4.1 Linearni stabilizatori napona Izvori jednosmernoggp …starisajt.elfak.ni.ac.rs/phptest/new/html/Studije/predavanja... · Izvori jednosmernog napajanja 1. Uvod Da bi se od mrežnog

Izvori jednosmernog naponaj g p

1

SadržajIzvori jednosmernog napajanja

Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona

3. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p

4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona

4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori

227. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanja

4.2.3 Invertori

Izvori jednosmernog napajanja1. Uvod

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

U

j p p jaktivnih komponenata.

Perpetuum mobile ne postoji !!! perpetuum mobile.wmvPerpetuum mobile ne postoji !!! perpetuum_mobile.wmv

Da bi pojačavač pojačao neki signal, mora da utroši određenu snagu. Ta snaga dolazi iz izvora jednosmernih napona.

Vrednost izvora za napajanje definiše maksimalni mogući dinamički opseg signala (sem kod transformatorske sprege).

U mobilnim uređajima koriste se baterije, dok je za napajanje stacionarnih uređaja racionalnije da se koristi mrežni napon.

327. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanjahttp://www.veljkomilkovic.com/


Karakteristike mrežnog napona?U

To je naizmenični napon

prostoperiodični, frekvencije f= 50 Hz

efektivna vrednost V=220 V230 V

maksimalna vrednost Vm=

220 V

324 Vmaksimalna vrednost Vm311 V324 V



Da bi se od mrežnog napona dobio jednosmerni, željene vrednosti, potrebno je

U

, p j

1. smanjiti njegovu vrednosti i i i i2. usmeriti ga (napraviti jednosmerni napon)

3. ukloniti naizmeničnu komponentu (“ispeglati”)4. stabilisati ga (učiniti nezavisnim od promena uslova rada

potrošača i/ili napona mreže)


Izvori jednosmernog napajanja1. Uvod1. Transformator smanjuje vrednost mrežnog napona

U

Galvanski odvaja izvor jednosmernog napona od napona mreže.

Time se sprečava međusobni uticaj mreže na uređaj i obrnuto.i obrnuto.


2. Usmeravanje naizmeničnog napona

2 Usmeravanjem se od naizmeničnog napona2. Usmeravanjem se od naizmeničnog napona pravi jednosmerni

Kola koja imaju ovu sposobnost nazivaju se usmeračiKola koja imaju ovu sposobnost nazivaju se usmerači.

Zasnovani su na primeni dioda zbog njihove osobine da provode struju samo u jednom smeru.


2 1 Jednostrano usmeravanje2. Usmeravanje naizmeničnog napona

2.1 Jednostrano usmeravanje



2 1 Jednostrano usmeravanje= sin(ωmu )tVv

V


⎩⎨⎧

+<<++<<

=2)π(2kωt1)π(2k01)π(2k ωt2kπ sin(ωm

o

)tVv

VeffVo

⎩ +<<+ 2)π(2k ωt1)π(2k 0

N t š č i j d k tk=0, 1, 2,...

Napon na potrošaču ima jednosmernu komponentu (srednja vrednost signala)

V V /Vo = Vm/πukupnu efektivnu vrednost

V2m

effVV =



2 1 Jednostrano usmeravanje

⎧

= sin(ωmu )tVvV


⎩⎨⎧

+<<++<<

= 2)π(2k ωt1)π(2k 0

1)π(2k ωt2kπ sin(ωmo

)tVv

VeffVo

Trenutna vrednost vremenski promenljivog napona,Trenutna vrednost vremenski promenljivog napona, bez jednosmerne komponente iznosi v=vo-Vo, a njegova efektivna vrednost jej

