Schema bloc ale unui stabilizator liniar de tensiune cu element de reglare serie, cu bucla de reactie.

Transcript

1 TABLZATOAE istemul electronic care menţine invariante în timp caracteristicile semnalelor de ieşire în condiţii de variaţie, în domenii specificate, a mărimilor de intrare poartă numele de stabilizator Clasificări: după mărimea stabilizată: - de tensiune continuă sau alternativă - de curent - de frecvenţă - de intensitate luminoasă după metoda de comanda a elementului de stabilizare : - cu acţiune continuă (liniare) - cu acţiune discontinuă (în comutaţie) după modelul de conectare a elementului regulator în raport cu sarcina - cu element de reglare serie - cu element de reglare paralel după metoda de stabilizare distingem stabilizatoare : - în buclă deschisă (parametrice) - în buclă inchisă(cu reacţie) Pot fi realizate şi alte clasficări în funcţie de performanţele obţinute la ieşirea stabilizatorului (după numărul de semnale de ieşire, energia semnalului, precizia mărimilor de ieşire în funcţie de reacţia mărimilor de intrare şi a temperaturii) Principii : Vom analiza stabilizatoarele cu referire la stabilizarea tensiunilor. chema bloc ale unui stabilizator liniar de tensiune cu element de reglare serie, cu bucla de reactie.

2 chema bloc ale unui stabilizator liniar de tensiune cu element de reglare paralel, cu bucla de reactie. n schemele bloc prezentate prin E s-a notat elementul de reglare si daca se realizeaza urmatoarele modificari : se elimina amplificatorul de eroare (AE), se elimina circuitul de masura a tensiunii de iesire (1,2), se conecteaza referinta (EF) direct la elementul de reglare, se obtin schemele bloc ale stabilizatoarelor parametrice cu element de reglare serie respectiv cu elementul de reglare paralel. Parametrii stabilizatoarelor de tensiune liniare Parametrii stabilizatoarelor de tensiune se pot clasifica în : Valori limită absolută tensiunea maximă de intrare puterea disipată domeniul temperaturii ambiante de funcţionare domeniul temperaturii de stocare Caracteristici electrice : a) limitele de intrare şi ieşire - tensiune de intrare - tensiune de ieşire - diferenţa de tensiune intrare-ieşire - curentul de vârf la ieşire - curentul de ieşire în scurtcircuit - curentul de consum în gol b) precizia cu care se controlează nivelul semnalului de ieşire se apreciază în principal după factorul de stabilizare în raport cu tensiunea de intrare şi factorul de stabilizare în raport cu sarcina. Consideram: U U ( U, ) U U du du d U Pentru variaţii finite r ct U ct U U U U U U U U U U ct U ct U 1 U 1 U F U F u F u U U U F U U s ct U U ct La un stabilizator ideal acesti factorii de stabilizare sunt infiniţi. Eficienţa unui stabilizator poate fi apreciată şi prin intermediul altor doi parametrii : - coeficientul de stabilizare o

3 - rezistenţa de ieşire a stabilizatorului o Consideram ca : U U ( U, ) U U du du d U Pentru variaţii finite ct U ct U U 1 U U U U 0 ct U ct U U, 0 0 U ct U ct are valoare negativă deoarece daca U ) ( 0 Presupunem ca: ct, U, U U 0 U U 0 U 1 U Concluzie : Pentru o buna stabilitate trebuie ca: 0 şi 0 Un alt parametru important, în special pentru sursele în comutaţie este randamentul de alimentare : P P puterea debitata o o η unde Pi Pi puterea consumata de la sursa de alimentare 0 Exemple de scheme de stabilizatoare implementate cu componente discrete Datorita absentei reactiei negative prformantele stabilizatoarelor parametrice sunt scazute (utilizarea reactiei negative reduce cu (1 β A r ) valoarea impedantei de iesire 0 si multiplica cu acelasi factor factorul de stabilizare 0). tabilizator parametric cu element de reglare serie

4 Tensiunea de iesire are valoarea : U0 UDZ UB E, schema de regim dinamic fiind prezentata in continuare: e pot scrie relatiile: ( ) U r B DZ DZ DZ U DZ B rdz rdz 0 U r r DZ DZ π B dar B β 1 U r U r U unde: 1 rπ rdz si β 1 0 DZ π 0 rdz rdz β 1 β rdz Concluzie: 0 si 0 β, r DZ tabilizator parametric cu element de reglare paralel

