Bt-teh.ru

БТ Тех
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулировка напряжения при помощи транзистора

Регулировка напряжения при помощи транзистора

Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, вот некоторые из них.

Наверное, самая простая схема показана на рисунке 1. Количество деталей в ней, невелико, меньше уже не получится, а эффективность, читай чувствительность, достаточно высокая.

Это достигнуто тем, что транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме составного транзистора, называемой также схемой Дарлингтона. При таком включении коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов. Кроме того, такая схема обеспечивает высокий входной импеданс, что позволяет подключать высокоомные источники сигнала, как показанный на схеме фоторезистор PR1.

Рисунок 1. Схема простого фотореле

Работа схемы достаточно проста. Сопротивление фоторезистора PR1 с увеличением освещенности уменьшается до нескольких КОм (темновое сопротивление несколько МОм), что приведет к открыванию транзистора VT1. Его коллекторный ток откроет транзистор VT2, который включит реле K1, которое своим контактом включит нагрузку.

Диод VD1 защищает схему от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле K1. Таким образом, очень маломощный сигнал фоторезистора преобразуется в сигнал достаточный для включения обмотки реле.

Чувствительность этой простой схемы достаточно высока, иногда просто избыточна. Чтобы ее уменьшить, и регулировать в необходимых пределах можно добавить с схему переменный резистор R1, показанный на схеме пунктиром.

Напряжение питания указано в пределах 5…15В, — зависит от рабочего напряжения реле. Для напряжения 6В подойдут реле РЭС9, РЭС47, а для напряжения 12В РЭС49, РЭС15. При указанных на схеме транзисторах ток обмотки реле не должен превышать 50мА.

Если вместо транзистора VT2 поставить, например, КТ815, то выходной ток может быть больше, что позволит применить более мощные реле. А вообще, чем выше напряжение питания, тем выше и чувствительность фотореле.

Схема фотореле с фотодиодом

Схема этого фотореле показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема фотореле с фотодиодом

Как и предыдущая, она также содержит минимальное количество деталей, благодаря применению операционного усилителя (ОУ). В данной схеме ОУ включен по схеме компаратора (сравнивающего устройства). Нетрудно видеть, что фотодиод LED1 включен в фотодиодном режиме, — питание подано так, что фотодиод смещен в обратном направлении.

Поэтому, при снижении уровня освещенности сопротивление светодиода Led1 возрастает, что приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе R1, а следовательно и на инвертирующем входе компаратора OP1.

Напряжение на неинвертирующем входе ОУ устанавливается при помощи переменного резистора R2, и является пороговым — задает порог срабатывания. Как только напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем пороговое, на выходе компаратора появится высокий уровень напряжения, который откроет транзистор T1, который включит реле K1.

Реле и транзистор в этой схеме можно подобрать, руководствуясь рекомендациями к схеме, показанной на рисунке 6. В качестве компаратора можно использовать ОУ типа К140УД6, К140УД7 или подобные. Источник питания для схемы подойдет любой, можно даже бестрансформаторный, без гальванической развязки от сети. В этом случае при наладке следует быть внимательным, соблюдать правила техники безопасности. Идеальным вариантом следует считать использование для настройки схемы разделительного трансформатора или, как его иногда называют трансформатора безопасности.

Настройка устройства сводится к установке порогового напряжения таким образом, чтобы включение происходило уже при наступлении сумерек. Чтобы не дожидаться этого природного момента, можно в затемненной комнате засвечивать фотодиод лампой накаливания, включенной через тиристорный регулятор мощности. Эта же методика пригодна для настройки и других схем фотореле.

Возможно, что при срабатывании фотореле релюшка будет дребезжать. Избавиться от этого явления можно присоединив параллельно катушке электролитический конденсатор на несколько сотен микрофарад.

Фотореле на микросхеме

Специализированная микросхема КР1182ПМ1 представляет собой фазовый регулятор мощности, то же самое, что обычный тиристорный. Весьма важным и ценным свойством такого регулятора мощности является то, что он включается в схему как двухполюсник, не требуя для себя дополнительного провода питания: просто включил параллельно выключателю и все уже работает! На рисунке 4 показано, как на этой микросхеме можно построить несложное фотореле.