∫∫2π

222π

2 11∫∫ +−=−=0

2ooo

2o

0

2ooeff )dω2(

2π1dω)(

2π1' tVVvvtVvV



2π2π2π 111∫∫∫ 2

o2

eff0

2o

0oo

0

2oeff dω

2π1dω2

2π1dω

2π1' VVtVtVvtvV −=+−= ∫∫∫

Faktor talasnosti je mera sadržaja naizmenične komponente u usmerenom signalu i izračunava se k k lič ik f kti d ti i ičkao količnik efektivne vrednosti naizmenične komponente napona na potrošaču Veff’ i jednosmernog napona Vjednosmernog napona Vo

1.21'γo

eff ≈−≈= 14

2πV

V


Pri jednostranom usmeravalju vremenski promenljiva2.1 Jednostrano usmeravanje

Pri jednostranom usmeravalju vremenski promenljiva komponenta napona Veff’ veća je od jednosmerne komponente, Vo!

VeffVo

Veff’o

vd

Probojni napon diode (Vp)mora da bude veći od Vm!inače će dioda da izgorivd inače će dioda da izgori.

Vm



Realni model diode



Kroz sekundar transformatora protiče i jednosmernaKroz sekundar transformatora protiče i jednosmerna struja, čime se kvare performanse transformatora usled pojave premagnjećenja jezgra

i

IeffIoIo


2. Usmeravanje naizmeničnog napajanja

2 2 Dvostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje




VDmax ≈2Vm




VDmax≈ 2Vm


2.2 Dvostrano usmeravanje

VDmax≈ 2Vm



Veff Voo

Veff’

Jednosmerna komponenta napona na 2 mVVV =≈p ppotrošaču Vo (dva puta veća od jednostranog)

V

571.π mo VV =≈

2m

effVV =Ukupna efektivna vrednost napona na potrošaču Veff

(___ puta veća od jednostranog)2

12

−=πVV 'ff

Efektivna vrednost naizmenične komponente napona na potrošaču Veff’ je


18oVVeff(manja od jednostranog )1.21'γ

o

eff ≈−≈= 14

2πV

V


Veff UVeff Uo

Veff’

Faktor talasnosti kod dvostranog usmeravanja iznosi

0.481/8π'γ 2eff ≈−==V

VoV


2 mVVV ≈

2.2 Dvostrano v.s. jednostrano usmeravanje

571.πm

mo VV =≈Vo

2

oo VVV 48018

2

,'eff ≈−=πVeff’

' 0.481/8π'γ 2

o

eff ≈−==V

V

143πmm

oVVV =≈

V ’Vo

143.πVeff’

VVV 21112

,'ff ≈−=π

oo VVV 21114

,eff ≈

1 21'eff 12πV


1.21γo

eff ≈−≈= 14V

2.2 Dvostrano v.s. jednostrano usmeravanje

+ Ukupna jednosmerna komponenta udvostručena

+ Na potrošaču samo parni harmonici napona+ Kroz sekundar ne protiče jednosmerna komponenta

- Sekundar mora da ima simetrični izlaz

+ Kroz sekundar ne protiče jednosmerna komponenta struje

Sekundar mora da ima simetrični izlaz= Najveći inverzni napon na diodi je ≈2Vm!!!


G j (G t )2.2 Dvostrano usmeravanje

Grecov spoj (Gretz)



Gretzov spoj



Gretzov spoj



v.s.v.s.

+ Sekundar NE mora da ima simetrični izlaz

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


2.2 Dvostrano usmeravanje Grecov spoj v.s. jednostrano

v sv.s.

