Zasilacz do odbiorników tranzystorowych małej mocy

[AZ12]

Witam

Ostatnio wpadłem na koncepcję zasilacza do odbiorników tranzystorowych typu Koliber, Dana, Monika. Można go też zastosować zamiast baterii 9V do zasilania efektów gitarowych. Stabilizator liniowy LDO zbudowany jest w oparciu o wzmacniacz operacyjny pracujący jako komparator napięcia i układ TL431 jako źródło napięcia odniesienia. Napięcie wyjściowe reguluje się tutaj dobierając rezystor R3. Zamiast tranzystora 2N2219 można zastosować BC211 (ja zastosowałem BC635).

[marek10]

Poco tak komplikować sobie życie, prościej i taniej LM317.

[Janusz]

741 w tym układzie nie jest najszczęśliwszym wyborem. Występuje zbyt mała różnica między dodatnim napięciem zasilania a napięciem panującym na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego. Lepszym byłby TL 081, LF 355 albo podobne.
Równie dobrze jednak można zastosować zamiast tego bądź co bądź rozbudowanego układu, klasyczny stabilizator parametryczny, podstawiając zamiast diody Zenera TL 431, który będzie miał dzielnik końcówki napięcia odniesienia podłączony do wyjścia stabilizatora.
Kosztem utraty 0,7V ale czy akurat w zasilaczu sieciowym warto bić się o każde pół wolta?

[AZ12]

Witam

Układ został pierwotnie zaprojektowany jako regulator prędkości obrotowej wentylatora prądu stałego małej mocy. Wykorzystałem tutaj elementy znalezione w gospodarstwie domowym, niemalże "śmieciowe". Ciekawe, co Romekd sądzi o tym układzie.

[Romekd]

Witam.

Ciekawe, co Romekd sądzi o tym układzie.

Moim zdaniem układ zaprojektowany został całkiem poprawnie. Napięcia wejść i napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego μA741 mieszczą się zakresie napięć dopuszczalnych. Za drobną wadę można uznać brak zabezpieczenia przeciwzwarciowego, ale produkowane na tych samych transformatorkach w latach mojej młodości wtyczkowe zasilacze ZS 0,2/6/1, ZS 0,15/7,5/1 oraz ZS 0,15/9/2 również go nie posiadały, za to miały bez porównania gorsze parametry techniczne (niska dokładność stabilizacji, stosunkowo wysoki poziom tętnień na wyjściu.itp.), a mimo wszystko dawały radę.

http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2512531.html
http://obrazki.elektroda.pl/6607114400_1362177885.jpg
http://obrazki.elektroda.pl/6041362100_1362184870.jpg

Teraz dysponując tanimi precyzyjnymi wzmacniaczami operacyjnymi i ultraprecyzyjnymi źródłami napięć odniesienia, możemy wykonać układ o parametrach, jakie wtedy nam się nawet nie marzyły.
Napięcia na elementach układu są w porządku. Masą w tym rozwiązaniu jest dodatnie wyjście zasilacza i to względem niego mierzone i regulowane są wszystkie napięcia.

stab_A.png

Jeżeli zasilacz miałby być używany do zasilania odbiorników radiowych z zakresem fal długich i średnich, to warto byłoby zbocznikować diody w mostku prostowniczym kondensatorami ceramicznymi o pojemności 22...47 nF, by diody podczas komutacji nie generowały zakłóceń i by nie występowała na nich pasożytnicza modulacja zakłóceń przychodzących z zewnątrz (w polskich zasilaczach serii ZS 0,2 i ZS 0,15, z czasów PRL-u, diody były "ekonomicznie" blokowane dwoma kondensatorami ceramicznymi o pojemności 22 nF).

Pozdrawiam,
Romek

[zjawisko]

To dość nieprzewidywalne i mocno zależne od użytych elementów; ale można spróbować dobrać rezystor w bazie tranzystora, aby przy określonym prądzie spadek napięcia na nim był tak duży, że WO wejdzie w stan nasycenia i nie będzie w stanie silniej wysterować tranzystora co w efekcie da ograniczenie prądu. Mocno teoretycznie zakładając, że minimalne napięcie wyjściowe WO to -3V a β tranzystora wykonawczego wynosi 50 to dla R4=1k maksymalny prąd wyjściowy powinien być rzędu 0,29A. Co nie zmienia faktu, że dłuższe zwarcie najzwyczajniej w świecie zagotuje tranzystor. Stos diodowy BAP812 można zastąpić diodą elektroluminescencyjną, która będzie świecić tym intensywniej, im silniejsze będzie obciążenie zasilacza.

(w polskich zasilaczach serii ZS 0,2 i ZS 0,15, z czasów PRL-u, diody były "ekonomicznie" blokowane dwoma kondensatorami ceramicznymi o pojemności 22 nF).

