Alimentatorul pe care l-am construit, cu rezultate mai mult decât mulțumitoare, îl recomand posesorilor de casetofoane auto care doresc să le utilizeze în apartament. Alimentatorul se pretează și la alimentarea aparaturii audio și video care necesită un consum de maximum 2 A la o tensiune de 12 V.
Avantajul esențial îl constituie protecția la supracurent (și scurtcircuit) și protecția la supratensiune, ambele realizate cu tiristoare. Pentru înțelegerea schemei nu voi explica principiul de funcționare a stabilizatorului, fiind vorba de clasica schemă a stabilizatorului parametric în configurație serie, ci mă voi rezuma la funcționarea circuitelor de protecție.
În cazul unui scurtcircuit, R2 va deveni rezistență de sarcină, deci consumator, având tendința de a prelua toată tensiunea de ieșire. Când tensiunea pe R2 va atinge pragul de 0,7 V, tiristorul, comandat prin intermediul divizorului de tensiune P2, se va deschide, blocând tranzistorul P1. Implicit, tranzistorul T1 va bloca tranzistorul regulator T2, cu care formează o structură Darlington, rezultând astfel un curent prin T2 aproape nul. Toate acestea se produc într-un interval de timp de ordinul microsecundelor. În schemele uzuale, alegerea sau dimensionarea rezistenței R2 este uneori dificilă, implicând mai multe măsurători. În cazul de față, R2 nu are o valoare strictă; se pot utiliza rezistențe între 0,15 și 0,5 Ohm. Desigur că R2 ar putea fi chiar mai mare, însă acest lucru nu este indicat, știut fiind faptul că precizia stabilizării scade pe măsură ce crește valoarea lui R2. Din semireglabilul P1 se reglează cu precizie tensiunea de ieșire la valoarea de 12 V, iar din P2 se reglează pragul de acționare a protecției la supracurent.
Pentru ca LED-ul roșu să se aprindă numai în timpul scurtcircuitului, am înseriat cu acesta o diodă Zener. Aceasta determină pragul de aprindere a LED-ului, evitând astfel aprinderea în condiții normale de funcționare.
Protecția la supratensiune funcționează în modul următor: în cazul în care la ieșirea stabilizatorului tensiunea va depăși 12,6 V, dioda DZ3 se va deschide, comandând astfel amorsarea tiristorului Th2. Tiristorul va scurtcircuita forțat ieșirea sursei, situație în care am văzut mai sus ce se întâmplă.
Celor care vor folosi un consumator de 1-1,5 A le recomand transformatorul de alimentare tip TV „Sport”, care se pretează montajului prezentat.
Cum acționează tiristorul ca o protecție de tip „crowbar” (rattrapaj forțat)
Termenul de protecție „crowbar” (în traducere liberă „rangă”) provine dintr-o analogie grosieră: este ca și cum ai arunca o rangă de fier direct între bornele de alimentare pentru a proteja un echipament extrem de scump și sensibil în cazul în care tensiunea scapă de sub control.
În acest montaj, tiristorul Th2 îndeplinește exact acest rol, acționând în felul următor:
-
- Starea normală: Atâta timp cât alimentatorul scoate tensiunea corectă de 12 V, dioda Zener DZ3 (care are o tensiune de străpungere de peste 12 V, de exemplu un PL12Z sau similar adaptat pentru pragul de 12,6 V menționat în text) este blocată. Prin poarta tiristorului Th2 nu circulă curent, iar tiristorul este complet blocat (se comportă ca un întrerupător deschis).
- Declanșarea la supratensiune: Dacă tranzistorul regulator de putere se defectează (scurtcircuit între colector și emitor — un defect foarte comun la 2N3055) sau dacă circuitul de reglaj se defectează, tensiunea la ieșire tinde să sară brusc spre valoarea maximă redresată de condensatoare (peste 16-18 V).
- Efectul de rangă: În momentul în care tensiunea depășește pragul critic de 12,6 V, dioda Zener DZ3 intră brusc în conducție și injectează un curent în poarta tiristorului Th2. Tiristorul se deschide (amorsează) într-o fracțiune de microsecundă, scurtcircuitând direct și forțat ieșirea sursei la masă.
- Protecția dublă: Deoarece ieșirea este acum la masă (scurtcircuit), intervine instantaneu și cealaltă protecție descrisă de autor (cea la supracurent prin R2), blocând complet etajul pilot și protejând circuitul de la distrugere completă sau prevenind arderea aparatului electronic conectat (de exemplu, un casetofon auto scump).
2. Structura Darlington formată din 2N3055 (T2) și BD135 (T1)
Tranzistorul de putere 2N3055 este o legendă în electronică, fiind capabil să suporte curenți mari (până la 15 A), însă are un mare dezavantaj: factorul de amplificare în curent (beta sau hFE) este foarte mic, adesea fiind cuprins doar între 15 și 50 la curenți mari.
Pentru a comanda un curent de ieșire de 2 A pe sarcină, un singur tranzistor 2N3055 ar avea nevoie de un curent în bază de:
Niciun circuit integrat mic sau diodă Zener de control nu poate furniza un curent continuu atât de mare în bază fără să se supraîncălzească sau să își strice stabilitatea.
Aici intervine tranzistorul prefinal BD135, legat împreună cu 2N3055 într-o configurație Darlington:
-
- Conexiunea: Colectoarele celor două tranzistoare sunt legate împreună la linia principală de alimentare nefiltrată. Emitorul tranzistorului de putere mai mică (BD135) este conectat direct în baza tranzistorului de putere mare (2N3055).
- Multiplicarea câștigului: Întreaga structură se comportă acum ca un singur „super-tranzistor” virtual. Factorul de amplificare total este produsul celor doi factori individuali:
- Dacă BD135 are o amplificare de 100, iar 2N3055 are 20, amplificarea totală devine 2000.
- Avantajul practic: Pentru a scoate cei 2 A la ieșirea sursei, curentul de comandă cerut de la etajul de stabilizare (în baza lui BD135) scade de la 100 mA la doar:
- Acest curent infim de 1 mA poate fi controlat cu o precizie matematică extrem de mare de către restul componentelor din blocul de stabilizare, asigurând o tensiune de ieșire perfect fixă de 12 V, indiferent de variațiile consumului.