+ Ukupna jednosmerna komponenta udvostručenap j p+ Na potrošaču samo parni harmonici napona

+ S k d d i i t ič i i l

+ Kroz sekundar ne protiče DC komponenta struje

+ Sekundar ne mora da ima simetrični izlaz

+ Najveći inverzni napon na diodi je takođe V27


+ Najveći inverzni napon na diodi je takođe Vm

2. Usmrači napona ZAKLJUČAK

Funkcija:Od i ič j d iOd naizmeničnog napona prave jednosmerni

DvostranoJednostranoDvostranoJednostrano


2. Usmrači napona ZAKLJUČAK

Jednostrano

Realizacija:

Jednostrano

DvostranoDvostrano


2. Usmerači naizmeničnog napona

2.3 Udvostručavač napona

+Vm

+

+

Vm2Vm

Vm

Za veoma velike vrednosti otpora potrošača Vp = 2 Vm

+V


p(τ pražnjenja veliko)

Vm


VVm /2 Vm

V /2Vm /2

VVm

2VmVm






2.3 Umnožavač napona

n-ta ćelija

Vpn

Za veoma velike vrednosti otpora potrošača V 2 V d j b j k ijVp = 2nVm, gde je n broj sekcija


Izvori jednosmernog napajanja

3 Filtriranje usmerenog napona3. Filtriranje usmerenog napona

Treba da eliminiše naizmeničnu komponentu naponaTreba da eliminiše naizmeničnu komponentu naponaZato se koristi propusnik niskih frekvencija


3. Filtriranje usmerenog naponaInduktivni filtar

Posle zakočenja diode, akumulirana energija u kalemu dopušta protok struje u istom smeru u kome je i ranije

ti lproticala.Potrošač i L čine naponski razdelnik za naizmenični i l d k DC k t ij l blj j j Z 0signal dok DC komponenta nije oslabljena jer je ZL=0.

v=Rp v1 /(ZL+Rp) Slabljenje će biti veće ako je L veće ili Rp manje.Veće je slabljenje viših harmonika jer pri višim


frekvencijama ZL ima veću vrednost.

3. Filtriranje usmerenog naponaInduktivni filtar

Zavisnost struje kroz potrošač od odnosa (ωL)/Rp


3. Filtriranje usmerenog napona

Induktivni filtar

Priključivanje induktivnog filtra na dvostrani umerač.

Induktivni filtar



Induktivni filtarInduktivni filtar

R1 pFaktor talasnosti ωL

R

231γ p=

DC napon na potrošaču ne zavisi od otpornosti potrošača ako se zanemare otpornosti dioda i kalema.

mm

o 0.637π

2 VVV ⋅==

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


Racionalna je jedino primena pri velikim strujama.

Kapacitivni filtar3. Filtriranje usmerenog napona

Kapacitivni filtar

U idealnom slučaju jednosmerna kkomponenta napona na kondenzatoru Vo = Vp=Vm.

Vmm



p

U realnim uslovima kondenzator sepuni preko male otpornosti diode koja vodi‚ a prazni preko otpora Rp.



p

Dioda vodi samoDioda vodi samo u kratkom intervalu kada je

d išanoda na višem potencijalu od katode.

Tada se dopunjujedopunjuje naelektrisanje na C koje se izgubilo t k i t ltokom intervala T, kada je dioda bila zakočena.



p

Analiza rada na osnovu pojednostavljenog talasnogAnaliza rada na osnovu pojednostavljenog talasnog oblika signala na potrošaču.

Vo = Vm-ΔV/2.

V ΔV= V e-T/(CR)Vm-ΔV= Vm e-T/(CR)

za CR>>T, e-T/(CR)≈1-T/(CR)

tako da je jΔV ≈ VmT/(CR)=Vm/(fCR)



p

Ugao provođenja diode)Vmcos(ωΔt)= Vm- ΔV

za malo ωΔt važicos(ωΔt) ≈ 1-(1/2) (ωΔt)2

m/2Δ VVωΔt≈

Srednja vrednostSrednja vrednost struje kroz diodu računa se analizomračuna se analizom količine naelektrisanja na kondenzatoru



p

Q+ = ICΔt=Q-= CΔV, znajući da je IC = Id – Io dobija se srednja vrednost struje kroz diodu od

)/Δ2π(1II mod VV+≈(Z V 10V ΔV 0 2V I 32 14I )

Srednja vrednost struje kroz diodu mnogo je

(Za Vm=10V, ΔV=0.2V, Id=32.14Io)

