Saya telah mencari cara untuk menurunkan rel tegangan rendah dari tegangan tinggi dan pasokan saat ini, yang secara praktis sekitar 53-0-53V dari catu daya linier (toroidal, penyearah jembatan dan tutup elektrolitik).
Saya naif berpikir bahwa rangkaian di bawah ini harus menghasilkan 30V yang bagus di seluruh beban uji R3, sebaliknya saya mendapat dioda zener mati dan ledakan bagus dari transistor Q2 yang agak tak terduga dan mengecewakan. Itu benar-benar meniup kaki tengahnya, hal yang buruk.
Idenya adalah untuk mendapatkan rel + 15V dan -15V untuk memberi daya satu atau dua op amp. Saya berharap bahwa R1, D1, dan R2 akan turun masing-masing 38V, 30V dan 38V dan dengan demikian, seperti sepasang regulator seri standar, emitor Q1 akan menstabilkan pada 15V (relatif ke rel 0V hipotetis yang tidak ada) dan juga kolektor Q2 akan berada di -15V.
Apa yang telah saya lakukan salah? Saya bertanya-tanya apakah saya salah memahami aliran saat ini melalui PNP, mereka selalu membuat otak saya menggoreng karena sifatnya yang terbalik. Ngomong-ngomong, apa kesalahan saya?
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
memperbarui:
Zener sekarang menjadi 1N4751A, 30 V pada 8,5 mA, lihat spesifikasi ini . Resistor zener sekarang 4K7 untuk arus zener sekitar 8,5 mA.
Setelah menambahkan sumber tegangan, simulasi berjalan dan menghasilkan sekitar +/- 2,54 V di atas zener dan +/- 2.1 V di atas resistor keluaran.
Aneh! Entah simulator tidak tahu bahwa zener zeners pada 30 V, atau transistor menarik banyak arus basis, tetapi dengan resistor beban besar yang tidak mungkin.
sumber
Jawaban:
Anda sudah memiliki persediaan DC yang tidak diatur. Seperti yang Anda katakan, dibangun dari jembatan dan beberapa kapasitor. Rupanya, Anda juga memiliki ketukan tengah pada transformator sekunder Anda. Jadi Anda punya tanah juga, dan±53V diukur dengan meter Anda untuk dua rel lainnya. Saya akan berasumsi bahwa ini mungkin dibongkar, jadi Anda mungkin akan memiliki kurang dari itu ketika dimuat. Apalagi dugaan orang, karena sangat tergantung pada pemuatan, desain toroid Anda, kapasitor, dan faktor lainnya. Tapi kurang, pasti.
Saya yakin Anda sedang mencoba mempelajari cara mendesain sendiri±15V pasokan untuk digunakan dengan opamps. Jadi Anda tidak perlu hanya ingin membeli persediaan yang bagus (murah, akhir-akhir ini.) Dan karena ini adalah tentang belajar, itu akan menjadi desain linier dan bukan switcher. Jadi catu daya Anda umumnya tidak efisien, hemat daya. Tapi kamu baik-baik saja dengan itu.
Mungkin saya memproyeksikan, tetapi saya pikir ini adalah ide yang baik untuk memulai. Cukup sederhana sehingga Anda memiliki banyak alasan untuk berhasil. Tetapi ada cukup banyak untuk belajar tentang itu juga layak diperjuangkan. Saya pikir pengalaman belajar pertama saya, di mana saya benar-benar belajar beberapa hal dengan baik, adalah dalam mencoba merancang catu daya saya sendiri seperti ini. Pada saat itu, saya tidak punya pilihan. Persediaan lab yang ada tidak dapat diperoleh untuk seorang remaja. Dan tidak ada set pemasok ebay murah untuk switchers mewah berdasarkan IC, baik. Jadi saya harus melakukannya sendiri atau pergi tanpa. Dan dihadapkan dengan itu, seseorang belajar atau yang tidak.
Pendekatan Anda mungkin agak terlalu mirip dengan driver output sink / sumber yang digunakan dalam segala hal mulai dari opamp hingga amplifier audio. Anda bisa mengambil pendekatan yang Anda ambil, tetapi Anda harus membuat dua dari mereka - satu untuk+15V dan satu untuk −15V . Dan mereka bahkan kurang efisien, karena mereka masing-masing dapat sumber dari (+) rel dan tenggelam ke (-) rel Anda, dan Anda perlu menjalankannya di kelas-AB. Anda benar-benar hanya perlu sumber dari (+) untuk membuatnya+15V rel dan tenggelam ke (-) untuk membuat −15V rel.
