4. Stabilizatori – regulatori napona Izvori jednosmernog ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2014-15/EEN/12... · 1 Izvori jednosmernog napona (nastavak) - Stabilizatori

1

Izvori jednosmernog napona(nastavak)- Stabilizatori - regulatori napona

1. deo - linearni regulatori

208. januar 2015. Izvori jednosmernog napajanja

SadržajIzvori jednosmernog napajanja

1. Uvod2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnožavažavači 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 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

308. januar 2015. Izvori jednosmernog napajanja08. januar 2015.

4. Stabilizatori - regulatori napona

Da bi se od mrežnog napona dobio jednosmerninapon željene vrednosti, potrebno je 1. smanjiti njegovu vrednost2. usmeriti ga (napraviti jednosmerni napon)3. ukloniti naizmeničnu komponentu (“ispeglati”)4. stabilisati – regulisati ga

(učiniti nezavisnim od promena uslova rada potrošača i/ili napona mreže)


Napon na izlazu usmerača i filtra zavisi od:

- amplitude naizmeničnog napona kojim sepobuđuju (na izlazu transformatora).

- Otpornosti potrošača


C2ωπ1

p

mo

R

VV

pfR

VV

411

mo

Rp


Cilj je da jednosmerni napon bude konstantan, odnosno stabilan, nezavisan od promene napona na ulazu i/ili otpora potrošača

Elektronsko kolo koje obezbeđuje stabilan izlazni napon naziva se stabilizator iliregulator napona (voltage regulator).



Filter Stabilizator PotrošačUo

I =os Ip

UosV V

Napon na izlazu stabilizatora ne treba da zavisi odpromena:

- b) otpornosti potrošača (struje kroz potrošač)

- a) ulaznog napona (napona na izlazu iz filtra)

- c) temperature


708. januar 2015. Izvori jednosmernog napajanja08. januar 2015. Prof. dr Predrag Petković

Kvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznognapona na promene:

- a) ulaznog napona (napona na izlazu iz filtra)

ta

ta

CCo

os

ΔΔS

TIos

VV

ova veličina naziva se faktor stabilizacije(line regulation)



Stabilizator je idealan ako je faktor stabilizacije=0

Stabilizator je dobar ako je faktor stabilizacije mali S < 0.1%




- b) otpora potrošača (napona na izlazu iz filtra)

pos

VV

o IIIV

IVR

jejer ,

ta

tao

ta

tao

CTC

p

os

CTCos

os

ΔΔ

ΔΔ

ova veličina naziva se dinamička izlazna otpornost





- b) otpora potrošača (napona na izlazu iz filtra)


Stabilizator je idealan ako je Ro=0

Stabilizator je dobar ako je Ro < 10

Stabilizator Potrošač

I =Ios p

V’osVosRo

oRIVVV osospos' oRIVV DDosDD

Stabilizator Potrošač

I =Ios DD

VDDVosRo



Ako je potrošačoperacioni pojačavač,IDD=IDDi, gde su IDDi struje kroz svaku granu vezanu za VDD

oRIVV DDosDD


VDD


Alternativno se definiše faktor opterećenja(load regulation)

max

max

min

min

osIosIos

osIosIosos

os

ososP V'

V'V

V'V'VS



Kvalitet stabilizatora određuje i osetljivost izlaznognapona na promene

- c) temperature

taos

taos

CC

os

ΔTΔ

VI

TVS

Stabilizatori - regulatori napona

1508. januar 2015. Izvori jednosmernog napajanja 2

Realizacija stabilizatora napona

U osnovi postoje dva tipa realizacije stabilizatora4.1. Linearni stabilizatori - regulatori napona

4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Stabilizatori - regulatori napona

4.1.1 Sa Zener diodom4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona

4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

16








Karakteristika pri inverznoj polarizaciji

Model

Simbol

Izmax

Izmin

4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodom


Io IzIP

Pretpostavimo da napon Vo poraste.

Tada će struja Io da poraste.Ako je dioda idealna, biće Vos=Vz, zato će struja kroz potrošač ostati ista Ios=IP=Vz/Rp, jer će “višak” struje da ide kroz diodu.


p

zzoszo

zoRV

IIIIR

VV


Pretpostavimo da struja IP poraste zato štose smanji RP.Ako je dioda idealna, biće Vos=Vz.

Io

Iz

IP


Tada će struja Io da zadrži vrednost, ali ćestruja kroz diodu da se smanji.

p

zzoszo

zoRV

IIIIR

VV


Kroz diodu će proticati minimalna struja kada je struja kroz potrošač maksimalna.

Io IzIP


RV

IIIIR

VV zzoszo

zo


IoIz

IP

08. januar 2015. Prof. dr Predrag Petković

Kroz diodu će proticati maksimalna struja kada je struja kroz potrošač minimalna.

IoIz

IP


p

zzoszo

zoRV

IIIIR

VV



Io IzIP

p

zzoszo

zoRV

IIIIR

VV


oPz

Pz VR||Rr

||RrV

os

Za rz<<RP i RP<<R

zzoz

zzP

Po

z

z VVVRrV

rRRV

RrrV

os

0 00


Vo

zVrR||R

R||RzP

P

Vos


IoIz

Ios

IP

IoIz

Ios

IP

Rr

ΔVΔVS

ΔVRr

ΔVRr

rΔV

ΔVR||Rr

||RrΔV

z

o

os

oz

oz

zos

oPz

Pzos

Za idealnu diodu, rz=0:S=0



IoIz

Ios

IP

IoIz

Ios

IP

zo

z

z

os

oso

rRRr

RrΔIΔVR

Za idealnu diodu, rz=0:Ro=0



IoIz

Ios

IP

IoIz

Ios

IP

TTzos

VVST

Za idealnu diodu:ST=0



IoIz

IP

Izabere se vrednost R tako da radna tačka diode budena sredini dinamičkog opsega između Izmin i Izmax.Pri tome je Izmax=Pd/Vz ;Izmin, Pd i Vz dati su u katalogu.


Izbor diode za zadatevrednosti Vo, Vos iopseg promene Rp


IoIz

IP

IzM = (Izmin + Izmax)/2 Izmax/2

R=(Vo-Vz)/IzM

IzM



IoIz

Ios

IP

Ako se otpornost potrošača smanji,

povećaće se struja IP, a smanjiće se strja Iz.

Napon Vos smanjiće se za Vos

IzM

Vos



IoIz

IP

Ako se otpornost potrošača poveća,smanjiće se struja IP, a povećaće se sturja Iz

Napon Vos povećaće se za Vos

IzM

Vos



IoIzmax

Ios

IP=0

Da bi se zaštitila dioda odpregorevanja, R može dase izabere tako da prinajnepovoljnijim uslovima,struja kroz diodu ne budeveća od Izmax:

R=(Vo-Vz)/Izmax

Tada postoji realna opasnost da se pri malimotpornostima potrošača izgubi stabilizaciono dejstvo,jer će struja kroz diodu da opadne ispod Izmin.

RPmin=Vz/(Izmax – Izmin) Vz/Izmax.



Primer:




Primer:

Napon ispred stabilizatora

Napon iza stabilizatora


Regulacija se izgubila pri otpornosti potrošača od 150 .


Primer:


Karakteristike Zener dioda



Karakteristike Zener dioda Tabela 1




Karakteristike Zener dioda Tabela 1 nastavak


1N5231B Rp

Domaći 13.1:4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodom

Odrediti R i C u stabilizatoru sa slike tako da jednosmerni napon na potrošaču Rpmin= 200 bude 5V, a VCmax=0.5V. Upotrebiti zener diodu 1N5231B iz Tabele 1. Usvojiti da je efektivna vrednost napona na izlazu transformatora 2x12V i da je na diodama 1N4148 pad napona VD=0,7V kada vode.


Karakteristike stabilizatora sa Zener diodom

-za S < 0.1% , potrebno je R=103rzX10kto znači da će za Ios=IP=10mA pad naponana R biti reda veličine X100V!!!Za toliko treba da bude veći napon Vo odVos.

Ako se ograniči vrednost R, povećaće se S!

Kako dobiti bolji stabilizator?


40








4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

Vos=Vo-RIo.

Io=It+Ir +Ios.

Porast Vo za Vo teži da izazove porast Vos;

To izaziva porast struje kroz tranzistor It,

osBE ΔVRR

RΔV21

1

tada raste VBE i to približno za

što dovodi do povećanja Io,

čime se napon Vos smanjuje. (Vos = Vo -R Io)

a time i do većeg pada napona na R (RIo),

Za one koji žele da nauče više


Da bi se ostvarila bolja stabilizacija, potrebno je “ubrzati” reagovanje na promenu Vos.

Za dobru stabilizaciju napona potrebno je uvesti dodatnu negativnu povratnu spregu.

4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

VosVo

Integrisani paralelni stabilizatori - regulatori napona



• Q1 je kontrolišući element vezan paralelno sa potrošačem.

• Deo izlaznog napona vraća se preko razdelnika R3, R4.• Referentni napon dobijen preko D1.• Regulacija se postiže kontrolom struje kroz Q1.

4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori naponaVosVo




Preko Zener diode na invertujući ulaz dovodi se referentni napon.

Svaka promena izlaznog napona prenosi se preko R3 i R4 na neinvertujući ulaz operacionog pojačavača.

Razlikom ovih napona kontroliše se ‚VBE tranzistora, a time i struja kroz tranzistor It.

Z4

3os R

R1 VV

It

VosVo

VZ



• R1 je redno vezan sa potrošačem i na njemu se “ublažavaju” sve promene napona Vo.

• R2 služi da definiše struju diode ID=(Vo-Vz)/R2

• Na operacionom pojačavaču poredi se referentni napon Vz sa naponom iz razdelnika (R4 Vos)/(R3+R4).


Zo VRRV

4

31

VosVo

VZ




Porast Vo za Vo teži da izazove porast Vos;

zato raste napon na izlazu OpAmp, a time i VBE;

što dovodi do povećanja Io,

čime se napon Vos smanjuje: Vos = Vo – RIo.a time i do većeg pada napona na R (RIo),

to izaziva porast struje kroz tranzistor It,

It

Io

tada raste V+ i to za

sVRR

RV oΔΔ43

4

;

Vo

VosVo


4747

Šta smo naučili?

• Uloga i osnovne karakteristike stabilizatora (regulatora) napona.

• Skicirati el. šemu stabilizatora sa Zener diodom i objasniti kako se ostvaruje stabilizacija(regulacija) napona.


Ispitna pitanja

1. Stabilizator jednosmernog napona (namena, princip rada, parametri i njihove idealne vrednosti).

2. Faktor stabilizacije.3. Stabilizator sa Zenerovom diodom (šema, princip rada, jednosmerni

napon, faktor stabilizacije, izlazna otpornost i dimenzionisanje otpornika).

48Izvori jednosmernog napajanja 208. januar 2015.


Rešenje 12.1:Potrošač R=100 priključen je preko usmerača sa Grecovim spojem na

naizmenični napon frekvencije 50Hz i amplitude 12V. Ako je pad napona na diodama Vd=0.8V odrediti:

a) vrednost C kapacitivnog filtra priključenog paralelno potrošaču koja će obezbediti odstupanje napona V< 1V;

b) vrednost jednosmernog napona na potrošaču;

c) vrednost jednosmerne struje kroz potrošač;

4. Filtriranje usmerenog napona

mAR

VIc

VVVVV

mFHzfR

VV

R

VVb

mFVRf

VVCRf

VVVa

d

dm

dmd

94 )

4,916,1122

-2

04,110050214,10

212' )

04,11100502

6,1122

2 C 2

2 )

oo

omo

mo

o

mo

1C

1Cωπ1


Rešenje 12.2:

Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti:a) ugao provođenja 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) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenu


AmAΔV

VVπIΔV

VπIIc

mAmAΔV

VVπIΔV

VπIIb

VVVΔt

TVVVV

tVVωΔta

do

moD

do

moD

d

53,133,15942

2212

'21 )

4,67316,7942

212

'1 )

%9,510014,32

4,1011002

2T

2''

' )

max

m

m

m

mmm

/2/2Δ

/2Δ/2Δ/2Δ


Rešenje 12.2:

Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti:a) ugao provođenja 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) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenu


mWmAVIVPe

VVVVVVVVVVd

Ddd

dmdmmdm

d

7,5384,6738,0 )

122,112

222

)(2- ) max

Videti: pod Silicon Rectifier Diodes nahttp://www.fagorelectronica.com/semi/pdf/producto/1n4000.pdf1N4001 zadovoljava jer je Peak recurrent reverse voltage (V) VRRM=30V > 12VForward current at Tamb = 75°C IF(AV)= 1A > 0,673ARecurrent peak forward current IFRM =10A > 1,53A

Documents

4. Stabilizatori – regulatori napona Izvori jednosmernog ...leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2014-15/EEN/12... · 1 Izvori jednosmernog napona (nastavak) - Stabilizatori