Srednja vrednost struje kroz diodu mnogo je veća od jednosmerne struje kroz potrošač

jer jejer je Vm >>ΔV!!!


m


p

Rešavanjem diferencijalne jednačine id=C(du/dt)+i , za t=t1=-Δt, dobija se

maksimalna vrednost struje kroz diodu od j

)/Δ2π(1II mod VV2max +≈

Za V >> ΔV, što je obično ispunjeno:Za Vm >> ΔV, što je obično ispunjeno:

omod II)/Δ2π(II 222/12 dmax >>≈+≈ VV

Voditi računa kada se bira dioda!!!omod )( dmax



p

Da bi se odredio faktor talasnosti posmatra se pojednostavljen talasni oblik signala na potrošaču.

Vo ≈ Vm-ΔV/2.

⎟⎞

⎜⎛

=π1

mo

VV

Faktor talasnosti⎟⎟⎠

⎜⎜⎝

+Cω

π1pR

Faktor talasnosti

CR1

CωR1

3πγ

pp 1711

100

≈== πϖ


pp 100= πϖ

Kapacitivni filtar – dvostrano3. Filtriranje usmerenog napona

Kapacitivni filtar dvostranoC

Perioda je smanjena na T/2 tako da je

ΔV ≈ VmT/ (2CR)=Vm/(2fCR)

Dva puta manje za isto C i R!!!ili

Da bi se dobilo isto ΔV, može da se upotrebi dva puta manje C (!!! dimenzije !!!)


puta manje C (!!! dimenzije !!!)

Kapacitivni filtar – dvostrano3. Filtriranje usmerenog napona

Kapacitivni filtar dvostranoC

Jednosmerni napon na potrošačuk d d t č ⎞⎛

= mo

VVkod dvostranog usmerača

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

C2ωπ1

pR

Faktor talasnosti dva puta manji nego kod jednostranog za isto R i Cza isto R i C

CR1

CωR1

3πγ

3461

2≈=


CRCωR3 pp 3462100= πϖ

Kapacitivni filtar - dvostrano3. Filtriranje usmerenog napona

p

Ugao provođenja diode Vmcos(ωΔt)= Vm- ΔVl Δt ži ( Δt) 1 (1/2) ( Δt)2

/2ΔωΔt VV≈

za malo ωΔt važi cos(ωΔt) ≈ 1-(1/2) (ωΔt)2

m/2ΔωΔt VV≈

Isti izraz kao kod jednostranog


Kapacitivni filtar - dvostrano (srednja vrednost struje kroz diodu)


Kapacitivni filtar dvostrano (srednja vrednost struje kroz diodu)

Q+ = ICΔt=Q-= CΔV, znajući da je IC = Id – Io dobija d j d t t j k di d dse srednja vrednost struje kroz diodu od

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+≈

VV2Δ

π1II mod ⎟

⎠⎜⎝ V2Δod

Srednja vrednost struje kroz diodu veća je odSrednja vrednost struje kroz diodu veća je od jednosmerne struje kroz potrošač,

ali je skoro 2x manja nego kod jednostranogali je skoro 2x manja nego kod jednostranog usmerača!!!

(Za Vm=10V, ΔV=0.2V, Id=16.7Io)


Kapacitivni filtar - dvostrano (maksimalna struja kroz diode)


Kapacitivni filtar dvostrano (maksimalna struja kroz diode)

Rešavanjem diferencijalne jednačine id=C(du/dt)+i , za t=t1=-Δt, dobija se

maksimalna vrednost struje kroz diodu od j

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+≈Vπ1II m2 ⎟

⎟⎠

⎜⎜⎝

+≈V2Δ

π1II omaxd 2

Za Vm >> ΔV što je obično ispunjeno, dobija se Idmax ≈ 2Id >> Iodmax d o

Maksimalna struja kroz diode kod dvostranog, probližno 2x je manja od one kod jednostranog


probližno 2x je manja od one kod jednostranog usmeravanja.

