי במתח היציאה. לדוגמה, עם מתח יציאה של 19V:
P = U ^ 2 / R = 19 * 19/1000 = 0.361 וואט

השתמשתי בנגד 1 וואט.

נגד R4 משתמשים בכדי להגביל את הזרם על בסיס הטרנזיסטור VT2. עדיף לבחור את הדירוג באופן ניסיוני, לשלוט על מתח היציאה. אם ההתנגדות גדולה מדי, הדבר יגביל משמעותית את מתח היציאה של המעגל. במקרה שלי זה 100 אוהם, כל כוח מתאים.

כטרנזיסטור הכוח הראשי (VT1), עדיף להשתמש בטרנזיסטורים במקרה TO - 220 או חזק יותר (TO247, TO-3). השתמשתי בטרנזיסטור E13009, רכשתי על עלי אקספרס. טרנזיסטור למתח עד 400 וולט וזרם עד 12A. עבור מעגל כזה טרנזיסטור במתח גבוה אינו הפיתרון האופטימלי ביותר, אך הוא יעבוד מצוין. הטרנזיסטור הוא ככל הנראה מזויף ו 12 A לא תעמוד, אבל 5-6A זה די. במעגל שלנו, הזרם הוא עד 4A, לכן מתאים למעגל זה. בתכנית זו, הטרנזיסטור חייב להיות מסוגל להפיץ כוח עד 30-35 וואט.

פיזור הכוח מחושב כהפרש בין מתח הכניסה והיציאה כפול זרם האספן:
P = (פלט U - קלט U) * אני אספן
לדוגמא, מתח הכניסה הוא 19 וולט, אנו קובעים את מתח היציאה ל 12 וולט, וזרם האספן הוא 3 A
P = (19V-12V) * 3A = 21 וואט - זה מצב רגיל לחלוטין עבור הטרנזיסטור שלנו.

ואם נמשיך להפחית את מתח היציאה ל 6 וולט, התמונה תהיה שונה:
P = (19V-6V) * 3A = 39 וואט, מה שלא כל כך טוב לטרנזיסטור באריזה TO-220 (אתה צריך גם לקחת בחשבון שכאשר הטרנזיסטור סגור, הזרם גם יקטן: ב 6V הזרם יהיה בערך 2-2.5A, ו לא 3). במקרה זה עדיף להשתמש בטרנזיסטור אחר במקרה מאסיבי יותר, או להפחית את ההבדל בין מתח הכניסה והיציאה (לדוגמה, אם ספק הכוח הוא שנאי, על ידי החלפת הפיתולים).

כמו כן, יש לדרג את הטרנזיסטור לזרם של 5A ומעלה. עדיף לקחת טרנזיסטור עם מקדם העברת זרם סטטי של 20. הטרנזיסטור הסיני עומד במלואו בדרישות אלה. לפני שאטימה במעגל, בדקתי את זה (זרם ופיזור כוח) במעמד מיוחד.

כי TL431 יכול לייצר זרם של לא יותר מ- 100 mA, וכדי להניע את בסיס הטרנזיסטור דורש יותר זרם, תזדקק לטרנזיסטור נוסף, שיגביר את הזרם מפלט שבב TL431, ויחזור על מתח ההתייחסות. לשם כך אנו זקוקים לטרנזיסטור VT2.
הטרנזיסטור VT2 חייב להיות מסוגל לספק זרם מספיק לבסיס הטרנזיסטור VT1.

ניתן לקבוע בערך את הזרם הנדרש באמצעות מקדם העברת הזרם הסטטי (h21e או hFE או β) של הטרנזיסטור VT1. אם ברצוננו שיהיה זרם של 4 A בפלט, ומקדם ההעברה הנוכחי הסטטי VT1 הוא 20, אז:
אני בסיס = אני אספן / β = 4 A / 20 = 0.2 א.

מקדם העברת הזרם הסטטי ישתנה בהתאם לזרם האספן, ולכן ערך זה מעיד. מדידה בפועל הראתה כי יש צורך לספק כ -170 mA לבסיס הטרנזיסטור VT1 כך שזרם האספן יהיה 4A. הטרנזיסטורים בחבילת TO-92 מתחילים להתחמם בזרמים מעל 0.1 A, כך שבמעגל הזה השתמשתי בטרנזיסטור KT815A בחבילת TO-126. הטרנזיסטור מיועד לזרם של עד 1.5A, המקדם הסטטי של העברת הזרם הוא כ 75. כיור קירור קטן לטרנזיסטור זה יהיה מתאים.
קבל C3 נחוץ בכדי לייצב את המתח על בסיס הטרנזיסטור VT1, הערך הנקוב הוא 100 מיקרומטר, המתח הוא 25 וולט.

