Low dropout

LOW-DROPOUT REGULATOR

Capita spesso di avere bisogno di stabilizzare una tensione ma con una differenza minima tra entrata e uscita e per questo ci sono gli LDO ma meno facili da reperire in commercio e allora ci si deve arrangiare e un metodo è quello qui di seguito illustrato.

PRIMO CIRCUITO SPERIMENTATO

Se il pin3 con tensione fissata dalla regolazione del trimmer si trova a potenziale più alto del pin2 avremo pin 1 che tende a livello alto alimentando 180 Ohm farà aumentare così la corrente complessiva sul pin 8 e cioè in base del BDX che tenderà a condurre tanto quanto basta affinché l'uscita sia sufficiente a far condurre lo zener da 6V2 e creare sulla R da 1k2 cioè pin 2, la stessa tensione del pin 3, condizione minia e sufficiente per avere un livello sul pin 1 da far passare una corrente complessiva di base che mantenga l'equilibrio.

Infatti se sul pin 3 con il trimmer fisso 4 V fino a che il pin 2 non raggiunge 4V il pin 1 tende a essere alto e tende a far condurre di più il BDX ma appena la Vout super 6,2 V + 4V cioè 10,2V il pin 1 tende a scendere di livello solo tanto quanto basta affinché resti in quel equilibrio.

Se ora metto un carico in uscita che tende a far calare Vout, tutta la variazione arriva al pin2 essendo fisso la Vz dello zener, proporzionalmente tende a calare anche il pin3 ma in maniera ripartita dal partitore e pertanto tende ad essere maggiore del pin 2 e di conseguenza pure pin 1 sale facendo aumentare la corrente ma il BDX tende a condurre di più e cioè l'uscita non può calare come avevamo presupposto.

Si comporta come un classico sistema di controllo per stabilizzare in questo caso la tensione d'uscita.

Mediante il trimmer si può dunque regolare l'uscita a 11,5V che il limite massimo che si può ottenere, il diodo zener da 6V2 conduce e porta sulla R da 1K2 circa 5,3V.

Ora si può intuire che il trimmer sarà regolato a pari livello del pin 2 e cioè pure a 5,3V.

Per la faccenda darlington di come fa a far cadere solo 0,5V la spiegazione può essere questa:

che caduta di tensione fa un buon transistore tra collettore ed emettitore quando satura ?

Arrivano anche a meno di 0,5V; in questo caso ci si deve accontentare di 0,7V con un carico di 160 mA

Se avessi usato un NPN con il collettore sull'ingresso e prelevato sull'emettitore di certo non avrei la stessa cosa in quanto sull'emettitore avrei potuto trovare una Vout pari a Vin - due Vbe che se anche solo di 0,6V ognuna avremmo avuto 1,2V in meno.

SECONDO CIRCUITO SPERIMENTATO

Utilizzando un transistore con bassa Vce di saturazione il DROP-OUT diventa ancora minore.

Non avendo a portata di mano un buon transistore PNP ma avendo degli ottimi 2SD882 NPN con 0,3V di Vce sat ho modificato lo schema come segue:

I pin dei due operazionali interni al LM358 risultano messi in parallelo.

Per la spiegazione del funzionamento è tutto uguale a quanto sopra cambia solo il ragionamento inerente l'NPN anziché il PNP.

Ho notato che lavora meglio con una delta V tra in e out piccola che non grande infatti la massima differenza tra Vin e Vout deve essere di circa 4 Vmax. Mentre la DROP-OUT minima è rimasta tra 0,2 e 0,3V pertanto è veramente minima anche con corrente fino ad 1A.

Le misure effettuate sono:

1° caso: Vin min = 12,3V Vin max = 16V

e regolazione con trimmer T1 per Vout = 12V costante

e Iout 1A con Vdrop di 0,3V

non sono andato oltre con la corrente perché ho usato la basetta sperimentale.

2° caso: Vin min = 16,3V Vin max = 20V

e regolazione con trimmer T1 per Vout = 16V costante

e Iout 1A con Vdrop di 0,3V

3° caso: Vin min = 6,3V Vin max = 10V

e regolazione con trimmer T1 per Vout = 6V costante

e Iout 1A con Vdrop di 0,3V

Per correnti dell'ordine dei 200 mA la Vdropout è soltanto 0,2V.

TERZO CIRCUITO SPERIMENTATO

Prove effettuate:

1° caso: Vin min = 6,3V Vin max = 24V

e regolazione con trimmer T1 per Vout = 6V costante

e Iout max = 300 mA per Vdrop di 0,3V

aumentando la corrente aumenta il Vdrop fino a 0,8V per Iout=750 mA

2° caso: Vin min = 12,8V Vin max = 24V

e regolazione con trimmer T1 per Vout = 12V costante

e Iout max = 750 mA per Vdrop di 0,8V

aumentando la corrente aumenta il Vdrop fino a 1V per Iout=1A

Con BDX54 il Vdropout minimo è di 0,8V ma si arriva anche ad un corrente di 1,2A

Si voleva ottenere 13,2V con il minor dropout possibile utilizzando solo transistori.

Utilizzando DZ da 12V con in serie il diodo D1 con i valori di R5 e R6 indicati si ottiene in uscita a vuoto 13,22 V.

Fino a quando Q3 non va in conduzione Q2, attraverso R2 e R4 resta polarizzato e va in conduzione trascinando basso la base di Q1 attraverso R3 portandolo pure in conduzione. Quando l'uscita supera la tensione di zener + VD1 + Vbe di Q3 cioè circa 13,22 V, Q3 può condurre e abbassare il potenziale di base di Q2 tanto quanto basta per ottenere un equilibrio da mantenere la tensione d'uscita stabile a 13,22V. Se l'uscita va sotto carico e tende ad abbassare la V di uscita Q3 conduce meno e Q2 di più tanto quanto è necessario per far condurre Q1 ed evitare così che l'uscita possa calare.

Prove effettuate con Vout a vuoto di 13,22V:

Con carico di 25 Ohm in uscita la tensione minima di entrata è di 13,45 V per avere l'uscita a 13,2 V con circa 500 mA

Con carico di 15 Ohm in uscita la tensione minima di entrata è di 13,72 V per avere l'uscita a 13,19 V con circa 850 mA

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