Image148 (3)

■ Szkoła Konstruktorów

IN OUT GNO

•ri

50. .100wA

|R2*

Rys. D

nie mieli w ręku lutownicy, jak też zapaleńców, którzy „myślą lutownicą" i którzy z kolei nigdy w życiu nic przeprowadzili jakichkolwiek obliczeń, błędnie sądząc, że wszystko można sprawdzić eksperymentalnie. Dobry konstruktor musi nie tylko umieć policzyć wartości elementów na podstawie parametrów typowych, średnich, ale też uwzględnić rozrzut elementów oraz mieć świadomość, gdzie tkwią główne źródła błędów i potencjalne pułapki oraz jakie elementy są dostępne, by takie zastosować.

Rozwiązanie zadania

Policz 121

W EdW 3/2004 przedstawione było pierwsze zadanie, które brzmiało: Zaprojektuj prosty stabilizator warsztatowy z układem LM317 według uproszczonego rysunku A. Napięcie wyjściowe ma być regulov;ane potencjometrem w zakresie J,25V...25,OK Zakładamy, że transformator, mostek i kondensator filtru są prawidłowo dobrane, więc należy jedynie podać schemat i wartości elementów bloku zaznaczonego kolorem niebieskim Zadanie w sumie jest łatwe i polega na dobraniu do układu LM317 rezystora(-ów) i potencjo-met ruf-ów) o takich wartościach, żeby na pewno udało się ustawić na wyjściu napięcie w granicach l,25V...25,l)V. Chodzi o prosty zasilacz przeznaczony do warsztatu, więc będzie on wykorzystywany rozmaicie, a pobór prądu z zasilacza będzie się zmieniał w granicach 0...0,5A (ale nie jest potrzebny żaden ogranicznik prądu).

Rys. A

Nadeszło zaskakująco dużo rozwiązań, które należy podzielić na co najmniej dwie grupy.

Do jednej grupy zaliczyłem najprostsze obliczenia, nieuwzględniające ani prądu końcówki Adj (ladj), ani rozrzutu elementów. Takie rozwiązania są wystarczające dla ogółu hobbystów, którzy budują jeden egzemplarz urządzenia dla własnych celów

Druga grupa to rozwiązania uwzględniające wpływ prądu ladj oraz zawierające pełniejsze obliczenia, obejmujące tolerancję elementów oraz rozrzut wartości napięcia odniesienia stabilizatora.

Oddzielna sprawa to świadomość problemu prądu minimalnego. Znaczna część uczestników nawet nie wspomniała o tym ograniczeniu. Niektórzy zaproponowali rezystory o zbyt dużej rezystancji, a inni świadomie czy nie, o prawidłowej niedużej wartości. Nikt nie zwrócił jednak uwagi na problem mocy strat i tolerancji użytego potencjometru regulacyjnego. A oto szczegóły.

Większość uczestników słusznie przyjęła schemat jak na rysunku B. Stabilizator I M317, jak praktycznie wszystkie stabilizatory trzykońcówkowe, podczas pracy utrzymuje między końcówką wyjściową Out(put) a końcówką Adj(ust) napięcie odniesienia Uref o wartości nominalnej l,25V. Na rezystorze Rl zawsze będzie więc wtedy występować napięcie równe napięciu odniesienia, więc przez rezystor len będzie płynął prąd Iri = U ret / R l

Prąd len popłynie dalej do masy przez rezystor R2, wywołując na nim spadek napięcia.

Czym większa będzie wartość R2, tym wyższe więc będzie napięcie wyjściowe stabilizatora. Stosując w roli R2 potencjometr i zmieniając jego wartość R2 od zera do jakiejś wartości maksymalnej, uzyskamy potrzebny zakres regulacji, czyli 1,25V ... 25,0V. Aby więc mieć na wyjściu napięcie 25V, trzeba zastosować potencjometr o takiej wartości, żeby spadek napięcia na jego pełnej rezystancji wyniósł 23,75V. W szereg z potencjometrem R2 nie może być włączony dodatkowy rezystor, ho uniemożliwi on uzyskanie napięcia 1,25V.

