लिनियर व्होल्टेज स्टॅबिलायझर्स — उद्देश, मूलभूत पॅरामीटर्स आणि स्विचिंग सर्किट्स

कदाचित आज, कोणतेही इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड स्थिर स्थिर व्होल्टेजच्या कमीतकमी एका स्त्रोताशिवाय करू शकत नाही. आणि बर्‍याचदा रेखीय व्होल्टेज रेग्युलेटर मायक्रोसर्किट्सच्या रूपात असे स्त्रोत म्हणून काम करतात. ट्रान्सफॉर्मरसह रेक्टिफायरच्या विपरीत, जेथे व्होल्टेज एका मार्गाने लोड करंटवर अवलंबून असते आणि विविध कारणांमुळे किंचित बदलू शकते, एकात्मिक मायक्रोक्रिकिट - स्टॅबिलायझर (रेग्युलेटर) अचूकपणे परिभाषित श्रेणीमध्ये स्थिर व्होल्टेज प्रदान करण्यास सक्षम आहे. लोड करंट्स

हे मायक्रोसर्किट फील्ड-इफेक्ट किंवा द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टरच्या आधारावर तयार केले जातात, सतत सक्रिय मोडमध्ये कार्यरत असतात. रेग्युलेटिंग ट्रान्झिस्टर व्यतिरिक्त, रेखीय स्टॅबिलायझरच्या मायक्रोक्रिकिटच्या क्रिस्टलवर एक नियंत्रण सर्किट देखील स्थापित केले आहे.

ऐतिहासिकदृष्ट्या, मायक्रोसर्किटच्या स्वरूपात अशा स्टेबलायझर्सची निर्मिती करणे शक्य होण्यापूर्वी, पॅरामीटर्सच्या तापमान स्थिरतेची समस्या सोडवण्याचा प्रश्न होता, कारण ऑपरेशन दरम्यान गरम केल्याने, मायक्रोक्रिकिट नोड्सचे पॅरामीटर्स बदलतील.

यावर उपाय 1967 मध्ये आला, जेव्हा अमेरिकन इलेक्ट्रॉनिक्स अभियंता रॉबर्ट विडलर यांनी स्टॅबिलायझर सर्किटचा प्रस्ताव दिला ज्यामध्ये एक रेग्युलेटिंग ट्रान्झिस्टर अनियंत्रित इनपुट व्होल्टेज स्त्रोत आणि लोड दरम्यान जोडला जाईल आणि तापमान-भरपाई संदर्भ व्होल्टेजसह त्रुटी अॅम्प्लिफायर उपस्थित असेल. नियंत्रण सर्किट. परिणामी, बाजारात रेखीय एकात्मिक स्टेबलायझर्सची लोकप्रियता वेगाने उडी मारली.

खालील फोटो पहा. येथे रेखीय व्होल्टेज रेग्युलेटरचे (जसे की LM310 किंवा 142ENxx) एक सरलीकृत आकृती दर्शविली आहे. या योजनेमध्ये, एक नॉन-इनव्हर्टिंग नकारात्मक-व्होल्टेज फीडबॅक ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायर, त्याचे आउटपुट करंट वापरून, सामान्य कलेक्टर - एमिटर फॉलोअरसह सर्किटमध्ये कनेक्ट केलेले रेग्युलेटिंग ट्रांजिस्टर VT1 अनलॉक करण्याची डिग्री नियंत्रित करते.

ऑप-एम्प स्वतः इनपुट स्त्रोताद्वारे युनिपोलर पॉझिटिव्ह व्होल्टेजच्या रूपात समर्थित आहे. आणि जरी नकारात्मक व्होल्टेज येथे पुरवठ्यासाठी योग्य नसले तरी, ओप-एम्पचा पुरवठा व्होल्टेज समस्यांशिवाय दुप्पट केला जाऊ शकतो, ओव्हरलोड किंवा नुकसानीच्या भीतीशिवाय.

निष्कर्ष असा आहे की खोल नकारात्मक अभिप्राय इनपुट व्होल्टेजच्या अस्थिरतेला तटस्थ करते, ज्याचे मूल्य या सर्किटमध्ये 30 व्होल्टपर्यंत पोहोचू शकते. तर, चिप मॉडेलवर अवलंबून, निश्चित आउटपुट व्होल्टेज 1.2 ते 27 व्होल्ट्स पर्यंत असतात.

स्टॅबिलायझर मायक्रोक्रिकेटमध्ये पारंपारिकपणे तीन पिन असतात: इनपुट, सामान्य आणि आउटपुट.संदर्भ व्होल्टेज मिळविण्यासाठी आकृती मायक्रो सर्किटचा भाग म्हणून विभेदक अॅम्प्लिफायरचे विशिष्ट सर्किट दर्शवते Zener डायोड लागू.

