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Alimentatore universale modulare series regulator 2 guida d'uso

Uno stabilizzatore di tensione un po' più complesso e più performante  in quanto a precisione e cencellazione del ripple residuo rispetto al modello 1 che abbiamo presentato antecedentemente QUI è il seguente:
Schema shunt regulator transistor
questo si può anche trasformare in uno stabilizzatore di tensione regolabile: basta montare un potenziometro nella posizione P1 per avere una alimentazione regolabile oppure montare i ponticelli J1 e J2 se si vuole uino stabilizzatore fisso.
questo è il layout della scheda che come vedete è molto semplice:

Layout scheda
per poterlo utilizzare basta sapere la tensione in uscita dalla scheda è
V_o=V_z{R_1+R_2} over R_2 dove Vz è la tensione del diodo zener D2 ed R1 ed R2 sono le resistenze del circuito oppure
  nel caso si monti il potenziometro P1 i valoro di  R1 ed R2 da inserire nella formula sono i valori di R1 o R2 del circuito sommati al valore di resistenza del potenziometro sul ramo interessato.
Esempio: se il potenziometro è girato al 70% verso R1 ed il valore di resistenza del potenziometro è 150K avremo che nella formula R1 sarà il valore di R1 + 100k* 30% quindio R1+ 45k, mentre R2 sarà il vaore di R2 + 150k*70% quindi R2 + 105k.
Questo circuito sebbene più performante è più "delicato" del precedente e presenta alcune piccole criticità a cio si può ovviare mediante alcuni  accorgimenti per evitare che il circuito muoia miseramente:

  1. la tensione sulla base del transistor non deve superare la tensione dello zener Vz + VBEsat, quindi dobbiamo stare attenti al rapporto  R2/(R1+R2) e quindi scegliere un valore di R2 ( o nel caso del potenziometro R2 + il valore del potenziometro ) che non permetta mai tale condizione, pena la morte del transistor.
  2. Vi non deve superare la tensione massima sopportata dal transistor Q2

Se volete capire meglio come funziona potete continuare a leggere qui sotto tutta la spiegazione teorica, altrimenti...
BUON LAVORO!!!


Teoria relativa al circuito in questione:

Per capire come funziona il circuito in questione dobbiamo fare alcune ipotesi e semplificazioni iniziali.
Per i calcoli consideriamo quindi che non ci sia P1 ( quindi i Jumper J1 e J2 siano cortocircuitati ).
Ignoriamo inoltre alcuni componenti, cioè R4 ,  D1 , C5 e C6, quindi il circuito  su cui fare i calcoli diventa il seguente:
schematic

Per semplificafre i calcoli, consideriamo il mosfet M1  come  generatore di corrente pilotato, cioè con
Rds = 0
con queste ipotesi se Vg è la tensione in ingresso al gate del mosfet, avremo che
Vg=Vs=Vo

 

il nostro esercizio diventa quindi quello della semplice polarizzazione di un transistor in cui al posto della resistenza di emettitore abbiamo la tensione di Zener di DZ1 e Vo  è  identica alla tensione sul collettore del transistor Q1

Usando il modello a del transistor abbiamo

V_O = V_I - I_c R_3(1) -nota: Ic è la corrente di collettore
I_C= %beta_F I_B(2) nota: (  ßF è il guadagno in corrente )
sostituendo la (2 ) nella (1) otteniamo
V_O = V_I - %beta_F I_B R_3 (3)

per semplificare i calcoli applicheremo il teorema di Thevenin cioè del generatore di tensione equivalente al partitore R1, R2 che fornisce tensione / corrente alla base del transistor Q1
thevenin
Il generatore equivalemnte di Thevenin è
V_B = V_O {R_2 over { R_1 + R_2 }}(4)
La resistenza equivalente di Thevenin del partitore di tensione tra R1 ed R2 è il seguente:
e la resistenza equivalente
R_BB = R_1 parallel R_2 = { R_1 R_2 } over { R_1 + R_2 }(5)

sappiamo che
I_B = {V_B-(V_zD1 + V_BE )} over R_B (6)
e sostituendo la (4) e la (5) nella (6) otteniamo

I_B = V_O over {R_1 } -{(V_zD1 + V_BE )(R_1 + R_2)}over { R_1 R_2 } (7)
sostituendo nella (3) otteniamo
V_o= V_I- %beta_F R_3({V_o over R_1 - {V_z+V_BE} over R_1 R_2 (R_1+R_2)}) (8)

dopo i passaggi e le semplificazioni di qui sotto

V_o= V_I- {%beta_F R_3 V_o} over R_1 + %beta_F R_3( {V_z+V_BE} over { R_1 R_2 } (R_1+R_2))

 V_o ( 1+ {%beta_F R_3 } over R_1)= V_I + %beta_F R_3( {V_z+V_BE} over { R_1 R_2 }(R_1+R_2))

V_o ( {R_1+ %beta_F R_3 } over R_1)= V_I + %beta_F R_3( {V_z+V_BE} over { R_1 R_2 }(R_1+R_2))

otteniamo il risultato finale

V_o = {V_I R_1} over {R1 + %beta_F R_3} + {%beta_F R_3( V_z+V_BE) ( R_1 +R_2 )}over {R_2 ( R_1 + %beta_F R_3)} (10)

nell'ipotesi che

possiamo trascurare alcuni temini e la nostra formula (10 ) diventa  quella vista all'inizio
V_o=V_z{R_1+R_2} over R_2


NOTA:
alla formula semplificata potevamo arrivare anche seguendo un'altra strada:

sapendo che la tensione in base a Q2 è la stessa del partitore di tensione tra R1 ed R2 abbiamo che
V_Z+V_BE=V_o{R2 over {R1 + R2 }}
Ed estrapolando Vo
V_o=V_z{R_1+R_2} over R_2

Ovviamente così non teniamo conto di eventuali ripple sulla tensione in ingresso.