Lineaarne pingestabilisaator: erinevus redaktsioonide vahel

P
pisitoimetamine using AWB
(viitetõrgete eemaldamine)
P (pisitoimetamine using AWB)
Stabilitronil ehk Zeneri dioodil põhinevaid rööppingestabilisaatoreid tuntakse ka parameetriliste stabilisaatoreina. Nimelt põhineb nende pinget stabiliseeriv ehk püsistav toime sellel, et stabilitroni üks põhiparameetreid ‒ diferentsiaalne ehk dünaamiline takistus ‒ on palju väiksem tema staatilisest takistusest. (Diferentsiaalne on selline takistus, mida stabilitron avaldab teda läbiva voolu muutustele, staatiline ‒ takistus püsivale voolule.)
 
Stabilitroni (''V<sub>Z</sub>)'' sisendpinge (skeemil ''U<sub>e</sub>'') valitakse 1,5–2,0 korda vajalikust väljundpingest (''U<sub>a</sub>'') suurem. Eeltakisti ''R<sub>v</sub>'' takistus võetakse selline, et stabilitroni tööpunkt asuks läbilöögipiirkonnas, ent vool ei ületaks suurimale lubatud hajuvõimsusele vastavat väärtust.
 
Niisugust lülitust kasutatakse nõrga vooluga (kuni mõnikümmend milliamprit) ahelate toitepinge püsistamiseks, peamiselt aga tugipinge allikana keerukama skeemiga stabilisaatorites.
=== Kollektorkoormusega stabilisaator ===
[[Pilt:skeem3.png|pisi|Kollektorkoormusega stabilisaator]]
Kollektorkoormusega stabilisaatorite silutegur ''q'' jääb vahemikku 200–300, mis on paljude elektroonikalülituste jaoks piisav. Väljundtakistus'' R<sub>v</sub>''<sub> </sub>= 0,2–0,5 Ω, kuid kui reguleerelement koostada erijuhtivustüübiga transistoridest, siis u. 10 korda väiksem. Seda lülitust iseloomustab väga hea enesekaitsetoime liigkoormuse ja väljundi lühise korral.<ref name="lFzTX" />
 
'''Tööpõhimõte:''' Normaalkoormusel läbib takistit R<sub>3</sub> transistori Q<sub>2</sub> emittervool ja stabilitroni D<sub>1</sub> vool. Kui väljundpinge langeb ''ΔU<sub>v</sub>''<sub> </sub>võrra, siis samavõrra väheneb ka Q<sub>2</sub> emitterpotentsiaal, sest pinge stabilitronil jääb tema väikese diferentsiaaltakistuse tõttu muutumatuks. Võimendustransistori Q<sub>2</sub> baasipinge aga langeb vähem, nimelt ΔU<sub>v</sub>*R<sub>2</sub>/(R<sub>1</sub>+R<sub>2</sub>) võrra. Seetõttu väljundpinge vähenemisel võimendustransistori baasipinge ''U<sub>BE</sub>''<sub> </sub>suureneb, vastavalt suureneb ka tema kollektorivool ning reguleertransistori baasivool, järelikult reguleerelemendi Q<sub>1</sub> takistus väheneb, kompenseerides väljundpinge languse.<ref name="NgzD7" />
 
'''Kaitsemehhanism:''' kui koormusvool ületab lubatava väärtuse ''I<sub>vmax</sub>'', siis stabilisaatori väljundpinge väheneb, samuti väheneb stabilitroni vool ning diferentsiaaltakistus kasvab. Pinge edasisel alanemisel lakkab stabilitroni vool täiesti ehk viimane sulgub, mis on samaväärne ahela katkemisega. Nüüd väljundpinge langedes pinge võimendustransistori Q<sub>2</sub> baasil väheneb; järelikult väheneb ka reguleertransistori baasivool ja pingelang reguleerelemendil suureneb; seetõttu langeb väljundpinge veelgi, kuni reguleertransistor sulgub täiesti.
==Püsivooluallikaga pingestabilisaator==
[[Pilt:Püsivooluallikaga pingestabilisaator.png|pisi|Püsivooluallikaga pingestabilisaator]]
Stabilitroniga lülituse stabiliseerimis- ja silutegurit saab umbes 10-kordselt suurendada, kui hoida stabilitroni vool püsivana, asendades eeltakisti R<sub>v</sub> püsivooluallikaga (Q<sub>1,</sub> D<sub>1, </sub>R<sub>1</sub> ja R<sub>2</sub>). Madala tugipinge vajadusel võib asendada stabilitronid päripingestatavate ränidioodidega. Ühe dioodi stabiliseerimispinge on vahemikus 0,5–0,7 V. Neid järjestikku ühendades, liituvad nende stabiliseerimispinged; ühtlasi liituvad ka nende diferentsiaaltakistused. Sellise püsivooluallikast toituva tugipingeallika stabiliseerimistegur on 200–300, seega näiteks toitepinge muutmisel vahemikus 1,5–9 V muutub pinge dioodil D<sub>2 </sub>2–3 %.<ref name="ADSep" /><br /><br /><br /><br />
 
