रैखिक वोल्टेज स्टेबलाइजर्स - उद्देश्य, बुनियादी पैरामीटर और स्विचिंग सर्किट

शायद आज, कोई भी इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड निरंतर स्थिर वोल्टेज के कम से कम एक स्रोत के बिना नहीं कर सकता। और बहुत बार माइक्रोक्रिस्किट के रूप में रैखिक वोल्टेज नियामक ऐसे स्रोतों के रूप में काम करते हैं। एक ट्रांसफॉर्मर के साथ एक रेक्टीफायर के विपरीत, जहां वोल्टेज एक तरह से या किसी अन्य लोड लोड पर निर्भर करता है और विभिन्न कारणों से थोड़ा भिन्न हो सकता है, एक एकीकृत माइक्रोक्रिकिट - एक स्टेबलाइज़र (नियामक) सटीक परिभाषित सीमा में निरंतर वोल्टेज प्रदान करने में सक्षम होता है भार धाराएं।

ये माइक्रोसर्किट क्षेत्र-प्रभाव या द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के आधार पर बनाए गए हैं, जो लगातार सक्रिय मोड में काम कर रहे हैं। रेगुलेटिंग ट्रांजिस्टर के अलावा, लीनियर स्टेबलाइजर के माइक्रोक्रिकिट के क्रिस्टल पर एक कंट्रोल सर्किट भी लगाया जाता है।

ऐतिहासिक रूप से, इससे पहले कि इस तरह के स्टेबलाइजर्स को microcircuits के रूप में बनाना संभव हो गया, मापदंडों की तापमान स्थिरता की समस्या को हल करने का सवाल था, क्योंकि ऑपरेशन के दौरान हीटिंग के साथ, microcircuit नोड्स के पैरामीटर बदल जाएंगे।

समाधान 1967 में आया, जब अमेरिकी इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर रॉबर्ट विडलर ने एक स्टेबलाइज़र सर्किट का प्रस्ताव दिया जिसमें एक विनियमित ट्रांजिस्टर एक अनियमित इनपुट वोल्टेज स्रोत और लोड के बीच जुड़ा होगा, और तापमान-मुआवजा संदर्भ वोल्टेज के साथ एक त्रुटि एम्पलीफायर मौजूद होगा। नियंत्रण सर्किट। नतीजतन, बाजार में रैखिक एकीकृत स्टेबलाइजर्स की लोकप्रियता तेजी से बढ़ी।

नीचे दी गई फोटो देखें। यहाँ दिखाया गया एक रैखिक वोल्टेज नियामक (जैसे LM310 या 142ENxx) का एक सरल आरेख है। इस योजना में, एक नॉन-इनवर्टिंग नेगेटिव-वोल्टेज फीडबैक ऑपरेशनल एम्पलीफायर, अपने आउटपुट करंट का उपयोग करते हुए, रेगुलेटिंग ट्रांजिस्टर VT1 के अनलॉकिंग की डिग्री को नियंत्रित करता है, जो एक सर्किट में एक आम कलेक्टर - एमिटर फॉलोअर से जुड़ा होता है।

ऑप-एम्प स्वयं एकध्रुवीय सकारात्मक वोल्टेज के रूप में इनपुट स्रोत द्वारा संचालित होता है। और यद्यपि नकारात्मक वोल्टेज यहां आपूर्ति के लिए उपयुक्त नहीं है, लेकिन ओवरलोड या क्षति के डर के बिना, ऑप-एम्प की आपूर्ति वोल्टेज को बिना किसी समस्या के दोगुना किया जा सकता है।

निष्कर्ष यह है कि गहरी नकारात्मक प्रतिक्रिया इनपुट वोल्टेज की अस्थिरता को बेअसर करती है, जिसका मूल्य इस सर्किट में 30 वोल्ट तक पहुंच सकता है। तो, चिप मॉडल के आधार पर निश्चित आउटपुट वोल्टेज 1.2 से 27 वोल्ट तक होता है।

स्टेबलाइजर माइक्रोक्रिकिट में पारंपरिक रूप से तीन पिन होते हैं: इनपुट, कॉमन और आउटपुट।आंकड़ा एक संदर्भ वोल्टेज प्राप्त करने के लिए एक माइक्रोक्रिकिट के हिस्से के रूप में एक अंतर एम्पलीफायर के एक विशिष्ट सर्किट को दिखाता है जेनर डायोड लगाया.