Рис. 3. Микросхема КР1182ПМ1

Рисунок 4. Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1

Управляющие выводы микросхемы 3 и 6. Если между ними подключить просто обычный однополюсный выключатель, то при его замыкании нагрузка будет отключаться! Если его разомкнуть, то нагрузка подключится. Кстати, без дополнительных внешних тиристоров или симистора, и даже без радиатора, микросхема выдерживает нагрузку до 150Вт. Это в случае, если при включении нагрузки нет бросков тока, как у ламп накаливания. Лампу накаливания в таком варианте можно включать мощностью не более 75Вт.

Просто выключатель к этим выводам подключать как бы ни к чему, если только в комплексе с другими деталями. Если не обращать внимания на фототранзистор и электролитический конденсатор, мысленно оставить только переменный резистор R1, то получается просто фазовый регулятор мощности: при перемещении его движка вверх по схеме выводы 3 и 6 замыкаются накоротко, тем самым отключая нагрузку, как упомянутым выше контактом. При перемещении движка вниз по схеме мощность в нагрузке изменяется от 0…100%. Тут все понятно и просто.

Если к этим выводам подключить электролитический конденсатор (считаем, что фототранзистора в схеме пока нет), то получится просто плавное включение нагрузки. Каким образом?

Сопротивление разряженного конденсатора невелико, поэтому поначалу управляющие выводы микросхемы 3 и 6 практически замкнуты накоротко и нагрузка отключена. По мере заряда сопротивление конденсатора возрастает (достаточно вспомнить проверку конденсаторов омметром), напряжение на нем тоже растет, мощность в нагрузке плавно увеличивается. Получается устройство плавного включения нагрузки. Причем мощность в нагрузку будет подана на столько, насколько введен движок переменного резистора R1. При отключении устройства от сети конденсатор разряжается через резистор R1, подготавливая устройство к следующему включению. Если конденсатор разрядиться не успеет, то плавного включения не будет.

Вот теперь и добрались до самого главного, до фотореле. Если теперь к управляющим выводам 3 и 6 подключить фототранзистор, то получится фотореле. Работает оно следующим образом. Днем при высокой освещенности фототранзистор открыт, поэтому сопротивление его участка коллектор – эмиттер невелико, выводы 3 и 6 замкнуты между собой, нагрузка отключена.

При плавном уменьшении освещенности в вечерние часы фототранзистор плавненько будет открываться, постепенно увеличивая мощность в нагрузке, то есть в лампе. Никаких пороговых элементов в этой схеме нет, поэтому лампа будет зажигаться и гаснуть постепенно.

Чтобы фотореле не сработало в тот момент, когда включится своя же лампа, фототранзистор желательно защитить от такой подсветки. Проще всего это сделать с помощью пластиковой трубки.

Ранее ЭлектроВести писали, что в Верховную Раду внесли законопроект №4347 о создании государственного фонда декарбонизации. Согласно документу, налог на выбросы углекислого газа увеличат с 10 до 30 грн/т, а полученные средства пустят на «зеленые» и энергоэффективные программы.

Регулировка напряжения при помощи транзистора

Генератор работает совместно с бесконтактным транзисторным регулятором напряжения РР350 (рис. 162 и рис. 163), установленным на правом брызговике под капотом. Регулятор поддерживает напряжение генератора в заданных пределах, при любой частоте вращения ротора генератора.

Регулятор напряжения состоит из измерительного и регулирующего органов. Измерительный орган имеет нелинейный делитель, в который входят сопротивления (резисторы) 1, 15, 16 ж 17 ж дроссель 18 чувствительный элемент (кремниевого стабилитрона 14)’, транзисторы 3 и 4, диод 5 и сопротивления 2, 6, 11 и 12, обеспечивающие работу транзисторов. Регулирующий орган состоит из силового транзистора 7 в цепи обмотки возбуждения генератора.

Задающий элемент — стабилитрон 14 имеет характеристику, при которой увеличение обратного напряжения приводит к обраатимому пробою, т. е. он начинает пропускать ток, но напряжение на нем практически остается постоянным. Пробой стабилитрона не выводит его из строя, и после снижения напряжения он восстанавливается. В схемах стабилитрон включается таким образом, чтобы к нему было приложено напряжение обратной полярности по сравнению с напряжением для обычных диодов.