5 tabilizatoare integrate n general stabilizatoarele cu bucla de reactie se implementeaza cu structuri integrate (datorita pretului scazut al acestora). chema bloc a unui stabilizator integrat din prima generatie este prezentata in continuare. Figura tructura circuitului integrat µa723 (din prima generatie) Cu aceasta structura se pot implementa schemele de stabilizator cu reactie atat pentru tensiuni pozitive cat si pentru tensiuni negative (pentru aceasta situatie structura a fost prevazuta cu o dioda Zener), in configuratie cu element de control serie sau paralel. tructura contine si un tranzistor pentru implementarea protectiei la supracurent (metodele de implementare sunt tratate in capitolul Protectia stabilizatoarelor) Parametrii: eferinta (UEF7.15V, EF15mA) Dioda Zener (UDZ 6.2V, DZ25mA) Amplifiactorul de eroare (A74-86dB, tensiune diferendiala de intrare /-5V) Curentul maxim al tranzistorului de reglare 150mA Tensiune diferentiala intrare iesire 3-38V Domeniul tensiunii de iesire 2-37V Tensiune diferenriala de alimentare 40V Putere pe integrat 800mW Configuraţia standard de stabilizator cu reactie de tensiuni mici ( U o U EF )

6 u 2 o U EF 1 2 (1 si 2 se refera la cele doua valori precizate de pozitia potentiometrului) (reglajul se realizeaza pe tensiunea de referinta) U Configuraţia standard de stabilizator cu reactie de tensiuni mari ( ) o U EF uo U EF (1 si 2 se refera la cele doua valori precizate de pozitia potentiometrului) (reglajul se realizeaza pe tensiunea de iesire) Configuraţia de stabilizator pentru tensiuni negative, cu reactie si element de reglare serie

7 2 3 4 uo UEF Configuratie de stabilizator cu element de reglare paralel si cu reactie u 2 o U EF 1 2 tabilizatoare integrate cu trei terminale tabilizatoarele cu trei terminale pot fi clasificate în: stabilizatoare care pot furniza o tensiune de ieşire într-un anumit domeniu (pozitiv sau negativ) stabilizatoare de tensiune fixă

8 Figura chema bloc a unui stabilizator din a doua generatie Din prima categorie un tip reprezentativ sunt circuitele din seria µa78 (pentru tensiuni positive) şi µa7900 (pentru tensiuni negative) produse de firma Fairchild. Ultimele două cifre înscrise pe integrat reprezintă tensiunea fixă pe care o furnizează la ieşire. Prin caracteristicile tehnice şi prin specificul aplicaţiilor stabilizatoarele din această categorie sunt o verigă de legătură între stabilizatoarele din prima şi a doua generaţie. Comparativ cu stabilizatoarele din prima generaţie stabilizatoarele din a doua generaţie prezintă suplimentar următoarele avantaje: - conţin integrate circuitele de protecţie (termică, la suprasarcină, funcţionarea tranzistorului de reglare serie în plaja de siguranţă) - conţin integrate reţeaua de compensare în frecvenţă, furnizează la ieşire curenţi de ordinul amperilor - în aplicaţii uzuale necesită cel mult trei componente pasive. chema de principiu a seriei µa7800 Tot din această categorie se prezintă schema bloc a circuitelor LM317 (pentru tensiuni positive) şi LM337 (pentru tensiuni negative) produse de firma National emiconductor.

9 V Pentru LM317: u EF ADJ o 1.2V 50µ A V EF 1 B B A ADJ V EF 1.25V Pentru LM337: ADJ 65µ A B uo VEF 1 B ADJ A Extinderea domeniului curentului de ieşire cu un transistor extern

10 Tranzistorul T2 si rezistenta C reprezinta protectia la supracurent. Tranzistorul T 1 furnizează cea mai mare parte a curentului debitat în sarcină. ( ) ( ) β β β β β A sc A BE ADJ o o L ADJ o B A B sc BE o B L B C ADJ o i B A E sc BE C B E o C L U U U În cazul în care nu se utilizează protecţia la supracurent valoarea curentuluiare expresia: ( ) A BE ADJ o L U β β 1 Distribuţia curentului de ieşire pe cele două componente şi este dependentă de o C β. Dispersia valorilor acestui parametru poate crea neplaceri care pot fi evitate utilizând următoarea schemă:

11 B C În ipoteza că U BE U D avem: L B C ADJ. Dacă β 1 L 1 C B o ADJ U BE C ADJ C B Extinderea domeniului tensiunii de intrare Metode: Alimentarea stabilizatorului cu o tensiune superioară tensiunii de intrare maximă admisă se poate realiza în mai multe moduri dintre care specificam: O prima metoda presupune utilizarea unui prestabilizator de regulă parametric de tip serie ca în figura urmatoare Tensiunea de intrare în stabilizator trebuie să îndeplinească condiţia: V U U < V. 1 DZ BE i max A doua metoda este utilizarea unei diode Zener de curent mare (simulata electronic.) U ( U U ) V r DZ BE < 1max A treia metoda este de a utiliza un generator flotant de curent.aceasta metoda este cea mai des utilizata in aplicatiile industriale (echipamentele pot sa opereze intr-o plaja larga de tensiuni- valori industriale: 24V/48V). Diferentele dintre tensiunea de alimentare si tensiunea maxima admisa, de intrare, a stabilizatorului este suportata de elementul de reglare al generatorului de curent. tabilizatoare de curent

12 Cu ajutorul stabilizatoarelor de tensiune cu trei teminale se pot realiza stabilizatoare de curent. unt prezentete cele mai uzuale scheme de aplicatie (generatoare de curent flotante). Exemple de stabilizatoare de curent realizate cu LM317/337 stabilizator de curent debitat VEF 1.2V o ADJ ma [ kω] În mod similar utilizând LM337 se poate obţine un stabilizator de curent absorbit: tabilizatoare de tensiune duale (cu urmarire) eglajul se realizeaza numai pentru sursa de tensiune negativa (sursa de tensiune pozitiva urmareste nivelul tensiunii negative (prin mentinerea punctului de masa, rezistentele 1 si 2 avand valori identice)

13 eferinte de tensiune pre deosebire de stabilizatoarele de tensiune (la care se cere un 0 mic si un 0 relativ mare, la referintele de tensiune accentul se pune stabilitatea tensiunii de iesire, impedanta de iesire avind o importanta mai mica (referintele de tensiune nu furnizeaza de obicei curenti importanti). Performantele de stabilitate ale referintei de tensiune (se cere in general un coeficient de variatie <0.01%/gradC) influenteaza in mod direct performanta stabilizatorului. Unul dintre parametrii cei mai importanti care influentaza stabilitatea referintelor de tensiune este temperatura. Vor fi analizate cele mai importante metode de implementare a referintelor de tensiune. eferinta de tensiune tip dioda Zener e stie ca dioda Zener are un coeficient de variatie cu temperatura pozitiv, a carui variatie este prezentata in figura urmatoare Parametrii: Zmin depinde de tipul diodei i Zmax depinde de puterea maximă disipată admisibilă P i u dmax Z Z max

14 uz r Z rezistenţa dinamică rz < 100Ω i z ϑ Uz coeficientul de variaţie cu temperatura a tensiunii (acest coeficient are valoare pozitiva si se remarca din diagrama ca acesta este mai mare cu cât tensiunea U Z este mai mare, uzual 3.5mV/grad C) capacitatea de barieră C b de valoare mare (pf) - zgomot dioda Zener are un nivel mare de zgomot - U Z (2, )V tensiunea Zener Diodă Zener polarizată prin rezistenţă Determinarea performanţelor de regim dinamic Variaţia curentului de ieşire i 0 Presupunem că ( 0 ) urconstant şi tensiunea pe dioda Zener U Z constanta u r ( U Z 0). e pot scrie relaţiile: 0 i u e deduce r Z r i i i 0 0 impedanta de iesire u r i u r 0 Z Z 0 Z 0 >> r i Z 0 ur 0 rz uz 0 r Z Variaţia tensiunii de intrare u r Presupunem că curentul de sarcină i constant ( i0 0) şi tensiunea pe dioada Zener este constantă U Z const. ( u Z 0).O variaţie a tensiunii de intrare produce o variaţie a curentului care parcurge dioda Zener. e pot scrie ecuaţiile : ur ir u0 ir iz u0 rz iz 0 u i r i r >> u r i r r r Z r Z rz 0 i0 0 Z r Z r Z uz 0 Variaţia tensiunii Zener U Z

