Pytanie:
Dlaczego mój eksperyment z regulatorem napięcia NPN / PNP eksplodował?
Ian Bland
2016-09-12 00:36:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Szukałem sposobów wyprowadzenia szyn niskiego napięcia z wyższego napięcia i prądu, które w praktyce wynosi około 53-0-53V z zasilacza liniowego (toroidalny, mostkowy prostownik i nasadki elektrolityczne).

Naiwnie myślałem, że poniższy obwód powinien wytwarzać ładne 30 V na obciążeniu testowym R3, zamiast tego dostałem martwą diodę Zenera i ładną eksplozję z tranzystora Q2, co było nieco nieoczekiwane i rozczarowujące. Właściwie oderwał sobie środkową nogę, biedactwo.

Chodzi o to, aby uzyskać szyny + 15V i -15V do zasilania jednego lub dwóch wzmacniaczy operacyjnych. Spodziewałem się, że R1, D1 i R2 spadną odpowiednio o 38 V, 30 V i 38 V, a zatem, podobnie jak para standardowych regulatorów szeregowych, emiter Q1 ustabilizuje się na 15 V (w stosunku do hipotetycznej szyny 0 V, której nie ma) i podobnie kolektor Q2 miałby napięcie -15V.

Co zrobiłem źle? Zastanawiam się, czy źle zrozumiałem przepływ prądu przez PNP, zawsze powodują, że mój mózg się smaży z powodu ich odwrotnej natury. W każdym razie, jaki jest mój błąd?

schematic

zasymuluj ten obwód - schemat utworzony przy użyciu CircuitLab sup>

aktualizacja:

Zener to teraz 1N4751A, 30 V przy 8,5 mA, patrz te specyfikacje. Rezystory Zenera mają teraz 4K7 dla prąd Zenera około 8,5 mA.

Po dodaniu źródeł napięcia symulacja przebiega i daje około +/- 2,54 V na Zenera i +/- 2,1 V na rezystorze wyjściowym.

Dziwne! Albo symulator nie wie, że Zener zenery przy 30 V, albo tranzystory pobierają dużo prądu bazowego, ale przy tak dużym rezystorze obciążenia, co jest mało prawdopodobne.