लो-व्होल्टेज रेग्युलेटरमध्ये, व्होल्टेज रेफरन्स गॅपवर मिळवला जातो, कारण विडलरने त्याच्या पहिल्या रेखीय इंटिग्रेटेड रेग्युलेटर, LM109 मध्ये प्रथम प्रस्तावित केला होता. रेझिस्टर्स R1 आणि R2 च्या नकारात्मक फीडबॅक सर्किटमध्ये एक विभाजक स्थापित केला आहे, ज्याच्या क्रियेद्वारे आउटपुट व्होल्टेज फक्त Uout = Uvd (1 + R2 / R1) सूत्रानुसार संदर्भ व्होल्टेजच्या प्रमाणात आहे.

स्टॅबिलायझरमध्ये तयार केलेले रेझिस्टर R3 आणि ट्रान्झिस्टर VT2 हे आउटपुट करंट मर्यादित ठेवण्याचे काम करतात, त्यामुळे जर वर्तमान मर्यादित रेझिस्टरवरील व्होल्टेज 0.6 व्होल्टपेक्षा जास्त असेल, तर ट्रान्झिस्टर VT2 ताबडतोब उघडेल, ज्यामुळे मुख्य नियंत्रण ट्रान्झिस्टर VT1 चा बेस करंट होईल. मर्यादित असे दिसून आले की स्टॅबिलायझरच्या ऑपरेशनच्या सामान्य मोडमध्ये आउटपुट प्रवाह 0.6 / R3 पर्यंत मर्यादित आहे. रेग्युलेटिंग ट्रान्झिस्टरद्वारे विसर्जित केलेली शक्ती इनपुट व्होल्टेजवर अवलंबून असेल आणि 0.6 (Uin — Uout) / R3 च्या समान असेल.

एकात्मिक स्टॅबिलायझरच्या आउटपुटवर काही कारणास्तव शॉर्ट सर्किट झाल्यास, क्रिस्टलवरील विसर्जित शक्ती पूर्वीसारखी सोडली जाऊ नये, व्होल्टेज फरकाच्या प्रमाणात आणि रेझिस्टर R3 च्या प्रतिकाराच्या व्यस्त प्रमाणात. म्हणून, सर्किटमध्ये संरक्षणात्मक घटक असतात - जेनर डायोड व्हीडी 2 आणि रेझिस्टर आर 5, ज्याचे ऑपरेशन व्होल्टेज Uin -Uout मधील फरकानुसार वर्तमान संरक्षणाची पातळी सेट करते.

वरील आलेखामध्ये, आपण पाहू शकता की जास्तीत जास्त आउटपुट प्रवाह आउटपुट व्होल्टेजवर अवलंबून असतो, अशा प्रकारे रेखीय स्टॅबिलायझरचे मायक्रोसर्किट ओव्हरलोडपासून विश्वसनीयरित्या संरक्षित केले जाते.जेव्हा व्होल्टेज फरक Uin-Uout झेनर डायोड VD2 च्या स्थिरीकरण व्होल्टेजपेक्षा जास्त असेल, तेव्हा प्रतिरोधक R4 आणि R5 चे विभाजक ट्रान्झिस्टर VT2 च्या पायामध्ये ते बंद करण्यासाठी पुरेसा विद्युत प्रवाह निर्माण करेल, ज्यामुळे बेस चालू मर्यादा कमी होईल. रेग्युलेटिंग ट्रान्झिस्टर VT1 वाढवण्यासाठी.

ADP3303 सारखी रेखीय नियामकांची नवीनतम मॉडेल्स थर्मल ओव्हरलोड संरक्षणासह सुसज्ज आहेत जेव्हा क्रिस्टल 165 ° C पर्यंत गरम केले जाते तेव्हा आउटपुट करंट झपाट्याने कमी होतो. वरील चित्रातील कॅपेसिटर वारंवारता समान करण्यासाठी आवश्यक आहे.

तसे, कॅपेसिटर बद्दल. मायक्रोसर्किटच्या अंतर्गत सर्किट्सचे खोटे सक्रियकरण टाळण्यासाठी एकात्मिक स्टॅबिलायझर्सच्या इनपुट आणि आउटपुटमध्ये किमान 100 एनएफ क्षमतेसह कॅपेसिटर कनेक्ट करण्याची प्रथा आहे. दरम्यान, आरईजी 103 सारखे तथाकथित कॅपलेस स्टॅबिलायझर्स आहेत, ज्यासाठी इनपुट आणि आउटपुटवर स्टॅबिलायझिंग कॅपेसिटर स्थापित करण्याची आवश्यकता नाही.