Читать еще:  Точное время интернета синхронизация

Регулятор работает так. Стабилитрон 14 через делитель измеряет напряжение генератора, поступающее на зажим "+" регулятора через выключатель 21. При работе двигателя с малой частотой вращения напряжение генератора не превышает 13,2-14,5 В (в зависимости от регулировки регулятора). Пока напряжение генератора не достигает указанной величины, стабилитрон 14 закрыт и не пропускает ток, падение напряжения на сопротивлении 2 равно нулю, и база транзистора 3 имеет положительный потенциал, как и эмиттер транзистора.

В результате транзистор 3 находится в закрытом состоянии (режим отсечки). Сопротивление перехода Нэн эмиттер — коллектор транзистора 3 будет большим. Благодаря этому база транзистора 4, а следовательно, и база транзистора 7 находятся под отрицательным потенциалом по отношению к эмиттерам обоих транзисторов. При этом транзисторы 4 и 7 находятся в открытом состоянии (режим насыщения). Сопротивление Нэ к переходов эмиттер — коллектор транзисторов 4 и 7 очень мало. Следовательно, от зажима "+" через диод 8, переход эмиттер — коллектор транзистора 7 и обмотку возбуждения генератора протекает максимальный ток возбуждения генератора. Напряжение генератора достигает максимального значения для данной частоты вращения, но оно не превышает 13,2-14,5 В.

С увеличением частоты вращения генератора напряжение на зажимах "+" генератора и регулятора повышается. Когда напряжение генератора повысится до 13,2-14,5 В, произойдет пробой стабилитрона 14 и через сопротивление 2 начнет протекать ток. База транзистора 3 получит отрицательный потенциал по отношению к эмиттеру, и сопротивление перехода эмиттер — коллектор транзистора 3 резко снизится.

От зажима "+" через транзистор 3 и сопротивление 12 начнет протекать ток. В результате этого эмиттер и база транзистора 4 окажутся под одним и тем же потенциалом (положительным), транзистор 4 закроется. Благодаря этому база и эмиттер силового транзистора окажутся также примерно под одним и тем же потенциалом (положительным), так как падение напряжения на сопротивлении 6 и на диоде 8 одинаково в данном состоянии схемы, и транзистор 7 закроется. Сопротивление перехода эмиттер — коллектор транзистора 7 резко возрастет.

Резкое увеличение сопротивления в цепи обмотки возбуждения вызовет уменьшение тока возбуждения, а следовательно, и напряжения, вырабатываемого генератором. Напряжение генератора будет уменьшаться до тех пор, пока стабилитрон не восстановится. Ввиду того, что ток через стабилитрон 14 не протекает, транзистор 3 закроется. Это, в свою очередь, приведет к открытию транзисторов 4 и 7. Далее схема будет работать, как описано выше.

Весь процесс периодически повторяется и в системе регулирования устанавливаются устойчивые автоколебания. Необходимая величина тока возбуждения автоматически регулируется изменением соотношения времени нахождения транзистора 7 в открытом и закрытом состоянии (ключевой режим).

Остальные элементы схемы выполняют различные функции. Сопротивления 1, 15, 16, 17 и дроссель 18 составляют делитель напряжения для стабилитрона 14. Величина тока, проходящего через делитель, зависит от изменения температуры элементов делителя; это влечет за собой изменение регулируемого напряжения. Для исключения такой зависимости в цепь делителя включено термосопротивление 17 (термистер).

Термистер — это сопротивление, изменяющее свою величину в зависимости от температуры и сохраняющее постоянство тока в цепи, в которую оно включено. Для уменьшения влияния высокочастотных составляющих входного напряжения на измерительный орган одно из сопротивлений сделано индуктивным (дроссель 18).

Сопротивление 2 обеспечивает понижение потенциала базы (по отношению к эмиттеру) транзистора 3 при пробое стабилитрона 14. Сопротивление 12 является коллекторной нагрузкой транзистора 3 на режиме отсечки и сопротивлением базы транзистора 4 в режиме насыщения.

