Explicar a lógica de uma conversão de 12 V a 9 V


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Como funciona o circuito abaixo?

Sei o que resistores, capacitores e transistores fazem e brincaram com eles em uma placa de microcontrolador, mas estou tentando entender a lógica do circuito.

Digite a descrição da imagem aqui

Suponho que exista uma relação entre os resistores de 22 ohm e os de 470 ohm.


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O IN757 é uma referência de tensão para o transistor que regula a tensão. Este circuito é uma pobre desculpa para um regulador de tensão, utilize um 7809. circuitstoday.com/voltage-regulators
Tensão Pico

IMHO não é sensato adicionar um novo circuito à pergunta após 4 dias, como você acabou de fazer. O resultado seria uma mistura de respostas, algumas referentes a um circuito, outras referentes ao outro circuito e, portanto, potencial confusão para os leitores. É por isso que a regra aqui é fazer uma pergunta, para que as respostas se refiram claramente a essa pergunta. Eu recomendo que você volte para a versão anterior da pergunta (use o recurso de reversão) e, se ainda precisar de ajuda, pergunte sobre o novo circuito em uma nova pergunta (link para este, se relevante).
SamGibson

De qualquer forma, acho que minha resposta abaixo e outras fornecem informações suficientes para entender exatamente como esse segundo (primeiro) circuito funciona. Se você publicá-la como outra pergunta, faça o link para essa pergunta e explique exatamente o que você não entende, com todas as explicações abaixo.
Transistor

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Eu removi o circuito extra para maior clareza. Obrigado a todos novamente.
pilha da Web

Respostas:


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Ele se divide em três seções simples, cada uma relativamente fácil de explicar:

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

A primeira parte é o diodo que fornece proteção de tensão reversa. Se, por algum motivo, a polaridade da tensão de entrada estiver ligada oposta à que deveria ser, então a bloqueará e a saída também estará essencialmente desligada. Somente se a polaridade estiver correta, o restante do circuito estará operacional. O preço da inclusão dessa proteção adicional é uma queda de tensão de talvez . (Exagerei essa queda de tensão um pouco no diagrama. Mas isso mostra o ponto.)D1700mV

A próxima seção está abaixo disso. É um regulador zener. O resistor existe para limitar a corrente. O zener tende a ter a mesma voltagem através dele, quando a polarização reversa com voltagem suficiente (e é mais que suficiente). Com conforme indicado, você esperaria que a corrente estivesse em algum lugar de cerca de a . Essa é uma corrente operacional "normal" para muitos zeners. (Você pode procurar a folha de dados e descobrir exatamente. Eu não me incomodei aqui.) Portanto, a tensão na parte superior do zener deve estar próxima de . A corrente exata através do zener terá um leve impacto nisso. Mas não muito. (O capacitor,11-13VR15mA10mA9.1VC1, existe para "calcular a média" ou "suavizar" o ruído do zener. Não é crítico. Mas é útil.)

A seção final à direita está lá para "aumentar" a conformidade atual. Como o zener tem apenas alguns miliamperes para trabalhar, se você não incluísse essa seção adicional, sua carga só poderia consumir alguns miliamperes muito pequenos, no máximo, sem atrapalhar a tensão regulada do zener. Portanto, para obter mais do que isso, você precisa de uma seção de reforço atual. Isso é composto do que geralmente é chamado de "seguidor de emissor" BJT. O emissor deste BJT "segue" a tensão na base. Como a base está em , e como a queda de tensão do emissor da base será de cerca de9.1V600-700mV, você pode esperar que o emissor "siga", mas aqui com uma voltagem ligeiramente mais baixa (conforme indicado no esquema). Esse BJT não requer muita corrente de base para permitir muita corrente do coletor. Portanto, o BJT aqui pode "extrair" a corrente de seu coletor, também desenhando uma corrente base muito menor e mais pequena ("roubada" do zener, para que não possa ser muito) e, então, essa soma da dois se torna a corrente total do emissor. Essa corrente do emissor pode chegar a várias centenas de vezes a corrente base. Portanto, aqui, o BJT pode extrair da corrente base (o que é bom, porque há várias vezes mais disponível devido ao ) para lidar com talvez até1mAR1200mAda corrente do emissor. De acordo com a idéia de "ser conservador", a especificação diz apenas - e esse é o caminho certo a seguir quando se diz a alguém do que isso é capaz. Seja conservador.100mA

R2 existe como um limite de corrente de curto-circuito. Não serve muito mais. Mas se a carga tentar puxar muita corrente através do emissor, haverá uma queda de tensão cada vez maior em e isso fará com que o coletor tenha acesso à menor tensão restante. Em algum momento, o emissor será "apertado". Nesse caso, uma queda de mais de (talvez um pouco mais) provavelmente iniciará o processo de compactar a saída. Isso significa que o limite está em algum lugar acima de . No geral, o é uma maneira muito barata de adicionar alguma proteção modesta para ajudar a tornar a coisa toda um pouco mais à prova de balas, por assim dizer.R22V2V22Ω100mAR2