Albo i jeszcze bardziej "ekonomicznie" nie były blokowane wcale. Mam ZS 0,15/9/2 datowany na listopad '77, który tych kondensatorów nie posiada (ale miejsce na płytce jest). Posiada za to bezpiecznik po stronie sieci i nietypowy transformator - TS2/10. Najprawdopodobniej dopiero nieco później w tym miejscu pojawił się TS2/15.

Kalkulatorom ta "ekonomia" nie przeszkadza, ale radia grymaszą...

Nawiasem - była też odmiana tych zasilaczy, która stabilizowała prąd.

[AZ12]

Witam ponownie.

Precyzyjne ograniczenie prądu można zrobić wykorzystując podwójny wzmacniacz operacyjny z wejściami rail to rail np: LM358 i rezystor do pomiaru prądu.

[Janusz]

Jeżeli spojrzeć do noty katalogowej 741, to dla większości producentów zakres wspólnych napięć wejściowych jest mniejszy od 2V do 3V od napięcia zasilania, przy zasilaniu +/- 15V. I tym się sugerowałem pisząc o zbyt małej różnicy pomiędzy dodatnim napięciem zasilania, a napięciu panującym w opisywanym układzie na wejściu odwracających, przyjmując, że w normalnym stanie pracy WO napięcia na obu wejściach praktycznie są sobie równe.

[Romekd]

Jeżeli spojrzeć do noty katalogowej 741, to dla większości producentów zakres wspólnych napięć wejściowych jest mniejszy od 2V do 3V od napięcia zasilania, przy zasilaniu +/- 15V.

Janusz, patrząc na wewnętrzną architekturę układu μA741 możemy zauważyć, że ważniejsze jest zachowanie bezpiecznego "marginesu" napięć wejściowych w stosunku do ujemnego napięcie zasilania, niż do napięcia dodatniego. Na wejściach znajdują się tranzystory npn z kolektorami zasilanymi przez diodę, utworzoną przez tranzystor pnp, w którym zwarte są wyprowadzenia bazy i kolektora. Poniżej zamieszczam schemat μA741 z noty katalogowej firmy Texas Instruments:

arch_uA741.png

Do identycznych wniosków prowadzi zamieszczona w nocie katalogowej typowa aplikacja tego wzmacniacza operacyjnego:

typowa_ aplikacja.png

Jeśli się nie mylę, to sugeruje ona, że napięcia wejściowe muszą być wyższe o 2 V w stosunku do ujemnego napięcia zasilania i niższe o co najmniej 0,5 V od dodatniego napięcia zasilania układu.

Pozdrawiam,
Romek

[AZ12]

Jeśli się nie mylę, to sugeruje ona, że napięcia wejściowe muszą być wyższe o 2 V w stosunku do ujemnego napięcia zasilania i niższe o co najmniej 0,5 V od dodatniego napięcia zasilania układu.

Pozdrawiam,
Romek

Można więc zastosować stabilizator napięcia typu LM385 1,2 jako źródło napięcia odniesienia, jednak jest on rzadziej stosowany w porównaniu do TL431.

[Tomek Janiszewski]

Zdecydowanie prościej, a przy tym epokowo można było zrobić stabilizator na tranzystorach. Gdy dopuści się użycie tranzystorów obydwu polaryzacji (np. AD365 + BF504; jak się ten ostatni nie podoba to oczywiście i BF520, BC527, BC108 etc. może być) otrzyma się stabilizator odporny na zwarcia (której to cechy brakuje układowi tematycznemu), a przy tym low dropout. Schemacik prosty aż do bólu (i sprawdzony osobiście w wielu wykonaniach!), podczas gdy angażowanie do tego celu wzmacniacza operacyjnego, po to tylko aby otrzymać urządzenie o miernych walorach trąci prymitywizmem technicznym. Obwieszanie wzmacniacza operacyjnego dodatkowym stopniem wzmacniającym napięcie (tutaj tranzystorem regulacyjnym) trąci mi ciężkimi do przezwyciężenia problemami z zachowaniem stabilności. Już nie mówiąc o tym że ujemny swing na wyjściu wzmacniacza 741 wynosi ok. 1V (pod tym względem lepszy byłby LM358 gdzie swing sięga zera) co uniemożliwi poprawną pracę tranzystora T1 (trzeba by zasilać jego bazę przez dzielnik oporowy).

drop.png

Tytułem uzupełnienia: rezystor R3 należy dobrać ze względu na maksymalny prąd obciążenia, powyżej którego następuje wyłączenie stabilizatora (jest on równy h21E1*(Uout-3*Uf)/R3 gdzie h21E1 - wzmocnienie prądowe tranzystora T1), Uf -napięcie progowe diod krzemowych D1-D3), rezystor R1 zaś - ze względu na prąd zwarcia (wynosi on h21E1*h21E2*Uin/R1 ). Napięcie wyjściowe dobiera się poprzez dobór diody Zenera D1 (jest ono wyższe o dwa napięcia złączowe diod krzemowych od napięcia diody Zenera), można też dołączyć dodatkowe diody krzemowe w kierunku przewodzenia z diodami D3-D4 albo zastąpić te dwie diody diodą Zenera włączoną w kierunku zaporowym. Niewielką zmianę napięcia wyjściowego można uzyskać poprzez dobór rezystora R2 i tym samym prądu diody Zenera. Przy niskich napięciach wyjściowych należy zastąpić diodę Zenera D1 łańcuchem zwykłych diod krzemowych włączonych w kierunku przewodzenia (ich minimalna liczba wynosi 2, i wówczas uzyskuje się napięcie nieco poniżej 3V). Stabilizator działa poprawnie pod warunkiem że różnica napięć między wejściem a wyjściem przewyższa napięcie nasycenia tranzystora regulacyjnego T1, a więc w okolicach 100mV - rezultat nie do osiągnięcia w podręcznikowych stabilizatorach wtórnikowych.
Można rozbudować powyższy układ, np. zastępując diodę Zenera tranzystorowym wzmacniaczem błędu (zawierającym w najprostszym przypadku jeden tranzystor z diodą Zenera w emiterze oraz dzielnikiem napięcia w bazie) co pozwoli znacząco zmniejszyć oporność wewnętrzną stabilizatora oraz uzyskać możliwość płynnej regulacji napięcia, jednak już w przedstawionej podstawowej wersji ma parametry wystarczająco dobre w większości zastosowań, wykazując przy tym niskie minimalne napięcie różnicowe. Jedyną jego wadą jest mało precyzyjne określenie maksymalnego prądu obciążenia (jest on proporcjonalny do bety tranzystora T1), wskazane jest zatem aby ten tranzystor miał kilkakrotny zapas obciążalności prądowej. AD365 na potrzeby "Kolibra" w zupełności wystarczy

[AZ12]

Witam ponownie

Tegu typu układy mogą charakteryzować się znaczną zależnością napięcia wyjściowego w zależności od temperatury otoczenia. W niektórych zastosowaniach jest potrzebna znaczna precyzja napięcia wyjściowego np: urządzenia pomiarowe, żarzenie lamp elektronowych typu ECC83, EF86, itp.

Spróbuję go w najbliższym czasie go przetestować zużyciem popularnych tranzystorów krzemowych niekoszernych np: BC547, BD136, BD240 itp. Przy dzisiejszej cenie wzmacniaczy operacyjnych uważałbym ten układ za dinozaur.

[Tomek Janiszewski]

Praktycznie wszystkie prezentowane na tym forum układy są dinozaurami. Na czele z lampowymi
A jeśli tak obawiasz się o stabilność temperaturową napięcia - zastąp diodę Zenera D1 róznicowym wzmacniaczem błędu (na dwóch tranzystorach npn) ze scalonym źródłem napięcia odniesienia (np. 1,2V lub 2,5V). Wtedy mucha nie siądzie. Zważ przy tym że niebezpieczeństwo zagotowania T1 jest tutaj nieduże, dzięki podciętej (foldback) charakterystyce wyjściowej.
Przykład praktycznego zastosowania proponowanego układu (i to w najprostszej, dwutranzystorowej wersji) - to ten oto wzmacniaczyk:
viewtopic.php?f=18&t=14675&hilit=lamina ... 15#p168762
gdzie stabilizator (dwa tranzystorki chowające się pod pytą kabli z lewego złącza) dostarcza napięcia odniesienia dla stopni wstępnych obu kanałów (dzięki powyższemu uzyskuje się symetryczny rozkład napięć na tranzystorach końcowych przy znacznych zmianach napięcia zasilającego, co nie byłoby możliwe przy polaryzacji wejściowego tranzystora z dzielnika napięcia), przede wszystkim jednak zasila amplituner stereo
viewtopic.php?f=8&t=16816&p=192413&hili ... ki#p192413
pobierający z górą kilkanaście mA, toteż BC178 wystarczył do tego celu w zupełności.
Całość zaś znalazła zastosowanie tam gdzie wahania temperatury sięgają od minus kilkunastu stopni a nawet niżej, do przeszło 30 stopni. I w każdym z w/w przypadków działało:
http://forum.mazury.info.pl/viewtopic.p ... nie#109803

[AZ12]

I jeszcze jedną wadą jest potencjał dodatni na obudowie tranzystora mocy stabilizatora, trzeba więc stosować izolowany radiator, podkładki mikowe, tranzystory w izolowanych obudowach. Zwiększa to rezystancję termiczną. Nie ma to jednak większego znaczenia w układach małej mocy.

[Tomek Janiszewski]

W konfiguracji wtórnikowej stabilizatora zawsze masz na kolektorze tranzystora jakiś potencjał względem masy. Gdy zaś przenicujesz mój schemat na tranzystory o przeciwnym typie polaryzacji (oczywiście, nie ma przymusu stosowania germanowego tranzystora regulacyjnego npn np. AD161, krzemowy pod względem napięcia nasycenia kolektor - emiter ustępuje mu tylko nieznacznie) będziesz miał minus zasilania i kolektor na masie. Tylko prostownik nie będzie miał wówczas połączenia z masą, co zresztą dotyczy i Twojego układu.