Сопротивление 11 является коллекторной нагрузкой транзистора 4 и сопротивлением базы транзистора 7. Сопротивление 6 и диод 5, а также сопротивление 9 и диод 8 обеспечивают более надежное запирание транзисторов 4 и 7 соответственно, причем сопротивление 6 подобрано таким образом, что падение напряжения в нем, когда транзисторы 4 и 7 закрыты, больше, чем падение напряжения на открытом переходе транзистора 5, и меньше, чем падение напряжения на диоде 8. Это сделано для того, чтобы потенциалы баз транзисторов 4 и 7 были несколько выше потенциалов своих эмиттеров, так как только в данном случае обеспечивается надежное закрытие транзисторов (состояние отсечки).

Каждое из сопротивлений 6 и 11 представляет собой три параллельно включенных сопротивления.

Сопротивление 9 обеспечивает необходимое падение напряжения на диоде 8, в то время когда силовой транзистор 7 закрыт. Применение диодов 5 и 8 (вместо активных сопротивлений) обеспечивает необходимые падения напряжения в цепях при протекании малых токов.

Для более четкого перехода схемы из открытого состояния в закрытое и наоборот (ключевой режим) в схеме регулятора предусмотрена обратная связь, осуществляемая при помощи сопротивления 13.

Для устранения перенапряжения в силовом транзисторе 7 под влиянием э. д. с. самоиндукции обмотки возбуждения генератора последняя шунтируется диодом 10, выполняющим функции гасящего сопротивления. Э. д. с. резко возрастает вследствие включения в цепь обмотки возбуждения большого сопротивления (перехода эмиттер — коллектор транзистора 7 в режиме отсечки).

Введение в схему дополнительного транзистора 3 обусловлено требованием надежного запирания силового транзистора 7 в широком диапазоне температур, так как в противном случае в нем будет выделяться большая мощность рассеивания и возможен выход его из строя. В принципе схема может работать и без этого транзистора, но в ограниченном диапазоне температур.

В процессе эксплуатации автомобиля периодически требуется проверять параметры регулятора напряжения. Эту работу можно выполнять непосредственно на автомобиле или на стенде.

При проверке на автомобиле вольтметр подключают на клемму "+" генератора и массу. Напряжение замеряют дважды при средней частоте вращения двигателя: первый раз без включенных потребителей, второй раз при включенных фарах. В обоих случаях напряжение должно быть в пределах 13,2-14,5 В.

Следует иметь в виду, что на величину регулируемого напряжения влияет состояние контактов выключателя зажигания. Подгорание контактов вызывает повышение регулируемого напряжения. Если регулируемое напряжение выше 14,5 В, то необходимо замерить напряжение на клемме КЗ выключателя зажигания. Разность напряжений на клеммах "+" генератора и КЗ выключателя зажигания не должна превышать 0,15 В. Большая разность свидетельствует о неисправности выключателя зажигания или цепи от генератора к выключателю зажигания.

Для проверки на стенде собирается схема, показанная на рис. 164. Реостатом 3 создается нагрузка от 5 до 25 А. Напряжение при этом должно быть в пределах 13,2-14,5 В. Если напряжение не укладывается в указанные пределы, то регулятор следует направить в ремонтную мастерскую для измерения регулируемого напряжения.

Не следует делать вывод о неисправности регулятора по отсутствию зарядного тока. Для проверки генераторной установки необходимо при работе двигателя со средней частотой вращения включить фары.

При исправной генераторной установке амперметр не должен показывать разрядный ток.

Если регулируемое напряжение завышено или занижено, регулятор необходимо направить в мастерскую для ремонта. В случае ненадежного контакта в штекерном разъеме регулятора напряжения рекомендуется сжать трубчатые наконечники разъема.

При повреждении полупроводниковых приборов регулятора напряжения зарядный ток может отсутствовать или быть в пределах 20-30 А в течение длительного времени, несмотря на заряженную батарею. Такой регулятор напряжения подлежит замене. Если такое повреждение произошло в пути далеко от базы и в наличии нет запасного регулятора, можно рекомендовать два способа:

1. При отсутствии зарядного тока необходимо каждые 150 — 200 км подзаряжать батарею путем соединения проводом клемм "+" и Ш генератора. Вести автомобиль в этом случае надо со скоростью, при которой зарядный ток установится не более 20-25 А. Рекомендуется при этом включить максимально возможное число потребите-телей электроэнергии, чтобы несколько ограничить зарядный ток. Продолжительность подзарядки не должна превышать 30 мин. После подзарядки перемычку между клеммами "+" и Ш нужно снять. Подобный способ подзарядки в движении с полностью возбужденным генератором нельзя продолжать более 30 мин, так как это может привести к интенсивному выкипанию электролита и даже к разрушению батареи.