लो-वोल्टेज रेगुलेटर में, वोल्टेज रेफरेंस गैप पर प्राप्त होता है, जैसा कि विडलर ने पहली बार अपने पहले लीनियर इंटीग्रेटेड रेगुलेटर, LM109 में प्रस्तावित किया था। प्रतिरोधों R1 और R2 के नकारात्मक प्रतिक्रिया सर्किट में एक डिवाइडर स्थापित किया गया है, जिसके द्वारा आउटपुट वोल्टेज सूत्र Uout = Uvd (1 + R2 / R1) के अनुसार संदर्भ वोल्टेज के समानुपाती होता है।

स्टेबलाइज़र में निर्मित रेसिस्टर R3 और ट्रांजिस्टर VT2 आउटपुट करंट को सीमित करने का काम करते हैं, इसलिए यदि करंट लिमिटिंग रेसिस्टर पर वोल्टेज 0.6 वोल्ट से अधिक है, तो ट्रांजिस्टर VT2 तुरंत खुल जाएगा, जिससे मुख्य कंट्रोल ट्रांजिस्टर VT1 का बेस करंट होगा सीमित। यह पता चला है कि स्टेबलाइजर के संचालन के सामान्य मोड में आउटपुट करंट 0.6 / R3 तक सीमित है। नियामक ट्रांजिस्टर द्वारा छितरी हुई शक्ति इनपुट वोल्टेज पर निर्भर करेगी और 0.6 (Uin - Uout) / R3 के बराबर होगी।

यदि किसी कारण से एकीकृत स्टेबलाइजर के आउटपुट में शॉर्ट सर्किट होता है, तो क्रिस्टल पर विघटित शक्ति को पहले की तरह नहीं छोड़ा जाना चाहिए, वोल्टेज अंतर के आनुपातिक और प्रतिरोधक R3 के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती। इसलिए, सर्किट में सुरक्षात्मक तत्व होते हैं - जेनर डायोड VD2 और रोकनेवाला R5, जिसका संचालन वोल्टेज Uin -Uout में अंतर के आधार पर वर्तमान सुरक्षा का स्तर निर्धारित करता है।

उपरोक्त ग्राफ में, आप देख सकते हैं कि अधिकतम आउटपुट करंट आउटपुट वोल्टेज पर निर्भर करता है, इस प्रकार लीनियर स्टेबलाइजर का माइक्रोक्रिकिट ओवरलोड से सुरक्षित रूप से सुरक्षित होता है।जब वोल्टेज अंतर Uin-Uout जेनर डायोड VD2 के स्थिरीकरण वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो प्रतिरोधों R4 और R5 का विभाजक इसे बंद करने के लिए ट्रांजिस्टर VT2 के आधार में पर्याप्त धारा बनाएगा, जो बदले में आधार वर्तमान सीमा का कारण बनेगा नियामक ट्रांजिस्टर VT1 की वृद्धि के लिए।

रैखिक नियामकों के नवीनतम मॉडल, जैसे कि ADP3303, थर्मल अधिभार संरक्षण से लैस हैं जब क्रिस्टल को 165 ° C तक गर्म करने पर आउटपुट करंट तेजी से गिरता है। आवृत्ति को बराबर करने के लिए उपरोक्त आरेख में संधारित्र की आवश्यकता होती है।

वैसे, कैपेसिटर के बारे में। यह माइक्रोक्रिकिट के आंतरिक सर्किट के झूठे सक्रियण से बचने के लिए एकीकृत स्टेबलाइजर्स के इनपुट और आउटपुट के लिए 100 एनएफ की न्यूनतम क्षमता वाले कैपेसिटर को जोड़ने के लिए प्रथागत है। इस बीच, तथाकथित कैपलेस स्टेबलाइजर्स हैं, जैसे कि REG103, जिसके लिए इनपुट और आउटपुट पर स्थिर कैपेसिटर स्थापित करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