Nota: é um capacitor de saída que fornece alguma conformidade atual adicional se houver uma demanda momentânea e de curto prazo da carga. Eu também normalmente gostaria de incluir um resistor de saída em (não mostrado) de talvez como um resistor de sangria para fornecer um caminho DC para o terra da saída e descarregar depois de alguns segundos, quando a fonte de entrada de energia é removida.C2C24.7kΩC2


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@stackweb yes. um diodo zener, bem qualquer diodo realmente, pode ser pensado como um dispositivo que altera sua resistência para manter a tensão dentro de si dentro de alguns limites.
Trevor_G

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@Trevor_G True. Há alguma dissipação compartilhando lá com o R2. Eu havia considerado a idéia de discutir a dissipação, mas decidi que estava além do escopo de uma resposta apropriada. Preocupei-me que isso pudesse atenuar ou danificar os pontos principais. Então deixei a ideia de lado.
22618 jonk

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@Trevor_G Yeah. Eu escolhi a palavra "cãibras" como sendo suficiente aqui. Os detalhes exatos não são muito difíceis. Mas este é um bom circuito para iniciantes e para entender as nuances de que o resistor força a saturação e essa saturação implica um rápido aumento na corrente base, que pode remover muita ou toda a corrente do zener começa a ser "muitos detalhes" e, portanto, novamente confuso. Então, voltei a "cãibras" o suficiente por enquanto.
22618 jonk

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:) bom homem. Pessoalmente, prefiro a palavra "engasga". Eu acho que é um visual muito melhor, mas isso pode ser algo freudiano ou sádico .. sobre mim LOL
Trevor_G

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@Trevor_G Não existem "circuitos para iniciantes" realmente bons o suficiente para ser honesto. Este fica em um "ponto ideal" muito legal que fornece: (1) um circuito útil; (2) pode ser fabricado e testado em uma tábua de pão; (3) pode ser verificado com um medidor básico, quase todo mundo pode ficar barato usando habilidades comuns; (4) inclui idéias de proteção suficientes para torná-lo relativamente seguro de usar e abusar; e (5) está exatamente no ponto em que pode ser uma pequena luta para entender e ainda assim acessível àqueles com algumas idéias básicas.
22618

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  • O TIP41A está configurado como um seguidor de tensão. A tensão do emissor será igual à tensão de base menos cerca de 0,7 V.
  • O resistor de 470 provides fornece a corrente da base para ligar o transistor e puxar a base em direção à tensão de alimentação.
  • O diodo zener será ativado se a tensão básica ultrapassar 9,1 V (sua tensão de ruptura). Portanto, a base será mantida em 9,1 V.
  • 3470=6 mUMA
  • EuR=0,122=2.2 VEu2R=0,1222=0,22 W
  • A queda da maior parte da tensão no resistor reduz a energia dissipada no transistor. Voltaremos a isso.
  • O 1N4007 é para proteger o circuito da conexão de entrada de tensão reversa. Perderemos cerca de 0,7 V através dele.

De volta ao transistor: vamos trabalhar para a entrada máxima de 14 V.

  • Vin = 14 V.
  • V após o 1N4007 = 13,3 V.
  • V após o resistor de 22 at a 100 mA = 13,3 - 2,2 = 11,1 V.
  • V através do transistor = 11,1 - 8,5 = 2,6 V (permitindo queda de tensão de cerca de 0,6 V entre a base e o emissor).
  • =VEu=2.60,1=0,26 W
  • (2.2+2.6)0,1=0,46 W

Presumo que exista uma relação entre os 22ohms e os 470 ohms.

Na verdade não. Eles estão cumprindo funções independentes e não interagem.


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+1, embora seja realmente um regulador de 8,5V, e não muito bom.
Trevor_G

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O elemento chave deste circuito que causa a saída de +9 V é o diodo zener 1N757. Quando o circuito é alimentado com energia (+12 a +14 V), o capacitor de 1 µF é descarregado e o transistor é desligado. Com algum atraso, o capacitor de 1 µF é carregado através do resistor de 470 ohm até a tensão nominal do diodo zener e abre o transistor até o seu emissor com uma tensão de saída de 9 V.

O resistor de 22 ohm aqui está limitando a corrente se algo der errado (protegerá de falta / sobrecorrente por um curto período de tempo, mas por períodos mais longos o transistor pode superaquecer e fritar). O diodo 1N4007, como eu entendo, é garantir que, se você conectar acidentalmente a tensão de entrada CA, o circuito não fritará da tensão negativa.

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