Читать еще:  Кран для регулировки температуры батареи отопления

2. Если амперметр длительное время показывает большой зарядный ток (более 20 А), то необходимо во избежание недопустимого перезаряда батареи отсоединить штепсельный разъем у регулятора напряжения. Отсоединять батарею нельзя, так как при этом резко возрастает напряжение, в результате чего могут сгореть потребители (приборы, лампы и т. п.). Периодически через каждые 150-200 км надо подзаряжать батарею, присоединяя штепсельный разъем к регулятору напряжения на время не более 30 мин. Двигаться нужно со скоростью, при которой зарядный ток не превышает 20-25 А. Превышение зарядного тока и увеличение продолжительности подзарядки сверх 30 мин недопустимы.

В процессе эксплуатации автомобиля могут возникнуть некоторые неисправности регулятора напряжения, способы устранения которых приведены ниже.

Устройство и принцип действия регуляторов напряжения

Регулятор напряжения служит для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения автомобильного генератора, работающего в широком диапазоне изменения скоростей вращения ротора и тока нагрузки. Основным техническим требованием в регулирующим устройством является поддержание в весьма узких пределах выходного напряжения генератора, что в свою очередь диктуется надежностью работы и долговечность различных потребителей.

Регулирование напряжения до недавнего времени осуществляли вибрационные регуляторы. В последние годы на автомобилях устанавливают контактно-транзисторные и бесконтактные регуляторы, выполненные как на дискетных элементах, так и по интегральной технологии.

В контактно-транзисторных регуляторах напряжения функцию регулирующего элемента, включенного в цепь обмотки возбуждения генератора, выполняет транзистор, а управляющего и измерительного – вибрационное реле. Бесконтактные регуляторы в дискретном и интегральном исполнении в качестве регулирующего и управляющего элементов используют транзисторы и тиристора, а измерительного – стабилизаторы. Замена вибрационных регуляторов напряжения транзисторными позволила удовлетворить требования, предъявляемые к электрооборудованию.

Стало возможным увеличить возбуждение генераторов до 3 А и более; достичь высокой точности и стабильности регулируемого напряжения; повысить срок службы регулятора напряжения; упростить техническое обслуживание системы электропитания автомобиля. В настоящее время применяют транзисторные реле – регуляторы напряжения РР-362 и РР-350 в схемах с генераторами типа Г 250. Транзисторный регулятор напряжения РР-356 предназначен для работы с генератором Г272. Интегральные регуляторы напряжения Я 112А предназначены для работы с 14 – вольтовым генератором.

Интегральный регулятор напряжения Я 120 предназначен к генератору Г272 большегрузных автомобилей. На рис. 1 показан схема контактно-транзисторного регулятора. Регулятор состоит из транзистора Т (регулирующий элемент), вибрационного реле-регулятора напряжения РН (управляющий элемент) и реле защиты РЗ. Реле-регулятор имеет одну шунтовую обмотку РНо, включенную на выпрямленное напряжение генератора через запирающий диод Д2, ускоряющий резистор Rу и резистор термокомпенсации Rт. Реле имеет нормально разомкнутые контакты, включенные в цепь управления транзистора. Когда скорость вращения ротора генератора не велика и напряжение генератора еще не достигло заданной величины, контакты РН разомкнуты, транзистор Т отперт. База транзистора соединяется с полюсом источника питания и транзистор запирается. В этом случае ток возбуждения проходит через добавочный Rд и ускоряющий Rу резисторы, шунтирующие транзистор, что вызывает снижение тока возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Схема контактно-транзисторного регулятора напряжения

Рис.1. Схема контактно-транзисторного регулятора напряжения

Контакты реле-регулятора снова размыкаются и транзистор отпирается. Далее процесс повторяется с определенной частотой. Rу – позволяет увеличить частоту срабатывания и отпускания реле-регулятора напряжения РН из-за изменения падения напряжения на резисторе при отпертом и запертом состоянии транзистора, приводящее к более резкому изменению напряжения на обмотке РНо. Диод Д2, включенный в цепь эмиттера транзистора Т, служит для активного запирания выходного транзистора, которое необходимо для обеспечения надежной работы транзистора при повышенной температуре.

