STABILIZATOARE Sistemul electronic care menine invariante n timp caracteristicile semnalelor de ieire

n condiii de variaie, n domenii specificate, a mrimilor de intrare poart numele de stabilizator

Clasificri: dup mrimea stabilizat: - de tensiune continu sau alternativ - de curent - de frecven - de intensitate luminoas dup metoda de comanda a elementului de stabilizare : - cu aciune continu (liniare) - cu aciune discontinu (n comutaie) dup modelul de conectare a elementului regulator n raport cu sarcina - cu element de reglare serie - cu element de reglare paralel dup metoda de stabilizare distingem stabilizatoare : - n bucl deschis (parametrice) - n bucl inchis(cu reacie) Pot fi realizate i alte clasficri n funcie de performanele obinute la ieirea

stabilizatorului (dup numrul de semnale de ieire, energia semnalului, precizia mrimilor de ieire n funcie de reacia mrimilor de intrare i a temperaturii)

Principii : Vom analiza stabilizatoarele cu referire la stabilizarea tensiunilor.

Schema bloc ale unui stabilizator liniar de tensiune cu element de reglare serie, cu bucla

de reactie.

Schema bloc ale unui stabilizator liniar de tensiune cu element de reglare paralel, cu bucla de reactie.

In schemele bloc prezentate prin ER s-a notat elementul de reglare si daca se realizeaza urmatoarele modificari :

x se elimina amplificatorul de eroare (AE), x se elimina circuitul de masura a tensiunii de iesire (R1,R2), x se conecteaza referinta (REF) direct la elementul de reglare,

se obtin schemele bloc ale stabilizatoarelor parametrice cu element de reglare serie respectiv cu elementul de reglare paralel.

Parametrii stabilizatoarelor de tensiune liniare Parametrii stabilizatoarelor de tensiune se pot clasifica n :

Valori limit absolut x tensiunea maxim de intrare x puterea disipat x domeniul temperaturii ambiante de funcionare x domeniul temperaturii de stocare x Caracteristici electrice :

a) limitele de intrare i ieire - tensiune de intrare - tensiune de ieire - diferena de tensiune intrare-ieire - curentul de vrf la ieire - curentul de ieire n scurtcircuit - curentul de consum n gol b) precizia cu care se controleaz nivelul semnalului de ieire se apreciaz n principal

dup factorul de stabilizare n raport cu tensiunea de intrare i factorul de stabilizare n raport cu sarcina. Consideram:

( , )

S R

S S R S

S SS r

R SR ct U ct

U U U R

U UdU dU dRU R

w w w w S

Pentru variaii finite

1 1S R

S S S S SR R

S R S R S S SR ct U ct

S SR

S u R R S

U U U R RU UU U U U R U R

U RUU F U F R

' w w '' w w

' ''

R

Ru

S

S Rs ct

UUF UU

'

'

R

S

SR

S

S U ct

RRF UU

'

'

La un stabilizator ideal acesti factorii de stabilizare sunt infinii. Eficiena unui stabilizator poate fi apreciat i prin intermediul altor doi parametrii :

- coeficientul de stabilizare So

- rezistena de ieire a stabilizatorului Ro Consideram ca :

( , )

S R

S S R S

S SS R

R SI ct U ct

U U U I

U UdU dU dIU I

w w w w S

Pentru variaii finite

00

0 0

1

,

S R

S R

S SS R S R

R SI ct U ct

SR

S SI ct U ct

U UU U I UU I S

UUS RU I

w w' ' ' ' 'w w

'' ' '

SR I

( 0R are valoare negativ deoarece daca ) pn SS UIPresupunem ca: ' ' SSSSSSS IRUIRUctR ,,

0

0

00

1

1

RS S

S

RS

S

RUU US R

UU RSR

'' '

' '

Concluzie : Pentru o buna stabilitate trebuie ca: i n0S 0R p Un alt parametru important, n special pentru sursele n comutaie este randamentul de

alimentare :

alimentare desursa la deconsumata puterea

debitataputerea unde

i

o

i

o

PP

PPK

Exemple de scheme de stabilizatoare implementate cu componente discrete Datorita absentei reactiei negative prformantele stabilizatoarelor parametrice sunt scazute (utilizarea reactiei negative reduce cu (1 )r AE valoarea impedantei de iesire R0 si multiplica cu acelasi factor factorul de stabilizare S0). Stabilizator parametric cu element de reglare serie

Tensiunea de iesire are valoarea : 0 DZ BU U U E , schema de regim dinamic fiind prezentata in continuare:

Se pot scrie relatiile:

R B DZ DZ DZR

DZ BDZ DZ

U R I I r IU RI I

R r R r

' ' ' '

' ' '

0

dar 1

DZ DZ B

SB

U r I r III

S

E

' ' '''

0 00

0 0

1 1

||unde: S 1 si R

1

S SR RDZ S

DZ DZ

DZ

DZ

I IU URU r r I RR r R r S

r R rRr

S

S

E E

E

' '' '' '

Concluzie: 0 0 si R , DZS R rEn n p n p Stabilizator parametric cu element de reglare paralel

Stabilizatoare integrate In general stabilizatoarele cu bucla de reactie se implementeaza cu structuri integrate (datorita pretului scazut al acestora). Schema bloc a unui stabilizator integrat din prima generatie este prezentata in continuare.

Figura Structura circuitului integrat A723

(din prima generatie) Cu aceasta structura se pot implementa schemele de stabilizator cu reactie atat pentru tensiuni pozitive cat si pentru tensiuni negative (pentru aceasta situatie structura a fost prevazuta cu o dioda Zener), in configuratie cu element de control serie sau paralel. Structura contine si un tranzistor pentru implementarea protectiei la supracurent (metodele de implementare sunt tratate in capitolul Protectia stabilizatoarelor) Parametrii:

x Referinta (UREF=7.15V , IREF=15mA) x Dioda Zener (UDZ= 6.2V, IDZ=25mA) x Amplifiactorul de eroare (A=74-86dB, tensiune diferendiala de intrare +/-5V) x Curentul maxim al tranzistorului de reglare 150mA x Tensiune diferentiala intrare iesire 3-38V x Domeniul tensiunii de iesire 2-37V x Tensiune diferenriala de alimentare 40V x Putere pe integrat 800mW

Configuraia standard de stabilizator cu reactie de tensiuni mici REFo UU d

REFo URRRu

21

2

(R1 si R2 se refera la cele doua valori precizate de pozitia potentiometrului) (reglajul se realizeaza pe tensiunea de referinta) Configuraia standard de stabilizator cu reactie de tensiuni mari REFo UU t

REFo URRu

1

21

(R1 si R2 se refera la cele doua valori precizate de pozitia potentiometrului) (reglajul se realizeaza pe tensiunea de iesire) Configuraia de stabilizator pentru tensiuni negative, cu reactie si element de

reglare serie

3 42

1 2 4o REF

R RRu UR R R

Configuratie de stabilizator cu element de reglare paralel si cu reactie

REFo URRRu

21

2

Stabilizatoare integrate cu trei terminale Stabilizatoarele cu trei terminale pot fi clasificate n:

x stabilizatoare care pot furniza o tensiune de ieire ntr-un anumit domeniu (pozitiv sau negativ)

x stabilizatoare de tensiune fix

Figura Schema bloc a unui stabilizator din a doua generatie

Din prima categorie un tip reprezentativ sunt circuitele din seria A78__ (pentru tensiuni positive) i A7900 (pentru tensiuni negative) produse de firma Fairchild.

Ultimele dou cifre nscrise pe integrat reprezint tensiunea fix pe care o furnizeaz la ieire. Prin caracteristicile tehnice i prin specificul aplicaiilor stabilizatoarele din aceast categorie sunt o verig de legtur ntre stabilizatoarele din prima i a doua generaie.

Comparativ cu stabilizatoarele din prima generaie stabilizatoarele din a doua generaie prezint suplimentar urmtoarele avantaje:

- conin integrate circuitele de protecie (termic, la suprasarcin, funcionarea tranzistorului de reglare serie n plaja de siguran)

- conin integrate reeaua de compensare n frecven, furnizeaz la ieire cureni de ordinul amperilor

- n aplicaii uzuale necesit cel mult trei componente pasive.

Schema de principiu a seriei A7800

Tot din aceast categorie se prezint schema bloc a circuitelor LM317 (pentru tensiuni positive) i LM337 (pentru tensiuni negative) produse de firma National Semiconductor.

Pentru LM317:

ADJBA

BREFo

ADJ

REF

IRRRVu

AIVV

1

50

2.1

P

Pentru LM337:

ADJBA

BREFo

ADJ

REF

IRRRVu

AIVV

1

65

25.1

P

Extinderea domeniului curentului de ieire cu un transistor extern

Tranzistorul T2 si rezistenta RSC reprezinta protectia la supracurent. Tranzistorul T1

furnizeaz cea mai mare parte a curentului debitat n sarcin.