निश्चित आउटपुट व्होल्टेजसह रेखीय स्टॅबिलायझर्स व्यतिरिक्त, स्थिरीकरणासाठी समायोज्य आउटपुट व्होल्टेजसह स्टॅबिलायझर्स देखील आहेत. त्यामध्ये, प्रतिरोधक R1 आणि R2 चा विभाजक गहाळ आहे आणि ट्रान्झिस्टर VT4 चा पाया बाह्य विभाजक जोडण्यासाठी चिपच्या वेगळ्या पायावर आणला जातो, जसे की 142EN4 चिपमध्ये.

अधिक आधुनिक स्टॅबिलायझर्स, ज्यामध्ये नियंत्रण सर्किटचा सध्याचा वापर अनेक दहा मायक्रोअँपपर्यंत कमी केला जातो, जसे की LM317, मध्ये फक्त तीन पिन असतात.खरे सांगायचे तर, आम्ही लक्षात घेतो की आज TPS70151 सारखे उच्च-परिशुद्धता व्होल्टेज रेग्युलेटर देखील आहेत, जे अनेक अतिरिक्त पिनच्या उपस्थितीमुळे, कनेक्टिंग वायर, लोड डिस्चार्ज कंट्रोल इत्यादींना व्होल्टेज ड्रॉप संरक्षण लागू करणे शक्य करतात. .

वर आम्ही सामान्य वायरच्या तुलनेत सकारात्मक व्होल्टेज स्टॅबिलायझर्सबद्दल बोललो. नकारात्मक व्होल्टेज स्थिर करण्यासाठी तत्सम योजना देखील वापरल्या जातात, सामान्य बिंदूपासून इनपुटचे आउटपुट व्होल्टेज गॅल्व्हॅनिकली वेगळे करणे पुरेसे आहे. आउटपुट पिन नंतर कॉमन आउटपुट पॉइंटशी जोडला जातो आणि नकारात्मक आउटपुट पॉइंट हा स्टॅबिलायझर चिपच्या कॉमन पॉइंटशी जोडलेला इनपुट वजा बिंदू असेल. 1168ENxx सारखे नकारात्मक ध्रुवीय व्होल्टेज रेग्युलेटर अतिशय सोयीचे आहेत.

एकाच वेळी दोन व्होल्टेज (सकारात्मक आणि नकारात्मक ध्रुवीयता) प्राप्त करणे आवश्यक असल्यास, या उद्देशासाठी विशेष स्टेबलायझर्स आहेत जे एकाच वेळी सममितीयपणे स्थिर सकारात्मक आणि नकारात्मक व्होल्टेज देतात, फक्त सकारात्मक आणि नकारात्मक इनपुट व्होल्टेज लागू करणे पुरेसे आहे. इनपुट्सकडे. अशा द्विध्रुवीय स्टॅबिलायझरचे उदाहरण KR142EN6 आहे.

वरील आकृती ही त्याची सरलीकृत आकृती आहे. येथे, विभेदक अॅम्प्लिफायर # 2 ट्रान्झिस्टर VT2 चालवितो, त्यामुळे समानता -UoutR1 / (R1 + R3) = -Uop पाळली जाते. आणि अॅम्प्लिफायर #1 ट्रान्झिस्टर VT1 नियंत्रित करतो जेणेकरून प्रतिरोधक R2 आणि R4 च्या जंक्शनवरील संभाव्यता शून्य राहते. जर एकाच वेळी प्रतिरोधक R2 आणि R4 समान असतील, तर आउटपुट व्होल्टेज (सकारात्मक आणि ऋण) सममित राहील.

दोन (सकारात्मक आणि नकारात्मक) आउटपुट व्होल्टेजमधील संतुलनाच्या स्वतंत्र समायोजनासाठी, आपण अतिरिक्त ट्रिमिंग प्रतिरोधकांना मायक्रो सर्किटच्या विशेष पिनशी जोडू शकता.

वरील रेखीय नियामक सर्किट्सचे सर्वात लहान व्होल्टेज ड्रॉप वैशिष्ट्य 3 व्होल्ट आहे. बॅटरी किंवा बॅटरीवर चालणाऱ्या उपकरणांसाठी हे बरेच आहे आणि सामान्यतः व्होल्टेज ड्रॉप कमी करणे इष्ट आहे. या उद्देशासाठी, आउटपुट ट्रान्झिस्टर पीएनपी प्रकारात बनविला जातो जेणेकरून विभेदक अवस्थेचा संग्राहक प्रवाह रेग्युलेटिंग ट्रान्झिस्टर व्हीटी 1 च्या बेस करंटसह एकाच वेळी असेल. किमान व्होल्टेज ड्रॉप आता 1 व्होल्टच्या ऑर्डरवर असेल.

