Stabilizator de Tensiune

1. Tema proiectului

Dat fiind parametrul N=26,sa se proiecteze un stabilizator de tensiune cu următoarele caracteristici:

- Tensiune de ieşire reglabilă în intervalul: 39V – 52V

- Sarcina la ieşire: 17,33Ω

- Deriva termică:

- Protecţie la suprasarcină prin limitarea temperaturii tranzistoarelor regulatoare serie la , şi a curentului maxim la

- Tensiune de intrare în intervalul: 78V-104V

- Domeniul temperaturilor de funcţionare:

- Amplificarea în tensiune minimă a amplificatorului de eroare: 100

Nota: Am ales pentru realizarea schemei si a simularilor, programul Proteus 7 Professional.

2. Schema bloc funcţională

Se utilizează o schemă de stabilizator cu element regulator serie (ERS) comandat de un amplificator de eroare (AE) care compară tensiunea dată de referinţa de tensiune (REF) cu tensiunea preluată de la ieşire prin reţeaua de reacţie (RR). La acesta se adaugă un circuit de protecţie la suprasarcină.

3. Funcţionarea

În general, pentru realizarea stabilizatoarelor de tensiune se folosesc proprietăţile diodelor. Cel mai simplu tip de stabilizator este stabilizatorul parametric, realizat cu o diodă Zener. Dar performanţele scăzute nu îl recomandă pentru alimentarea unor circuite complexe. Tensiunea de ieşire nu poate fi reglată, ea variază în raport cu sarcina iar curentul maxim furnizat în sarcină este relativ mic (comparabil cu curentul care trece prin dioda Zener).

De aceea s-a folosit o schemă mai complexă, un stabilizator cu reacţie. Referinţa de tensiune pentru acesta este practic un stabilizator parametric. Dar acesta lucrează acum pe o rezistenţă de sarcină mare care nu variază. Comanda se face deci în tensiune pe o sarcină constantă.

La o funcţionare normală tensiunea diferenţială la intrarea amplificatorului de eroare este practic nulă. Astfel amplificatorul trebuie să transforme comanda în tensiune în una în curent (amplificator transimpedanţă). Comanda în tensiune este dată de reţeaua de reacţie (un divizor de tensiune).

Rezultatul comparării referinţei de tensiune cu ceea ce se eşantionează din tensiunea de ieşire este un curent care se aplică elementului regulator serie. Acesta va fi un tranzistor ideal pentru care curentul de colector este proporţional cu cel de bază.

Dacă tensiunea la ieşire scade faţă de valoarea de echilibru tensiunea eşantionată prin reţeaua de reacţie va fi mai mică decât tensiunea de referinţă, deci la intrarea amplificatorului de eroare apare o tensiune diferenţială pozitivă. Curentul debitat la ieşire va fi mai mare decât cel normal şi va comanda un curent mai mare prin elementul regulator serie. Astfel tensiunea de la ieşire începe să crească.

Dacă tensiunea la ieşire tinde să crească faţă de valoarea de echilibru va apărea o tensiune diferenţială negativă ce va duce la scăderea curentului de la ieşirea amplificatorului de eroare, deci la scăderea curentului prin elementul regulator serie. Astfel tensiunea la ieşire va începe să scadă.

Dacă temperatura elementului regulator serie creşte prea mult sau curentul prin el depăşeşte valoarea limită circuitul de protecţie preia curentul debitat de amplificatorul de eroare iar elementul regulator serie se închide şi nu mai lasă să treacă curent.

4. Referinţa de tensiune

Referinţa de tensiune este formată dintr-o diodă Zener alimentată de la o sursă de curent constant. Am ales o diodă de tip 1N5258B. Aceasta are tensiune de străpungere constantă aproximativ 36V în condiţiile în care este alimentată cu un curent minim de 3.4mA.

Ca sursă de curent am folosit o rezistenta de valoare nominala 30,58KΩ, pe care cade tensiunea maxima de alimentare; astfel se obtine curentul minim de 3.4mA..

Curentul maxim cu care poate fi alimentată dioda Zener este de 5mA (fiind curentul maxim ce va circula prin stabilizator), deci puterea maximă pe care trebuie să o disipe este de 36Vx5mA=180mW. Dioda se află în domeniul normal de funcţionare.

5. Amplificatorul de eroare

Pentru a se atinge cerinţa ca amplificarea în tensiune minimă să nu fie mai mică de 100 s-a ales o schemă cu două etaje de amplificare diferenţială în cascadă şi un etaj de conversie tensiune-curent.

Primul etaj diferenţial (MOS1, MOS2, R1, R2) este realizat cu tranzistoare MOSFET. S-au ales astfel de tranzistoare pentru a avea o încărcare minimă în curent a referinţei de tensiune şi a reţelei de reacţie. Se oferă deci la intrarea amplificatorului o impedanţă foarte mare. Etajul este alimentat în curent printr-o sursă de curent cu referinţa tensiunea Vbe (Q6, R6, Q5).

Al doilea etaj diferenţial (Q3, Q4, R3, R4) este realizat cu tranzistoare bipolare pentru a avea o amplificare cât mai bună a tensiunii diferenţiale. Alimentarea acestora se face din nou de la o sursă de curent cu referinţă tensiunea Vbe (Q7, R7, Q5).

Convertorul tensiune-curent este un tranzistor care va lucra în conexiune emitor comun (Q8). El va avea ca sarcină elementul regulator serie.

Pentru primul etaj diferenţial s-au ales tranzistoare de tip 2N6661. Prin acestea va trece un curent de 2mA. Pentru simplificare acelaşi curent va fi impus şi prin colectorul fiecărui tranzistor din cel de-al doilea etaj. Deci vom avea nevoie de două surse de curent de 4mA.

Pentru sursele de curent folosim tranzistoare de tipul BC107. Pentru acestea Vbe=0,6V deci rezistenţele din emitor vor avea valorile:

.

Se pot folosi rezistenţe cu toleranţa 10%. Puterea pe care trebuie acestea să o disipe este de maxim 104Vx4mA=416mW. Se pot folosi rezistenţe de putere mică (0.6W), de tip MINRES150R.

Dacă se neglijează curenţii de bază pentru tranzistoarele Q5 şi Q6 (posibil deoarece ) şi Ic5 este tot de ordinul 5mA, vom avea:

Alegem o valoare standardizată de cu toleranţa 20%. Puterea pe care trebuie să o disipe este de maxim 104Vx4mA=416mW. Se poate folosi o rezistenta de putere mică (0.6W), de tip MINRES20K.