Wirtschaftlicher Stabilisator mit Schutzsystem. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Spannungsstabilisatoren mit fallender Charakteristik des Schutzsystems verfügen über die Fähigkeit, nach Beseitigung der Überlastursache automatisch in den Spannungsstabilisierungsmodus zurückzukehren; im Lastschließmodus wird am Steuerelement relativ wenig Leistung verbraucht.

Ein solcher Stabilisator enthält normalerweise eine Referenzspannungsquelle, einen Differenzverstärker, ein Schutzsystem und ein Regelelement auf einem Verbundtransistor. Das Schutzsystem umfasst eine Laststrombegrenzungseinrichtung und eine Schaltung mit einer parallel zum Steuerelement geschalteten Zenerdiode. Diese Schaltung bildet den fallenden Abschnitt der Lastkennlinie. Der Laststrombegrenzer basiert auf einem Strommesswiderstand, der zwischen Basis und Emitter des Transistors geschaltet ist und die Emitterverbindungen des Steuerelements überbrückt.

Der Nachteil dieser Stabilisatoren ist der erhebliche Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung, der für den normalen Betrieb des Geräts erforderlich ist. Sie besteht aus dem Spannungsabfall an der Stromquelle im Kollektorkreis des Differenzverstärkers und den Emitterverbindungen des Verbundtransistors des Steuerelements und beträgt etwa 3 V. Ein so großer Wert ermöglicht keine hohe Effizienz des Geräts. insbesondere bei niedriger Ausgangsspannung. Beispielsweise hat ein 5-Volt-Stabilisator, der nach einer ähnlichen Schaltung hergestellt wird, einen Wirkungsgrad von etwa 60 %.

Der Spannungsabfall am Stabilisator kann auf 1... 1,5 V reduziert werden, wenn in der Stromquelle im Kollektorkreis des Differenzverstärkers ein Germaniumtransistor und im Steuerelement ein Verbundtransistor mit zusätzlicher Symmetrie verwendet wird.

Der Wirkungsgrad des Stabilisators kann durch seinen Aufbau nach der „Low Loss Voltage“-Schaltung weiter gesteigert werden. Der zusammengesetzte Regeltransistor muss hier in einem Stromkreis mit gemeinsamem Emitter zur Last geschaltet sein, daher wird zur Ansteuerung des Regelelements der invertierende Ausgang des Differenzverstärkers verwendet. In diesem Fall ist keine Stromquelle erforderlich, da der Kollektorstrom von diesem Ausgang des Differenzverstärkers direkt als Basisstrom des Verbundtransistors des Steuerelements dient. Die für den normalen Betrieb des Stabilisators ausreichende Mindestdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung entspricht dem Spannungsabfall am Strommesswiderstand plus der Sättigungsspannung des Ausgangstransistors und überschreitet 1 V nicht.

Es gibt nur eine Möglichkeit, die Spannungsverluste am Stabilisator weiter zu reduzieren – durch Reduzierung des Spannungsabfalls am Strommesswiderstand. Diese Funktion ist in einem Stabilisator implementiert, dessen Diagramm in Abb. 1 dargestellt ist.

(zum Vergrößern klicken)

Der Widerstand R2 des Schutzgeräts ist mit der Stromquellenschaltung verbunden, die auf dem Feldeffekttransistor VT2 basiert. Der maximale Ausgangsstrom Imax des Stabilisators wird durch den Ausdruck Imax ~ (0,6-UR2)/R1 bestimmt, wobei UR2 der Spannungsabfall am Widerstand R2 ist.

Durch Auswahl des Widerstands R3 wird der Strom durch Widerstand R2 auf 1 mA eingestellt. Somit beträgt der maximale Spannungsabfall am Widerstand R1 etwa 0,2 V.

Die wichtigsten technischen Eigenschaften des Stabilisators:

• Stabilisierungsfaktor......500
• Ausgangsimpedanz, Ohm......0,5
• Maximaler Laststrom, mA.......100
• Eingangsspannung, V.......9,3...15
• Ausgangsspannung, V....... 9
• Ripple-Unterdrückungskoeffizient, dB.......55
• Wirkungsgrad bei einer Eingangsspannung von 9,3 V, %.......93

Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung, %/°C ~ -0,35 Die Art der Belastungscharakteristik des Stabilisators bei verschiedenen Werten der Eingangsspannung ist in Abb. 2 dargestellt.

Ris.2

Die Grenzen zur Änderung der Eingangsspannung können durch den Einsatz einer Zenerdiode VD2 mit höherer Stabilisierungsspannung nach oben erweitert werden. In diesem Fall ändert sich jedoch die Belastungscharakteristik etwas.

Der Stabilisator hat eine gewisse Vielseitigkeit. Die Ausgangsspannung kann durch Auswahl des Widerstands R6 im Bereich von Uo6p+(2…3) V bis zur maximal zulässigen Spannung Uke der verwendeten Transistoren (Urev – Referenzspannung) verändert werden. Diese 2...3 V sind für den Betrieb der am Transistor VT2 gesammelten Stromquelle erforderlich. Durch die Auswahl der Elemente VD2 und R7 wird die gewünschte Form der Belastungskennlinie erreicht. Der maximale Laststrom wird durch Auswahl des Widerstands R1 eingestellt. Ohne Änderungen kann der Stabilisator mit einem Laststrom von bis zu 1 A arbeiten. Bei einem noch höheren Strom sollte der zusammengesetzte Steuertransistor nicht mehr doppelt, sondern dreifach sein – Sie müssen einen noch leistungsstärkeren Transistor hinzufügen.

Der Stabilisator kann auch andere Siliziumtransistoren mit geringer Leistung und entsprechender Struktur verwenden, die für die Spannung geeignet sind. Der KT814A-Transistor kann auch durch einen anderen, eine PNN-Struktur, ersetzt werden, der für die entsprechende Verlustleistung ausgelegt ist. Es sollten Transistoren mit niedriger Sättigungsspannung verwendet werden.

Der beschriebene Stabilisator kann für den Einsatz in Geräten empfohlen werden, bei denen die Anforderungen an die Stabilität der Ausgangsspannung mäßig sind und die Hauptfaktoren ein hoher Wirkungsgrad und das Vorhandensein eines Schutzes gegen Überlastungen und Kurzschlüsse in der Last mit automatischer Rückkehr in den Betriebsmodus nach Beseitigung der Überlastung sind .

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