Schema di uno Stabilizzatore Lineare di Tensione LDO con drop-out di 200mV che utilizza solo Transistor BJT Discreti per avere Bassissima Corrente di Quiescenza…
INTRO
Il regolatore di tensione più conosciuto ed usato è il 78xx come il 7805 se si vogliono 5v in uscita oppure il 7833 se si vogliono 3.3v di uscita. Questo regolatore di tensione soffre di due problemi principale. La differenza tra la tensione di ingresso è uscita (chiamata in inglese drop-out) è di circa 1.5V. Questo significa che se voglio in uscita 5V non posso avere in ingresso meno di 6.5V. Se alimento il mio circuito con una batteria a 9V, quando la tensione raggiunge 6.5V il circuito funzionerà a minore tensione o non funzionerà.
Il secondo problema, relativo ad applicazioni a batteria con bassissimo consumo, è la corrente di quiescenza ovvero la corrente assorbita dai circuiti interni del regolatore di tensione. Infatti questo integrato consuma 5mA. Se ad esempio ho un microcontrollore che esegue operazioni a 4MHz esso consuma circa 4mA, sarebbe uno spreco consumare più potenza sul regolatore che sul microcontrollore, specialmente se alimento il tutto con una batteria.
In commercio esistono diversi LDO con bassa corrente di quiescenza come il MAX1659 con 45uA di corrente di quiescenza, MCP1702 con ben 4uA oppure il LM2936 con 1mA di quiescenza.
In questo articolo vedremo un regolatore LDO con corrente di quiescenza di circa 800uA realizzato con 3 transistor e un diodo zenner utile per piccoli progetti alimentati a batteria. I transistor usati e il diodo zenner sono sempre presenti in discreto laboratorio di elettronica, inoltre qualsiasi transistor a disposizione può essere usato, riducendo o annullando del tutto l’acquisto di componenti.
SCHEMA
Lo schema è il seguente:
La tensione di ingresso può andare da 15V ad un minimo di 5V. La tensione di uscita dipende dal diodo zenner D2, in questo caso sarà circa 4.7V.
Il transistor Q2 e Q3 generano una corrente che pilota il transistor PNP stabilizzatore Q1. Questa corrente dipende dalla corrente che fluisce nel diodo D2 quindi vi è una retroazione sulla tensione di uscita. Se la tensione Vout tende ad aumentare, la corrente in D2 aumenta, quindi la corrente in Q3 aumenta spegnendo Q2, scorre meno corrente quindi nella base di Q1 riducendo la tensione.
Sulla tensione di uscita si possono assorbire un massimo di 100mA e inoltre può essere piazzato un condensatore di filtraggio da 47uF 16V.
La corrente di quiescenza può essere ridotta aumentando il valore di R1 ma ovviamente si riduce la corrente di uscita.
CARATTERISTICHE E REALIZZAZIONE
I grafici della corrente di quiescenza sono i seguenti:
La corrente di quiescenza dipende dalla corrente assorbita in uscita e dalla tensione di ingresso. Il primo grafico mostra la corrente di quiescenza al variare della corrente di uscita a 25°C e vin=9V mentre il secondo grafico mostra sempre la stessa corrente ma al variare di vin con la corrente di uscita fissata a 10mA.
La tensione di uscita mostra un coefficiente di temperatura un po’ alto di circa 1000ppm/°C ovvero varia di 4.5mV per ogni grado centigrado. La tensione di uscita invece varia di poco al variare della tensione di ingresso e mostra una line sensitivity di 0.2%/V.
Il circuito realizzato su breadbord è il seguente:
La tensione di uscita corrisponde a quella misurata ed è stata misurata su un carico pari a 2.2k ohm ovvero 2mA. Considerando i 9V di ingresso e gli 800uA della corrente di quiescenza l’efficienza sarà Eff=(4.45*2m)/(9*2.8m)=35%. Usando un 7805 sarebbe stata del 12%.
Nella breadbord è presente anche un LM35 per misurare il coefficiente di temperatura e in effetti la simulazione corrisponde con la misura (variazione di 140mV tra 25°C e 55°C quindi 4.6mV/°C). Il coefficiente di temperatura dipende molto dal diodo zenner usato.
DOWNLOAD
Potete scaricare la simulazione del circuito con MULTISIM14 al seguente LINK!!!