Kapacitivni filtar – opšte napomene 3. Filtriranje usmerenog napona

p p pC

Jednosmerna komponenta napona na potrošaču kada j i j k iti i filt ibliž j j d kje primenjen kapacitivni filtar približno je jednaka maksimalnoj vrednosti ulaznog naizmeničnog napona: 1 41 puta veća od efektivne vrednosti

Kapacitivni filtar ima relativno mali faktor

1.41 puta veća od efektivne vrednosti.

Kapacitivni filtar ima relativno mali faktor talasnosti pri velikim otpornostima potrošača


Kapacitivni filtar Domaći 12.1:3. Filtriranje usmerenog napona

p

Potrošač R=100Ω priključen je preko usmerača sa p j j pGrecovim spojem na naizmenični napon frekvencije 50Hz i amplitude 12V. Ako je pad napona na p j p pdiodama Vd=0.8V odrediti:

) d t C k iti filt iklj ča) vrednost C kapacitivnog filtra priključenog paralelno potrošaču koja će obezbediti odstupanje

ΔV< 1Vnapona ΔV< 1V;

b) vrednost jednosmernog napona na potrošaču;) j g p p ;

c) vrednost jednosmerne struje kroz potrošač;


Kapacitivni filtar Domaći 12.2:3. Filtriranje usmerenog napona

p

Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti:primera odrediti:

a) ugao provođenja diode i iskazati ga u % u odnosu na periodu ulaznog signala (50Hz);

b) srednju struju kroz diodu;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



Induktivni v.s. kapacitivni filtar

R1 1πωLR

231γ p=Faktor talasnosti CωR

132πγ

p

=

2VJ d i mVV

v.s.

mm

o 0.637π

2 VVV ==Jednosmerni napon

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

C2ωπ1

mo

R

V

⎟⎠

⎜⎝ C2ω pR

Sa stanovišta Rp Bolji za manje Rp Bolji za veće Rpp


L - filtar3. Filtriranje usmerenog napona

Kompromis između induktivnog i kapacitivnog.p g p g

U intervalu kada se kondenzator prazni, induktivnost nadoknađuje gubitkenadoknađuje gubitke.

Pri malim strujama dominira kapacitivni, a pri velikim induktivni deo.



L filtar

Postoji vrednost induktivnosti pri kojoj napon ne zavisi od struje potrošača.

To je kritična induktivnost Lk=Rp/(3ω)

Za velike vrednosti Rp, Lk je veliko.

Ekvivalentno R redukuje se vezivanjem dodatneEkvivalentno Rp redukuje se vezivanjem dodatne otpornosti paralelno sa potrošačem.



L filtar

Faktor talasnostiLCω26

1γ 2

1=

26

P j k j k š d di L iProjektuje se tako što se odredi Lk, a zatim se, na osnovu željene vrednosti za γ, određuje C.


Π - filtar


Π filtar

Daje veći napon na potrošaču i manji faktor talasnosti.VJednosmerni napon na potrošaču

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+

= mo

11

VV

Faktor talasnosti ⎟⎠

⎜⎝ p4fR

11 11

p213 LRCCω

12

1γ =p21

3 LRCCω1

241γ =

j d t d t60

27. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanjajednostrano dvostrano

Π - filtar


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

R

Faktor talasnosti za jednostrano

11

p212 RRCCω

12

1γ =


Zaključak


j

Funkcija: Smanjuju talasnost usmernog napona time što smanjuju naizmeničnu komponentu uz što manje slabljenje jednosmerne komponenteslabljenje jednosmerne komponente


Zaključak


j

Realizacija: - Induktivni,

- KapacitivniC

K bi ij- Kombinacija

R

- RC









4.2.3 Invertori

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 ga4. stabilisati – regulisati ga

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

6527. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanja27. decembar 2011.