Запирание осуществляется за счет того, что падение напряжения на Д2 от тока, протекающего через Rу и Rд, когда транзистор заперт, приложено к переходу эмиттер – база транзистора в запирающем направлении. Термокомпенсационный резистор Рт необходим для поддержания напряжения на заданном уровне в условиях широкого изменения температуры. Диод Дг служит для гашения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения и защиты транзистора от перенапряжения в момент его запирания. Реле защиты РЗ предназначено для защиты транзистора от больших токов, возникающих в случае короткого замыкания зажима Ш на корпус генератора или регулятора. Реле имеет основную обмотку РЗо, включенную последовательно с ОВГ, вспомогательную РЗв, включенную параллельно ОВГ и удерживающую РЗу, РЗо и РЗв включены встречно.

При КЗ ток через РЗо увеличивается, одновременно шунтируется РЗв, замыкаются контакты РЗ, запирается транзистор и включается удерживающая обмотка РЗу. Резисторы Rу и Rд, ограничивают ток короткого замыкания до 0.3 А. Только после устранения короткого замыкания и отключения АБ РЗу отключит РЗ. Диод Д1 применен для исключения срабатывания РЗ при замыкании контактов регулятора напряжения РН, так как при отсутствии этого диода РЗу будет включена на напряжение генератора. Надежность регулятора обусловлена снижением разрывной мощности контактов. Однако износ, подгар и эррозия контактов, наличие пружинной и колебательных систем часто служит причиной выхода их строя. На рис. 2 показан бесконтактный регулятор напряжения типа РР-350, который применяется в автомобилей ГАЗ «Волга».

Схема бесконтактного регулятора напряжения

Рис. 2. Схема бесконтактного регулятора напряжения

Бесконтактный регулятор напряжения состоит из транзисторов Т2 и Т3 – германиевых; Т1 – кремниевого, резисторов R6 – R9 и диодов Д2 и Д3, стабилитрона Д1, входного делителя напряжения R1, R2, R3, Rт и дросселя Др. Если выпрямленное напряжение генератора, приложенное к входному делителю, меньше величины, на которую настроен регулятор, то стабилитрон Д1 запер, а транзисторы Т2 и Т3 отперты и по цепи (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – коллектор транзистора ТЗ – обмотка возбуждения ОВГ – (—) протекает максимальный ток возбуждения. Как только выпрямленное напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон «пробивается» и транзистор Т1 отпирается. Сопротивление этого транзистора становится минимальным и шунтирует эммитерно-базовые переходы транзисторов Т2 и Т3, что приводит к их запиранию. Ток ОВГ начинает спадать. Переключение схемы производится с определенной частотой и создается такая величина тока возбуждения, при которой средняя величина регулируемого напряжения поддерживается на заданном уровне.

Для повышения четкости переключения транзисторов и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое в ней предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R4. При повышении входного напряжения, то (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – база транзистора Т3 – диод Д2 – переход эмиттер – коллектор транзистора Т2 – резистор R4 – обмотка дросселя Др – (-), уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на Др. В этом случае падение напряжения на стабилитроне Д1 увеличивается, вызывая возрастания базового тока Т1 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует быстрому запиранию транзистора Т1.

Для активного запирания выходного транзистора Т3 и надежной работы при повышенной окружающей температуре в эммитерную цепь транзистора Т3 включен диод Д3. Падение напряжения на диоде выбирается с помощь резистора R9. Диод Д2 служит для улучшения запирания транзистора Т2 при отпертом транзисторе Т1 благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде. Для фильтрации входного напряжения применен дроссель Др. Терморезистор Rт компенсирует изменение падения напряжения на переходе эмиттер – база транзистора Т1 и стабилизатора Д1 от температуры окружающей среды. Регулятор напряжения для большегрузных автомобилей МАЗ, КамАЗ, КрАЗ выполняется на кремниевых транзисторах (рис. 3).