Rozwiązania najprostsze. Dla nominalnej wartości napięcia odniesienia równej    1,2 5 V

i przy zaniedbaniu prądu wypływającego z końcówki Adj obliczenia są bardzo proste, ponieważ zakładamy, iż 1ri= 1r2, więc analizujemy dzielnik według rysunku C. Pominięcie prądu ladj sugeruje nawet karta katalogowa Wtedy:

U_R2 - Im * R2 = I_R1 * R2 = (Uref / Rl) * R2 = Uref * (R2/R1)

a stąd po przekształceniu obliczamy wartość R2:

R2 = (U_K2 / Uref) * Rl a więc: R2 - (23,75V/l,25V) * Rl K2 = 19*RI

Teoretycznie możemy zastosować dowolne wartości spełniające warunek R2 = 19*R I

W praktyce trzeba wziąć pod uwagę co najmniej dwa czynniki.

Po pierwsze, nic należy zanadto zwiększać wartości KI i R2. Prąd wypływający z końcówki ADJ, wynoszący typowo 50uA, maksymalnie 0,lmA. który zgodnie z rysunkiem D dodaje się do prądu Iri, powinien być wielokrotnie mniejszy od prądu płynącego przez dzielnik (czyli od prądu Iri). Pizykłado-wo przy rezystancji Rl rzędu lk(l czyli przy

prądzie dzielnika około l,25mA, typowa wartość prądu ladj równa O.OSmA to tylko 4% prądu dzielnika. Wartość maksymalna ladj 0, ImA to dalsze 4 %. Czyli wpływ prądu ladj na napięcie wyjściowe będzie w sumie niewielki, kilkuprocentowy. Przy większym prądzie dzielnika wpływ rozrzutu wartości prądu ladj jest procentowo jeszcze mniejszy. Natomiast przy małej wartości prądu Iri procentowy wpływ zmian prądu ladj będzie większy, co jest niekorzystne. Patrząc z tego punktu widzenia, prąd Iri nie powinien być mniejszy niż 1 mA, czyli KI nie większy niż l,251eQ.

Po diugie, ważniejsze, chodzi o zasilacz warsztatowy, który z racji swej roli częs to nic będzie niczym obciążony. Tymczasem jak wynika z katalogu, minimalny prąd obcią żenią tego układu scalonego to typowo 3,5mA. Problem w tym, że jeśli prąd obciążę nia będzie mniejszy, stabilizator o takim schemacie wewnętrznym nie będzie mógł prawidłowo pracować i napięcie na wyjściu będzie rosło ponad obliczone wartości. W efekcie nie uda się uzyskać na nieobciążonym wyjściu wymaganego w zadaniu napięcia 1,25V. Trze ba więc zapewnić, by w każdych warunkach przez stabilizator płynął prąd o odpowiedniej wielkości.

Przy braku obciążenia zewnętrznego, prą dem obciążenia będzie prąd płynący przez KI i dalej do masy. Wartość rezystora R1 wyzna cza też minimalny prąd obciążenia, który me powinien być mniejszy niż 3,5mA, a więc: Rl < Uref / 3,5iiiA

w praktyce: RI < 1,25V / 3,5mA = 3570 Niektórzy producenci proponują R1 o wartości 3600, ale inni 2400, co zapewnia mini malny prąd obciążenia:

II = 1,25V / 2400 = 5,2mA W niektórych źródłach zaleca się wartość R 1=1200, co z kolei gwarantuje minimalny prąd obciążenia ponad lOmA.

Hobbysta wykonujący zasilacz dla siebie może zastosować Rl o wartości 2400... 3600, a potem sprawdzić, czy pod obciążeniem napięcie wyjściowe nie spada znacząco. Wtedy wartość rezystora R2, który oczywiście ma być potencjometrem, wyniesie od 19*2400=4,56kO do I9*360ft=6,84ki2

Problem w tym, że potencjometry mają wartości nominalne według szeregu E3 (1-2,2-4,7 albo 1-2-5). Nie ma co szukać potencjomeiru 6,8ki2. W grę wchodzi jedynie potencjometr o wartości nominalnej 4,7k£2 albo 5kft, ewentualnie 2,2ki2 i 2kD z rezystorem Rl = 120n.

1 dla przeciętnego hobbysty takie obliczenia są absolutnie wystarczające, a układ

32

Lipiec 2006

Elektronika dla Wszystkich