15 e presupunem că tensiunea de intrare u r ( u r 0) şi curentul de ieşire i ( i0 0) sunt constante. O variaţie a tensiunii pe Zener UZ, în funcţie de temperatură se traduce printr-o variaţie a tensiunii de ieşire. e pot scrie relaşiile: 0 ir u0 ir iz u0 rz iz uz e deduce deriva termica: K u u u 0 0 Z T T u 0 uz T 0 r i0 i Z r i ( ) >> rz Z Z α α α Uz r Uz Uz Z (deriva cu temperatura este identică cu cea a diodei Zener) Obs. acest tip de referinţă este foarte sensibil la variaţia tensiunii de polarizare (U r ) a curentului de polarizare (i r ) şi a temperaturii. Pentru a obţine performanţe mai mari este necesara utilizarea unui etej de amplificare. Diodă simulată electronic U U U 2 EF BE DZ 1 2 U 1 ( U U ) 1 EF BE DZ 2 Obs. 1) e poate obţine UEF > UDZ 2) α > 0, α < 0 se poate obţine o compensare cu temperatura T DZ T UBE 3) asocierea unui potentiometru reduce influenta cu temperatura

16 Diodă Zener asociată cu un generator de curent Performanţe: Pentru dioda D Zp din generatorul de curent putem exploata rezultatul obţinut la dioda polarizată prin rezistenţă (calculul lui 0 ) rzp rzp UZp i0 0 ur ur U 0 r T p Zp p (am facut aproximatiile : >>r,u U U ) p Zp Zp BE 0 Pentru variaţia curentului prin dioda Zener D Z U r Zp iz i0 0 ur T 0 p Pentru tensiunea de ieşire obţinem 2 rz rzp rz U0 i0 0 rz iz ur T 0 ( rz rzp) p p u r p 0 2 rz 0 r Z eferinţe de tensiune in structuri integrate În structurile integrate referinţele de tensiune se realizează prin mai multe metode având la bază două principii de implementare. A înserierea unor tensiuni ale joncţiunilor BE ale tranzistorelor cu tensiunea unei diode Zener (la diodele Zener coeficientul de variaţie cu temperatura este pozitiv 2,2...3 mv/ C şi depinde de mărimea lui U Z, iar la joncţiunile BE ale tranzistorelor NPN este negativ -2, ,5 mv/ C şi depinde de nivelul curentului de emitor care străbate joncţiunea ). Dioda Zener se obţine prin polarizarea inversă a unei joncţiuni BE.

17 B înserierea unor tensiuni ale joncţiunilor BE ale tranzistorelor cu diferenţa tensiunilor BE ale unor tranzistore care funcţionează cu densităţi de curent diferite, multiplicate cu un factor (referinţă de tip bandă interzisă, eng. : band gap ). În figura următoare este prezentată metoda A (metoda de principiu), utilizată la integratele stabilizatoare de tensiune OB 305 (CCE ), LM100 (Naţional emiconductor) U U m U ; U n U M DZ BE N BE U V mu nu ( ) n m EF Z BE BE m n m n V m n U nu [ ( ) ] n Z BE BE m n Înserierea unui număr de diode asigură nivelul de ieşire al tensiunii de referinţă. Presupunând că rezistenţele au acelaşi coeficient de variaţie cu temperatura condiţia ca U EF 0 impune condiţia : T n n m m k n m m n k n n m m k n m m n k VEF... (stimati colaboratori are semnificatia ca trebuie sa inlocuiti ultimile relatii in formula initiala) Tensiunea de referinţă care se obţine este mai mică decât U DZ (U DZ la tranzistor 6,2V... 7V ), de obicei se realizeaza tensiuni cu valori < 2 V. O referinţă de tensiune negativă (ex. : OB 304 ) este prezentată in continuare:

18 Dioda Zener polarizată rpin generatorul de curent ( ) asigură o tensiune VA UDZ UBE pentru generatorul de curent constant realizat cu Q 1 2, Q3, 1, 2, 3 Curentul 3 produce valoarea tensiunii de referinţă VEF 3 4 Mărimea curentului 3 se determină cu relaţia: 3 c3 c3 ( β 1) VA 1 c2 UBE3 UBE 2 2 c 2 β β ( β 1) ( β 1) c2 c2 2 UBE2 3 c3 β β β qu BE 3 qu BE 2 kt kt c3 e ; c2 e Generatoarele prezentate prezintă impedanţe de ieşire de ordinul kω, valoare care nu permite generarea unor curenţi foarte mari. Acest impediment poate fi înlăturat prin introducerea diodei Zener în bucla de reacţie a unui amplificator. chema de principiu (utilizată sub diferite forme de implementare la stabilizatoare de tensiune LM 723, MC 1468 sau βl100 circuit pentru comanda în cascadă a diodelor) este prezentată in figura următoare: U U U EF DZ BE1