Схема регулятора напряжения

Рис. 3.Схема регулятора напряжения

Схема регулятора упрощена по сравнению с РР-350, уменьшено количество транзисторов. Диоды Д2 и Д3, включенные в базовую цепь транзистора Т2, делают возможным применение транзисторов с более широкими допусками на параметры, в частности на величину напряжения насыщения Т1. При питании 24 В предусмотрено применение в делителе напряжения дополнительной цепочки включающей термистор Rт и резистор R7. На рис. 4 представлена схема регулятора напряжения РР132А, применяемых на УАЗ.

Читать еще:  Как отрегулировать кастер в домашних условиях

Схема регулятора напряжения РР

Рис. 4. Схема регулятора напряжения РР 132А:

1 – дроссель; 2, 3, 4, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 23, 24 – резисторы; 7 – диод; 8, 9, 17 – транзисторы; 10, 11, 12, 19 – стабилитроны. Данная схема является бесконтактным транзисторным регулятором напряжения, который имеет три диапазона настройки регулируемого напряжения. Изменение диапазонов регулируемого напряжения осуществляется переключением 25, расположенным на верхней части корпуса регулятора. Регулируемое напряжение при частоте вращения ротора генератора — 35 мин-1, нагрузке 14 А, температуре 20 oС в положении (min) – 13.6 ± 0.35 В; (ср) – 14.2 ± 0.25 В; (max) – 14.7 ± 0,25 В.

На рис. 5 приведена схема регулятора напряжения в интегральном исполнении. Интегральная технология снижает стоимость регулятора, появляется возможность общей герметизации, уменьшаются габариты, повышается надежность. Для интегрального исполнения, например, регулятор фирмы «Лукас» выбрана схема на трех транзисторах. При этом снижается мощность входных цепей и повышается общий коэффициент усиления схемы.

Работа транзистора в ключевом режиме

Работа транзистора в ключевом режимеДля упрощения рассказа можно представить транзистор в виде переменного резистора. Вывод базы это есть как раз та самая ручка, которую можно покрутить. При этом изменяется сопротивление участка коллектор – эмиттер. Крутить базу, конечно, не надо, может оторваться. А вот подать на нее некоторое напряжение относительно эмиттера, конечно, можно.

Если напряжение не подавать вовсе, а просто взять и замкнуть выводы базы и эмиттера пусть даже и не накоротко, а через резистор в несколько КОм. Получается, что напряжение база – эмиттер (Uбэ) равно нулю. Следовательно, нет и тока базы. Транзистор закрыт, коллекторный ток пренебрежительно мал, как раз тот самый начальный ток. Примерно такой же, как у диода в обратном направлении! В этом случае говорят, что транзистор находится в состоянии ОТСЕЧКИ, что на обычном языке значит, закрыт или заперт.

Противоположное состояние называется НАСЫЩЕНИЕ. Это когда транзистор открыт полностью, так, что дальше открываться уже некуда. При такой степени открытия сопротивление участка коллектор эмиттер настолько мало, что включать транзистор без нагрузки в коллекторной цепи просто нельзя, сгорит моментально. При этом остаточное напряжение на коллекторе может составить всего 0,3…0,5В.

Чтобы довести транзистор до такого состояния, надо обеспечить достаточно большой ток базы, подав на нее относительно эмиттера большое напряжение Uбэ,- порядка 0,6…0,7В. Да, для перехода база-эмиттер такое напряжение без ограничительного резистора очень велико. Ведь входная характеристика транзистора, показанная на рисунке 1, очень похожа на прямую ветвь характеристики диода.

Входная характеристика транзистора

Рисунок 1. Входная характеристика транзистора

Эти два состояния – насыщение и отсечка, используются в том случае, когда транзистор работает в ключевом режиме наподобие обычного контакта реле. Основной смысл такого режима в том, что малый ток базы управляет большим током коллектора, который в несколько десятков раз больше тока базы. Большой ток коллектора получается за счет внешнего источника энергии, но все равно усиление по току, что называется, налицо. Простой пример: маленькая микросхема включает большую лампочку!

Чтобы определить величину такого усиления транзистора в ключевом режиме используется «коэффициент усиления по току в режиме большого сигнала». В справочниках от обозначается греческой буквой β «бетта». Практически для всех современных транзисторов при работе в ключевом режиме этот коэффициент никак не меньше 10…20 Определяется β как соотношение максимально возможного тока коллектора к минимально возможному току базы. Величина безразмерная, просто «во сколько раз».