11

1

EE

EE

E

A

sc

A

BEADJo

oL

ADJoBA

BscBE

oBL

BC

ADJoiBA

EscBE

CBE

oCL

RR

RUII

II

IIIR

IRUIII

II

IIIIR

IRUIIIIII

n cazul n care nu se utilizeaz protecia la supracurent valoarea curentuluiare expresia:

A

BEADJoL R

UIII EE 1

Distribuia curentului de ieire pe cele dou componente i este dependent de oI CIE . Dispersia valorilor acestui parametru poate crea neplaceri care pot fi evitate utiliznd urmtoarea schem:

n ipoteza c avem: DBE UU ADJRRLB

C

R

R IIIIRR

II

CB

C

B . Dac

ADJC

BEADJo

B

CL IR

UIIRRI

11E

Extinderea domeniului tensiunii de intrare Metode:

Alimentarea stabilizatorului cu o tensiune superioar tensiunii de intrare maxim admis se poate realiza n mai multe moduri dintre care specificam:

x O prima metoda presupune utilizarea unui prestabilizator de regul parametric de tip serie ca n figura urmatoare

Tensiunea de intrare n stabilizator trebuie s ndeplineasc condiia:

. max 1 iBEDZ VUUV x A doua metoda este utilizarea unei diode Zener de curent mare (simulata

electronic.)

max 1)( VUUU BEDZr

x A treia metoda este de a utiliza un generator flotant de curent.Aceasta metoda este cea mai des utilizata in aplicatiile industriale (echipamentele pot sa opereze intr-o plaja larga de tensiuni- valori industriale: +24V/+48V). Diferentele dintre tensiunea de alimentare si tensiunea maxima admisa, de intrare, a stabilizatorului este suportata de elementul de reglare al generatorului de curent.

Stabilizatoare de curent

Cu ajutorul stabilizatoarelor de tensiune cu trei teminale se pot realiza stabilizatoare de curent. Sunt prezentete cele mai uzuale scheme de aplicatie (generatoare de curent flotante).

Exemple de stabilizatoare de curent realizate cu LM317/337

x stabilizator de curent debitat

> @ mAkRVI

RVI ADJREFo

: 05.02.1

n mod similar utiliznd LM337 se poate obine un stabilizator de curent absorbit:

Stabilizatoare de tensiune duale (cu urmarire) Reglajul se realizeaza numai pentru sursa de tensiune negativa (sursa de tensiune

pozitiva urmareste nivelul tensiunii negative (prin mentinerea punctului de masa, rezistentele R1+ si R2+ avand valori identice)

Referinte de tensiune Spre deosebire de stabilizatoarele de tensiune (la care se cere un R0 mic si un S0 relativ mare, la referintele de tensiune accentul se pune stabilitatea tensiunii de iesire, impedanta de iesire avind o importanta mai mica (referintele de tensiune nu furnizeaza de obicei curenti importanti). Performantele de stabilitate ale referintei de tensiune (se cere in general un coeficient de variatie

x rZ rezistena dinamic 100ZZz

uri

' :'

x - Uz coeficientul de variaie cu temperatura a tensiunii (acest coeficient are valoare pozitiva si se remarca din diagrama ca acesta este mai mare cu ct tensiunea UZ este mai mare, uzual 3.5mV/grad C)

x capacitatea de barier Cb de valoare mare (pF) - zgomot dioda Zener are un nivel mare de zgomot - UZ (2,7 . . . 100)V tensiunea Zener

Diod Zener polarizat prin rezisten

Determinarea performanelor de regim dinamic

x Variaia curentului de ieire i0 Presupunem c ( 0 u)

0)ru' r=constant i tensiunea pe dioda Zener UZ=constanta

. Se pot scrie relaiile: ( ZU'

0

0

0 00

000

0 Se deduce

impedanta de iesire

ZrZ

r

r Z

Z Z ZZR r

u Zu

R i ui i iu r i u r RR r

i r R !!' '

' '' ' ' ' ' '

' ZZZZXYZZZZ

x Variaia tensiunii de intrare ur Presupunem c curentul de sarcin iS =constant 0( i 0)' i tensiunea pe dioada Zener este constant UZ=const. ( 0)Zu' .O variaie a tensiunii de intrare produce o variaie a curentului care parcurge dioda Zener. Se pot scrie ecuaiile :

0

0

0

0000

Z

Z

r r

r Z

Z Z

r r Z r ZR r

i Z r Zu

u R i ui i

u r i

u R i r i R r

Z

RSu r i r !!'