19 Amplificatorul este tranzistorul Q 1 care are în colector un generator de curent (sarcină activă). epetorul pe emitor Q 2 asigură curentul de ieşire şi reduce impedanţa de ieşire de β 2 ori. ezistenţa 1 asigură polarizarea diodei DZ la un curent constant. Evitarea intrării în oscilaţie la frecvenţe înalte (datorită valorii mari a amplificării) se realizează prin introducerea unei reţele de compensare în frecvenţă ex.: βl100 eferinţă de tensiune de tip bandă interzisă În stabilizatoarele de tensiune obţinerea tensiunii de ieşire cu o dispersie rezonabilă constituie o problemă tehnologică. În consecinţă s-a apelat la un parametru de care să depindă U EF uşor de controlat (tensiunea BE a unei joncţiuni polarizată direct). Deoarece acest parametru are coeficient de variaţie cu temperatura negativ pentru compensarea termică, tensiunea U BE trebuie însumată cu o tensiune cu coeficient de temperatură pozitiv. Această tensiune este dată de diferenţa dintre tensiunile BE a doua tranzistore care funcţionează la densităţi de curent diferite. Diferenţa de tensiune se multiplică cu un factor pentru o echilibrare a coeficienţilor de temperatură.

20 Tensiunea U BE Cunoscând valoarea sa, U BE0, măsurată la un curent de colector c 0 şi o anumită temperatură T 0, i se poate determina valoarea sa pentru orice curent C şi orice temperatură T prin relaţia: Eg 0 T T kt T kt C UBE 1 UBE0 N ln ln q T0 T0 q T0 q C0 unde : - Eg 0 banda de energie interzisă a iliciului la 0 grade Kelvin - q electronului - k constanta lui Boltzman UBE UBE1 UBE 2. Pentru densităţi de curent diferite J 1 > J 2 prin joncţiunile BE ale tranzistorelor Q 1 şi Q 2, (identice sub aspectul geometriei, al profilului de impurităţi şi al temperaturii ) se obţine: kt J1 U BE ln q J 2 Dacă 1 > 2 J1 > J2 şi U BE are un coeficient de temperatură pozitiv. Căderea de tensiune pe rezistenţa 1 are valoarea: 2 2 UEF UBE de unde se obtine UEF UBE3 UBE 3 3 E T T kt J q T T q J g U BE0 ln (ultimii doi termeni din relaţia lui U BE au fost neglijaţi, influenţa lor fiind mică) În domeniul temperaturii de funcţionare a C variaţia cu temperatura a lui Eg 0 este neglijabilă (2, ev/k). Derivând ultima relaţie se găseşte condiţia : Eg 0 2 kt J1 U BE0 ln q q J 3 2

21 Un alt tip de referinta de tensiune integrata este prezentata in figura urmatoare, schema avand prezentat si circuitul de initializare.nitializarea schemei este asigurata de dioda Zener Dz1 polarizata prin rezistenta 1. Ca efect tensiunea de pe aceasta dioda polarizeaza tranzistorul Q1. Curentul de colector al tranzistorului Q1 prin intermediul tranzistoarelor Q2 si Q3 (care formeaza o oglinda de curent ) asigura polarizarea diodei zener Dz2. n momentul in care tensiunea pe Dz2 devine mai mare ca tensiunea pe dioda Dz1 dioda D1 se blocheaza si sistemul de initializare (Dz1) este deconectat. Aplicand principiul superpozitiei asupra divizorului format de rezistentele A si B se poate exprima valoarea tensiunii de referinta Pentru ca tensiunea de referinta sa nu depinda de temperatura (in ipoteza ca valoarea rezistentelor nu variaza cu temperature), trebuie indeplinita conditia impusa de relatia urmatoare: Admitand ca sunt indeplinite conditiile: deducem conditia pe care trebuie sa o indeplineasca cele doua rezistente:

22 e stie ca coeficientul de variatie cu temperature pentru diode si jonctiunile BE ale tranzistoarelor are valoarea de 2mV/ C, pentru diodele zener acest coeficient fiind de 3.5mV/ C. De remarcat ca coeficintul de variatie cu temperatura a tensiunii de referinta este nul diodele D2 si D3 prezinta un coefficient de variatie cu temperatura global de -4mV/ C. De asemena se stie ca in circuitele integrate rezistentele difuzare prezinta un coeficient de variatie cu temperature pozitiv aspect care conduce la stabilizarea curentului prin rezistenta B si prin dioda zener Dz Protectia stabilizatoarelor n functionarea echipamenteloe electronice sunt situatii in care pot aparea regimuri de suprasarcini, supracurenti sau supratensiuni cu efecte care conduc la defectarea sarcinilor sau a sistemelor de alimentare. n continuare vor fi analizate cele mai importante fenomene care pot apare si cele mai eficiente metode de prevenire, cu referire in principal la metodele care sunt aplicate la stabilizatoarele din a doua generatie. n general nu vor fi prezentate metodele in care dispozitivele de protectie au o actiune lenta sau au o fiabilitate mica. Evident nu se iau in discutie nici metodele neeconomice (prioectare supradimensionata sau care disipa energie termica). Principalele cauze care produc situatiile specificate tin de operarea gresita a echipamentelor, defectarea unor componente, fenomene aleatoare. Protectia termica Metodele de protectie termica ale circuitelor integrate se bazeaza in principiu pe variatia parametrilor unui tranzistor in functie de temperatura. Principalii parametrii care au o variatie importanta cu temperatura sunt: CB0, are o variatie exponentiala, mai mare la tranzistoarele cu Ge UBE, valoarea sa se diminueaza in functie de temperatura variatia fiind mai mare la tranzistoarele cu siliciu β. Variatia aestor parametrii cu temperatura are drept consecinta deplasarea in sus, pe caracteristica a punctului static de functionare. Unul dintre principiile de protectie termica (comanda directa asupra elementului de reglare) care se aplica la stabilizatoare este prezentat in urmatoarea schema. Functia de senzor este indeplinita de tranzistorul TT plasat pe integrat in vecinatatea tranzistorului TE care indeplineste functia de element de reglare (principala sursa de caldura). Baza tranzistorului TT este prepolarizata la o tensiune de circa UB mV. La temperatura camerei (T25 grad C) curentul de colector al acestui tranzistor este de circa 4 ordine de marime mai mic decat curentul debitat de generatorul de curent. n aceasta situatie se poate afirma ca tranzistorul TT este practic blocat. Considerand marimile si UB

23 independente de temperatura curentul B de polarizare a bazei trazistorului TE scade odata cu cresterea temperaturii dupa o lege de tip exponential: n 4 b / T ( T ) at e B 0 C (25 C ) unde a, b, n sunt constante care depind de factori tehnologici ai tranzistorului TT (material, geomeria sa, tipul procesului tehnologic prin care a fost realizat, etc.). n momentul in care temperatura jonctiunii atinge valoarea maxima admisibila ( grad C) curentul B devine suficient de mic pentru a bloca tranzistorul TE. ntroducera unui hysterezis elimina oscilatiile in jurul temperaturii maxime admisibile.cea mai simpla metode de introducere a hysterezisului consta in cresterea tensiunii UB cu cateva zeci de milivolti in momentul blocarii tranzistorului TE. Protectia la supracurent sau la suprasarcina Protectia stabilizatorului la scurt circuit la iesire sau la suprasarcina se realizeaza prin limitarea curentului de iesire. Cea mai simpla metoda de protectie (utilizata la schemele din prima generatie) se bazeaza pe utilizarea unor elemente semiconductoare (diode sau tranzistoare) care limiteaza curentul prin elementul de reglare. O schema care utilizeaza diode este prezentata in continuare Curentul de scurtcircuit este limitat la valoarea UBE CC 2UD O schema care utilizeaza un tranzistor Tp este prezentata in continuare Tranzistorul Tp se deschide la UBE0,6-0,7V. În această situaţie joncţiunea BE a tranzistorului TE este scurtcircuitată.

24 U C astfel se obţine următoarea caracteristică : BE C Dezavantaje: puterea disipata de elementul de reglare este mare : P u d i marirea nejustificata a impedantei de iesire fapt care conduce la diminuarea stabilizarii de sarcina. marirea diferentei de tensiune minima intrare iesire necesara cu UBE Metoda de protecţie a elementului de reglaj la scurtcircuit si la putere disipata O schema de protectie care poate fi utilizata la stbilizatoarele din prima generatie (structuri integrate in care nu avem acces la baza trenzistorului element de reglare) este prezentata in continuare: C Analizand schema de protecţie se pot scrie următoarele relaţii : ` 2 V B VX ` ` 1 2 V X C u U 0 BE V u0 şi T ` B de unde se deduce expresia curentului :

25 ` 2 U BE u0 1 ` ` ` ` U BE 1 ` OM u0 1 ` ` ` C 2 C ` ` 1 2 caracteristica tensiunii funcţie de curent va arăta astfel : ` U BE 1 1 C ` C 2 se remarcă faptul ca C < OM. La stabilizatoarele de tensiune din a doua generatie dezavantajele prezentare sunt atenuate prin reducerea caderii de tensiune pe rezistenta de scurt circuit necesara deschiderii tranzistorului Tp. unt prezentate cateva solutii: 1 1 C [(1 ) UBE _ Tp BE _ E ] C U 2 e remarca reducerea dependentei cu temperatura a curentului maxim de iesire (raportul rezistentelor 1/2 este subunitar) Pentru limitatorul de curent prezentat in figura urmatoare:

26 expresia curentului maxim de iesire are expresia: 1 2 C [ UBE _ Tp UBE _ E ] C 1 2 Dependenta cu temperatura a curentului de iesire se elimina complet cu schema de principiu prezentata in continuare (stabilizatoarele din seria 7900): Generatorul de curent polarizeaza baza tranzistorului T2. Curentul de emitor al acestui tranzistor se are doua componente (curentii de polarizare ai tranzistoarelor T1 (si prinrezistenta B) si TE. Cand curentul absorbit de generatorul comandat este nul tranzistorul T1 este blocat, intregul curent al lui T2 contribuie la curentul o. esizarea curentului maxim prin rezistenta sc comanda cresterea curentului. Ca urmare are loc o diminuare a curentului de baza al tranzistorului TE prin doua efecte: cresterea curentului prin B limitarea curentului prin tranzistorul T1 (o parte din curentul va fi deturnat de T1) Prin urmare se va atinge o valoare limita maxima a curentului de polarizare a tranzistorului regulator si implicit a curentului de iesire.

27 Controlul ariei de functionare sigura (afe Operating Area) Puterea consumata de circuitul de stabilizare este foarte mica in comparatie cu puterea disipata de elementul de stabilizare. Planul caracteristicii c(uce) al elementului de reglare este aproximativ identic cu planul caracteristicii o(ui-uo) al stabilizatorului. Limita de putere a capsulei imparte acest plan prin hiperbola 0 PD max U U 0 Cu cat punctul static de functionare al tranzistorului serie este in aria de sub curba PDmax cu atat mai mult capsula tranzistorul este capabila sa elimine caldura produsa prin disipatia de putere interna. De obicei aceasta zona contine si zona de siguranta a tranzistorului (OA). A proteja tranzistorul la depasirea puterii interne disipate maxime admise revine la a asigura functionarea acestuia in aria de functionare sigura. Constructia circuitelor care indeplinesc aceasta functie se bazeaza pe o schema de protectie la supra curent,care au fost descrise. Cand tensiunea intrare- iesire depaseste valoarea UzUbe prin rezistentele 1, 2 incepe sa circula un curent care reduce caderea de tensiune care este necesara pe rezistenta sc, de a deschide tranzistorul de protectie Tp. Ca urmare curentul maxim furnizat de stabilizator se reduce si implicit si puterea interna disipata de elementul de reglare serie. 1 2 C [ UBE _ Tp ( Ur UDZ U0)] C 1 2

28 O alta varianta de schema de protectie care nu utilizeaza tranzistorul din protectie de supracurent este prezentata in continuare. Tranzistorul T1 in functionarea corecta este blocat. n momentul in care tensiunea diferentiala intrare iessire depaseste valoarea UdzUbe tranzistorul se descide blocand elementul de reglare. Aceste scheme prezinta cateva deficiente dintre care specificam urmatoarele: scaderea cu temperatura a curentului maxim de la iesire care poate fi furnizat posibilitatea producerii unor fenomene de agatare in caz de scurt circuit la iesire (tensiunea de iesire devine zero, tranzistorul TE se satureaza puternic iar circuitul stbilizator nu ii asigura o cale rezistiva de a elimina sarcina stocata in baza sa) neutilizarea eficienta a performantelor capsulei tranzistorului de reglare serie (aria cuprinsa intre 1 si curba PDmax reprezinta un procent semnificativ din aria de siguranta) Aceste deficiente pot fi inlaturate cu schema din figura urmatoare: e remarca prezenta prezenta protectiei la supracurent care asigura o invarianta a curentului de iesire in functie de temperatura. deea consta in utilizarea unui tranzistor compus, format din doua tranzistoare T1, T2, intre care raportul ariilor emitoarelor este in raport de 9:1. La o diferenta de tensiune diferentiala intrare iesire mai mica decat 2UdzUbe cele doua tranzistoare sunt saturate, functionarea limitatorului de curent fiind identica cu

29 metoda prezentata anterior.cand Ui U0 > 2UDZ U BE un curent DZ proportional cu depasirea va circula prin rezistenta 4, ceea ce va produce o diminuare a curentului de colector al tranzistorului T1. Aceasta diminuare se produce dupa o lege neliniara si are ca efect apropierea de deschidere a tensiunii UBE a tranzistorului Tp. n consecinta aceasta lege neliniara, asociata cu caracteristica o(ui-uo) aproximeaza foarte bine caracteristica lui PDmax. Fenomenele de agatare dispar deoarece la disparitia scurt circuitului de la iesire comutatorul se satureaza. Protectia stabilizatoarelor la supratensiune n unele situatii tensiuna de iesire a stabilizatorului poate avea valori care depasesc valoarea maxima admisa, cu consecinte dezastruase pentru sarcina. Cele mai frecvente cauze care pot produce o crestere atensiunii de iesire sunt: scurtcircuitarea elementului de reglare defectarea referintei de tensiune a carei valoare poate lua valoarea tensiunii de intrare defectarea unor componente din circuitul de reactie negativa Protectia la supratensiune se bazeaza pe ipoteza ca stabilizatorul are protectie la supracurent realizata cu siguranta ultrarapida sau cu o schema electronica care actioneaza asupra elementului de reglare. Metoda consta in realizarea unui scurt pe iesirea sau intrarea (in cazul protectiei cu siguranta) stabilizatorului. Componenta electronica utilizata pentru a genera supra-curentul este tiristorul sau triacul. Metodele sunt prezentate in continuare. Protectia cu fuzibil pe intrare si iesire (protectie Crow-bar) Aceasta metoda este cea mai des utiliza si consta in dintr-un ansamblu compus din siguranta, element de scurcircuitare, detector de supratensiune. Metoda se poate implementa in doua variante ; Figura Protectie la supra-tensiune cu fuzibil pe intrare Figura Protectie la supra-tensiune cu fuzibil pe intrare mplementarea electronica a detectorului de supratensiune si a protectiei Daca U > U DZ atunci tiristorul se va deschide (tens. aprox 1,2V ). Acest lucru va conduce fie la arderea sigurantei fie la intrarea in functiune a protectiei de scurtcircuit a stabilizatorului, caz in care tensiunea de iesire se va reduce la aproximativ 1.2V intr-un timp de 1 2 µ sec.

30 ub aceasta structura aceasta protectie nu este recomandata datorita faptului ca schema asigura un curent mic de poarta pentru tiristor scazand capacitatea acestuia de a suporta variatia d/dt, cauzand distrugerea sa. e recomanda utilizarea unui amplificator de eroare pentru comanda tiristorului. olutii: mplementare cu amplificator realizat cu un trazistor mplementare cu amplificator diferential realizat cu componente discrete mplementare cu circuitul integrat, stabilizator de tensiune LM723 mplementarea cu circuite specializate

31 Pentru anumite scheme de comanda a stabilizatoarelor (in special in aplicatiile industriale la care blocul de reglare este realizat cu microcontroler) se pot utiliza circuite specializate, spre exemplu MC34064, MC34164 produse de firma MOTOOLA, a carui structura este prezentata in figura urmatoare Circuitul are in structura sa un sesizor de supratensiune (realizat cu un divizor rezistiv), o referinta de tensiune de 1.2V si un comparator de tensiune cu histerezis care indeplineste si functia de monostabil (furnizeaza un singur impuls pozitiv), circuitul furnizand la iesire un impuls de reset Protectia la supratensiune si la inversarea tensiunii de alimentare Principalele metode de protectie la inversarea polaritatii tensiunii de alimentare consta din utilizare unui transistor MO (metoda dedistructiva) sau a unei diode polarizata polarizata invers (metoda care presupune exsistenta unei protectii la supracurent sau a unei sigurante in circuitul de alimentare)

32 Metodele de protectie prezentate se pot identifica usor pentru stabilizatoarele din seria 7800 si 7900 ale caror scheme de principiu sunt prezentate in continuare

33