מסננים מהקבלים מותקנים בפלט ובכניסה: C1 ו- C4 (אלקטרוליטי ב 25V, 1000 μF) ו- C2, C5 (קרמיקה 2-10 μF).
הדיודה D1 משמשת להגנה על הטרנזיסטור VT1 מפני זרם הפוך. דיודה D2 נדרשת להגנה מפני טרנזיסטור בעת אספקת מנועי אספן. כאשר הכיבוי כבוי, המנועים מסתובבים זמן מה ובמצב הבלימה עובדים כגנרטורים. הזרם הנוצר בדרך זו הולך בכיוון ההפוך ועלול לגרום נזק לטרנזיסטור.הדיודה במקרה זה סוגרת את המנוע לעצמו והזרם לא מגיע לטרנזיסטור. הנגד R5 ממלא את התפקיד של עומס קטן להתייצבות במצב סרק, ערך נומינלי של 10k אוהם, כל כוח.

הרכבה
המעגל מורכב כמודול על לוח לחם. השתמשתי ברדיאטור מאספקת חשמל מיתוג.

עם רדיאטור בגודל כזה, אסור שתעמיסו את המעגל ככל האפשר. עם זרם של יותר מ- 1 A, יש צורך להחליף את הרדיאטור בזרם מאסיבי יותר, גם ניפוח במאוורר לא יפגע.

חשוב לזכור שככל שההבדל בין מתח הכניסה והיציאה וגדול הזרם גדול יותר, כך נוצר יותר חום ונדרש קירור רב יותר.
הלחמה לקח כשעה. באופן עקרוני, זו תהיה צורה טובה ליצור לוח בשיטת LUT, אך מאז אני צריך רק לוח בעותק אחד, לא רציתי לבזבז זמן בעיצוב הלוח.

התוצאה היא מודול כזה:

לאחר ההרכבה בדקתי את המאפיינים:


למעגל אין כמעט הגנה (כלומר אין הגנה מפני קצר חשמלי, הגנה מפני קוטביות הפוכה, התחלה חלקה, הגבלת זרם וכו '), ולכן יש להשתמש בזהירות רבה. מאותה סיבה, לא מומלץ להשתמש במזימות כאלה באספקת חשמל "מעבדתית". למטרה זו, מעגלי מיקרו מוכנים באריזה TO-220 מתאימים לזרמים עד 5A, למשל KR142EN22A. או לפחות למעגל זה, עליכם ליצור מודול נוסף להגנה מפני קצר חשמלי.

ניתן לכנות את המעגל קלאסי, כמו רוב מעגלי המייצב הליניאריים. למעגלי הדופק המודרניים יתרונות רבים, למשל: יעילות גבוהה יותר, חימום הרבה פחות, מידות ומשקל קטנים יותר. יחד עם זאת, קל יותר לשלוט במעגלים לינאריים עבור חמאיות מתחילים, ואם היעילות והממדים אינם חשובים במיוחד, הם מתאימים למדי לספק מכשירים עם מתח יציב.

וכמובן, לא ניתן להשוות דבר לתחושה כשאני מניע מכשיר כלשהו ממקור חשמל ביתי, ומעגלים לינאריים למען המתחילים הם נגישים יותר, מה שאפשר לומר.
9.1
9.5
8.3