Napon na izlazu usmerača i filtra zavisi od:4. Stabilizatori - regulatori napona

p

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

- Otpornosti potrošača

Rp

⎞⎛= m

oVV

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

fR

VV

411

mo

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

C2ωπ1

pR

⎟⎠

⎜⎝ pfR4



Cilj je da jednosmerni napon bude konstantan, odnosno stabilan nezavisan od promene napona naodnosno 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).



Napon na izlazu stabilizatora ne treba da zavisi odpromena:p

b) t ti t š č ( t j k t š č)

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

- b) otpornosti potrošača (struje kroz potrošač)

- c) temperatureI =os Ip

c) temperature

Filter Stabilizator PotrošačUo UosV V



Kvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznognapona na promene:p p

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

os

ΔΔS =

VV

ta

ta

CCoΔ

==

TIos

V

ova veličina naziva se faktor stabilizacije(line regulation)

6927. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanja27. decembar 2011. Prof. dr Predrag Petković

St bili t j id l k j f kt t bili ij 0


Stabilizator je idealan ako je faktor stabilizacije=0

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



Kvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznognapona na promene:p p

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

poso IIIV

IVR === jejer ,osos

ΔΔ

ΔΔ

pos

VV

o II==

==

jj

ta

tao

ta

tao

CTC

p

CTCos ΔΔ

CT

ova veličina naziva se dinamička izlazna otpornostova veličina naziva se dinamička izlazna otpornost



Kvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznogKvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznognapona na promene:

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


St bili t j id l k j R 0


Stabilizator je idealan ako je Ro=0

Stabilizator je dobar ako je R < 10ΩStabilizator je dobar ako je Ro < 10Ω

I =Ios p I =Ios DDp

V’osVosRo VDDVos

Ro

Stabilizator Potrošač

os

Stabilizator Potrošač

os

oRIVVV ⋅−== osospos' oRIVV ⋅−= DDosDD

Stab ato ot ošač


Ak j t š č


Ako je potrošačoperacioni

j č čpojačavač,IDD=ΣIDDi, gde su IDDi struje kroz svaku granu

e an a Vvezanu za VDD

VDD

RIVV

DD

oRIVV ⋅−= DDosDD


Alt ti d fi iš f kt t ć j


Alternativno se definiše faktor opterećenja(load regulation)

maxmin osIosIosososos

V'VV'VS =−

=−

=

maxmin

osIosIosos

P V'V'S

=

==


Stabilizatori - regulatori napona

Kvalitet stabilizatora određuje i osetljivost izlaznognapona na promenep p

- c) temperature

osΔVS

ta

taos

CC

os

ΔT =

=

VI

TS

os C=V









4.2.3 Invertori

4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodom

Izmin

Simbol

I

Karakteristika pri inverznoj polarizaciji

Model Izmax


Karakteristika pri inverznoj polarizaciji


zzo VIIII

VV −

p

zzoszo

zoR

IIIIR

+=+==

Io IzIP

P t t i d V tPretpostavimo da napon Vo poraste.

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


jer će višak struje da ide kroz diodu.

4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodomz

zoszozo

RV

IIIIR

VV+=+==

−

I I

pzoszo RR

Io

Iz

IP

Pretpostavimo da struja IP poraste zato štoji Rse smanji RP.

Ako je dioda idealna, biće Vos=Vz.

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


4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodomV

IIIIVV zzo +=+==

−R

IIIIR zoszo +=+==

Io IzIP

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



zzo VIIII

VV++

−

p

zzoszo

zR

IIIIR

+=+==

Io IzIP

IoIz

IP

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



zzo VIIII

VV++

−

p

zzoszo

zR

IIIIR

+=+==

Io IzIP



VVoVos

||R R||Ro

Pz

Pz VR||Rr

||RrV+

=os zVrR||R

R||RzP

P

++

Za rz<<RP i RP<<RrRr

zzoz

zzP

Po

z

z VVVRrV

rRRV

RrrV ≈+≈

++

+≈os


0 00


Ios ΔVR||Rr

||RrΔV oPz

os +=

IoI

IPΔV

rΔV

rΔV

R||Rr

zz

Pz

≈≈

+

Iz

rΔV

ΔVR

ΔVRr

ΔV ooz

os ≈+

≈

IosRr

ΔVΔVS z

o

os ≈=

IoI

IP Za idealnu diodu, rz=0:Iz S=0



Ios RrΔVIo

IIP z

z

os

oso

RRr

RrΔIΔVR

+==

Izzo rR ≈

Ios

IoI

IP Za idealnu diodu, rz=0:R 0Iz Ro=0



Ios

IoI

IP zos ∂≈

∂=

VVSTIz TT ∂∂T

Ios

IoI

IP Za idealnu diodu:Iz ST=0



Io IP Izbor diode za zadateIz

Pvrednosti Vo, Vos iopseg promene Rp

Izabere se vrednost R tako da radna tačka diode bude

p g p p

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



IoI

IPIz IzM

IzM = (Izmin + Izmax)/2 ≈ Izmax/2

R=(Vo-Vz)/IzM



IosΔVos

IoI

IPIz IzM

Ako se otpornost potrošača smanji,

ć ć t j I jić t j Ipovećaće se struja IP, a smanjiće se strja Iz.

Napon V smanjiće se za ΔV90


Napon Vos smanjiće se za ΔVos


ΔVos

IoI

IPIz IzM

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

Napon Vos povećaće se za ΔVos


Ios Da bi se zaštitila dioda od4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodom

Io

os

pregorevanja, R može dase izabere tako da pri

Izmax IP=0p

najnepovoljnijim uslovima,struja kroz diodu ne budejveća od Izmax:

R=(V V )/IR=(Vo-Vz)/Izmax

Tada postoji realna opasnost da se pri malimt ti t š č i bi t bili i d j totpornostima potrošača izgubi stabilizaciono dejstvo,

jer će struja kroz diodu da opadne ispod Izmin.

RPmin=Vz/(Izmax – Izmin) ≈ Vz/Izmax.


P i


Primer:



P iPrimer:

Napon ispred stabilizatoraNapon ispred stabilizatora

Napon iza stabilizatorap



P iPrimer:


Regulacija se izgubila pri otpornosti potrošača od 150 Ω.

K kt i tik Z di d


Karakteristike Zener dioda


K kt i tik Z di d


Karakteristike Zener dioda Tabela 1



K kt i tik Z di dKarakteristike Zener dioda Tabela 1 nastavak


Domaći 12.3:4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodom

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

1N5231B Rp


Šta smo naučili?

• Nacrtati blok šemu sistema pomoću koga se iz mrežnog napona dobija stabilisanimrežnog napona dobija stabilisani jednosmerni napon i talasne oblike napona za izlazu svakog bloka.izlazu svakog bloka.

• Skicirati električnu šemu i talasni oblik napona na izlazu jednostranog usmerača napona bez i sa kondenzatorom paralelno potrošaču.

• Skicirati električnu šemu i talasni oblik napona na izlazu usmerača napona sa Grecovim spojem bez iizlazu usmerača napona sa Grecovim spojem bez i sa kondenzatorom paralelno potrošaču.

• Koliki je jednosmerni napon na izlazu usmerača saKoliki je jednosmerni napon na izlazu usmerača sa kapacitivnim filtrom ako efektivna vrednost napona ispred usmerača iznosi 10 V? Zašto?

10027. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanja 100

Ispitna pitanja

1. Jednostrano usmeravanje (šema, talasni oblici, jednosmerni napon i faktor talasnosti).

2 D t j (š t l i bli i j d i i f kt2. Dvostrano usmeravanje (šema, talasni oblici, jednosmerni napon i faktor talasnosti).