'

' ' ' ' ' ' '

' ' ' ' '

ZZZZXYZZZZ r

x Variaia tensiunii Zener UZ

Se presupunem c tensiunea de intrare ur ( 0)ru' i curentul de ieire iS sunt constante. O variaie a tensiunii pe Zener U

0( 0i' )Z , n funcie de temperatur se traduce

printr-o variaie a tensiunii de ieire. Se pot scrie relaiile:

0

0

0

0 0

00

0

Se deduce deriva termica:

r

r

r Z

Z Z Z

ZT

u Zi

R i ui iu r i u

u u uKT u T'

'

' '' '' ' '

' ' ' ' ' '

ZR i ( )Z ZR r i Z

Uz Uz UzR rZ

RR r

D D D!!

ZZZZXYZZZZ

(deriva cu temperatura este identic cu cea a diodei Zener)

Obs. acest tip de referin este foarte sensibil la variaia tensiunii de polarizare (Ur) a curentului de polarizare (ir) i a temperaturii. Pentru a obine performane mai mari este necesara utilizarea unui etej de amplificare. Diod simulat electronic

2

1 2

1

2

1

REF BE DZ

REF BE DZ

RU U UR R

RU UR

U

Obs. 1) Se poate obine REF DZU U!

2) 0, 0 DZ UBET T

D D! se poate obine o compensare cu temperatura 3) asocierea unui potentiometru reduce influenta cu temperatura

Diod Zener asociat cu un generator de curent

Performane: Pentru dioda DZp din generatorul de curent putem exploata rezultatul obinut la dioda polarizat prin rezisten (calculul lui S0 )

0 0

0

Zp Zp R BE 0(am facut aproximatiile : >>r ,U =U + U )

Zp ZpiZp r r RT p Zp p

p

r rU u u U

R r R

R

' '

o

' ' ' '

Pentru variaia curentului prin dioda Zener DZ

0 0

0

ZpRiZ rT p

rUi uR R

' '

'' # '

Pentru tensiunea de ieire obinem

0

2

00( )0

0 2

0

Z Zp

Z Zp Zi Z Z r r rT p p

p

Z

Z

r r rU r i uR R R R

R RS

rR r

' '

' ' '

/

ru

Referine de tensiune in structuri integrate n structurile integrate referinele de tensiune se realizeaz prin mai multe metode avnd la baz dou principii de implementare. A nserierea unor tensiuni ale jonciunilor BE ale tranzistorelor cu tensiunea unei diode Zener (la diodele Zener coeficientul de variaie cu temperatura este pozitiv 2,2.....3 mV/C i depinde de mrimea lui UZ , iar la jonciunile BE ale tranzistorelor NPN este negativ -2,1 ..... -1,5 mV/C i depinde de nivelul curentului de emitor care strbate jonciunea ). Dioda Zener se obine prin polarizarea invers a unei jonciuni BE.

B nserierea unor tensiuni ale jonciunilor BE ale tranzistorelor cu diferena tensiunilor BE ale unor tranzistore care funcioneaz cu densiti de curent diferite, multiplicate cu un factor (referin de tip band interzis, eng. : band gap ). n figura urmtoare este prezentat metoda A (metoda de principiu) , utilizat la integratele stabilizatoare de tensiune ROB 305 (ICCE ), LM100 (Naional Semiconductor)

> @

;

( )

M DZ BE N BE

n mREF Z BE BE

m n m n

nZ BE BE

m n

U U m U U n UR RU V mU nU

R R R RRV m n U nU

R R

nserierea unui numr de diode asigur nivelul de ieire al tensiunii de referin. Presupunnd c rezistenele au acelai coeficient de variaie cu temperatura condiia ca

0REFU

Tw w

impune condiia :

...

n

n mm

n

n m

REF

R nR R m nR m k k

Rm m kR nR R m n

V

k

(stimati colaboratori are semnificatia ca trebuie sa inlocuiti ultimile relatii in formula initiala) Tensiunea de referin care se obine este mai mic dect UDZ (UDZ la tranzistor 6,2V .... 7V ), de obicei se realizeaza tensiuni cu valori < 2 V.

x O referin de tensiune negativ (ex. : ROB 304 ) este prezentat in continuare:

Dioda Zener polarizat rpin generatorul de curent ( I ) asigur o tensiune

pentru generatorul de curent constant realizat cu

Curentul I1A DZ B

V U U ER

2 3 1 2 3 , , R , R , R Q Q

3 produce valoarea tensiunii de referin 3 4REFV I Mrimea curentului I3 se determin cu relaia:

3 2

3 3

31 2 3 2 2 2

22 2 2 3 3

3 2

( 1

( 1) ( 1)

;BE BE

c

cA c BE BE c

cc BE c

q U q UkT kT

c c

I I

IV R I U U R I

II R U R I

I e I e

E )E E

E EE E

E

Generatoarele prezentate prezint impedane de ieire de ordinul k, valoare care nu permite generarea unor cureni foarte mari. Acest impediment poate fi nlturat prin introducerea diodei Zener n bucla de reacie a unui amplificator. Schema de principiu (utilizat sub diferite forme de implementare la stabilizatoare de tensiune LM 723, MC 1468 sau L100 circuit pentru comanda n cascad a diodelor) este prezentat in figura urmtoare:

1REF DZ BEU U U

Amplificatorul este tranzistorul Q1 care are n colector un generator de curent (sarcin activ). Repetorul pe emitor Q2 asigur curentul de ieire i reduce impedana de ieire de 2 ori. Rezistena R1 asigur polarizarea diodei DZ la un curent constant. Evitarea intrrii n oscilaie la frecvene nalte (datorit valorii mari a amplificrii) se realizeaz prin introducerea unei reele de compensare n frecven ex.: L100

Referin de tensiune de tip band interzis n stabilizatoarele de tensiune obinerea tensiunii de ieire cu o dispersie rezonabil constituie o problem tehnologic. n consecin s-a apelat la un parametru de care s depind UREF uor de controlat (tensiunea BE a unei jonciuni polarizat direct). Deoarece acest parametru are coeficient de variaie cu temperatura negativ pentru compensarea termic, tensiunea UBE trebuie nsumat cu o tensiune cu coeficient de temperatur pozitiv. Aceast tensiune este dat de diferena dintre tensiunile BE a doua tranzistore care funcioneaz la densiti de curent diferite. Diferena de tensiune se multiplic cu un factor pentru o echilibrare a coeficienilor de temperatur.

Tensiunea UBE Cunoscnd valoarea sa, UBE0 , msurat la un curent de colector Ic0 i

o anumit temperatur T0 , i se poate determina valoarea sa pentru orice curent IC i orice temperatur T prin relaia:

00

0 0 0

1 lng CBE BEC

E

0

lnIT T kT T kTU U N

q T T q T q I

unde : - Eg0 banda de energie interzis a Siliciului la 0 grade Kelvin - q electronului - k constanta lui Boltzman

1 2BE BE BEU U U' . Pentru densiti de curent diferite J1 > J2 prin jonciunile BE ale tranzistorelor Q1 i Q2

, (identice sub aspectul geometriei , al profilului de impuriti i al temperaturii ) se obine:

1

2

lnBEJkTU

q J'

Dac 1 2 1 2R R J J! ! i are un coeficient de temperatur pozitiv. Cderea de tensiune pe rezistena R

BEU'1 are valoarea:

2 23

3 3

0 2 10

0 0 3 2

de unde se obtine

1 ln

REF BE REF BE BE

gBE

R RU U U U UR R

E R JT T kTUq T T R q J

' '

(ultimii doi termeni din relaia lui UBE au fost neglijai, influena lor fiind mic) n domeniul temperaturii de funcionare a CI variaia cu temperatura a lui Eg0 este neglijabil (2,4 10-4 eV/K). Derivnd ultima relaie se gsete condiia :

0 2 10

3 2

lng BEE R JkTUq R q

J

Un alt tip de referinta de tensiune integrata este prezentata in figura urmatoare, schema avand prezentat si circuitul de initializare.Initializarea schemei este asigurata de dioda Zener Dz1 polarizata prin rezistenta R1. Ca efect tensiunea de pe aceasta dioda polarizeaza tranzistorul Q1. Curentul de colector al tranzistorului Q1 prin intermediul tranzistoarelor Q2 si Q3 (care formeaza o oglinda de curent) asigura polarizarea diodei zener Dz2. In momentul in care tensiunea pe Dz2 devine mai mare ca tensiunea pe dioda Dz1 dioda D1 se blocheaza si sistemul de initializare (Dz1) este deconectat. Aplicand principiul superpozitiei asupra divizorului format de rezistentele RA si RB se poate exprima valoarea tensiunii de referinta

Pentru ca tensiunea de referinta sa nu depinda de temperatura (in ipoteza ca valoarea rezistentelor nu variaza cu temperature), trebuie indeplinita conditia impusa de relatia urmatoare:

Admitand ca sunt indeplinite conditiile:

deducem conditia pe care trebuie sa o indeplineasca cele doua rezistente:

Se stie ca coeficientul de variatie cu temperature pentru diode si jonctiunile BE ale tranzistoarelor are valoarea de 2mV/C, pentru diodele zener acest coeficient fiind de 3.5mV/C. De remarcat ca coeficintul de variatie cu temperatura a tensiunii de referinta este nul diodele D2 si D3 prezinta un coefficient de variatie cu temperatura global de -4mV/C. De asemena se stie ca in circuitele integrate rezistentele difuzare prezinta un coeficient de variatie cu temperature pozitiv aspect care conduce la stabilizarea curentului prin rezistenta RB si prin dioda zener Dz

Protectia stabilizatoarelor In functionarea echipamenteloe electronice sunt situatii in care pot aparea regimuri de suprasarcini , supracurenti sau supratensiuni cu efecte care conduc la defectarea sarcinilor sau a sistemelor de alimentare. In continuare vor fi analizate cele mai importante fenomene care pot apare si cele mai eficiente metode de prevenire, cu referire in principal la metodele care sunt aplicate la stabilizatoarele din a doua generatie. In general nu vor fi prezentate metodele in care dispozitivele de protectie au o actiune lenta sau au o fiabilitate mica. Evident nu se iau in discutie nici metodele neeconomice (prioectare supradimensionata sau care disipa energie termica). Principalele cauze care produc situatiile specificate tin de operarea gresita a echipamentelor, defectarea unor componente, fenomene aleatoare. Protectia termica Metodele de protectie termica ale circuitelor integrate se bazeaza in principiu pe variatia parametrilor unui tranzistor in functie de temperatura. Principalii parametrii care au o variatie importanta cu temperatura sunt:

x ICB0, are o variatie exponentiala, mai mare la tranzistoarele cu Ge x UBE, valoarea sa se diminueaza in functie de temperatura variatia fiind mai mare la

tranzistoarele cu siliciu x E .

Variatia aestor parametrii cu temperatura are drept consecinta deplasarea in sus, pe caracteristica a punctului static de functionare. Unul dintre principiile de protectie termica (comanda directa asupra elementului de reglare) care se aplica la stabilizatoare este prezentat in urmatoarea schema.

Functia de senzor este indeplinita de tranzistorul TT plasat pe integrat in vecinatatea tranzistorului TER care indeplineste functia de element de reglare (principala sursa de caldura). Baza tranzistorului TT este prepolarizata la o tensiune de circa UB=300-400mV. La temperatura camerei (T=25 grad C) curentul de colector al acestui tranzistor este de circa 4 ordine de marime mai mic decat curentul I debitat de generatorul de curent. In aceasta situatie se poate afirma ca tranzistorul TT este practic blocat. Considerand marimile I si UB

independente de temperatura curentul IB de polarizare a bazei trazistorului TER scade odata cu cresterea temperaturii dupa o lege de tip exponential: Tbn

CCB eaTIITI/4

)25( 0)(

unde a, b, n sunt constante care depind de factori tehnologici ai tranzistorului TT (material, geomeria sa, tipul procesului tehnologic prin care a fost realizat, etc.). In momentul in care temperatura jonctiunii atinge valoarea maxima admisibila ( 150-200 grad C) curentul IB devine suficient de mic pentru a bloca tranzistorul TER. Introducera unui hysterezis elimina oscilatiile in jurul temperaturii maxime admisibile.Cea mai simpla metode de introducere a hysterezisului consta in cresterea tensiunii UB cu cateva zeci de milivolti in momentul blocarii tranzistorului TER. Protectia la supracurent sau la suprasarcina Protectia stabilizatorului la scurt circuit la iesire sau la suprasarcina se realizeaza prin limitarea curentului de iesire. Cea mai simpla metoda de protectie (utilizata la schemele din prima generatie) se bazeaza pe utilizarea unor elemente semiconductoare (diode sau tranzistoare) care limiteaza curentul prin elementul de reglare. O schema care utilizeaza diode este prezentata in continuare

Curentul de scurtcircuit este limitat la valoarea 2BE SC SC DU R I U O schema care utilizeaza un tranzistor Tp este prezentata in continuare

Tranzistorul Tp se deschide la UBE=0,6 - 0,7V. n aceast situaie jonciunea BE a

tranzistorului TER este scurtcircuitat.

SC

BESC R

UI |

astfel se obine urmtoarea caracteristic :

Dezavantaje:

x puterea disipata de elementul de reglare este mare :

SCid IuP x marirea nejustificata a impedantei de iesire fapt care conduce la diminuarea stabilizarii

de sarcina. x marirea diferentei de tensiune minima intrareiesire necesara cu UBE

Metoda de protecie a elementului de reglaj la scurtcircuit si la putere disipata O schema de protectie care poate fi utilizata la stbilizatoarele din prima generatie (structuri integrate in care nu avem acces la baza trenzistorului element de reglare) este prezentata in continuare:

Analizand schema de protecie se pot scrie urmtoarele relaii :

0

`2

`1

`2

uIRVRR

RVV

SCX

XB

i 0` uVU BBET de unde se deduce expresia curentului :

`2

`1

`2

`1

`2

0

`2

`1

`2

`2

`1

`2

0

1

1

RR

RU

RRRuI

RRRR

RRRuU

ISC

BEOM

SC

BE

caracteristica tensiunii funcie de curent va arta astfel :

`2

`11

RR

RUI

SC

BESC

se remarc faptul ca ISC

expresia curentului maxim de iesire are expresia:

2_ _

1 2

1[ ]SC BE Tp BE ER

SC

RI U UR R R

Dependenta cu temperatura a curentului de iesire se elimina complet cu schema de principiu prezentata in continuare (stabilizatoarele din seria 7900):

Generatorul de curent I polarizeaza baza tranzistorului T2. Curentul de emitor al acestui tranzistor se are doua componente (curentii de polarizare ai tranzistoarelor T1 (si prinrezistenta RB) si TER. Cand curentul I absorbit de generatorul comandat este nul tranzistorul T1 este blocat, intregul curent al lui T2 contribuie la curentul Io. Sesizarea curentului maxim prin rezistenta Rsc comanda cresterea curentului I. Ca urmare are loc o diminuare a curentului de baza al tranzistorului TER prin doua efecte:

x cresterea curentului prin RB x limitarea curentului prin tranzistorul T1 (o parte din curentul I va fi deturnat de T1)

Prin urmare se va atinge o valoare limita maxima a curentului de polarizare a tranzistorului regulator si implicit a curentului de iesire.

Controlul ariei de functionare sigura (Safe Operating Area) Puterea consumata de circuitul de stabilizare este foarte mica in comparatie cu puterea disipata de elementul de stabilizare. Planul caracteristicii Ic(Uce) al elementului de reglare este aproximativ identic cu planul caracteristicii Io(Ui-Uo) al stabilizatorului. Limita de putere a capsulei imparte acest plan prin hiperbola

max0

0

D

I

PIU U

Cu cat punctul static de functionare al tranzistorului serie este in aria de sub curba PDmax cu atat mai mult capsula tranzistorul este capabila sa elimine caldura produsa prin disipatia de putere interna. De obicei aceasta zona contine si zona de siguranta a tranzistorului (SOA). A proteja tranzistorul la depasirea puterii interne disipate maxime admise revine la a asigura functionarea acestuia in aria de functionare sigura. Constructia circuitelor care indeplinesc aceasta functie se bazeaza pe o schema de protectie la supra curent ,care au fost descrise. Cand tensiunea intrare- iesire depaseste valoarea Uz+Ube prin rezistentele R1, R2 incepe sa circula un curent care reduce caderea de tensiune care este necesara pe rezistenta Rsc, de a deschide tranzistorul de protectie Tp . Ca urmare curentul maxim furnizat de stabilizator se reduce si implicit si puterea interna disipata de elementul de reglare serie.

2_ 0

1 2

1[ (SC BE Tp r DZ

SC

R)]I U U U

R R R

U

O alta varianta de schema de protectie care nu utilizeaza tranzistorul din protectie de supracurent este prezentata in continuare. Tranzistorul T1 in functionarea corecta este blocat. In momentul in care tensiunea diferentiala intrare iessire depaseste valoarea Udz+Ube tranzistorul se descide blocand elementul de reglare.

Aceste scheme prezinta cateva deficiente dintre care specificam urmatoarele:

x scaderea cu temperatura a curentului maxim de la iesire care poate fi furnizat x posibilitatea producerii unor fenomene de agatare in caz de scurt circuit la iesire

(tensiunea de iesire devine zero, tranzistorul TER se satureaza puternic iar circuitul stbilizator nu ii asigura o cale rezistiva de a elimina sarcina stocata in baza sa)

x neutilizarea eficienta a performantelor capsulei tranzistorului de reglare serie (aria cuprinsa intre 1 si curba PDmax reprezinta un procent semnificativ din aria de siguranta)

Aceste deficiente pot fi inlaturate cu schema din figura urmatoare:

