Стабилитроны из транзисторов, или о чем было видео

После публикации моего предыдущего поста самые внимательные начали спрашивать меня в ЛС о том, что же это за устройство, почему схема такая странная и как она работает. Эта статья содержит ответы на заданные вопросы.

Итак, все началось с того, что мне понадобился следующий пятиполюсник:



Т.е., необходимо хитро разделять питание, делая его двухуровневым/двуполярным (для чего мне нужна такая схема — тема отдельной статьи, пока призываю читателя принять эту нужду как данность).

Очевидное решение этой проблемы изображено на рисунке ниже.



Здесь бы все могло и закончиться, если бы я мог купить стабилитрон. Но, по известным сообществу причинам, в этом деле меня постигла э-э-э… большая неудача.

Что делать, если нет стабилитрона? Конечно, сделать его самому!

Шаг 1.

Известно, что диод — по сути низковольтный стабилитрон.



Видно, что прямая ветвь ВАХ диода по своим свойствам, в принципе, очень похожа на обратную (рабочую) ВАХ стабилитрона (и, естесственно, на его прямую ВАХ). Обе ветви имеют участок, на котором напряжение слабо зависит от тока — для стабилитрона это область обратного пробоя (конечно, и на прямой ветви стабилитрона такой участок тоже есть, но обычно он не используется), для диода — участок ВАХ, на котором диод открыт. В этом случае падение на диоде постоянно и составляет примерно 0.6В для кремния.

Шаг 2.

Известно, что диод можно заменить транзистором:



Это классическая схема, которая применялась в эпоху ТТЛ в микросхемах, и которую до сих пор преподают в ВУЗах.

Шаг 3.

Видно, что если расматривать диоды и стабилитроны как черные ящики, то друг от друга они отличаются только напряжением стабилизации. Например, обычный диод можно использовать как стабилитрон на 0.6В (диоды, специально предназначенные для стабилизации напряжения на прямой ветви ВАХ, называются стабисторами), синий светодиод — как стабилитрон (стабистор) на 3.3В, и т.д. Т.е., в реальности напряжение на открытом диоде зависит от материала полупроводника. Но можно доработать эквивалентную схему диода на транзисторе так, чтобы получить любое нужное напряжение на открытом аналоге диода за счет схемотехнической хитрости.

Переход база-эмиттер транзистора представляет собой самый настоящий диод. Таким образом, в рабочем режиме транзистор будет открываться ровно до тех пор, пока на переходе база-эмиттер не установится напряжение примерно 0.6В (для кремниевого транзистора). Потому очевидно, что в такой схеме



напряжение коллектор-эмиттер тоже будет равно 0.6В, ибо база подключена напрямую к коллектору.

Теперь давайте сделаем так, чтобы напряжение 0.6В получалось не при 0.6В между коллектором и эмиттером, а при произвольном напряжении (ясно, что для этого на базу надо подавать только часть напряжения коллектор-эмиттер):



И вот, мы имеем двухполюсник, падение напряжения на котором мы можем произвольно менять. По сути, мы получаем регулируемый стабилитрон.

Исходя из этих соображений, исходная схема преобразуется следующим образом:



Надеюсь, я ответил на все вопросы интересующихся. :)
  • +1
  • 07 января 2012, 16:09
  • _YS_

Комментарии (18)

RSS свернуть / развернуть
Тут не все так просто… Стабильность такой схемы сильно смущает…
Во-первых делитель резистивный должен учитывать входное сопротивление нагрузки. У базы транзистора оно мало того, что небольшое, так еще и плавает… В зав. от температуры, тока коллектора… плюс разброс по h21э не дает нормально рассчитать схему…
В условиях, когда TL431 стоит копейки имхо такой изврат перебор…
0
  • avatar
  • N1X
  • 07 января 2012, 16:40
TL431 хороша, когда магазин открыт. ;) Есть вообще правильный стабилитрон серии BZX84 на 5.6В, и никаких проблем.

А измеренный коэффициент стабилизации составил 15.
0
Вот ты и изобрел TL431 =)))
0

0
Статья на Википедии «Bandgap voltage reference»
[img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/13/Bandgap-reference.svg/450px-Bandgap-reference.svg.png[/img]
0
Я читал, если чего. :)
0
Осталось только операционник из транзисторов сделать ;-)
0
Да не, мешок LM324 я еще давно купил. :)
0
0
Не. :) Мне нужно не просто двуполярное, мне нужен девайс, который сформирует точку, имеющую потенциал относительно плюсовой шины четко -5В. Посмотрите на самую первую картинку.
0
А как работает эта схема?
0
  • avatar
  • Aneg
  • 07 января 2012, 20:48
Э-э-э… Какая схема? Эта?