simulator screenshot

Kolektor Q2 może mieć tylko -53V, może miałeś na myśli jego emiter?Jakie są ich wartości napięcia?czy mogą wytrzymać Vce = 106V, jeśli obwód podstawowy jest niezrównoważony z jakiegokolwiek powodu?
Bezwzględne maksymalne napięcie kolektor-emiter zarówno dla 2N2222, jak i 2N2907 wynosi 40 woltów, a 1N4730A to 3,9 woltowa dioda Zenera.Wszystko wybuchnie!
Mają odpowiednio 60 i -75 V.Zakładałem, że nigdy nie zobaczą więcej niż połowy całkowitego napięcia szyn.
Peter Bennett, ups, odczytałem dane znamionowe kolektora, a nie napięcie kolektora emiter.To mogłoby wtedy wyjaśniać wybuch!Czy ten obwód powinien w zasadzie działać z tranzystorami o wyższej wartości znamionowej?Ponadto zener, którego użyłem, miał 30 V, po prostu wybrałem jeden w programie do schematu, który przypuszczałem z numeru części na 30 V.
Problem w tym, że jeśli tranzystory nie mają identycznego wzmocnienia prądu, jeden będzie obciążał twoją sieć rezystorów Zenera bardziej niż drugi, co oznacza, że wyjście nie będzie wyśrodkowane w szynach zasilających, będzie bliżej jednej strony niż drugiejco oznacza, że jeden z tranzystorów będzie widział więcej niż połowę napięcia.
Tom, w porządku, rozumiem.Mógłbym umieścić dwa zenery 15V w szeregu z punktem środkowym na szynie 0V, aby to rozwiązać.Myślę.
100 K dla R1 i R2 pozwoli tylko 0,4 mA przez Zenera - prawdopodobnie za mało, aby uzyskać napięcie na Zenerie w dowolnym miejscu w pobliżu napięcia znamionowego.Prosimy o podanie RZECZYWISTYCH numerów części i wartości, których używasz - możemy się kierować tylko tym, co nam powiesz.
Odczytywał proste 30V, gdy mierzyłem napięcie na części dzielnika potencjału w obwodzie bez bitu tranzystora, jeśli to jakakolwiek pomoc.
Nie symulowałeś tego?Przyprawa ...
@Roland, powinien był chyba zrobić, ale pomyślałem, że przy tak prostym obwodzie, co może pójść nie tak?Ups.Kiedy wybuchła, zdecydowałem, że rozsądniej będzie zapytać mądrzejsze sowy niż ja, co jest naprawdę nie tak, zamiast dźgać w symulatorze losowo zmieniające komponenty, aby zobaczyć, co się stało.
@IanBland Jestem nowy na tym forum i właśnie zauważyłem link „symuluj” tuż pod Twoim diagramem.Byłoby fajnie, gdybyś ukończył diagram, aby symulacja działała.Podkreślam tutaj "zabawę", ponieważ na innych stronach ze stosami do programowania, ludzie prawie czują się urażeni, jeśli plakat nie wypróbował kodu źródłowego, do którego ma pytanie
@Roland, Wydaje się, że nie mogę teraz edytować diagramu, myślę, że jest limit czasu, więc utknąłem z Zenerem 3.9V.Mam LTSpice, ale jak powiedziałem w tym przypadku, nie wydawało się to konieczne, ha, i często jest to kłopotliwe, wiedząc, czy obwód jest naprawdę prawidłowo symulowany (śmieci w wejściu, śmieci na zewnątrz i tak dalej).Jestem dość stary, więc przyzwyczaiłem się do przyklejania rzeczy na makietę i uczenia się z tego, co się dzieje.Jako wykwalifikowany elektryk jestem przyzwyczajony do znacznie większych grzywek niż to :)
@IanBland Bummer, teraz muszę sam wykonać symulację.Znajdę trochę czasu i na pewno będzie fajnie.O wieku: Ja też nie jestem jednym z najmłodszych, ale mówi się, że jesteś tak młody, jak się czujesz.(poprawny angielski ??) W każdym razie wygląda na to, że to świetna cecha SE, aby mieć tę opcję symulacji.
Roland, nie wiem, jak edytujesz schemat, ale skoro tak, to oryginalna (teraz martwa) dioda Zenera to BZX85C30, jeśli to jakakolwiek pomoc :)
@IanBland Cóż, po prostu nacisnąłem przyciski takie jak Edytuj, następnie Edytuj ten schemat zgodnie z zaleceniami na ekranie Edycja, następnie wybrałem diody Zenera, a następnie dotarłem do witryny dostawcy części, wybrałem zenery 30 V, miałem do wyboru 3 części, ale nie linię BZX,wybrałem ten, do którego pokazuję link w poście.Jednak do symulacji musiałem zarejestrować bezpłatne konto tymczasowe.Teraz pytanie czy poprawnie wpisałem zenera i jego właściwości bo symulator podaje mu tylko 5 V :-(
@IanBland Naprawiono problem z 5 V, ręcznie wprowadzając rzeczywiste napięcie Zenera, patrz edytowany wpis.
@Roland,, więc widzę!Kiedy nadarzy się okazja, zamierzam poeksperymentować z tym obwodem, używając zasilacza o niższym napięciu i mniejszych możliwościach pozyskiwania prądu, aby zobaczyć, co faktycznie dzieje się z prawdziwymi elektronami.
@IanBland Po całej tej analizie uważam, że Twój oryginalny obwód wcale nie jest taki zły.Aby uzyskać niższe napięcie, pierwszym krokiem jest użycie zenera.Aby uzyskać więcej prądu i mniejsze straty, dodaj tranzystor.Aby uzyskać jeszcze lepszą regulację, użyj 2 tranzystorów, jak w konfiguracji wtórnika emiterów Darlington.Lub wymień zenera i tranzystory na dedykowany 3-nóżkowy regulator napięcia ic.Ostateczna poprawa: mały regulator przełączający ic, jeśli masz odpowiednią część, ma wszystko wbudowane: fet, cewkę itp., Zapewniając niski koszt, wysoką wydajność, wysoki prąd wyjściowy, ochronę przed przeciążeniem.
@IanBland Ale w każdym razie, aby wszystko było proste, utwórz dwa oddzielne i identyczne (lustrzane) obwody dla każdej polaryzacji względem ziemi.Za pomocą swojego obwodu: podziel Zenera i połącz punkt środkowy z ziemią.Powodzenia!
Sześć odpowiedzi:
jonk
2016-09-12 05:32:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Masz już nieuregulowane źródło zasilania DC. Jak mówisz, zbudowany z mostka i kilku kondensatorów. Wygląda na to, że masz również centralne dotknięcie pomocniczego transformatora. Więc masz też masę i \ $ \ pm \: 53 \: \ text {V} \ $ zmierzone za pomocą miernika dla dwóch pozostałych szyn. Zakładam, że prawdopodobnie jest rozładowany, więc prawdopodobnie będziesz miał mniej niż to po załadowaniu. O ile mniej można zgadywać, ponieważ zależy to w dużej mierze od obciążenia, konstrukcji toroidu, kondensatorów i innych czynników. Ale na pewno mniej.

Jak rozumiem, próbujesz dowiedzieć się, jak zaprojektować własny \ $ \ pm \: 15 \: \ text {V} \ $ do użytku z opampami. Więc niekoniecznie chcesz tylko kupować niezłe zaopatrzenie (w dzisiejszych czasach są tanie). A ponieważ chodzi o naukę, będzie to projekt liniowy, a nie przełącznik. Więc twój zasilacz będzie generalnie nieefektywny pod względem mocy. Ale nie przeszkadza ci to.

Być może projektuję, ale myślę, że to dobry pomysł na początek. Jest na tyle skromny, że masz wszelkie powody, by odnieść sukces. Ale wystarczy się dowiedzieć, że warto też o to walczyć. Myślę, że moim pierwszym doświadczeniem edukacyjnym, w którym naprawdę dobrze nauczyłem się kilku rzeczy, było zaprojektowanie własnego zasilacza w ten sposób. Wtedy właściwie nie miałem wyboru. Istniejące materiały laboratoryjne były niedostępne dla młodego nastolatka. Nie było też zestawu tanich dostawców eBay dla fantazyjnych przełączników opartych na układach scalonych. Musiałem więc zrobić to sam lub obejść się bez. A w obliczu tego uczy się lub robi bez.

Twoje podejście jest być może trochę za bardzo podobne do sterownika wyjściowego typu sink / source używanego we wszystkim, od wzmacniaczy operacyjnych po wzmacniacze audio. Możesz przyjąć podejście, które wybierasz, ale musisz zrobić dwa z nich - jeden dla \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ i jeden dla \ $ - 15 \: \ text {V} \ $ . Są jeszcze mniej wydajne, ponieważ mogą każde źródło z twojej (+) szyny i opadać na twoją (-) szynę, i musisz je uruchomić w klasie AB. Naprawdę potrzebujesz tylko źródła z (+), aby wykonać poręcz \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ i zatopić się w (-), aby szyna \ $ - 15 \: \ text {V} \ $ .