'''Kahe vastassuunalise püsivooluallikaga pingestabilisaator'''
[[Pilt:skeem2.png|pisi|Kahe vastandpolaarse tugipinge U<sub>v1</sub>, U<sub>v2</sub> allikas]]
Liites kokku kaks vastassuunalist püsivooluallikat, mis vastastikku dioodide D1, D2 voole stabiliseerivad, saame kahe väljundiga (''+Uv, -Uv'') pingestabilisaatori, mille stabiliseerimistegur küünib 10 000-ni. Takisti R3 kompenseerib dioodide D1, D2 läbiva voolu suurenemist transistoride pinge Uce kasvamisel.<ref name="ADSep" /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br /><br />
 
==Vastusideahelaga jadastabilisaator==
[[Pilt:Voltage stabiliser OA, IEC symbols.svg|pisi|Vastusidega pingestabilisaator]]
Eelvaadeldud lülituse stabiliseerimisvõimet ja kasutegurit saab märksa parandada, kui rakendada lülituses vastusidet, s.t negatiivset [[tagasiside]]t. Selleks tuleb lisada väljundpinge jagur ja sellelt saadavat pinget võimendav element (skeemil on pingejaguriks R<sub>1</sub>R<sub>2</sub>R<sub>3</sub> ja võimenduselemendiks [[operatsioonvõimendi]] OA). Niiviisi saadakse automaatreguleerimissüsteem, mis võrdleb väljundpinge osa tugipingega. Kui väljundpinge muutub nimiväärtusest erinevaks, muutub ka pinge, mis rakendub võimenduselemendile; selle poolt võimendatud vastusidesignaal tüürib reguleerelemendil (Q) tekkivat pingelangu sellises suunas, et väljundpingemuutus väheneb.
 
Vaadeldaval skeemil on pingejaguri ahelas takisti R2, mis võimaldab teatud piires valida väljundpinge väärtust. Ühe kindla väljundpingega stabilisaatoris see takisti puudub.
 
Stabilisaatori koormusvool ulatub enamasti ampritesse. See vool läbib ka reguleerelementi, millena kasutatakse siis ühe võimsustransistori asemel kahest või kolmest transistorist moodustatud liittransistori.<br />
<br />
 
==Pingestabilisaatorite liigkoormuskaitse<ref name="LQHkV" />==
Jadastabilisaatori liigkoormamisel kasvab reguleerelemendil eralduv võimsus ja temale rakenduv pinge (olles lühise korral võrdne sisendpingega), mille tagajärjeks on reguleertransistori soojuslik või elektriline läbilöök.<br /><br />
 
'''Piiramistakisti'''
Alaldi ja stabilisaatori vahele ühendatakse takisti R<sub>p</sub>, mille takistus peab olema nii suur, et isegi väljundi lühise korral reguleertransistoril eralduv võimsus ei ületaks lubatavat väärtust:
 
<math>R_p\ge\frac{U_0}{0,7P_cmax}-R_ia</math><br />kus ''U<sub>0</sub>'' on alaldi väljundpinge voltides, ''P<sub>cmax</sub>'' transistori suurim lubatav hajuv võimsus ja ''R<sub>ia</sub>'' alaldi sisetakistus oomides. <br />
 
'''Üledimensioneerimine'''<br />
 
'''Sulavkaitse'''<br />Kiirsulav kaitse (tüübitähisega F) ühendatakse toiteallika ja stabilisaatori vahele. Selle parameetrite leidmisel leitakse kõige pealt, pingestabilisaatori väljundi lühise korral, reguleertransistorit läbiv vool. Kui selle tõttu ületatakse transistori suurim lubatav hajuv võimsus, tuleb toiteallika ja stabilisaatori vahele ühendada piiramistakisti.
[[FilePilt:Skeem4.PNG|pisi|350px|Transistoriga kaitselülitus]]
'''Transistoriga kaitselülitus'''
 
