STABILIZATOARE DE TENSIUNE

Un stabilizator de tensiune continua este un cuadripol, care mentine tensiunea de iesire in limite foarte stranse (teoretic constanta), indiferent de variatia tensiunii de intrare, a curentului prin sarcina, sau a temperaturii mediului ambiant, in domenii specificate prin standard sau norme tehnice.

Stabilizatoarele de tensiune continua fac parte din structura surselor de alimentare alaturi de transformator, de blocul redresor si de blocul de filtraj.

Constructia lor se poate realita in doua moduri:

a)      una din cele mai simple metode se bazeaza pe capacitatea unor componente electronice ( diode Zener, tuburi cu descarcare in gaz etc) de a mentine intr-un domeniu dat (domeniu de stabilizare) tensiune constanta la bornele lor. Performantele de stabilizare a tensiunii de iesire, asigurate de un stabilizator bazat pe acest principiu, sunt strict determinate de caracteristica tensiune-curent a componentei folosite.

b)      o alta metoda de constructie a stabilizatoarelor de tensiune continua consta in utilizarea unei scheme electrice de amplificator cu reactie ( figura de mai sus). In acest caz tensiunea de iesire se mentine constanta printr-un proces de reglare automata care se desfasoara in doua faze:

tensiunea de iesire, V₀, sau o fractiune din ea, kV₀ (marime de reglat), se compara cu o tensiune de referinta, V_REF (marime de referinta), rezultand un semnal de eroare

= V_REF-kV₀.

semnalul de eroare, , amplificat, comanda elementul regulator (elementul de executie) pentru a stabili tensiunea de iesire la valoarea prescrisa, V₀.

Regulatorul este un dispozitiv al unui sistem de reglare automata, care primeste la intrare semnalul emis de elementul de comparatie si transmite la iesire marimea de comanda a elemnetului de executie, care efectueaza operatia impusa.

Parametrii unui stabilizator de tensiune sunt tensiunea si curentul de intrare (u_i,i_i), tensiunea de iesire (u₀) si curentul de sarcina, prin sarcina R_L. Valorile nominale se noteaza cu litere mari.

Variatia incrementala a tensiunii stabilizate u_o, cu tensiunea de intrare si respectiv curentul de sarcina este descris de urmatorii parametri:

• Coeficintul de stabilizare: S=_∆iL=0, definit la curent de sarcina constant

Rezistenta la iesire: S=_∆ul=0

Schema echivalenta a stabilizatorului, privit de la bornele de iesire, este aceea din figura de mai jos. Este de dorit ca S sa fie cat mai mare, iar R₀ cat mai mica.

Un alt coeficient este cel de stabilizare, notat cu K si definit prin:

_{RL dat} = S(1+

pune in evidenta influenta rezistentei de sarcina.

Se observa ca poate fi calculat punand R_L in expresia lui K . Calculul dinamic (de semnal mic) al lui S se poate face cu iesirea stabilizatorului pusa in gol.

Caracteristica de iesire a unui stabilizator de tensiune este aproximativ orizontala, asa cum se vede in figura de mai jos. Protejarea sursei se face prin limitarea curentului la o valoare fixa, eventual programabila.

Exista si caracteristici cu limitare ,,prin intoarcere'' a curentului de iesire, asa cum se arata in diagrama din figura (dreapta intrerupta). Prin ,,intoarcerea'' curentului se intelege o micsorare a lui i_L (curentul de iesire) astfel ca: u₀=0 i_L = i_sc (valoarea curentului i_sc depinde de schema montajului).

Principii de functionare

In procesul de stabilizare a unei tensiuni se utilizeaza doua tehnici principale :

• stabilizarea serie, consta in plasarea elementului regulator in serie cu rezistenta de sarcina R_s. In acest caz, elementul regulator se comporta ca o rezistenta variabila a carei marime este controlata de tensiunea de iesire V₀ prin bornele 2-3 ; cand tensiunea de intrare V_i creste, tensiunea V₀ de iesire tinde sa urmareasca aceasta crestere si actioneaza asupra elementului regulator, care-si mareste rezistenta intre bornele 1-2. Odata cu scaderea tensiunii de intrare, rezistenta intre bornele 1-2 isi micsoreaza valoarea astfel incat tensiunea la iesire sa ramana de asemenea neschimbata. Simbolul de rezistor variabil marcat pe schema bloc din figura 1.2a pune in evidenta faptul ca elemntul regulator serie functioneaza ca un rezistor variabil in serie cu sarcina ajustandu-si marimea rezistentei in scopul mentinerii constante a tensiunii la iesire.