Se remarca prezenta prezenta protectiei la supracurent care asigura o invarianta a curentului de iesire in functie de temperatura. Ideea consta in utilizarea unui tranzistor compus, format din doua tranzistoare T1, T2, intre care raportul ariilor emitoarelor este in raport de 9:1. La o diferenta de tensiune diferentiala intrare iesire mai mica decat 2Udz+Ube cele doua tranzistoare sunt saturate, functionarea limitatorului de curent fiind identica cu

metoda prezentata anterior.Cand 0 2i DZU U U UBE ! un curent IDZ proportional cu depasirea va circula prin rezistenta R4, ceea ce va produce o diminuare a curentului de colector al tranzistorului T1. Aceasta diminuare se produce dupa o lege neliniara si are ca efect apropierea de deschidere a tensiunii UBE a tranzistorului Tp. In consecinta aceasta lege neliniara, asociata cu caracteristica Io(Ui-Uo) aproximeaza foarte bine caracteristica lui PDmax. Fenomenele de agatare dispar deoarece la disparitia scurt circuitului de la iesire comutatorul se satureaza. Protectia stabilizatoarelor la supratensiune In unele situatii tensiuna de iesire a stabilizatorului poate avea valori care depasesc valoarea maxima admisa, cu consecinte dezastruase pentru sarcina. Cele mai frecvente cauze care pot produce o crestere atensiunii de iesire sunt:

x scurtcircuitarea elementului de reglare x defectarea referintei de tensiune a carei valoare poate lua valoarea tensiunii de

intrare x defectarea unor componente din circuitul de reactie negativa

Protectia la supratensiune se bazeaza pe ipoteza ca stabilizatorul are protectie la supra-curent realizata cu siguranta ultrarapida sau cu o schema electronica care actioneaza asupra elementului de reglare. Metoda consta in realizarea unui scurt pe iesirea sau intrarea (in cazul protectiei cu siguranta) stabilizatorului. Componenta electronica utilizata pentru a genera supra-curentul este tiristorul sau triacul. Metodele sunt prezentate in continuare. Protectia cu fuzibil pe intrare si iesire (protectie Crow-bar) Aceasta metoda este cea mai des utiliza si consta in dintr-un ansamblu compus din siguranta, element de scurcircuitare, detector de supratensiune. Metoda se poate implementa in doua variante ;

Figura Protectie la supra-tensiune cu fuzibil pe intrare

Figura Protectie la supra-tensiune cu fuzibil pe intrare

Implementarea electronica a detectorului de supratensiune si a protectiei

Daca atunci tiristorul se va deschide (tens. aprox 1,2V ). Acest lucru va

conduce fie la arderea sigurantei fie la intrarea in functiune a protectiei de scurtcircuit a stabilizatorului, caz in care tensiunea de iesire se va reduce la aproximativ 1.2V intr-un timp de 12

DZS UU !

secP .

Sub aceasta structura aceasta protectie nu este recomandata datorita faptului ca schema asigura un curent mic de poarta pentru tiristor scazand capacitatea acestuia de a suporta variatia dI/dt, cauzand distrugerea sa. Se recomanda utilizarea unui amplificator de eroare pentru comanda tiristorului. Solutii:

Implementare cu amplificator realizat cu un trazistor

Implementare cu amplificator diferential realizat cu componente discrete

Implementare cu circuitul integrat, stabilizator de tensiune LM723

Implementarea cu circuite specializate

Pentru anumite scheme de comanda a stabilizatoarelor (in special in aplicatiile industriale la care blocul de reglare este realizat cu microcontroler) se pot utiliza circuite specializate, spre exemplu MC34064, MC34164 produse de firma MOTOROLA, a carui structura este prezentata in figura urmatoare

Circuitul are in structura sa un sesizor de supratensiune (realizat cu un divizor rezistiv), o referinta de tensiune de 1.2V si un comparator de tensiune cu histerezis care indeplineste si functia de monostabil (furnizeaza un singur impuls pozitiv), circuitul furnizand la iesire un impuls de reset Protectia la supratensiune si la inversarea tensiunii de alimentare Principalele metode de protectie la inversarea polaritatii tensiunii de alimentare consta din utilizare unui transistor MOS (metoda dedistructiva) sau a unei diode polarizata polarizata invers (metoda care presupune exsistenta unei protectii la supracurent sau a unei sigurante in circuitul de alimentare)

Metodele de protectie prezentate se pot identifica usor pentru stabilizatoarele din seria 7800 si 7900 ale caror scheme de principiu sunt prezentate in continuare