Sama seperti catatan tambahan, mungkin ide yang baik untuk memasukkan sepasang resistor yang lebih berdarah ke bank kapasitor Anda saat ini di output jembatan Anda. Sesuatu untuk menghilangkan muatan yang tersimpan jika Anda mematikannya. Beberapa12W , 10kΩ resistor? Itu hanya akan menghadirkan a5mA memuat, saat berjalan.
Saat Anda mempertimbangkan gagasan itu, pertimbangkan juga untuk mencoba memuat persediaan yang tidak diatur sebelumnya untuk mengukur apa yang dilakukannya di bawah beban. Saya akan mencoba sesuatu seperti≥5W , 1kΩ resistor untuk mendapatkan ide tentang 50mA memuat, mengukur tegangan dengan hadir beban itu. Saya kemudian akan mencoba sesuatu seperti≥10W , 270Ω resistor untuk melihat apa yang terjadi ketika saya mendekat 200mA beban. Ini akan menguji seluruh sistem Anda yang tidak diatur dan memberi Anda gagasan tentang batasannya. Nilai-nilai itu diambil secara acak. Jika Anda sudah tahu keterbatasan toroid Anda, cobalah dua nilai resistor yang berbeda yang mengenai beban maksimum yang Anda harapkan untuk mendukung dan yang lain untuk memukul mungkin 30% dari beban maksimum. Dan perhatikan nilai tegangan yang diukur. Ini membantu untuk memiliki gagasan tentang rel yang tidak diatur ketika dimuat sedikit.
Saya sarankan Anda mulai dengan fokus hanya pada satu sisi, katakanlah membuat+15V rel pasokan yang diregulasi dari rel (+) Anda yang tidak diatur. Anda perlu mempertimbangkan apakah Anda ingin batas saat ini juga. Saya pikir akan lebih aman untuk memasukkan mereka. Tapi itu keputusanmu. Tidak sulit untuk memasukkan sesuatu untuk itu. Dan, secara pribadi, saya mungkin ingin pergi ke sana+12V juga. Jadi mungkin suplai output variabel yang bekerja pada beberapa rentang voltase output yang sederhana?
Anda memiliki banyak ruang kepala! Ini berarti Anda dapat menggunakan pengikut emitor NPN, pengikut Darlington, atau hampir semua konfigurasi yang Anda inginkan. Hal-hal tidak ketat , sehingga Anda memiliki ruang untuk struktur kontrol. Banyak ruang. Kelemahannya adalah, tentu saja, bahwa Anda harus membuang dan bahwa voltase rel Anda cukup untuk membuat Anda harus memeriksa lembar data agar tetap dalam parameter operasi yang aman untuk perangkat.
Akhirnya, Anda mungkin dapat menerima harus secara terpisah mengatur dua nilai tegangan rel, secara independen. Beberapa catu daya dirancang untuk menyediakan pelacakan sehingga jika Anda mengatur yang diatur+V pasokan ke +15V maka Anda diatur −V persediaan akan melacak itu dan menyediakan −15V . Tapi Anda bisa hidup tanpanya, untuk saat ini, saya curiga.
Jika Anda menulis pertanyaan terpisah, atau memperjelas hal ini dengan lebih baik, saya dapat membantu Anda memulai dengan tiga atau empat topologi berbeda (non-IC) untuk mempertimbangkan analisis pada Anda sendiri dan bangunan. Tapi, misalnya, saya tidak tahu kepatuhan seperti apa yang ingin Anda miliki. Dan itu akan membantu untuk mengetahui tegangan apa yang Anda ukur ketika pasokan Anda yang tidak diregulasi dimuat ke pemenuhan arus maksimum yang ingin Anda dukung (menggunakan resistor watt tinggi dan kemudian luangkan waktu sejenak untuk mengukur tegangan dengan voltmeter sebelum terlalu panas. ) Dan itu akan membantu lebih banyak lagi untuk mengetahui apakah Anda menginginkan tegangan variabel pada rentang (kisaran berapa, tepatnya?) Dan, jika Anda hanya menginginkan tegangan tetap, seberapa banyak akurasi awal yang Anda rasakan dibutuhkan? Dan saya' ingin tahu apakah ini hanya untuk pasokan opamp (menunjukkan kepatuhan arus yang lebih rendah) atau jika Anda ingin menggunakan ini untuk benar-benar memasok arus yang lebih tinggi dengan voltase yang lebih rendah, untuk beberapa proyek. Akhirnya, alangkah baiknya untuk mengetahui apa yang Anda miliki, atau bersedia Anda dapatkan.
Sunting: Jadi. Sesuatu yang sederhana, tidak terlalu banyak kepatuhan saat ini saja5mA . Pertama-tama mari kita fokus pada sisi (+) rel ... bisa dengan NPN atau PNP untuk transistor lulus. Ini lebih merupakan masalah bagaimana Anda ingin mengendalikannya. Apakah Anda ingin menyedot arus dari sumber, atau menarik arus sesuai kebutuhan? Hmm. Mari kita coba ini - penekanan pada yang sederhana.
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Saya telah menulis beberapa catatan desain pada skema. Nilai-nilai resistor adalah yang standar, sehingga tegangan output aktual akan sedikit mati. Tetapi harus dekat. Inilah logikanya.
Saya mulai menggunakanQ1 sebagai topologi pengikut emitor. Itu target emitor15V . Jadi saya menulis "15V @ 5mA" di sana. Awalnya saya memperkirakan bergunaβQ1=50 dan dihitung IBQ1=100μA dan diperkirakan (hanya dari memori) VBEQ1=750mV . Dari sini, saya memutuskan ingin5× sebanyak dari persediaan yang tidak diatur, jadi saya mengatur R1=53V−15V−750mV500μA=74.5kΩ≈75kΩ . Ini berarti bahwa saya harus mundur400−500μA dari R1 kontrol Q1 Perilaku di output. Kisaran yang cukup kecil,450μA±50μA , bahwa variasi dalam rangkaian sederhana tidak akan terlalu sensitif. Oh, dan saya memilih BC546, yang memilikiVCEO=65V . (Bisa menggunakan 2N5551 untukVCEO=150V .)
Saya memutuskan untuk menggunakan NPN lain di bawah, dengan basis dipaku ke pembagi resistor, untuk menarik arus itu.Q2 Kolektor dipaku ke tegangan, jadi tidak ada Efek Dini. Baik. Pembuangan diQ2 dibawah 10mW jadi tidak masalah. (Anda sudah tahu mungkin ada masalah diQ1 .) Dioda dan kapasitor memberikan referensi tegangan semi-stabil, karena diumpankan relatif stabil 450μA±50μA arus. Saya memperkirakanβQ2=50 (lagi) dan dihitung IBQ2=10μA dan diperkirakan (hanya dari memori) VBEQ1=650mV . Saya juga tahu bahwa 1N4148 tidak tentang550mV berlari pada 500μA arus. Jadi ini memberi tahu saya bahwa node pembagi harus ditebak1.2V . Saya menuliskannya juga.
Saya memilih untuk membuat pembagi saat ini setidaknya10× maks arus basis yang diperlukan untuk Q2 . Salah satu masalah dengan rangkaian ini adalah suhu sekitar, karena ini memengaruhi sambungan basis-emitorQ2 (dan D1 juga) dan ini mempengaruhi titik pembagi kita dan hampir semua yang lainnya. Tapi menambahkanD2 dan D3 di pembagi membantu di sini. Ini menyediakan dua persimpangan lebih tergantung suhu. Masalah yang tersisa adalahR3 dan kepadatan arus yang berbeda.
Saya menambahkan tutup mempercepat di resistor pembagiR2 sehingga variasi beban jangka pendek mungkin lebih cepat dikendarai Q2 . (Jika15V kereta yang diatur tiba-tiba melompat ke atas, lalu C3 akan menarik segera di pangkalan Q2 membuatnya menarik lebih banyak arus drive ke Q1 , melawan kenaikan itu. Demikian pula, ke arah lain juga.)
Anda harus bisa mengendarai rel yang diatur (-), saya pikir. Dan perlu diingat bahwa Anda tidak ingin memuat barang ini terlalu banyak! Anda pasti akan menyebabkan masalah serius kecil TO-92 yang buruk itu. Ini menghilang5mA⋅(53V−15V)≈200mW dan paketnya sudah 200∘KW , jadi ini berhasil sekitar +40∘C lebih ambient, sudah. Anda dapat melihat seberapa cepat benda ini akan memanas jika Anda menjalankan lebih banyak arus melewatinya. Anda mungkin bisa lolos10mA , tapi tidak lebih.
CATATAN TINJAUAN: Sekarang Anda dapat melihat proses seseorang (desainer lain yang lebih berpengalaman akan menerapkan lebih banyak pengetahuan daripada yang saya terapkan), mari luangkan waktu sejenak untuk melihatnya dari perspektif yang jauh.
Sirkuit bermuara ke:
That's really the essence of it. I added those two diodes to help stabilize things vs ambient temps. But they aren't strictly necessary if you don't mind your voltage rails shifting around a little more with temperature. As it is, they may still drift around by maybe25mV∘C , just doing a short loop-around bit of guess-work. But if you don't mind it being twice as bad then you can replace the resistor and two diodes with a simple resistor, instead:
simulate this circuit
The actual value ofR3 may need to be adjusted a bit here, as we don't actually know just how much base current is needed (probably less than I guessed -- a lot less.) So perhaps closer to the 12kΩ value? But you can use a potentiometer here, I suppose, to make this adjustable, too.
sumber
For one thing, a 2N2222 is only rated for 40 V. The 2907 is good for 60, but that still doesn't leave much margin for things to go wrong, particularly at startup.
I suspect the real problem is that the transistors were wired incorrectly. That could leave a direct path thru Q1, D1, and Q2. Poof!
Added about voltages on the transistors
Even when everything is working perfectly, each half of the circuit sees 53 V. The 1N4730 is a 3.9 V zener diode. That means, when everything is working perfectly, the transistor bases will be held at ±2 V. Even saying the B-E drop of each transistor is only 600 mV, the emitters will be at ±1.4 V. That means each transistor will see 52 V across it when everything is perfect.
Everything is never perfect. How accurate are the ±53 V supplies? What about startup transients? What are the real zener voltages with only half a milliamp thru them? What happens when the load draws some real current, even if only on startup to charge up a capacitor or something?
Did you look up the voltage spec for the transistors you are actually using, not just any datasheet you could find for the generic part number? There are minimum voltage specs somewhere for a 2N2222 and 2N2907, but specific manufacturers sometimes make their parts more capable. You can't use one of those datasheets to tell you the maximum a generic part is good for. To get the numbers I quoted above, I grabbed random datasheets. That means the real specs could be lower than what I quoted.
One transistor is already well out of spec, and the other is close to it. This is not good engineering.
sumber
First, Google is your friend. A 1N4730 is a 3.9 volt zener.
That said, I'm inclined to believe that you either miswired your circuit or you used the wrong values of resistors. I'm especially inclined to think that R1 or R2 might have been 100 ohms, rather than 100k. At any rate, your nominal resistor values are large enough to prevent Magic Smoke Emission, so your circuit in some way was different from your schematic.
sumber
IF Vcemax for Q2 is 40V and beyond in secondary breakdown then Ve max is -12V
Vb for Q2 is 1/2 of Vz (D1=3.9) or -2V approx. this Vbe = -10V while spec is -5V ABSOLUTE MAX.
due to the catastrophic mode of failure for Vbe reverse ,
sumber
This is an easier way of getting +/-15V from your rails:
simulate this circuit – Schematic created using CircuitLab
R1 and R2 allow about 2.5mA to flow to the transistor bases and to the 16V zeners. The voltage at the emitters of the transistors will be about 0.7V less than the zener voltage or about +/-15.3V.
While this is a very simple and reliable circuit, note that it is not short-circuit or overload proof as a 3-terminal regulator would be.
There are a few linear regulators which can operate from your relatively high supply rails but they will not be all that cheap. Do a parametric search on a distributor or supplier web sites to find them. The negative regulator may be more of a problem, especially as your (presumably unregulated) rails might go considerably higher than 53V peak. While you can use the above circuit to drop down the voltage for a 3-terminal regulator you have to consider the worst-case conditions and how much dissipation the transistors will experience.
sumber
Reviewers rejected my latest edits to the question, and suggested to create a new answer, so:
Here is the schematic from the OP, completed with voltage sources and more appropriate zener resistors, for the recommended zener current of about 8.5 mA:
simulate this circuit – Schematic created using CircuitLab
And here is the result of the simulation using the Simulate This button:
The zener is now a 1N4751A, 30 V at 8.5 mA, see these specs. Setting the correct part nr does NOT set the related zener voltage, I did that manualy in the circuit diagram editor. The zener resistors are now 4K7 for a zener current of about 8.5 mA.
After adding voltage sources the simulation runs and results in about +/- 15.0 V over the zener and +/- 14.5 V over the output resistor.
Perfect! This circuit seems to do what is expected from it.
As for the blown parts: that must be something like a wrong connection, as suggested by one of the commenters.
sumber