Na marginesie, dobrym pomysłem może być dołącz parę rezystorów upustowych do istniejącej baterii kondensatorów na wyjściu mostka. Coś, aby pozbyć się zgromadzonej opłaty, jeśli coś wyłączysz. Niektóre \ $ \ tfrac {1} {2} \: \ text {W} \ $ , \ $ 10 \: \ rezystory tekstowe {k} \ Omega \ $ ? To spowodowałoby tylko obciążenie \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ podczas pracy.

Rozważając ten pomysł, rozważ również próbę załadowania istniejących nieuregulowanych zasobów, aby zmierzyć, co robi pod obciążeniem. Spróbowałbym czegoś takiego jak \ $ \ ge 5 \: \ text {W} \ $ , \ $ 1 \: Rezystor \ text {k} \ Omega \ $ , aby uzyskać informacje o obciążeniu \ $ 50 \: \ text {mA} \ $ , mierzącym napięcie z obecnym ładunkiem. Następnie spróbowałbym czegoś takiego jak \ $ \ ge 10 \: \ text {W} \ $ , \ $ 270 \ : Rezystor \ Omega \ $ , aby zobaczyć, co się stanie, gdy zbliżę się do obciążenia \ $ 200 \: \ text {mA} \ $ . To przetestuje cały nieuregulowany system i da ci wyobrażenie o jego ograniczeniach. Te wartości zostały wybrane losowo. Jeśli znasz już ograniczenia swojego toroidu, wypróbuj dwie różne wartości rezystorów, które osiągną maksymalne obciążenie, które spodziewasz się obsługiwać, i inną, która osiągnie być może 30% maksymalnego obciążenia. Zwróć uwagę na zmierzone wartości napięcia. Po pewnym załadowaniu dobrze jest mieć pojęcie o nieuregulowanej szynie.

Zalecam, abyś zaczął skupiać się tylko na jednej stronie, powiedzmy, tworząc \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ regulowana szyna zasilająca z nieuregulowanej (+) szyny. Musisz się zastanowić, czy chcesz mieć również aktualne limity. Myślę, że bezpieczniej byłoby je uwzględnić. Ale to twoja decyzja. Jednak nie jest trudno coś do tego dołączyć. Osobiście prawdopodobnie też chciałbym móc przejść do \ $ + 12 \: \ text {V} \ $ . Więc może zmienne zasilanie wyjściowe, które działa w jakimś skromnym zakresie napięć wyjściowych?

Masz dużo miejsca na głowę! Oznacza to, że możesz użyć obserwatora nadajnika NPN, obserwatora Darlingtona lub dowolnej konfiguracji, którą chcesz mieć. Sprawy nie są napięte , więc masz miejsce na struktury kontrolne. Dużo miejsca. Wadą jest oczywiście to, że musisz rozpraszać i że szyny napięciowe wystarczą, abyś musiał sprawdzić arkusze danych, aby zachować bezpieczne parametry pracy urządzeń.

Wreszcie, prawdopodobnie możesz zaakceptować konieczność oddzielnie ustawić dwie wartości napięcia na szynie, niezależnie. Niektóre zasilacze są zaprojektowane tak, aby zapewniały śledzenie , więc jeśli ustawisz regulowany \ $ + \ text {V} \ $ na \ $ + 15 \: \ text {V} \ $ to Twój regulowany \ $ - \ text {V} \ $ span> dostawa będzie to śledzić i zapewni \ $ - 15 \: \ text {V} \ $ . Ale podejrzewam, że na razie możesz żyć bez tego.

Jeśli napiszesz osobne pytanie lub wyjaśnisz to lepiej, mogę zacząć od trzech lub czterech różnych dyskretnych (nie-IC) topologie, które warto przeanalizować samodzielnie i podczas tworzenia. Ale na przykład nie mam pojęcia, jaki rodzaj aktualnej zgodności chcesz mieć. Pomogłoby też wiedzieć, jakie napięcie mierzysz, gdy nieregulowane zasilanie jest obciążane do maksymalnej zgodności prądu, którą chcesz obsługiwać (przy użyciu rezystora o dużej mocy, a następnie zmierzenie napięcia za pomocą woltomierza, zanim stanie się zbyt gorące. A jeszcze bardziej pomogłaby wiedza, czy chcesz mieć zmienne napięcie w pewnym zakresie (jaki dokładnie zakres?), A jeśli chcesz mieć tylko stałe napięcie, ile początkowej dokładności potrzebujesz? I chciałbym wiedzieć, czy dotyczy to wyłącznie zasilacza opamp (sugerującego niższą zgodność prądu), czy też chcesz go użyć do rzeczywistego dostarczania wyższych prądów przy wciąż niższych napięciach, dla niektórych projektów. Na koniec fajnie byłoby wiedzieć, jakie masz BJT lub chcesz dostać.