Lihtsaimas lülituses kasutatakse stabilisaatori väljundahelas jadatakistist R<sub>1</sub> ja sellega rööbiti olevat kaitsetransistori Q<sub>3,</sub> mille kollektori-baasi vahemik sildab reguleertransistori Q1 baasiahelat. Jadatakisti on üldiselt madalaoomiline ja valitakse selline, et stabilisaatori nimikoormusel oleks kaitsetransistor suletud ega mõjutaks stabilisaatori tööd. Kui koormusvool ületab teatud piiri, kasvab pingelang jadatakistil R<sub>1</sub> väärtuseni, mis vastab võimendusrežiimis transistori normaalse baasipingeni (0,6–0,7 V Si- ja 0,15–0,25 V Ge-kaitsetransistori korral). Transistor VT3 avaneb ja reguleertransistor Q<sub>1</sub> sulgub, kuna selle emitter ja baas omavad sama potentsiaali.
 
[[FilePilt:Power supply with linear voltage regulator.svg|pisi|Kiipstabilisaatoriga toiteallikas]]
 
==Integraalstabilisaatorid==
Eelvaadeldud automaatreguleerimise põhimõttel töötavad ka integraalülitusena (kiibina) valmistatud lineaarstabilisaatoreid. Need on senivaadelduist märksa keerukama skeemiga, sisaldades muuhulgas ka vooluahelaid, mis kaitsevad lülitust ülekoormuse ja väljundi lühise eest.
 
Ühe kindla väljundpingega kiibil on toiteallika [[trükkplaat|trükkplaadile]] ühendamiseks kolm kontaktviiku (skeemil IN, OUT, GND). Kiibi ette ja järele on vaja ühendada kondensaatorid, mille peamine ülesanne on ära hoida parasiitvõnkumisi, mis võivad kaasneda koormuse järsu muutumisega. Nende kondensaatorite minimaalselt vajalik mahtuvus leidub iga stabilisaatoritüübi andmestikus.
TO-220 kesta sisse integreeritud stabilisaatorid omavad nimivoolu väärtusi 100 mA ja 500 mA, kuid kõige levinumad on 1 A, lubatud koormusvooluga ja fikseeritud väljundpingega stabilisaatorid.
Nimivoolu ületavate lülituste jaoks on komponentide andmelehtedes ära toodud vastavad skeemid. Nendes kasutatakse võimsustransistore, mis asetsevad koormuse suhtes jadamisi toimides vooluventiilidena. Sisendvool jaguneb nendes lülitustes kaheks – osa liigub läbi stabilisaatori, ülejäänud läbib võimsustransistori. Takisti R<sub>1</sub> väärtusest oleneb, voolu jagunemine. Kui viimast läbib suurenev vool, tõuseb pingelang takistil, mille tõttu hakkab võimsustransistor voolu juhtima.<ref name="aul4t" />
[[Pilt:Pilt2.PNG|tühi|pisi|Võimsustransistoriga skeem|368x368px]]<br />
 
==== Tabel 1. 78xx komponentide minimaalne nõutav sisendpinge vastava stabiliseerimispinge juures.<ref>http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm340.pdf</ref><ref>https://www.st.com/resource/en/datasheet/l78.pdf</ref> ====
| 27,3
|}
<br />
 
==== Eelised====
* 78xx komponendid ei vaja lisakomponente, et toimida püsivapingega toiteallikana; neid on väga lihtne kasutada ja need võtavad vähe ruumi.
* Omavad sisseehitatud ülekoormuse ja ülekuumenemise kaitset, mis on abiks ülejäänud elektroonikalülituste kaitsmisel.<br />
 
==== Puudused====
|- bgcolor="#FFFAFA"
| T<sub>keskkond</sub>
| 0º–125 º&nbsp;°C
|- bgcolor="#FFFAFA"
| I<sub>0</sub>
(radiaatoriga)
|}[[Pilt:skeem5.PNG|pisi|LM117/317 pingestabilisaatori rakendusskeem]]
Takistitid R1 ja R2, stabilisaatori väljundi ja maanduse vahel, moodustavad pingejäguri, mille abil reguleeritakse mitteinverteeriva operatsiooni võimendi referentspinget ''U<sub>ref</sub>''. Väljundpinge avaldub:<br />
 
<math>U_v=U_{ref}(1+\frac{R_2}{R_1})+I_{reg}R_2</math><br />
Selleks, et muuta väljund stabiilsemaks, hoiab LM317 jõudevoolu ''I<sub>reg</sub>'' alla 100 µA.<ref name=":0" /><br />
 
==== Eelised ====
76 064

muudatust