Naš prvi poizkus spremembe tranzistorskega napetostnega stabilizatorja po vzoru, ki smo ga spoznali z analizo integriranega vezja 78L05, je neslavno propadel. Vendar pa smo zaznali, da bi problem lahko ležal v toku I3, ki je zelo odvisen od sprememb vhodne napetosti. Večji del toka I3 gre preko T2 in referenčne diode D1; ker je vhodna napetost proporcionalna padcu napetosti na diodi D1, ki pa je odvisen od toka, ki teče skozi to diodo, bi očitno to moralo narediti I3 bolj stabilen.
Rešitev je ponujena na sliki 14. Upor R3, ki je določal velikost toka I3, smo zamenjali z vezjem, ki ga sestavljajo R3, R4, T3, D2 in D3 (na sliki 14 so te komponente modro obarvane). Poglejmo, kaj smo s tem dobili! Pri spremembi vhodne napetosti se bo menjal tudi tok, ki teče čez D2, D3 in upora R4. Pri tem se bo v manjši meri menjal padec napetosti na diodah in spremembe toka bodo znatno manjše, kot prej, ko je bila določena samo z uporom R3.
Stabilen tok I3 pomeni da bodo spremembe toka Ic2 znatno manjše, kot prej in zato bo tudi padec napetosti na Zener diodi D1 praktično konstanten. Rezultat bi morala biti bistveno manjša odvisnost izhodne napetosti od sprememb vhodne napetosti. Preverimo to v praksi! Rezultati meritve so prikazani na sliki 15. Zelena krivulja Z+T prikazuje rezultate meritve na stabilizatorju narejenem po shemi s slike 14, medtem ko modra krivulja 78L05 prikazuje rezultate referenčne meritve na integriranem stabilizatorju.
Karakteristike našega stabilizatorja so praktično identične karakteristikam 78L05! Še naprej je prisotna postopna rast izhodne napetosti z rastjo vhodne napetosti, vendar je zdaj vse znotraj sprejemljivih vrednosti. Ker smo ta problem uspešno rešili, se posvetimo novi nalogi: omejitev izhodnega toka. To zaščito lahko naredimo z dodatkom enega tranzistorja in upora (z roza barvo označena T4 in R5 na sliki 14). Zaščita deluje na sledeči način: Dokler je padec napetosti na uporu R5 manjši od 0,6 V, bo tranzistor T4 zaprt (ne bo prevajal toka) in njegov kolektorski tok Ic4 bo enak ničli (Ic4 = 0). V tem primeru lahko rečemo, da T4 in R5 sploh nista vgrajena v vezje in vezje deluje tako, ko smo že prej opisali.
Ko izhodni tok zraste toliko, da je padec napetosti na R5 večji od 0,6 V, bo čez tranzistor T4 stekel tok Ic4. Zdaj se bo I3 vejil na tri veje: Ib1, Ic2 in Ic4.
Če izhodni tok še narašča, bo rastel tudi padec napetosti na uporu R5 in z njim tudi tok Ic4. Ko Ic4 zraste toliko, da “pogoltne” skoraj ves tok I3, se bosta tokova Ic2 in Ib1 zmanjšala toliko, da vezje ne bo več moglo stabilizirati izhodne napetosti. Zato se bo izhodna napetost pričela zmanjševati in nadaljnja rast izhodnega toka bo zaustavljena.
Maksimalni izhodni tok, ki ga zmore napetostni stabilizator narejen po shemi na sliki 14, se lahko približno določi po formuli.
Preverimo z meritvijo, ali je to zares tako! Rezultati so prikazani na sliki 16.
Grafikon prikazuje, kako prične izhodna napetost postopno padati, ko izhodni tok presega 40 mA, medtem ko izhodni tok kratkega stika znaša 57 mA. Uspešno smo napravili vezje za zaščito pred previsokim izhodnim tokom: izhodni tok ne bo večji od tistega, ki ga zmore tranzistor prenesti T1! Pravzaprav T1 prenese tudi večje tokove, vse do 100 mA. Vendar se ne smemo zaleteti! Pri izhodnem toku 100 mA in vhodni napetosti 10V znaša disipacija moči na T1 točno 1W (0,1A * 10V = 1W). To pa je dvakrat več od najvišje dovoljene disipacije tranzistorja BC548, ki bi se hitro pregrel in tudi pregorel. Da se to ne bi zgodilo, smo tok kratkega stika omejili na približno 50 mA, samo merjenje pa smo izvedli zelo hitro (posamezne meritve pri snemanju krivulje na sliki 16 so trajale samo sekundo ali dve).
Kako dela napetostni stabilizator? (3)
2016_SE243_50