הוסף תגובה

    • לחייךמחייךxaxaבסדרלא יודעיאהוnea
      בוסשריטהשוטהכןכן כןאגרסיביסודי
      סליחהריקודריקוד 2ריקוד 3סליחהעזרהמשקאות
      עצורחבריםטובטובשריקהלהתנדנדלשון
      עשןמוחא כפייםמשוגעלהכריזלזלזלdon-t_mentionלהוריד
      חוםלא מועילצחוק 1מדמפגשמסגדשלילי
      לא_יפופקורןלהענישלקרואלהפחידמפחידחיפוש
      מתגרהתודהזהלרמזאמניקחריףמסכים
      רעדבורהשחורblum3סומקלהתפארשעמום
      מצונזרהנאהסוד 2לאייםניצחוןיוsun_bespectacled
      שוקכבודחחחקדמהברוך הבאkrutoyya_za
      ya_dobryiעוזרne_huliganne_othodiפלומהאיסורקרוב
10 הערות
הכותב
כפי שהובטח, בדקתי את ייצוב מתח היציאה כאשר מתח הזרם משתנה.
הייצוב עובד מצוין. תנאי בדיקה: מתח כניסה -16 וולט, פלט - 12 וולט. זרם העומס השתנה מכ- 1.5A ל- 3A (מנורה אחת דולקת ללא הרף, מחברת / מנתקת אליו מנורה נוספת). המתח של 12 וולט מחזיק ביציבות.
ציטוט: EandV
אני כמובן יכול לטעות, אבל לדעתי אם משתמשים בעובדי שדה במצב ליניארי (ajar) הם גם יתחממו.
גם לפי מדע הפיזיקה. )) מה ההבדל, איזה טרנזיסטור הוא דו קוטבי, שדה, IGBT, BSIT? אם זרם עובר דרכו והמתח יורד, אז הכוח המוקצה לו אינו תלוי בסוג הטרנזיסטור. )))
הכותב
תודה!
כן, מעגלים לינאריים על טרנזיסטורים דו קוטביים הם למעשה דודים. אתה לא יכול להתווכח עם זה.
באופן אישי השתמשתי בעבודות שטח רק למעגלי בקרה של PWM. אני כמובן יכול לטעות, אבל לדעתי אם משתמשים בעובדי שדה במצב ליניארי (ajar) הם גם יתחממו. הם לא מחממים רק כאשר הם פתוחים לחלוטין.
האורח אלכסנדר
כובעים הרבה עבודה שנעשתה. אבל יש דבר אחד, אבל טרנזיסטורים דו קוטביים ללא קירור (מים) קשים לקירור. מסיבה זו הוא עבר מזמן לתחום. נסה לא להתחרט עם אותם פרמטרים שאין צורך ברדיאטור גדול
הכותב
נחמד לדבר עם אנשים שמעירים הערות לגופם. במספר סוגיות אני נאלץ להודות במקרה שלך.
אבל בכל זאת אני רוצה להבהיר כמה נקודות.
זה פחות מ -1%, אך בדרך כלל כשאנחנו מדברים על מייצבים, אנו מתכוונים לעומס על התפוקה.

אני מסכים איתך, הייתי צריך לנסח את זה בצורה מדויקת יותר. אני חושב שהמשמעות הכללית ברורה: המתח ברשת הולך, אם כי לא כל כך, הוא גם ילך בפלט של השנאי.
אלה הנתונים שלך. בסרטון, כאשר המתח יורד, הזרם באמת יורד (החוק של אוהם), אך בעומס פעיל ספציפי. הפחית את עמידות העומס - הזרם יגדל.

כמובן שאתה צודק, אין טעם להתווכח, אך בפועל, אנשים שיש להם ניסיון מינימלי לפחות באלקטרוניקה כנראה לא ישתמשו במייצבים ליניאריים עם צניחת מתח גדולה ובזרמים מקסימליים (אני לפחות מקווה).
ניסיתי להעביר את זה עם הטקסט הבא, אולי לא כל כך טוב:
"P = (19V-6V) * 3A = 39 וואט, וזה לא כל כך טוב לטרנזיסטור בחבילה TO-220 (אתה צריך גם לקחת בחשבון שכאשר הטרנזיסטור סגור, הזרם יקטן גם הוא: על ידי 6V הזרם יהיה בערך 2-2.5A, אבל לא 3). במקרה זה עדיף להשתמש בטרנזיסטור אחר במקרה מאסיבי יותר, או להפחית את ההבדל בין מתח הכניסה והיציאה (לדוגמה, אם ספק הכוח הוא שנאי, על ידי החלפת הפיתולים). "
הקבל אינו יכול לייצב את המתח.

שוב, הניסוח אינו זהה ... באופן כללי, עם קבל עדיף.

שוב תודה על ההערות הבונות. בתקופתנו זה לא קורה לעיתים קרובות, בדרך כלל הם פשוט אומרים שהמעגל אינו שמיש, והמחבר נשלח לקרוא איזה ספר לימוד קלאסי בנושא אלקטרוניקה.
מתח החשמל טבל כמה וולט
זה פחות מ -1%, אך בדרך כלל כשאנחנו מדברים על מייצבים, אנו מתכוונים לעומס על התפוקה.
לא תהיה 4A כשמוגבלת ל -2.7 וולט. צפו בווידיאו לכתבה
עם מתח כניסה של 19 וולט, המעגל יכול לשמש כמקור מתח מייצב בטווח שבין 2,7 עד 16 וולט כרגע עד 4 א.
אלה הנתונים שלך. בסרטון, כאשר המתח יורד, הזרם באמת יורד (החוק של אוהם), אך בעומס פעיל ספציפי. הפחית את עמידות העומס - הזרם יגדל.
ללא C3, מתח היציאה אחרי הטרנזיסטור הולך מעט +/- 50 mA
קבל דרוש C3 בכדי לייצב את המתח מבוסס על טרנזיסטור VT1
הקבל אינו יכול לייצב את המתח. שריטה
הכותב
לא ניסיתי תוכנית כזו, למען האמת. גרסה מעניינת עם עובד שדה.
בתחילה, במעגל המתואר במאמר, רציתי להשתמש בדיוק דו-קוטבי, או ליתר דיוק בטרנזיסטור של דארלינגטון (היו לי כמה KT827A הנוספים שוכבים סביב). ואז חשבתי שלא לכל אחד יש KT827A, אבל הם לא זולים. לכן, הוא עשה אופציה עם טרנזיסטור מורכב מחלקים זולים.
הכותב
ברכות!
ובכן, ניתחת ישירות את כל המאמר, אני כבר שמח שמישהו קרא את הכל כל כך בעיון. לא פלא שזה אומר שכתבתי כל כך הרבה אשור.
אנסה לענות במהותה:
טראנס קרטון לא מתאים?

