Стабилизатор с подвохом

[oldbulb]

Имеем вот такую практическую схему компенсационника (некоторые наверняка её узнают).

Эта схема, как выяснилось в процессе её придирчивого исследования, обладает одной особенностью. Разница между напряжением стабилизации на холостом ходу и под нагрузкой линейно зависит от тока нагрузки. А именно:
1. Выставляем без нагрузки 12 В.
2. Даём нагрузку 150 мА, имеем просадку на 150 мВ.
3. Даём нагрузку 300 мА, имеем просадку на 300 мВ.
(не настолько точно, но достаточно, чтобы заметить корелляцию). Важный момент - стабилизатор запитывался во время экспериментов не от своего выпрямителя, а от внешнего компенсационного лабораторника с достаточным запасом мощности.
Попытки найти источник зла методом тыка не привели ни к чему. Изменение номиналов любых резисторов в любых пределах, перевод схемы полностью на кремний, игры со стабилитронами и полевиками в качестве источника тока, добавление в разные точки компенсирующих диодов - ни к чему не привели. Зависимость держит с завидным упорством. При этом, обращаю внимание, выходное напряжение жёстко стабилизировано и практически не меняется, если увеличивать входное от 14 до 30 вольт. То есть, как стабилизатор он работает весьма добротно, но производит вот эту операцию вычитания выходного тока из выходного напряжения.
Для заинтересовавшихся приложу модель в Мультисиме, которая, ввиду отсутствия у меня моделей П213-П214, собрана на МП39Б - но при этом симуляция полностью отрабатывает указанный выше эффект. Только в меньших размерах, понятно почему - нагрузка небольшая, иначе симулятор вылетает.
Стыдно, конечно, не разобраться в двух транзисторах, но вот что есть, то есть Помогайте!

CompenStab.pdf

(42.28 KiB) Скачиваний: 106

CompenStab.zip

(97.27 KiB) Скачиваний: 212

[Martin76]

Резистор R3 скорее всего источник такого явления, но без него стабилизатор не запустится. Часть базового тока Т1 течет через него, создавая дополнительное падение напряжения на R2 и уменьшая выходное напряжение. Так как ток базы пропорционален току коллектора, т е току нагрузки, то и уменьшение тоже пропорционально.

[musor]

такой запус применяли тока "грамматическая ошибка на уровне 4 класса"!! обычн или стоял резик кэ регулирующего или цепочкаиз рекзистора и зенера там или отделная цепка самозапуска
я ни в одной схеме соззданой грамотным разрабом не видал вашего р3!!!
и еще по нормалному схему рисовать наверно было западло давно принято вход слева выход справа и мост так не рисуют человеки....толко дебилы

[HochReiter]

Чтобы обеспечить ток коллектора Т1, требуется ток базы Т2, а выходное сопротивление делителя R1, R2 ненулевое. Лень искать в справочниках коэффициент усиления МП37 и П213, порядок получается как раз такой.

[musor]

и это тоже влияет но в меншей степени на такой схемотехнике весма кстати популярной в 70-90 добавкой всего 1 резистора можно иметь отрицателное выходное сопротивление от 0до минус единиц ом... а вот болше требует вместо п213 дарлингтона кт973
кстати у меня в разрабах подобные стбы широко юзались пока не появилист доступные 78хх 79хх и 317 /337

[sstvov]

Да не, в симуляторе и при кремниевых транзисторах выходное не очень стабильно, как раз таки из за R3.
Можно между базой и коллектором Т1 поставить цепочку стабилитрон+сопротивление(1к) для запуска. Стабилитрон на напряжение не меньше чем будет разница между входным и выходным напряжением. R3 убрать.

[mp2019]

Такое включение Д1, Р4 и Т2 позволяет еще защищать схему от КЗ. При токе нагрузки около 1,3 ампера (Н21э Т1 взят = 100, что довольно много) падение напряжения от эммитерной Т2 составляющей тока будет сопоставимо с режимом при нулевой нагрузки схемы , т.е. ток стабилитрона упадет. что уменьшит напряжение нагрузки и приведет к ограничению тока нагрузки так, что ток КЗ будет в пределах 2 А (для Т1 макс ток 5 А). Так что Р4 ограничивает ток КЗ и задает рабочую точку нагрузки в 12В регулировкой тока базы Т2 с помощью Р2. В случае пробоя Т2, резистор задает такой ток базы что ток КЗ все ранвно будет находится в допустимух приделах при достигаемых в технологии Т1 коэффициентах усиления. Так что схема достаточно надежна. Как то так.