EDYCJA: Więc.Coś prostego, niezbyt aktualnego zgodności tylko \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ .Skoncentrujmy się najpierw na stronie (+) szyny ... może iść albo z NPN lub PNP dla tranzystora przepustowego.To bardziej kwestia tego, jak chcesz to kontrolować.Czy chcesz odprowadzić prąd ze źródła, czy też w razie potrzeby wyciągnąć prąd?Hmm.Spróbujmy tego - nacisk na prostotę.

schematic

zasymuluj ten obwód - schemat utworzony za pomocą CircuitLab

Na schemacie zapisałem kilka uwag projektowych.Wartości rezystorów są standardowe, więc rzeczywiste napięcie wyjściowe będzie trochę niższe.Ale powinno być blisko.Oto logika.

Zacząłem od \ $ Q_1 \ $ jako topologii emiterów. To cele emitera \ $ 15 \: \ text {V} \ $ . Więc zapisałem tam "15V @ 5mA". Początkowo oszacowałem przydatny \ $ \ beta_ {Q1} = 50 \ $ i obliczyłem \ $ I_ {B_ {Q1} } = 100 \: \ mu \ text {A} \ $ i oszacowane (tylko z pamięci) \ $ V_ {BE_ {Q1}} = 750 \: \ text {mV} \ $ . Na tej podstawie zdecydowałem, że chcę \ $ 5 \ times \ $ z nieuregulowanej dostawy, więc ustawiłem \ $ R_1 = \ frac {53V-15V-750 \: \ text {mV}} {500 \: \ mu \ text {A}} = 74,5 \: \ text {k} \ Omega \ około 75 \: \ text {k} \ Omega \ $ . Oznacza to, że będę musiał wycofać się między \ $ 400-500 \: \ mu \ text {A} \ $ z \ $ R_1 \ $ do kontrolowania zachowania \ $ Q_1 \ $ na wyjściu. To wystarczająco mały zakres, \ $ 450 \: \ mu \ text {A} \ pm 50 \: \ mu \ text {A} \ $ , że różnice w prosty obwód nie będzie zbyt czuły. Aha, i wybrałem BC546, który ma \ $ V_ {CEO} = 65 \: \ text {V} \ $ . (Można użyć 2N5551 dla \ $ V_ {CEO} = 150 \: \ text {V} \ $ .)

Postanowiłem użyć innego NPN poniżej, z podstawą przybitą do dzielnika rezystora, aby wyciągnąć ten prąd. Kolektor \ $ Q_2 \ $ jest przybity do napięcia, więc nie ma wczesnego efektu. W porządku. Rozproszenie w \ $ Q_2 \ $ jest poniżej \ $ 10 \: \ text {mW} \ $ , więc nie ma problemu. (Wiesz już, że może występować problem w \ $ Q_1 \ $ .) Dioda i kondensator zapewniają półstabilne napięcie odniesienia, ponieważ są zasilane stosunkowo stabilnym \ $ 450 \: \ mu \ text {A} \ pm \: 50 \: \ mu \ text {A} \ $ aktualne. Oszacowałem \ $ \ beta_ {Q2} = 50 \ $ (ponownie) i obliczyłem \ $ I_ {B_ {Q2} } = 10 \: \ mu \ text {A} \ $ i oszacowane (tylko z pamięci) \ $ V_ {BE_ {Q1}} = 650 \: \ text {mV} \ $ . Wiem również, że 1N4148 działa mniej więcej \ $ 550 \: \ text {mV} \ $ przy \ 500 $ \: \ mu \ text {A} \ $ aktualne. To powiedziało mi, że węzeł dzielący powinien zostać odgadnięty w \ $ 1.2 \: \ text {V} \ $ . Też to zapisałem.

Postanowiłem ustawić dzielnik na co najmniej \ $ 10 \ times \ $ maksymalny wymagany prąd podstawowy dla \ $ Q_2 \ $ . Jednym z problemów z tym obwodem będą temperatury otoczenia, ponieważ wpływają one na połączenie baza-emiter w \ $ Q_2 \ $ (i \ $ D_1 \ $ , też) i to wpływa na nasz punkt podziału i prawie wszystko inne. Ale dodanie \ $ D_2 \ $ i \ $ D_3 \ $ do rozdzielacza pomaga tutaj. Zapewnia jeszcze dwa złącza zależne od temperatury, które będą śledzić pozostałe dwa nad temperaturą. Pozostały problem to \ $ R_3 \ $ i różne bieżące gęstości.

\ $ D_2 \ $ i \ $ D_3 \ $ są uruchomione z około \ $ \ tfrac {1} {5} \ $ aktualnej gęstości \ $ D_1 \ $ i \ $ Q_2 \ $ . Tak się składa, że ​​pamiętam, że 1N4148 powoduje zmianę gęstości prądu o około \ $ \ Delta V \ około 100 \: \ text {mV} \ $ na dekadę, więc myślę, że że \ $ \ Delta V = 100 \: \ text {mV} \ cdot \ log_ {10} \ left (\ tfrac {1} {5} \ right) \ około -70 \: \ text {mV} \ $ na diodę dla tych dwóch. Oznacza to, że aby dotrzeć do \ $ 1.2 \: \ text {V} \ $ przy rozdzielaczu, \ $ R_3 = \ frac {1,2 V - 2 \ cdot \ left (550 \: \ text {mV} -70 \: \ text {mV} \ right)} {87 \: \ mu \ text {A}} \ około 2,7 \: \ text {k} \ Omega \ $ (użyłem \ $ 87 \: \ mu \ text {A} \ $ jako bieżącej wartości punktu środkowego. ) Tak więc przypuszczalnie ustawia się \ $ R_3 \ $ .