Разбору ее работы кагбэ посвящена вся статья. :) Что конкретно непонятно по ней?
0
Давайте я попробую. Объяснять буду схему на рисунке 2 в этой статье. Т.к. с Q1 R1R2 вроде объяснили что это регулируемый стабилитрон.
Так вот:
ХХ на рисунке 2.2Б дает следующее УСЛОВНОЕ представление транзистора в виде 2х диодов.
www.skilldiagram.com/i/d/2-2.gif
www.skilldiagram.com/gl2-1.html
Тут у нас как раз БИПОЛЯРНЫЙ PNP транзистор.
Соответственно схему можно УСЛОВНО представить следующим образом:
imageshack.us/photo/my-images/214/pic1ka.png/
В протеусе можете не симулировать — схема работать не будет, диод D3 не даст- это только условное представление.
Так вот, если идти по пути сантехнической аналогии, если напряжение — это перепад уровней жидкости (разность потенциалов), то стабилитрон — клапан, который поддерживает давление. Меньше — от закрыт. Больше — он начинает сливать (по схеме в статье — как раз под себя :)) на базу транзистора и сопротивления R1 -3.9к) Таким образом, на базе транзистора мы будем иметь ВСЕГДА Uвх-5,6В т.е. при 9В входящем на базе будет 3,4В. Еще нужно заметить, что БИПОЛЯРНЫЙ транзистор управляется током, PNP биполярник управляется током с эмиттера на базу (т.е. на базе напряжение должно быть меньше чем на эмиттере, или говорят, что он открывается отрицательным (относительно эмиттера) напряжением), т.е. на его базе пусть хоть 50В будет, пока там не будет нужного тока, транзистор будет закрыт. Ну или сгорит к чертям.
Как только стабилитрон начнет подтекать, через сопротивление R1 — на базе транзистора появится ток и он откроется (надо подобрать так, чтобы открывался как можно раньше т.е. в данном случае уже при 3,4В / 3,9к Ом — 1мА он уже должен быть полностью открыт(хотя сейчас меня помидорами забросают за законы Кирхгофа)).
Т.к. катоды (черточки) у диодов общие, точнее он вообще один – общий, и за счет диффузии (подробнее надо читать про работу биполярного PNP транзистора) диода D3 в моей схеме не будет, его сопротивление будет, условно, 0. Вместо него будет сопротивление перехода коллектор-эмиттер транзистора. Тогда получается что на Катоде D2 3,4В, Всего 9В, сколько же будет на аноде? – правильно 5,6В… ой мы забыли про падение 0,6В на диоде D2. Тогда если на диоде 0,6В на катоде 3,4 то на Анод – на сопротивление 1к остается всего 5В.
Спрашивается, зачем тут тогда транзистор – поставил сопротивление получился делитель и все – Можно, но сопротивление надо подбирать для каждого напряжение, сопротивления не точны, 1% это хорошо, но 1% от 15В, а обычно 5%. Да еще температурной стабильности никакой у них. А летом жарко, зимой холодно.
Тут же, с транзистором, получается следующее:
При увеличении напряжения с 9 до 15 В через стабилитрон начинает подтекать аж целых 15-5,6 = 9,4В, что увеличивает ток базы, и еще больше откроет транзистор, и получим мы опять тоже самое на эмиттере 15-9,4-0,6 = 5В. Эта схема очень зависит он сопротивления нагрузки, оно должно быть гораздо больше 1к (R2), ну и большого тока тут не.
Так вот как-то так, если что наврал – может кто прочитает и поправит :)))
0
хм часть текста видимо неудачно выделил и потер :(
Про сопротивление и ток — имхо :) Т.е. транзистор в данном случае работает как усилитель тока, т.к. только со стабилитрона снять большой ток сложно
0
Многабукаф. :) Но в целом, вроде, правильно.
0
Ну как сказать… Я например так и не понял, что там написано) Статья понятней.

Кстати, увидев название, я почему-то подумал, что статья об использовании БЭ-перехода как стабилитрона, в режиме пробоя. Там вроде как раз в районе 5В напряжение.
0
Там вроде как раз в районе 5В напряжение.

По идее должно зависить от типа транзистора. ИМХО повторяемость будет никакая, и настроить никак.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.