Добавлено after 2 minutes 55 seconds:
А снижение напряжения при увеличении тока нагрузки побочный эффект наличия защиты от КЗ и сравнительно небольшой крутизны ВАХ стабилитрона на рабочем участке (ток стабилизации 9-40 мА при напряжении 8-9.5 В)

Добавлено after 18 minutes:

sstvov писал(а):

... между базой и коллектором Т1 поставить цепочку стабилитрон+сопротивление(1к) для запуска. Стабилитрон на напряжение не меньше чем будет разница между входным и выходным напряжением. R3 убрать.

- именно это и делает Р3 без дополнительного стабилитрона и обеспечивает плавный заряд С1 до включения Т2 в режим стабилизации напряжения нагрузки. Резистор Р2 подстраивают на 12 в на выходи при номинальном режиме работы схемы, поэтому изменение напряжения на выходе при изменении тока практически несущественно так как ток нагрузки не меняется в широких пределах (об этом говорит применение подстроечного резистора, а не переменного - т.е. использовать схему в качестве "лабораторного БП" наверно не следует).

[oldbulb]

Спасибо всем за высказанные мысли, по всем предложенным вариантам пройдусь ещё раз.
Резистор R3 в процессе исследования полностью исключался из схемы и запуск производился "пинцетным" стартёром. Резистор R3 немного влияет на коэффициент стабилизации, но весьма незначительно.
У меня в лабораторнике регулирующий элемент также включен по схеме с общим эмиттером, а запуск обеспечивает резистор 200 кОм между входом и выходом стабилизатора.

Поясню, почему именно меня заинтересовал данный эффект. В рабочем аппарате (радиоприёмник) на шине питания из-за этого эффекта присутствуют звуковые пульсации на шине питания, которые в схеме аппарата гасятся большим кондёром на клеммах УМЗЧ, что есть не совсем нормально. Да и не гасятся они в достаточной мере.
Вариант настроить напругу под номинал на полной нагрузке никак не может помочь, так как не влияет на наличие этих пульсаций.

По поводу токов базы и коэффициентов - транзисторы ставились с разными бета, также схема переводилась на кремний как частично, так и полностью, вместо МП37 ставились КТ603 и КТ3102, вместо П214 ставились КТ816 и КТ835 - это абсолютно не влияет на "вычитание". Пропорция остаётся. Измерялся ток базы обоих транзисторов, при нагрузке до полуампера там всё с огромным запасом, по сути, один П214 сам по себе уже обеспечивает достаточный коэффициент усиления по току.

Одна из причин популярности схемы, на мой взгляд - она является вери лоу дроп волтэйдж. Стабилизатор выходит "на режим" при разнице между входом и выходом где-то в пределах 0.1-0.3 В.

[HochReiter]

"Пропорция" - это выходное сопротивление, 300 мВ / 300 мА = 1 Ом? Уменьшить R1 и R2, сохранив их соотношение, не пробовали? C1, соответственно, надо будет увеличить.

Последний раз редактировалось HochReiter Вс ноя 10, 2019 09:16:42, всего редактировалось 1 раз.

[Asaba]

Я считаю, что виной всему С1. Убрать его надо. А какие емкости стоят на входе и выходе стабилизатора :
Влияние R3 можно устранить переключив его с база на общий провод.

[HochReiter]

На режим по постоянному току С1 не влияет.

[Enman]

Не хотите 431ю использовать, переделав делитель и 1К0 под своё напряжение ?

Последний раз редактировалось Enman Вс ноя 10, 2019 09:34:07, всего редактировалось 1 раз.

[Asaba]

HochReiter писал(а):

На режим по постоянному току С1 не влияет.

А вот пусть уберет конденсатор и посмотрим. Не все так просто с такими стабилизаторами.

Добавлено after 3 minutes 28 seconds:
И еще попробовать с высокочастотным мелким транзистором

[Enman]

С1 не мешает....Тут можно стабилитрон 3V6 поставить вместо R2...(или из 431й сделать 3V6)

[sstvov]

У любого стабилизатора некоторая просадка напряжения будет при увеличении потребляемого тока. Иначе как схема узнает что нужно увеличить ток и открыть ключевой транзистор сильнее?.

[mickbell]

А вот для того и бывают нужны ПИ-регуляторы. Интегральная часть его выводит рассогласование в ноль. Другое дело, применяются ли таковые в стабилизаторопитаниястроении.