Fig. 1.a

• stabilizarea paralel, consta in plasarea elementului regulator in paralel cu sarcina. Elementul regulator in acest caz este un dispozitiv cu o rezistenta dinamica foarte mica in zona de lucru, ceea ce permite ca variatiile curentului care il strabate sa nu produca schimbari neinsemnate ale tensiunii la bornele lui.

Mecanismul procesului de stabilizare este urmatorul : odata cu cresterea tensiunii V₁ la intrare, creste si curentul de intrare i₁. Elementul regulator, avand rezistenta dinamica foarte mica in comparatie cu rezistenta de sarcina R_s, va prelua intreaga variatie a curentului de intrare. Rezistenta R (de balast) contribuie la realizare stabilizarii preluand variatiile tensiunii de la intare ; in acest mod cresterea tensiunii V_i va fi compensata de caderea suplimentara de tensiune pe aceasta rezistenta. Daca tensiunea de iesire va scadea, caderea de tensiune pe rezistenta R se va micsora cu aceeasi valoare.

Fig. 1.b

STABILIZATORUL LM7805

Stabilizatoarele de tensiune fixa uzuale s-au proiectat in ideea folosirii pentru stabilizarea locala a tensiunii de alimentare pe module cu circuite integrate.

Avantaje :

-simplitate maxima de utilizare 

-optimizarea raportului cost-performanta.

Aspectele legate de constructia schemei electrice a stabilizatoarelor de tensiune fixa uzuale se prezinta prin descrierea circuitelor din seriile, A 78xx ( tensiune pozitiva).

Tranzistoarele Q₁-Q₂ alcatuiesc impreuna cu rezistoarele aferente o sursa de tensiune de referinta de tip banda interzisa de 5V. Tranzistorul compus Q₃, Q₄, R₄, Q₁₁, R₆ constituie un amplificator de eroare inclus in sursa de referinta, ceea ce diminueaza tensiunea de zgomot la iesire. Rezistorul R₁ fixeaza curentul prin generatorul Q₈, Q₉ (sarcina activa a amplificatorului de eroare).

Elementul regulator serie format din Q₁₆, Q₁₇ este capabil sa furnizeze un curent de iesire este de 1.5A. Jonctiunea baza-emitor a tranzistorului de limitare Q₁₅ se prepolarizeaza prin divizorul rezistiv R₂₁, R₁₂, pentru a reduce valoarea rezistentei de scurt R₁₁. Prin intermediul tranzistorului Q₁₅ actioneaza si circuitul de mentinere a functionarii tranzistorului Q₁₇ in aria de siguranta ( Z₂, R₁₃, R₁₂, R₁₁).

Dioda Zener Z₁, repetorul Q₁₂ si divizorul rezistiv R₇, (R₆+R₅) furnizeaza tensiunea de prepolarizare, la T_j= 25 C, a bazei tranzistorului senzor de temperatura Q₁₄. La pornire, tranzistorul Q₁₃ furnizeaza curent prin R₁ sursei de referinta. Dupa atingerea potentialului de regim permanent (5V pe baza lui Q₆, tranzistorul Q₁₃ se blocheaza).

Pentru fiecare tip de circuit din seria A 78xx, nivelul tensiunii de iesire se fixeaza pe cip, selectand cu o masca de interconexiuni adecvata valoarea corespunzatoare a rezistentei R₂₀.

Se foloseste un stabilizator de tensiune fixa: stabilizator de tensiune LM7805 care furnizeaza tensiune continua stabilizata de +5V, ca in figura de mai jos:

Schema de functionare a unui stabilizator de tensiune cu reactie

Stabilizatoarele din aceasta familie au avantajul simplitatii maxime de utilizare si a optimizarii raportului cost - performanta. Astfel, reducandu-se la trei numarul terminalelor, ele se livreaza in capsule TO-3 si TO-220.

Cateva din caracteristicile stabilizatorului LM7805

limitarea interna a curentului;

protectie termica interna;

folosirea unui radiator adecvat, curentul maxim poate atinge 1A;

chiar daca au fost destinate folosirii doar a unei singure tensiuni de iesire fixe, ea poate fi reglata prin conectarea cu alte dispozitive externe;

caderea de tensiune intre intrare si iesire minim 2V.