12. Usmeraci Napona (12)

Embed Size (px)

Citation preview

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    1/17

    1

    Izvori jednosmernog napona

    225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Sadraj

    Izvori jednosmernog napajanja

    1. Uvod2. Usmerai napona

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnoavaavai napona

    3. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori regulatori napona

    4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona

    4.2 Prekidaki stabilizatori napona4.2.1 Sputai napona4.2.2 Podizai napona4.2.3 Invertori

    325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Ni jeadno od navedenih elektronskih kola ne bi moglo daradi ako se ne obezbedi jednosmerni napon za polarisanjeaktivnih komponenata.

    Perpetuum mobile ne postoji !!!perpetuum_mobile.wmv

    U mobilnim ureajima koriste se baterije, dok je za napajanjestacionarnih ureaja racionalnije da se koristi mreni napon.

    Da bi pojaavapojaao neki signal, mora da utroiodreenu snagu. Ta snaga dolazi iz izvora jednosmernihnapona.

    Vrednost izvora za napajanje definie maksimalni moguidinamiki opseg signala (sem kod transformatorske sprege).

    Izvori jednosmernog napajanja

    1. Uvod

    http://www.veljkomilkovic.com/

    425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Karakteristike mrenog napona?

    To je naizmenini napon

    prostoperiodini, frekvencije f= 50 Hz

    efektivna vrednost V=

    maksimalna vrednost Vm=

    220 V

    311 V

    Izvori jednosmernog napajanja

    1. Uvod

    230 V

    324 V

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    2/17

    525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Da bi se od mrenog napona dobio jednosmerni, eljenevrednosti, potrebno je

    1. smanjiti njegovu vrednost2. usmeriti ga (napraviti jednosmerni napon)

    3. ukloniti naizmeninu komponentu (ispeglati)

    4. stabilisati ga (uiniti nezavisnim od promena uslova radapotroaa i/ili napona mree)

    Izvori jednosmernog napajanja

    1. Uvod

    625. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    1. Transformator smanjuje vrednost mrenog napona

    Galvanski odvaja izvor jednosmernog napona odnapona mree.

    Time se spreava meusobni uticaj mree na ureaj

    i obrnuto.

    Izvori jednosmernog napajanja

    1. Uvod

    725. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmeravanje naizmeninog napona

    2. Usmeravanjem se od naizmeninog naponapravi jednosmerni

    Kola koja imaju ovu sposobnost nazivaju se usmerai.

    Zasnovani su na primeni dioda

    zbog njihove osobine da provodestruju samo u jednom smeru.

    825. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    2. Usmeravanje naizmeninog napona

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    3/17

    925. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmeravanje naizmeninog napona

    2)(2kt1)(2k0

    1)(2kt2ksin(

    sin(

    mo

    mu

    )

    )

    tV

    v

    tVv

    Napon na potroau ima jednosmernu komponentu(srednja vrednost signala)

    Vo = Vm/ukupnu efektivnu vrednost

    Veff

    Vo

    2

    meff

    VV

    k=0, 1, 2,...

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    1025. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmeravanje naizmeninog napona

    2)(2kt1)(2k0

    1)(2kt2ksin(

    sin(

    m

    o

    mu

    )

    )

    tV

    v

    tVv

    Trenutna vrednost vremenski promenljivog napona,bez jednosmerne komponente iznosi v=vo-Vo, a njegovaefektivna vrednost je

    2

    0

    2ooo

    2o

    2

    0

    2ooeff )d2(2

    1d)(21' tVVvvtVvV

    Veff

    Vo

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    1125. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    Faktor talasnosti je mera sadraja naizmeninekomponente u usmerenom signalu i izraunava sekao kolinik efektivne vrednosti naizmeninekomponente napona na potroau Veff ijednosmernog napona Vo

    1.21'o

    eff 14

    2

    VV

    2o2eff

    2

    0

    2o

    2

    0

    oo

    2

    0

    2oeff d2

    1d221d

    21' VVtVtVvtvV

    1225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    vd

    Pri jednostranom usmeravalju vremenski promenljivakomponenta napona Veff vea je od jednosmernekomponente, Vo!

    VeffVo

    Probojni napon diode (Vp)mora da bude vei od Vm!inae e dioda da izgori.

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    Vm

    Veff

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    4/17

    1325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Realni model diode

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    1425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.1 Jednostrano usmeravanje

    Kroz sekundar transformatora protie i jednosmernastruja, ime se kvare performanse transformatora usledpojave premagnjeenja jezgra

    Ieff

    Io

    i

    1525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmeravanje naizmeninog napajanja

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    1625. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmeravanje naizmeninog napajanja

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    VDmax2Vm

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    5/17

    1725. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmeravanje naizmeninog napajanja

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    VDmax 2Vm

    1825. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    VDmax 2Vm

    1925. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    Jednosmerna komponenta napona napotroau Vo (dva puta vea od jednostranog)

    2m

    eff

    VV

    Veff

    571

    2

    .m

    mo

    VVV

    Vo

    Veff

    18

    2

    oVV 'eff

    Ukupna efektivna vrednost napona na potroau Veff(___ puta vea od jednostranog)2

    Efektivna vrednost naizmenine komponentenapona na potroau Veffje(manja od jednostranog )1.21'

    o

    eff 14

    2

    V

    V

    2025. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    Faktor talasnosti kod dvostranog usmeravanja iznosi

    0.481/8'

    2

    o

    eff V

    V

    Veff Uo

    Veff

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    6/17

    2125. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    571

    2

    .m

    mo

    VVV

    Vo

    Vo

    143.mm

    o

    VVV

    oo VVV 4801

    8

    2

    ,'eff Veff

    Veff

    oo VVV 21114

    2

    ,'eff

    0.481/8'

    2

    o

    eff V

    V

    2.2 Dvostrano v.s. jednostrano usmeravanje

    1.21'

    o

    eff 14

    2

    V

    V

    2225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    - Sekundar mora da ima simetrini izlaz

    + Na potroau samo parni harmonici napona

    = Najvei inverzni napon na diodi je 2Vm!!!

    + Kroz sekundar ne protie jednosmerna komponentastruje

    2.2 Dvostrano v.s. jednostrano usmeravanje

    + Ukupna jednosmerna komponenta udvostruena

    2325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Grecov spoj (Gretz)

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    2425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Gretzov spoj

    2.2 Dvostrano usmeravanje

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    7/17

    2525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Gretzov spoj

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    2625. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    v.s.

    + Sekundar NE mora da ima simetrini izlaz

    + Najvei inverzni napon na diodi je Vm a ne 2 Vm !!!

    2.2 Dvostrano usmeravanje

    2725. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    v.s.

    + Ukupna jednosmerna komponenta udvostruena

    + Sekundar ne mora da ima simetrini izlaz

    + Na potroau samo parni harmonici napona

    + Najvei inverzni napon na diodi je takoe Vm

    + Kroz sekundar ne protie DC komponenta struje

    2.2 Dvostrano usmeravanje Grecov spoj v.s. jednostrano

    2825. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Dvostrano

    2. Usmrai naponaZAKLJUAK

    Funkcija:

    Od naizmeninog napona prave jednosmerni

    Jednostrano

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    8/17

    2925. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmrai napona ZAKLJUAK

    Jednostrano

    Dvostrano

    Realizacija:

    3025. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2. Usmerai naizmeninog napona

    2.3 Udvostruavanapona

    Za veoma velike vrednostiotpora potroaa Vp = 2 Vm( pranjenja veliko)

    +Vm

    +Vm

    +Vm

    +Vm

    2Vm

    3125. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.3 Udvostruavanapona

    Vm

    /2

    Vm /2

    Vm

    2VmVm

    Vm

    3225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.3 Udvostruavanapona

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    9/17

    3325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.3 Udvostruavanapona

    3425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    2.3 Umnoavanapona

    Za veoma velike vrednosti otpora potroaa

    Vp = 2nVm, gde je n broj sekcija

    n-ta elija

    Vpn

    3525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Izvori jednosmernog napajanja

    Treba da eliminie naizmeninu komponentu naponaZato se koristi propusnik niskih frekvencija

    3. Filtriranje usmerenog napona

    3625. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Posle zakoenja diode, akumulirana energija u kalemudoputa protok struje u istom smeru u kome je i ranijeproticala.Potroai L ine naponski razdelnik za naizmeninisignal dok DC komponenta nije oslabljena jer je ZL=0.

    v=Rp v1 /(ZL+Rp)Slabljenje e biti vee ako je L vee ili R

    p

    manje.Vee je slabljenje viih harmonika jer pri viimfrekvencijama ZL ima veu vrednost.

    Induktivni filtar

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    10/17

    3725. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Induktivni filtar

    Zavisnost struje kroz potroaod odnosa (L)/Rp

    3825. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Prikljuivanje induktivnog filtra na dvostrani umera.

    Induktivni filtar

    3925. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Faktor talasnosti

    Induktivni filtar

    L

    R

    231p

    DC napon na potroau ne zavisi od otpornostipotroaa ako se zanemare otpornosti dioda i kalema.

    mm

    o 0.637

    2V

    VV

    Relativno mala poboljanja postignuta.Racionalna je jedino primena pri velikim strujama.

    4025. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar

    U idealnom sluaju jednosmernakomponenta napona nakondenzatoru Vo = Vp=Vm.

    Vm

    3. Filtriranje usmerenog napona

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    11/17

    4125. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar

    U realnim uslovima kondenzator sepuni preko male otpornosti diode koja vodia prazni preko otpora Rp.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    4225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar

    Dioda vodi samou kratkom

    intervalu kada jeanoda na viempotencijalu odkatode.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Tada sedopunjujenaelektrisanje naCkoje se izgubilotokom intervalaT, kada je diodabila zakoena.

    4325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar

    Analiza rada na osnovu pojednostavljenog talasnogoblika signala na potroau.

    Vo = Vm-V/2.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Vm-V= Vm e-T/(CR)

    za CR>>T,e-T/(CR)1-T/(CR)

    tako da je

    V

    VmT/(CR)=Vm/(fCR)

    4425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar3. Filtriranje usmerenog napona

    m/2 VVt

    Srednja vrednoststruje kroz diodurauna se analizom

    koliine naelektrisanjana kondenzatoru

    Ugao provoenja diodeVmcos( t= Vm-Vza malo

    tvai

    cos( t 1-(1/2) ( t

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    12/17

    4525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar3. Filtriranje usmerenog napona

    Q+= IC t=Q-= CV, znajui da jeIC =IdIo dobija se srednja vrednost struje kroz

    diodu od)/2(1II mod VV

    Srednja vrednost struje kroz diodu mnogo jevea od jednosmerne struje kroz potroa

    jer jeVm>>V!!!

    (Za Vm=10V, V=0.2V, Id=32.14Io)

    4625. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar3. Filtriranje usmerenog napona

    Reavanjem diferencijalne jednaine

    id=C(du/dt)+i, za t=t1=-t, dobija semaksimalna vrednost struje kroz diodu od

    )/2(1II mod VV2max

    Za Vm>> V, to je obino ispunjeno:

    Voditi rauna kada se bira dioda!!!omod II)/2(II 222/12 dmax

    VV

    4725. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar

    Da bi se odredio faktor talasnosti posmatra sepojednostavljen talasni oblik signala na potroau.

    VoVm-V/2.

    Faktor talasnosti

    CR

    1

    CR

    1

    3

    pp 171

    1

    100

    C

    1p

    mo

    R

    VV

    3. Filtriranje usmerenog napona

    4825. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar dvostranoC

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Perioda je smanjena na T/2 tako da je

    VVmT/ (2CR)=Vm/(2fCR)

    Dva puta manje za isto C i R!!!

    ili

    Da bi se dobilo isto V, moe da se upotrebi dvaputa manje C (!!! dimenzije !!!)

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    13/17

    4925. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar dvostrano

    Jednosmerni napon na potroaukod dvostranog usmeraa

    C2

    1p

    mo

    R

    VV

    Faktor talasnosti dva puta manji nego kod jednostranog

    za isto R i C

    CR

    1

    CR

    1

    3

    pp 346

    1

    2100

    C

    3. Filtriranje usmerenog napona

    5025. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar - dvostrano3. Filtriranje usmerenog napona

    m/2t VV

    Ugao provoenja diode Vmcos(t= Vm-Vza malo t vai cos(t 1-(1/2) (t

    Isti izraz kao kodjednostranog

    5125. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar - dvostrano (srednja vrednost struje kroz diodu)

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Q+ = ICt=Q-= CV, znajui da je IC = Id Io dobijase srednja vrednost struje kroz diodu od

    V

    V

    21II mod

    Srednja vrednost struje kroz diodu vea je odjednosmerne struje kroz potroa,

    ali je skoro 2x manja nego kod jednostranog

    usmeraa!!!(Za Vm=10V, V=0.2V, Id=16.7Io)

    5225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar - dvostrano (maksimalna struja kroz diode)

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Reavanjem diferencijalne jednaine

    id=C(du/dt)+i , za t=t1=-t, dobija semaksimalna vrednost struje kroz diodu od

    V

    V

    21II momaxd 2

    Za Vm >> V to je obino ispunjeno, dobija seIdmax 2Id >> Io

    Maksimalna struja kroz diode kod dvostranog,problino 2x je manja od one kod jednostranogusmeravanja.

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    14/17

    5325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar opte napomene

    Kapacitivni filtar ima relativno mali faktortalasnosti pri velikim otpornostima potroaa

    C

    Jednosmerna komponenta napona na potroau kadaje primenjen kapacitivni filtar priblino je jednakamaksimalnoj vrednosti ulaznog naizmeninog napona:1.41 puta vea od efektivne vrednosti.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    5425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar Domai 12.2:

    PotroaR=100 prikljuen je preko usmeraa saGrecovim spojem na naizmenini napon frekvencije

    50Hz i amplitude 12V. Ako je pad napona nadiodama Vd=0.8V odrediti:

    a) vrednost C kapacitivnog filtra prikljuenogparalelno potroau koja e obezbediti odstupanjenapona V< 1V;

    b) vrednost jednosmernog napona na potroau;c) vrednost jednosmerne struje kroz potroa;

    3. Filtriranje usmerenog napona

    5525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Kapacitivni filtar Domai 12.3:

    Za usmerasa kapacitivnim filtrom iz prethodnogprimera odrediti:

    a) ugao provoenja diode i iskazati ga u % u odnosu

    na periodu ulaznog signala (50Hz);b) srednju struju kroz diodu;

    c) maksimalnu struju kroz diodu;

    d) maksimalni inverzni napon na diodi;

    e) predloiti tip diode koji se moe primeniti za ovunamenu

    3. Filtriranje usmerenog napona

    5625. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Induktivni v.s. kapacitivni filtar

    3. Filtriranje usmerenog napona

    L

    R

    23

    1

    p

    mm

    o 0.637

    2V

    VV

    Faktor talasnosti

    Jednosmerni napon

    C2

    1p

    mo

    R

    VV

    CR

    1

    32

    p

    Sa stanovita Rp

    v.s.

    Bolji za manje Rp Bolji za vee Rp

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    15/17

    5725. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    L - filtar

    Kompromis izmeu induktivnog i kapacitivnog.

    U intervalu kada se kondenzator prazni, induktivnostnadoknauje gubitke.

    Pri malim strujama dominira kapacitivni, a privelikim induktivni deo.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    5825. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    L - filtar

    Postoji vrednost induktivnosti pri kojoj napon nezavisi od struje potroaa.

    To je kritina induktivnost Lk=Rp/(3)

    Za velike vrednosti Rp, Lkje veliko.

    Ekvivalentno Rp redukuje se vezivanjem dodatneotpornosti paralelno sa potroaem.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    5925. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    L - filtar3. Filtriranje usmerenog napona

    Faktor talasnostiLC26

    12

    1

    Projektuje se tako to se odredi Lk, a zatim se, naosnovu eljene vrednosti za , odreuje C.

    6025. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    - filtar

    Daje vei napon na potroau i manji faktor talasnosti.

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Faktor talasnosti

    Jednosmerni napon na potroau

    p

    mo

    4fR1

    1

    VV

    p213 LRCC

    1

    2

    1

    p213 LRCC

    1

    24

    1

    jednostrano dvostrano

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    16/17

    6125. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    - filtar

    Moe umesto L da se stavi R koji bi zamenio L.Da bi se zamenilo L=10H, treba R=6280 !!!

    3. Filtriranje usmerenog napona

    Faktor talasnosti za jednostrano

    p212 RRCC

    12

    1

    R

    6225. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Zakljuak

    Funkcija:Smanjuju talasnost usmernog napona time to

    smanjuju naizmeninu komponentu uz to manjeslabljenjejednosmerne komponente

    3. Filtriranje usmerenog napona

    6325. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Zakljuak

    Realizacija:- Induktivni,

    - Kapacitivni

    - Kombinacija

    - RC

    3. Filtriranje usmerenog napona

    C

    R

    6425. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja 64

    ta smo nauili?

    Nacrtati blok emu sistema pomou koga se izmrenog napona dobija stabilisanijednosmerni napon i talasne oblike napona zaizlazu svakog bloka.

    Skicirati elektrinu emu i talasni oblik napona naizlazu usmeraa napona sa Grecovim spojem bez isa kondenzatorom paralelno potroau.

    Koliki je jednosmerni napon na izlazu usmeraa sakapacitivnim filtrom ako efektivna vrednostnapona ispred usmeraa iznosi 10 V? Zato?

  • 8/10/2019 12. Usmeraci Napona (12)

    17/17

    6525. decembar 2012. Izvori jednosmernog napajanja

    Ispitna pitanja

    1. Jednostrano usmeravanje (ema, talasni oblici, jednosmerni napon i faktortalasnosti).

    2. Dvostrano usmeravanje (ema, talasni oblici, jednosmerni napon i faktortalasnosti).

    3. Usmeraza udvostruavanje napona.4. Induktivni filtar (ema, princip rada, jednosmerni napon i faktor talasnosti).5. Kapacitivni filtar (ema, princip rada, jednosmerni napon i faktor

    talasnosti).6. -filtar (ema i osobine).

    65