[HochReiter]

У простой 78** выходное сопротивление единицы миллиомов, на три порядка меньше обсуждаемой схемы, ПИ - слишком тонкий юмор.

[mp2019]

oldbulb писал(а):

.... она является вери лоу дроп волтэйдж. Стабилизатор выходит "на режим" при разнице между входом и выходом где-то в пределах 0.1-0.3В. ...

в этой схеме на транзисторе падает 6-7 В. Это нужно что бы при токе 300 мА гарантировать отсутствие провала напряжения на эмиттере Т1 ниже напряжения стабилизации 12 В при весьма скромной емкости в 500 мкФ (заодно решается вопрос частого понижения напряжения сети 220В до 160В). Увеличив емкость в 10 раз можно уменьшить напряжение после моста до 13 В и схема будет работать и Т1 будет меньше греться и КПД возрстет, но понадобяться более мощные диоды ампера так на 3 в импульсе - а в то время это дороговато. Так что для снижения стоимости схемы пожертвовали ее КПД. Т.е. экономика схемы такова: хочешь КПД от лов вольтаж (КПД = [(0,3-0,03)/0,3] * [(13-1)/13] * [(14,5-13)/14,5] = 75%. Здесь в квадратных скобках грубые оценки: первый множитель - КПД схемы с учетом затрат тока на питание стабилитрона и делителей; Второая скобка - кпд регулирующего транзистора; третья скобка - КПД диодного моста). Без лов вольтажа КПД около 55%.
Вернемскя к "экономике" пусть ресурс схемы 10000 час. Тогда разница постребления в энергии за это время составит [(18В * 0,3А) - (14 * 0,3А)]*10000 = 12 кВт*Ч. При цене за кВт*ч 4 коп имеем около 50 коп затрат на энергию. Емкость на 5000 мкФ дороже 500 мкФ где то не меньше чем на 1 руб., а мощные диоды выйдут копеек на 80 дороже каждый - это 3 руб 20 коп. Всего примерно 4 руб. - на столько будет дороже приемник. При этом будут проблемы при провалах напряжения в сети, которые случаются каждый вечер во воремя демонстрации любимых передач. Сравните дополнительных 0,5 руб и 4 руб затрат за жизненный цикл изделия и прибавьте нарекания граждан страны на такое экономное "лов вольтаж" решение. Схема что надо! Для своего времени и развития полоупроводников.

[oldbulb]

Пройдя ещё раз все варианты, кроме варианта с 431 (так как это уже другая схема, а вопрос был по имеющейся), попробую подытожить своё видение.
Дополнительно была проверена часть схемы "делитель" - "стабилитрон" на предмет изменения дельты между точками подключения базы и эмиттера МП37 (без транзисторов, само собой) при изменении подаваемого на эти цепочки напряжения.
Я склонен согласиться с mp2019, судя по всему, именно дельта на стабилитроне и порождает соответствующую усиленную дельту на выходе. В данной схеме стабилитрон не является ИОН, а играет роль "подтягивающего к питанию", сдвигая уровень напряжения до необходимого для работы каскада на МП37. На базе МП37 действует ослабленная делителем дельта выходного, на эмиттере же подразумевается полное значение дельты. Я предполагаю, что в случае с идеальным стабилитроном напряжение на эмиттере МП37 менялось бы соответственно напряжению на выходе, только со сдвигом уровня на величину напряжения стабилизации. По сути, данный каскад включен по схеме с общей базой, в эмиттер ему загоняется полная дельта выходного, а делитель в базе просто задаёт необходимую рабочую точку, сдвигая в нужном направлении всю схему. Не уверен в правильности формулировки, но вот где-то так себе это представляю. Сын, глядя на мои мучения, предложил заменить стабилитрон на качественный интегральный ИОН (для проверки версии mp2019), в качестве "идеального стабилитрона", но я не сообразил, как превратить имеющийся RF103 в двухполюсник без переработки схемы, поэтому не стал пробовать.

[HochReiter]

Если ради дела, а не ради спортивного интереса - не проще вместо всего этого поставить 7812 или что-нибудь вроде?

Поиграл я немного со схемой в симуляторе; хорошо уменьшает пульсации замена Т1 на дарлингтона. Ещё лучше - замена Т2 на ОУ и конденсаторчик для устойчивости. Т1 тут в схеме с общим эмиттером, выходное сопротивление большое, уменьшить его до миллиомов - нужна очень большая обратная связь.