Dodałem ograniczenie przyspieszenia na rezystorze dzielnika \ $ R_2 \ $ , aby krótkoterminowe zmiany obciążenia mogły od razu napędzać \ $ Q_2 \ $ . (Jeśli \ $ 15 \: \ text {V} \ $ regulowana szyna nagle skacze w górę, to \ $ C_3 \ $ podciągnie się natychmiast na podstawie \ $ Q_2 \ $ , dzięki czemu pobierze więcej prądu z dysku do \ $ Q_1 \ $ , przeciwdziałając wzrostowi. Podobnie, w drugim kierunku.)

Myślę, że powinieneś być w stanie podciągnąć (-) regulowaną szynę. I pamiętaj, że nie chcesz zbyt mocno obciążać to urządzenie! Na pewno sprawisz, że biedny mały TO-92 poważne problemy. Rozprasza się \ $ 5 \: \ text {mA} \ cdot \ left (53 \: \ text {V} -15 \: \ text {V} \ right) \ około 200 \ : \ text {mW} \ $ , a pakiet zawiera \ $ \ tfrac {200 ^ {\ circ} K} {W} \ $ , więc to działa już około \ $ + 40 ^ {\ circ} C \ $ powyżej otoczenia. Możesz zobaczyć, jak szybko ta rzecz się nagrzeje, jeśli przepuścisz przez nią znacznie większy prąd. Być może uda Ci się uciec z \ $ 10 \: \ text {mA} \ $ , ale niewiele więcej.

PRZEGLĄD UWAGA: Teraz że widać proces jednej osoby (inni, bardziej doświadczeni projektanci zastosują jeszcze więcej wiedzy niż ja zastosowałem), poświęćmy chwilę, aby spojrzeć na to z odległej perspektywy.

Obwód sprowadza się do:

  1. Tranzystor przepustowy ( \ $ Q_1 \ $ ), który powinien wystarczyć na około \ $ 40 \: \tekst {V} \ $ między nieuregulowaną (+) szyną a żądaną szyną \ $ 15 \: \ text {V} \ $ .Ten tranzystor przejściowy będzie potrzebował źródła prądu bazowego, aby mógł być utrzymywany w aktywnym regionie.Jest również ustawiony w konfiguracji emiter-popychacz, tak że przesuwanie jego napięcia bazowego wokół przesuwa jego emiter w przybliżeniu 1: 1 (wzmocnienie napięcia od podstawy do emitera wynosi \ $ \ około 1\ $ .)
  2. Możemy rozwiązać wszystkie problemy w (1) powyżej, używając prostego rezystora ( \ $ R_1 \ $ ) do nieregulowanej (+) szyny. To nie tylko może zapewnić potrzebny prąd bazowy, ale także bardzo ułatwia kontrolowanie napięcia podstawowego \ $ Q_1 \ $ , po prostu pobierając większy lub mniejszy prąd przez to. Ze względów projektowych nie chcemy, aby zmiany prądu podstawowego \ $ Q_1 \ $ miały poważny wpływ na strumień prądu, którego również używamy do kontrolowania napięcia u podstawy z \ $ Q_1 \ $ . Więc dla porównania musimy uczynić ten strumień prądu dużym. Większy jest lepszy i być może domyślnie możemy wybrać współczynnik \ $ 10 \ times \ $ . Ale ogranicza nas również fakt, że jest to zasilacz \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ . Więc możemy chcieć użyć czegoś, co dotyczy \ $ \ tfrac {1} {10} \ $ th of \ $ 5 \: \ text {mA} \ $ , aby był skromny. To oznacza coś od \ $ 10 \ cdot 100 \: \ mu \ text {A} = 1 \: \ text {mA} \ $ po jednej stronie do około \ $ \ tfrac {5mA} {10} = 500 \: \ mu \ text {A} \ $ po drugiej stronie. Zdecydowałem się na mniejszą wartość, ponieważ jest to tylko prosty regulator i mogę zaakceptować nieco mniej sztywne źródło bazowe.
  3. Coś do kontrolowania prądu przepuszczanego przez \ $ R_1 \ $ , w oparciu o pewnego rodzaju porównanie napięcia. Okazuje się, że BJT jest w porządku do czegoś takiego. (Więcej BJT byłoby lepszych, jak w wzmacniaczu operacyjnym, ale jeden jest tutaj wystarczający). Ma prąd kolektora, który zależy od różnicy napięcia między jego podstawą a emiterem. Więc porównuje swoją bazę i emiter i na tej podstawie dostosowuje prąd! Praktycznie zrobione w niebie, tak? Dlatego przyklejamy teraz nowy BJT ( \ $ Q_2 \ $ ) z jego kolektorem powiązanym z \ $ R_1 \ $ i podstawę \ $ Q_1 \ $ .
  4. Potrzebujemy napięcia odniesienia. Przydałoby się prawdziwe odniesienie, jak zener lub bardziej wyrafinowane urządzenie IC, ale jest to prosta konstrukcja. Otóż ​​dioda o stałej gęstości prądu jest napięciem odniesienia. (Poza temperaturą.) I wiecie co? Tak się składa, że ​​mamy prąd, którego możemy użyć, który jest stosunkowo stabilny! Bieżący prąd, którego używamy do regulacji podstawowego napięcia \ $ Q_1 \ $ poprzez \ $ R_1 \ $ span >. Więc teraz \ $ R_1 \ $ zapewnia nam trzy usługi - dostarcza prąd podstawowy do \ $ Q_1 \ $ , pozwala nam kontrolować bazę \ $ Q_1 \ $ , dostosowując przepływający przez nią prąd, a teraz ten sam prąd może służyć do stabilizacji napięcia diody napięcia odniesienia . Wszystko, co robimy, to umieszczamy tę diodę w emiterze \ $ Q_2 \ $ . I dodaj do niego mały kondensator, aby zabić tam szumy o wysokiej częstotliwości. Fajnie, gdy coś wykonuje za Ciebie wiele obowiązków.
  5. Mamy kolektor kontroli prądu, napięcie odniesienia na emiterze, a teraz wszystko, co musimy podać, to napięcie porównawcze, wyprowadzone z napięcia wyjściowego, u podstawy \ $ Q_2 \ $ . Ważne jest, aby jeśli to porównanie wzrosło (napięcie wyjściowe wydaje się wzrosnąć z nieznanego powodu), będziemy pobierać więcej prądu przez \ $ R_1 \ $ , aby zmusić napięcie bazowe \ $ Q_1 \ $ do odrzucenia, aby przeciwstawić się tej zmianie. Okazuje się, że prosty dzielnik napięcia dobrze sobie z tym radzi. Wszystko, co musimy zrobić, to upewnić się, że prąd płynący przez dzielnik napięcia jest dużo większy niż wymagany prąd bazowy \ $ Q_2 \ $ , tak aby \ $ Q_2 \ $ dostosowuje prąd kolektora i potrzebuje więcej (lub mniej) prądu podstawowego, co nie wpływa na napięcie dzielnika (dużo.)
  6. To naprawdę istota tego. Dodałem te dwie diody, aby pomóc ustabilizować sytuację w stosunku do temperatury otoczenia. Ale nie są one bezwzględnie konieczne, jeśli nie przeszkadza ci, że szyny napięciowe przesuwają się trochę bardziej wraz z temperaturą. W obecnej sytuacji mogą nadal dryfować o \ $ \ tfrac {25 \: \ text {mV}} {^ {\ circ} C} \ $ , po prostu robię krótką pętlę zgadywania. Ale jeśli nie przeszkadza ci, że jest dwa razy gorszy, możesz zamiast tego zastąpić rezystor i dwie diody prostym rezystorem:

    schematic

    zasymuluj ten obwód

    Rzeczywista wartość \ $ R_3 \ $ może wymagać nieco zmiany w tym miejscu , ponieważ tak naprawdę nie wiemy, ile prądu podstawowego jest potrzebne (prawdopodobnie mniej niż się spodziewałem - dużo mniej). Więc być może bliżej \ $ 12 \: \ text { Wartość k} \ Omega \ $ ? Ale przypuszczam, że możesz tutaj użyć potencjometru, aby to zmienić.

Dziękuję za wyczerpującą odpowiedź!Zasilanie 53 V dotyczy wzmacniacza FET 100 W, który zbudowałem lata temu i przebudowuję i modernizuję.Jak mówisz, chodzi zarówno o naukę, jak io wynik.Intencją jest niski prąd wejściowy wzmacniacza operacyjnego (obecnie pojedynczy TL072), więc chcę tylko kilka mA na zasilaniu 15-0-15 i chciałem uniknąć kolejnego „właściwego” zasilacza (liniowego lub SM), aby utrzymać goczęści się liczą i pozwalają uniknąć większej liczby transformatorów.Stąd wysokie wartości rezystorów.Tak się składa, że mam dużo BJT, ale otrzymam wszystko, czego potrzebuję.Zasilacz 53V ma diody LED (połączone szeregowo z 20k), które odpowietrzają zaślepki.
@IanBland: Dzięki.Czy potrzebujesz dokładności dla szyn 15V?Czy potrzebujesz zakresu napięć?Czy zależy Ci na marnowaniu BJT na ogranicznik prądu z każdej strony?Coś więcej, co chciałbyś dodać?
Nie mam nic przeciwko marnowaniu rozsądnych ilości prądu, a napięcie nie jest krytyczne, o ile jest stabilne, wybrałem 15 V jako ładną okrągłą liczbę, dużo miejsca na wzmacniacze operacyjne i (jak na ironię) zminimalizowanie niezbędnego spadku napięciaprzez BJT.Ta wersja była pomyślana jako test zasady, mogę na przykład dodać dodatkowe kondensatory wygładzające itp. Do ostatecznej wersji, jeśli to konieczne.Staram się unikać stosowania radiatorów w BJT, aby zachować ten mały i słodki :)
@IanBland: Tylko kilka mA?Jeśli musisz mieć BJT spadek 40 V, wystarczy 5 mA, aby uzyskać ćwierć wata.Wiele wzmacniaczy operacyjnych obsługuje wyjścia 20 mA lub 30 mA.Więc kiedy mówisz „kilka mA”, mówimy o 5 czy o 30?
Z moich obliczeń wynika, że bliżej 5 mA, obwody wzmacniacza operacyjnego mają wysoką impedancję (47 tys. In, opadając na wejście 47 tys.) I oszacowałem <5 mA dla całego obwodu wzmacniacza operacyjnego przy 10 mA, co jest wystarczające dla wzmacniaczy operacyjnych.
@IanBland: OK.Tak więc przy 10 mA można by mówić o pół wata na przepustowość BJT.Przy 5 mA byłoby ćwierć wata.TO-92 zrobi ćwierć, ale przy połowie wata myślę „nie do końca”.Myślę, że TO-92 jest jak 200C / W.Nie podoba mi się coś, co mówi + 100 ° C powyżej otoczenia na matrycy (zakładając, że masz nawet przepływ powietrza). Och, do diabła.I tak nie przeszkadza ci wysadzanie rzeczy.Pozostańmy więc przy TO-92 i planujmy maksymalnie 5 mA.Trzymam się tego aktualnego limitu.Możesz go usunąć, jeśli nie chcesz i lubisz patrzeć, jak smażą się BJT.
Właściwie jest przepływ powietrza, wymuszone chłodzenie powietrzem nad radiatorami wzmacniacza, a raczej będzie, kiedy to złożę :) Jak powiedziałem, ten obwód testowy miał być dowodem zasady i mogę użyć dużo więcej części do finałuwersja, jeśli zajdzie taka potrzeba.Pomyślałem też, że BJT ograniczą prąd w tej konfiguracji?Częściowo polega to na tym, że staram się lepiej zrozumieć obwody tranzystorowe z regionem liniowym, których w przeszłości starałem się unikać, a tak naprawdę używam ich tylko jako przełączników małych sygnałów.(Nie projektowałem na przykład płytek wzmacniacza, dawno były to zestawy).
@IanBland: Mam nadzieję, że jest to dość proste.Tylko dwa BJT?
Cześć, jonk, jestem w tej chwili w pracy i obrazy są blokowane przez korporacyjną politykę IT (!), Więc przyjrzę się temu, kiedy wrócę do domu wieczorem.Dziękuję bardzo za Twoją pomoc!
jonk, spróbuję ten układ, gdy zdobędę odpowiednie tranzystory.Dziękuję za bardzo wyczerpujące i pouczające odpowiedzi.Wciąż zastanawiam się, jak teraz działa obwód :)
@IanBland: OK.Cóż, jeśli kupujesz części, zdobądź również jedną dla szyny (-) - BC546.(Myślę, że 2n5550 / 2n5551 są również uzupełniane przez 2n5401, jeśli zdecydujesz się na jeszcze wyższe tolerancje napięcia na szynie.) I nie krępuj się zadawać jakichkolwiek pytań.
Dlaczego nie uruchomić symulatora?Po prostu uzupełnij obwód kilkoma źródłami napięcia i realistycznym rezystorem obciążenia i kliknij Symuluj.Nie symuluje jednak dymu.
Olin Lathrop
2016-09-12 02:03:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Po pierwsze, 2N2222 ma tylko 40 V. 2907 jest dobry na 60, ale to nadal nie pozostawia dużego marginesu na to, że coś pójdzie nie tak, szczególnie podczas uruchamiania.

I podejrzewam, że prawdziwym problemem jest to, że tranzystory zostały nieprawidłowo podłączone. To może pozostawić bezpośrednią ścieżkę przez Q1, D1 i Q2. Poof!

Dodane około napięć na tranzystorach

Nawet gdy wszystko działa idealnie, każda połowa obwodu widzi 53 V. 1N4730 to dioda Zenera 3,9 V. Oznacza to, że gdy wszystko działa idealnie, bazy tranzystorów będą utrzymywane na poziomie ± 2 V. Nawet mówiąc, że spadek BE na każdym tranzystorze wynosi tylko 600 mV, emiter będzie miał ± 1,4 V. Oznacza to, że każdy tranzystor zobaczy 52 V. w poprzek kiedy wszystko jest idealne .

Wszystko nigdy nie jest idealne. Jak dokładne są źródła ± 53 V? A co z przejściami startowymi? Jakie są rzeczywiste napięcia Zenera przy zaledwie pół miliampera? Co się dzieje, gdy obciążenie pobiera jakiś rzeczywisty prąd, nawet jeśli tylko podczas uruchamiania, aby naładować kondensator lub coś takiego?

Czy sprawdziłeś specyfikację napięcia tranzystorów, których faktycznie używasz, a nie tylko arkusz danych, którego używasz? można znaleźć dla ogólnego numeru części? Istnieją gdzieś specyfikacje dotyczące minimalnego napięcia dla 2N2222 i 2N2907, ale niektórzy producenci czasami zwiększają wydajność swoich części. Nie możesz użyć jednego z tych arkuszy danych, aby określić maksymalny zakres, dla którego odpowiednia jest część ogólna. Aby uzyskać liczby, które przytoczyłem powyżej, złapałem losowe arkusze danych. Oznacza to, że rzeczywiste specyfikacje mogą być niższe niż te, które przytoczyłem.

Jeden tranzystor jest już daleko poza specyfikacją, a drugi jest blisko niej. To nie jest dobra inżynieria.

Dzięki.Tranzystory powinny spadać tylko po 38V na każdym, ale na pewno rezystor R3 gubi resztę?Trzykrotnie sprawdziłem okablowanie.Może moje 2907 mają inny pinout niż mój arkusz danych czy coś.Zgadzam się, że huk był wystarczająco duży, aby wskazać martwą krótką ścieżkę przez tranzystory i zenera.
WhatRoughBeast
2016-09-12 01:05:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Po pierwsze, Google to Twój przyjaciel.1N4730 to zener 3,9 V.

To powiedziawszy, jestem skłonny uwierzyć, że albo źle okablowałeś swój obwód, albo użyłeś niewłaściwych wartości rezystorów.Jestem szczególnie skłonny myśleć, że R1 lub R2 mogły mieć 100 omów, a nie 100 tys.W każdym razie nominalne wartości rezystorów są wystarczająco duże, aby zapobiec emisji magicznego dymu, więc twój obwód w jakiś sposób różnił się od twojego schematu.