Даже если ток базы будет больше, чем требуется, беды особой нет: транзистор все равно не сможет открыться больше. На то он и режим насыщения. Кроме обычных транзисторов для работы в ключевом режиме используются «дарлингтоновские» или составные транзисторы. Их «супер — бетта» может достигать 1000 и более раз.

Как рассчитать режим работы ключевого каскада

Чтобы не быть совсем голословным, попробуем рассчитать режим работы ключевого каскада, схема которого показана на рисунке 2.

Как рассчитать режим работы ключевого каскада

Задача такого каскада очень простая: включить и выключить лампочку. Конечно, нагрузка может быть любой, — обмотка реле, электромотор, просто резистор, да мало ли что. Лампочка взята просто для наглядности эксперимента, для его упрощения. Наша задача чуть посложнее. Требуется рассчитать величину резистора Rб в цепи базы, чтобы лампочка горела в полный накал.

Такие лампочки применяются для подсветки приборной доски в отечественных авто, поэтому найти ее несложно. Транзистор КТ815 с током коллектора 1,5А для такого опыта вполне подойдет.

Самое интересное во всей этой истории, что напряжения в расчетах участия не принимают, лишь бы соблюдалось условие β ≥ Iк/Iб. Поэтому лампочка может быть на рабочее напряжение 200В, а базовая цепь управляться от микросхем с напряжением питания 5В. Если транзистор рассчитан на работу с таким напряжением на коллекторе, то лампочка будет мигать без проблем.

Но в нашем примере микросхем никаких не предвидится, базовая цепь управляется просто контактом, на который просто подается напряжение 5В. Лампочка на напряжение 12В, ток потребления 100мА. Предполагается, что наш транзистор имеет β ровно 10. Падение напряжения на переходе база – эмиттер Uбэ = 0,6В. См. входную характеристику на рисунке 1.

При таких данных ток в базе должен быть Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА).

Напряжение на базовом резисторе Rб составит (за вычетом напряжения на переходе база — эмиттер) 5В – Uбэ = 5В – 0,6В = 4,4В.

Вспоминаем закон Ома: R = U / I = 4,4В / 0,01А = 440Ом. Согласно системе СИ подставляем напряжение в вольтах, ток в амперах, результат получаем в Омах. Из стандартного ряда выбираем резистор сопротивлением 430Ом. На этом расчет можно считать законченным.

Но, кто внимательно посмотрит на схему, может спросить: «А почему ничего не было сказано о резисторе между базой и эмиттером Rбэ? Про него просто забыли, или он не так и нужен?»

Назначение этого резистора — надежно закрыть транзистор в тот момент, когда кнопка разомкнута. Дело в том, что если база будет «висеть в воздухе», воздействие всяческих помех на нее просто гарантировано, особенно, если провод до кнопки достаточно длинный. Чем не антенна? Почти, как у детекторного приемника.

Чтобы надежно закрыть транзистор, ввести его в режим отсечки необходимо, чтобы потенциалы эмиттера и базы были равны. Проще всего было бы в нашей «учебной схеме» использовать переключающий контакт. Надо включить лампочку перекинули контакт на +5В, а когда потребовалось выключить — просто замкнули вход всего каскада на «землю».

Но не всегда и не везде можно позволить такую роскошь, как лишний контакт. Поэтому проще выровнять потенциалы базы и эмиттера при помощи резистора Rбэ. Номинал этого резистора рассчитывать не надо. Обычно его принимают равным десяти Rб. Согласно практическим данным его величина должна быть 5…10КОм.

Рассмотренная схема является разновидностью схемы с общим эмиттером. Тут можно отметить две особенности. Во-первых, это использование в качестве управляющего напряжения 5В. Именно такое напряжение используется, когда ключевой каскад подключается к цифровым микросхемам или, что теперь более вероятно, к микроконтроллерам.

Во-вторых, сигнал на коллекторе инвертирован по отношению к сигналу на базе. Если на базе присутствует напряжение, контакт замкнут на +5В, то на коллекторе оно падает практически до нуля. Ну, не до нуля, конечно, а до напряжения указанного в справочнике. При этом лампочка визуально не инвертируется,- сигнал на базе есть, есть и свет.

Инвертирование входного сигнала происходит не только в ключевом режиме работы транзистора, но и в режиме усиления. Но об этом будет рассказано в следующей части статьи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector