Stabilizator de Tensiune cu Circuit Integrat

1. Generalităţi

Toate aparatele şi dispozitivele electrice sau electronice sunt supuse acţiunii unui ansamblu de semnale având caracteristici electrice care variază în timp. Această variaţie în timp a semnalelor poate conduce fie la defectarea aparaturii utilizate fie la alterarea modului de funcţionare al acesteia.

În toate aceste situaţii există o limită peste care variaţie acestor semnale nu poate fi acceptată, ceea ce conduce la căutarea unei soluţii tehnice care sa menţină semnalele într-o gamă de valori acceptate de aparatura utilizată. Menţinerea valorilor semnalelor electrice de intrare în limitele acceptate, în timp real, poată denumirea de stabilizare a semnalului. Blocul electronic care produce stabilizarea semnalelor de intrare se numeşte stabilizator. Stabilizarea unui semnal de intrare se poate realiza fie acţionând asupra tensiunii fie asupra curentului. Astfel, un stabilizator de tensiune va fi un quadripol căruia la intrare i se va aplica o tensiune U1 iar la ieşire vom obţine o tensiune cvasi constantă U0.

I1 I0

° °

U1 U0

° °

Fig.1. Schema bloc a stabilizatorului de tensiune „cuadripol”

Această tensiune U0 este tensiunea care va fi aplicată echipamentelor electrice sau electronice ce „beneficiază” de efectele stabilizării. De regulă, toate aceste dispozitive au incorporate surse de alimentare stabilizate, cu filtraj şi protecţie la suprasarcină.

Cu toate acestea, există situaţii când din motive „economice”, sursele echipamentelor nu sunt stabilizate sau marja de variaţie acceptată la intrare a tensiunii U1 este mai mică decât variaţia reală a tensiunii în locul în care este utilizat un echipament. Pentru aceste situaţii este de preferat să se facă o stabilizare prealabilă a tensiunii U1 iar echipamentului să i se aplice la intrare o tensiune U0.

Cele mai populare module stabilizatoare sunt construite utilizând diode zener sau tuburi cu descărcare în gaz. Acestea se bazează pe capacitatea componentelor electronice prezentate, de a menţine într-un domeniu dat (domeniu de stabilizare) tensiunea constantă la bornele lor. Performanţele acestor tipuri de stabilizatoare sunt strict legate de caracteristica electrică a dispozitivului electronic utilizat.

O altă metodă constructivă, ca o variantă viabilă, pentru construirea stabilizatoarelor de tensiune continuă constă în utilizarea unei scheme electrice în care a fost introdus un amplificator cu reacţie.

REGULATOR

COMPARATOR

AMPLIFICATOR R1

Vi

W AW

Vo

+

- R2

kVo

Fig.2. Schema de funcţionare a unui stabilizator de tensiune, cu reacţie

Analizând figura 2 putem spune următoarele:

• se stabileşte o tensiune de referinţă notată cu Vref faţă de care va lucra întreaga schemă şi care va fi direct proporţională cu Vintrare;

• la ieşirea montajului printr-un divizor de tensiune vom culege o tensiune care respectă proporţia prin care am stabilit Vref şi pe care o vom nota cu kV0;

• Vref şi kV0 vor fi plasate la intrarea unui comparator care la ieşire ne va furniza un semnal de eroare pe care îl vom nota cu ε. Evident ε= Vref – V0;

• Acest semnal va fi amplificat cu un factor A care va fi aplicat unui regulator pentru a aduce tensiunea de ieşire în limitele admise.

În literatura de specialitate, stabilizatoarele de tensiune continuă cu reacţie, se mai întâlnesc şi sub denumirea de regulatoare de tensiune continuă.

2. Rolul stabilizatorului de tensiune în aparatura electronică

Reţeaua de distribuţie a curentului electric alternativ de 220V este sursa principală de alimentare a multor montaje electronice. Puterea solicitată în astfel de montaje este mică, adică tensiunile sunt ca ordin de mărime cuprinse între ±24V, iar intensitatea curentului este sub 10A. Cei mai importanţi curenţi se regăsesc în montajele cu circuite TTL, care de regulă necesită curenţi de 2A în mod uzual, iar în funcţie de complexitatea schemei electrice pot depăşi 10A.

Marja în care se garantează funcţionarea unui aparat sau dispozitiv electronic este strict legată de clasa de precizie a echipamentului. Astfel, într-un aparat de radio obişnuit, tensiunea de alimentare poate varia între 2% şi 5%, în timp ce, dacă aparatul este unul stereo de înaltă fidelitate această marje coboară sub 2%. Marja este şi mai strânsă în cazul bobinelor de deflexie din televizoare, fiind cuprinsă între 0,5% şi 1%. Cu cât aparatul este mai sensibil cu atât se impun cerinţe mai stricte putându-se ajunge la ordine de mărime de 10-4 în cazul unor aparate de măsură şi control.

Stabilizatorul este un circuit electronic care se conectează între sursa de alimentare şi consumator, cu scopul de a menţine constantă tensiunea sau curentul consumatorului în raport cu variaţiile tensiunii sursei de alimentare, a modificărilor rezistenţei de sarcină, variaţia temperaturii ambiante sau alţi factori perturbatori. În principiu, poate fi plasat un stabilizator care să preia variaţia tensiunii alternative de alimentare din reţea, înainte ca aceasta să fie redresată. Dar practica ne arată că soluţia preferată este aceea de a face stabilizarea după ce s-a realizat transformarea şi redresarea tensiunii de alimentare.