एक निश्चित आउटपुट वोल्टेज के साथ रैखिक स्टेबलाइजर्स के अलावा, स्थिरीकरण के लिए समायोज्य आउटपुट वोल्टेज वाले स्टेबलाइजर्स भी हैं। उनमें, प्रतिरोधों R1 और R2 का डिवाइडर गायब है, और ट्रांजिस्टर VT4 का आधार बाहरी डिवाइडर को जोड़ने के लिए चिप के एक अलग पैर में लाया जाता है, जैसे कि 142EN4 चिप में।

अधिक आधुनिक स्टेबलाइजर्स, जिसमें नियंत्रण सर्किट की वर्तमान खपत कई दसियों माइक्रोएम्प्स तक कम हो जाती है, जैसे LM317, में केवल तीन पिन होते हैं।निष्पक्ष होने के लिए, हम ध्यान दें कि आज TPS70151 जैसे उच्च-सटीक वोल्टेज नियामक भी हैं, जो कई अतिरिक्त पिनों की उपस्थिति के कारण, कनेक्टिंग तारों, लोड डिस्चार्ज कंट्रोल, आदि के लिए वोल्टेज ड्रॉप सुरक्षा को लागू करना संभव बनाता है। .

ऊपर हमने सामान्य तार के सापेक्ष सकारात्मक वोल्टेज स्टेबलाइजर्स के बारे में बात की। इसी तरह की योजनाओं का उपयोग नकारात्मक वोल्टेज को स्थिर करने के लिए भी किया जाता है, यह केवल सामान्य बिंदु से इनपुट के आउटपुट वोल्टेज को अलग करने के लिए पर्याप्त है। आउटपुट पिन तब सामान्य आउटपुट बिंदु से जुड़ा होता है, और नकारात्मक आउटपुट बिंदु स्टेबलाइजर चिप के सामान्य बिंदु से जुड़ा इनपुट माइनस पॉइंट होगा। 1168ENxx जैसे नकारात्मक ध्रुवीयता वोल्टेज नियामक बहुत सुविधाजनक हैं।

यदि एक बार में दो वोल्टेज (सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवीयता) प्राप्त करना आवश्यक है, तो इस उद्देश्य के लिए विशेष स्टेबलाइजर्स हैं जो एक ही समय में सममित रूप से स्थिर सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज देते हैं, यह केवल सकारात्मक और नकारात्मक इनपुट वोल्टेज लागू करने के लिए पर्याप्त है इनपुट्स को। ऐसे बाइपोलर स्टेबलाइजर का एक उदाहरण KR142EN6 है।

ऊपर दिया गया चित्र इसका एक सरल आरेख है। यहाँ, अंतर प्रवर्धक # 2 ट्रांजिस्टर VT2 को चलाता है, इसलिए समानता -UoutR1 / (R1 + R3) = -Uop देखी जाती है। और एम्पलीफायर #1 ट्रांजिस्टर VT1 को नियंत्रित करता है ताकि प्रतिरोधों R2 और R4 के जंक्शन पर क्षमता शून्य बनी रहे। यदि एक ही समय में प्रतिरोधक R2 और R4 समान हैं, तो आउटपुट वोल्टेज (सकारात्मक और नकारात्मक) सममित रहेगा।

दो (सकारात्मक और नकारात्मक) आउटपुट वोल्टेज के बीच संतुलन के स्वतंत्र समायोजन के लिए, आप अतिरिक्त ट्रिमिंग प्रतिरोधों को माइक्रोक्रिकिट के विशेष पिन से जोड़ सकते हैं।

उपरोक्त रैखिक नियामक सर्किट की सबसे छोटी वोल्टेज ड्रॉप विशेषता 3 वोल्ट है। यह बैटरी या बैटरी चालित उपकरणों के लिए काफी है और आमतौर पर वोल्टेज ड्रॉप को कम करने के लिए वांछनीय है। इस प्रयोजन के लिए, आउटपुट ट्रांजिस्टर को pnp प्रकार बनाया जाता है ताकि डिफरेंशियल स्टेज का कलेक्टर करंट रेग्युलेटिंग ट्रांजिस्टर VT1 के बेस करंट के साथ-साथ हो। न्यूनतम वोल्टेज ड्रॉप अब लगभग 1 वोल्ट होगा।