Tak, użyłem złego numeru części na schemacie, rzeczywisty zener to BZX.Pomyślałem to również o wartościach rezystorów (które są poprawne), ale jeśli tranzystory ulegną zwarciu, istnieje krótka ścieżka obwodu, która omija wszystkie rezystory, więc myślę, że tam poszły elektrony.
\ $ V_ {CE}> 50V \ $ zabije wiele małych BJT sygnału.Nie wiem, czego dokładnie użył.Ale to jest ryzyko.Na przykład 2907 jest dostępny w wersjach 40 V i 60 V.PN2222 ma napięcie 30 V, a odmiana A 40 V.Wydaje się to po prostu lekkomyślne i podejrzewam, że mógł je zniszczyć nawet przy tym obwodzie.Ten rezystor 1M nie spada zbytnio \ $ \ Delta V \ $.
Nieważne.Właśnie zobaczyłem jego komentarz o używaniu zenera 30V.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2016-09-12 04:44:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  • JEŚLI Vcemax dla Q2 wynosi 40 V i więcej w podziale wtórnym, to Ve max wynosi -12 V

  • Vb dla Q2 wynosi 1/2 Vz (D1 = 3,9) lub -2V ok.to Vbe = -10V, podczas gdy specyfikacja to -5V ABSOLUTE MAX.

  • ze względu na katastrofalny tryb awarii odwrotnego Vbe,

  • iTwój nieostrożny projekt,
  • tylko Ty jesteś odpowiedzialny za zerwanie jego środkowej nogi, być może przez błędy konstrukcyjne.
Jak powiedziałem wcześniej, podczas kompilacji mojego pytania umieściłem zły numer części Zenera na schemacie, powinien to być 30V BZX85C.Oczywiście nie mogę udowodnić, że poprawnie podłączyłem płytkę stykową, ale potrójnie sprawdziłem pinouty przed i po jej włączeniu.
Spehro Pefhany
2016-09-12 19:47:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To łatwiejszy sposób na uzyskanie +/- 15V z szyn:

schematic

zasymuluj ten obwód - Schemat stworzone przy użyciu CircuitLab

R1 i R2 pozwalają na przepływ około 2,5 mA do baz tranzystora i do zenerów 16 V. Napięcie na emiterach tranzystorów będzie o około 0,7 V niższe niż napięcie Zenera lub około +/- 15,3 V.

Chociaż jest to bardzo prosty i niezawodny obwód, należy pamiętać, że jest to nie odporny na zwarcie lub przeciążenie, jak byłby to regulator z 3 zaciskami.

Jest kilka regulatorów liniowych, które mogą działać z twoich stosunkowo wysokich szyn zasilających, ale nie będą one wcale takie tanie. Przeprowadź wyszukiwanie parametryczne w witrynach dystrybutorów lub dostawców, aby je znaleźć. Negatywny regulator może stanowić większy problem, zwłaszcza, że ​​(prawdopodobnie nieuregulowane) szyny mogą być znacznie wyższe niż szczyt 53 V. Chociaż możesz użyć powyższego obwodu do obniżenia napięcia dla regulatora z 3 zaciskami, musisz wziąć pod uwagę najgorsze warunki i stopień rozproszenia tranzystorów.

Dzięki Spehro, to było w zasadzie to, co próbowałem zrobić, z wyjątkiem tego, że sprytnie zastanawiałem się, czy mogę zastąpić dwa zenery jednym, a potem wszystko eksplodowało.Czy połączenia o wysokiej rezystancji z podstawami Q nie powinny działać jako surowy obwód ograniczający prąd?To był powód moich 100k rezystorów w oryginale.Czy wartości C1 są krytyczne?Nie mam pod ręką żadnych czapek 100nF, ale mam 1uF ...
@IanBland Będzie działał jako bardzo prymitywny limit prądu, ale nie chcesz, aby prąd zenera / podstawowy był tak niski, że zaczniesz otrzymywać napięcia szynowe nadmiernie modulowane przez obciążenia (a beta nie jest dobrze znana).Więc zazwyczaj możesz otrzymać 0.5-1A z moimi wartościami, co dość szybko spali tranzystory.Nie ma nic krytycznego w wartościach limitów.Rezystor wykrywający prąd emitera i mały tranzystor sygnałowy (na szynę) mogą być użyte do dokładniejszego ograniczenia prądu, powiedzmy do 50 mA, co oznacza rozproszenie kilku watów, więc mały radiator lub miedź na PCB oszczędziłby tranzystory.
Roland
2016-09-12 18:29:14 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Recenzenci odrzucili moje ostatnie poprawki do pytania i zasugerowali utworzenie nowej odpowiedzi, więc:

Oto schemat z OP, uzupełniony o źródła napięcia i bardziej odpowiednie rezystory Zenera, dla zalecanych prąd Zenera około 8,5 mA:

schematic

symuluj ten obwód - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

A oto wynik symulacji przy użyciu przycisku Symuluj ten przycisk:

screenshot of simulation

Zener to teraz 1N4751A, 30 V przy 8,5 mA, patrz te specyfikacje. Ustawienie prawidłowego numeru części NIE ustawia powiązanego napięcia Zenera, zrobiłem to ręcznie w edytorze schematów połączeń. Rezystory Zenera mają teraz 4K7 dla prądu Zenera około 8,5 mA.

Po dodaniu źródeł napięcia symulacja przebiega i daje około +/- 15,0 V w stosunku do Zenera i +/- 14,5 V na wyjściu rezystor.

Idealnie! Ten obwód wydaje się robić to, czego się od niego oczekuje.

Co do wydmuchanych części: to musi być coś w rodzaju złego połączenia, jak zasugerował jeden z komentatorów.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...