הקרטון לא מתאים באופן חד משמעי, גם פריטי - פועם. פעם חשבתי שפריטי - בתדירות גבוהה וברזל 50 הרץ - זה אותו דבר, עכשיו אני יודע שאין, ואני ממהר להזכיר את זה. פתאום אני לא היחיד בעולם כולו.
איזה עומס?

אנשים הגיעו בערב אחרי העבודה, הדליקו טלוויזיות, תנורים חשמליים, מחשבים וכו ', המתח ברשת טבל על ידי כמה וולטים (רלוונטי יותר לערים קטנות ואזורים כפריים, אם כי תנודות קטנות במוסקבה אינן נדירות)
וכאשר זרם העומס משתנה?

זו השאלה הנכונה, אבדוק.
וירידה במתח על TL431 לא סופרת?

הוא לא לקח בחשבון, כי במקרה שלי זה לא משמעותי, הטרנזיסטור VT2 מתגבר בשוליים. המשימה של בחירת נגד עבור TL היא להגביל את הזרם כך שהוא לא יישרף, אם הוא קצת פחות, הוא לא קטלני
Pmax = (19-2.7) * 4 = 65.2 W

יקר, זהו מעגל ליניארי, המגבלה של מתח היציאה מתקבלת עקב מגבלת הזרם על ידי הטרנזיסטור. לא תהיה 4A כשמוגבלת ל -2.7 וולט. צפו בווידיאו לכתבה, שם הבדיקות מראות בבירור: ב -2.7 וולט, הזרם הוא 1.7A, כלומר (19-2,7) * 1,7 = 27,7 W, אז אנחנו חיים!
???

ללא C3, מתח היציאה אחרי הטרנזיסטור הולך מעט +/- 50 mA. בסכמות כאלה ראיתי כיצד למטרה זו הם מציבים גם נגן המפצה את זרם ההפוך של האספן בגודל 4.7k בין הבסיס לפולט הטרנזיסטור.
לגבי הדיודה - שגיאת דפוס (טוב, סליחה), "כדי להגן על הטרנזיסטור" - אני מתכוון, אנחנו מדברים על זה:
אם אתה עצלן מכדי לקרוא, הנה הצעת מחיר:
"מכיוון שהמנוע הוא עומס אינדוקטיבי, עלינו להיזהר. אם זרם זורם דרך המתפתל ואנחנו עוצרים פתאום את הזרימה הזו, אז מתח גדול יופיע באופן זמני על מסופי המתפתל. מתח זה יכול לפגוע בטרנזיסטור (בתרשים לעיל), ולגרום להתמוטטות של הצומת אספן בסיס. בנוסף, זה יכול ליצור הפרעות משמעותיות. כדי למנוע זאת, יש צורך לחבר דיודה במקביל לעומס האינדוקטיבי "
אבל אני מסכים עם זה לחלוטין!

אחרי שאר ההערות, זו דומה לאיזון לפצעים)
האפשרות הזו, לדעתי, מקובלת יותר.
המורכב מ ברזל שנאי
טראנס קרטון לא מתאים?
מתח פנימה הרשת עשוי להשתנות תלוי בעומס
איזה עומס?
מעגל זה יספק מתח יציאה יציב עם כניסה משתנה
וכאשר זרם העומס משתנה?
R = U / I = 19V / 0.08A = 240 אוהם
וירידה במתח על TL431 לא סופרת?
מתח שנעה בין 2.7 ל 16 וולט בזרם עד 4 א.
הטרנזיסטור חייב להיות מסוגל להפיץ כוח עד 30-35 וואט
Pmax = (19-2.7) * 4 = 65.2 W!
קבל דרוש C3 להתייצב מתח מבוסס על טרנזיסטור VT1
יש צורך בדיודה D2 להגנת טרנזיסטור כאשר מופעל על ידי מנועי אספן
???
למטרה זו, מעגלי מיקרו מוכנים באריזה TO-220 מתאימים לזרמים עד 5A, למשל KR142EN22A
אבל אני מסכים עם זה לחלוטין! לחייך

אנו ממליצים לך לקרוא:

תן אותו לסמארטפון ...