नकारात्मक वोल्टेज रेगुलेटर न्यूनतम ड्रूप के साथ समान तरीके से काम करते हैं। उदाहरण के लिए, 1170ENxx श्रृंखला के नियामकों में लगभग 0.6 वोल्ट की वोल्टेज ड्रॉप होती है और जब TO-92 मामले में 100 mA तक लोड धाराओं पर बनाया जाता है तो ज़्यादा गरम नहीं होता है। स्टेबलाइजर स्वयं 1.2 mA से अधिक की खपत नहीं करता है।

ऐसे स्टेबलाइजर्स को कम ड्रॉप के रूप में वर्गीकृत किया गया है। MOSFET- आधारित नियामकों (1 mA चिप की वर्तमान खपत पर लगभग 55 mV) जैसे कि MAX8865 चिप पर भी कम वोल्टेज ड्रॉप प्राप्त किया जाता है।

स्टैंडबाय मोड में उपकरणों की बिजली की खपत को कम करने के लिए कुछ स्टेबलाइजर मॉडल शटडाउन पिन से लैस हैं - जब इस पिन पर एक तर्क स्तर लागू किया जाता है, तो स्टेबलाइजर की खपत लगभग शून्य हो जाती है (लाइन LT176x)।

इंटीग्रल लीनियर स्टेबलाइजर्स के बारे में बोलते हुए, वे अपनी विशेषताओं, साथ ही गतिशील और सटीक मापदंडों पर ध्यान देते हैं।

सटीकता पैरामीटर स्थिरीकरण कारक, आउटपुट वोल्टेज सेटिंग सटीकता, आउटपुट प्रतिबाधा और वोल्टेज तापमान गुणांक हैं। इनमें से प्रत्येक पैरामीटर दस्तावेज़ीकरण में सूचीबद्ध है; वे इनपुट वोल्टेज और क्रिस्टल के वर्तमान तापमान के आधार पर आउटपुट वोल्टेज की सटीकता से संबंधित हैं।

लोड वर्तमान और इनपुट वोल्टेज की विभिन्न आवृत्तियों के लिए तरंग दमन अनुपात और आउटपुट प्रतिबाधा जैसे गतिशील पैरामीटर सेट किए गए हैं।

इनपुट वोल्टेज रेंज, रेटेड आउटपुट वोल्टेज, अधिकतम लोड करंट, अधिकतम बिजली अपव्यय, अधिकतम इनपुट और आउटपुट वोल्टेज अंतर अधिकतम लोड करंट, नो-लोड करंट, ऑपरेटिंग तापमान रेंज जैसी प्रदर्शन विशेषताएँ, ये सभी पैरामीटर एक की पसंद पर प्रभावित करते हैं या अन्य। एक निश्चित सर्किट के लिए स्टेबलाइजर।

रैखिक वोल्टेज नियामकों के लक्षण

यहाँ रैखिक स्टेबलाइजर्स को शामिल करने के लिए विशिष्ट और सबसे लोकप्रिय सर्किट हैं:

यदि एक निश्चित आउटपुट वोल्टेज के साथ एक रैखिक स्टेबलाइज़र के आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाना आवश्यक है, तो सामान्य टर्मिनल में श्रृंखला में एक जेनर डायोड जोड़ा जाता है:

अनुमेय आउटपुट करंट को अधिकतम करने के लिए, एक अधिक शक्तिशाली ट्रांजिस्टर को स्टेबलाइजर के साथ समानांतर में जोड़ा जाता है, जिससे माइक्रोक्रिकिट के अंदर रेगुलेटिंग ट्रांजिस्टर को कंपोजिट ट्रांजिस्टर के एक हिस्से में बदल दिया जाता है:

यदि करंट को स्थिर करना आवश्यक है, तो वोल्टेज स्टेबलाइजर को निम्न योजना के अनुसार चालू किया जाता है।

इस मामले में, रोकनेवाला के पार वोल्टेज ड्रॉप स्थिरीकरण वोल्टेज के बराबर होगा, जिससे स्थिरीकरण वोल्टेज अधिक होने पर महत्वपूर्ण नुकसान होगा।इस संबंध में, सबसे कम संभव आउटपुट वोल्टेज के लिए स्टेबलाइजर चुनना अधिक उपयुक्त होगा, जैसे कि 1.2 वोल्ट के लिए KR142EN12।