निगेटिव्ह व्होल्टेज रेग्युलेटर कमीत कमी ड्रूपसह समान पद्धतीने कार्य करतात. उदाहरणार्थ, 1170ENxx मालिका रेग्युलेटर्समध्ये सुमारे 0.6 व्होल्टचा व्होल्टेज ड्रॉप असतो आणि TO-92 केसमध्ये 100 एमए पर्यंत लोड करंट्समध्ये बनवल्यावर ते जास्त गरम होत नाहीत. स्टॅबिलायझर स्वतः 1.2 एमए पेक्षा जास्त वापरत नाही.

अशा स्टॅबिलायझर्सचे वर्गीकरण लो ड्रूप म्हणून केले जाते. MAX8865 चिप सारख्या MOSFET-आधारित रेग्युलेटरवर (1 mA चिप वर्तमान वापरावर सुमारे 55 mV) वर देखील कमी व्होल्टेज ड्रॉप प्राप्त होतो.

काही स्टॅबिलायझर मॉडेल स्टँडबाय मोडमध्ये उपकरणांचा वीज वापर कमी करण्यासाठी शटडाउन पिनसह सुसज्ज असतात — जेव्हा या पिनवर लॉजिक पातळी लागू केली जाते, तेव्हा स्टॅबिलायझरचा वापर जवळजवळ शून्य (लाइन LT176x) पर्यंत कमी होतो.

अविभाज्य रेखीय स्टेबिलायझर्सबद्दल बोलताना, ते त्यांची वैशिष्ट्ये तसेच डायनॅमिक आणि अचूक पॅरामीटर्स लक्षात घेतात.

अचूकता मापदंड म्हणजे स्थिरीकरण घटक, आउटपुट व्होल्टेज सेटिंग अचूकता, आउटपुट प्रतिबाधा आणि व्होल्टेज तापमान गुणांक. यापैकी प्रत्येक पॅरामीटर्स दस्तऐवजीकरणात सूचीबद्ध आहेत; ते इनपुट व्होल्टेज आणि क्रिस्टलच्या वर्तमान तापमानावर अवलंबून आउटपुट व्होल्टेजच्या अचूकतेशी संबंधित आहेत.

डायनॅमिक पॅरामीटर्स जसे की रिपल सप्रेशन रेशो आणि आउटपुट प्रतिबाधा लोड करंट आणि इनपुट व्होल्टेजच्या वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीसाठी सेट केले जातात.

इनपुट व्होल्टेज रेंज, रेटेड आउटपुट व्होल्टेज, कमाल लोड करंट, कमाल पॉवर डिसिपेशन, जास्तीत जास्त इनपुट आणि आउटपुट व्होल्टेजमधील फरक यांसारखी कार्यक्षमता वैशिष्ट्ये, लोड चालू नसलेली, ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी, हे सर्व पॅरामीटर्स एखाद्याच्या निवडीवर परिणाम करतात किंवा ठराविक सर्किटसाठी इतर स्टॅबिलायझर.

रेखीय व्होल्टेज नियामकांची वैशिष्ट्ये

लीनियर स्टॅबिलायझर्स समाविष्ट करण्यासाठी येथे विशिष्ट आणि सर्वात लोकप्रिय सर्किट आहेत:

निश्चित आउटपुट व्होल्टेजसह रेखीय स्टॅबिलायझरचे आउटपुट व्होल्टेज वाढवणे आवश्यक असल्यास, सामान्य टर्मिनलमध्ये एक झेनर डायोड मालिकेत जोडला जातो:

अनुज्ञेय आउटपुट करंट वाढवण्यासाठी, अधिक शक्तिशाली ट्रान्झिस्टर स्टॅबिलायझरच्या समांतर जोडलेले आहे, मायक्रो सर्किटच्या आत रेग्युलेटिंग ट्रान्झिस्टरला कंपोझिट ट्रान्झिस्टरच्या एका भागामध्ये बदलते:

वर्तमान स्थिर करणे आवश्यक असल्यास, खालील योजनेनुसार व्होल्टेज स्टॅबिलायझर चालू केले आहे.

या प्रकरणात, रेझिस्टरवरील व्होल्टेज ड्रॉप स्थिरीकरण व्होल्टेजच्या बरोबरीचे असेल, ज्यामुळे स्थिरीकरण व्होल्टेज जास्त असल्यास लक्षणीय नुकसान होईल.या संदर्भात, सर्वात कमी संभाव्य आउटपुट व्होल्टेजसाठी स्टॅबिलायझर निवडणे अधिक योग्य असेल, जसे की 1.2 व्होल्टसाठी KR142EN12.