3. Usmerač za udvostručavanje napona.4. Induktivni filtar (šema, princip rada, jednosmerni napon i faktor talasnosti).5. Kapacitivni filtar (šema, princip rada, jednosmerni napon i faktor

talasnosti).)6. Π-filtar (šema i osobine).7. Stabilizator jednosmernog napona (namena, princip rada, parametri i

njihove idealne vrednosti).njihove idealne vrednosti).8. Faktor stabilizacije.9. Stabilizator sa Zenerovom diodom (šema, princip rada, jednosmerni napon,

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

10127. decembar 2011. Izvori jednosmernog napajanja 101

POJAČAVAČI VELIKIH SIGNALARešenje 11.1:Za pojačavač sa slike koji radi u klasi B odreditiZa pojačavač sa slike koji radi u klasi B, odreditia) vrednost VCC, tako da bude za 5V veći od maksimalnog napona na potrošaču od 8Ω, kada se na njemu ostvaruje korisna snaga od 20W. j j g

b) maksimalnu struju svakog tranzistora, c) ukupnu snagu izvora napajanja, d) stepen korisnog dejstva i e) maksimalnu disipiranu snagu na svakom tranzistoru. Vu

Rptranzistoru.

VVVVV

VWPRVR

VPa kPimP

imk

23Vusvajamo88225

88,172082221 )

2

==+>

=⋅Ω⋅==⇒=

AR

VIIb

VVVVV

p

ppC

CCimCC

24,2888,17 )

23V. usvajamo88,225

maxmaxmax1 ====

==+>

WPP

WVIVIPc

CCCC

CCCCCCCCC

p

8,322

4,162324,214.311 )

1

max11

==

=⋅=⋅=⋅=π


Pojačavači velikih signala102

WPP CCCC 8,322 1

POJAČAVAČI VELIKIH SIGNALARešenje 11.1:Za pojačavač sa slike koji radi u klasi B odreditiZa pojačavač sa slike koji radi u klasi B, odreditia) vrednost VCC, tako da bude za 5V veći od maksimalnog napona na potrošaču od 8Ω, kada se na njemu ostvaruje korisna snaga od 20W. j j g

b) maksimalnu struju svakog tranzistora, c) ukupnu snagu izvora napajanja, d) stepen korisnog dejstva i e) maksimalnu disipiranu snagu na svakom tranzistoru. Vu

Rptranzistoru.

Pd k %986010020100)

WVVIVIVIPe

PPd

CCCCCCECCECd

CC

k

7.61111)

%98,601008,32

20100 )

2maxmaxmax1max11 =⋅=⋅=⋅=⋅=

===η

WR

VIVIVIPep

CCCCECCECd 7.6 ) 2max2maxmax1max11ππππ


Pojačavači velikih signala103

POJAČAVAČI VELIKIH SIGNALARešenje 11.2:Za pojačavač sa slike koji radi u klasi B poznato je: VCC = 6V R =4Ω i βN=βP=50Za pojačavač sa slike koji radi u klasi B poznato je: VCC 6V, Rp 4Ω i βN βP 50. Izmerena je maksimalna vrednost izlaznog napona Vpmax=4.5V. Odrediti:

a) Snagu na potrošaču) g pb) Snagu svakog izvorac) Stepen iskorišćenjad) Maksimalnu ulaznu struju

e) Snagu disipacije svakog tranzistora.

Vu53,245.4

21

21 )

22max === p

k WR

VPa

Rp15,2645.4

14.311 )

422

max11 =⋅⋅=⋅=⋅= CC

p

pCCCCCC

P

WVR

VVIPb

R

π

%8,5810015,253,2

21100

2 c)

1===

CC

kPPη

10420. decembar 2011. 104

Pojačavači velikih signala

POJAČAVAČI VELIKIH SIGNALARešenje 11.2:Za pojačavač sa slike koji radi u klasi B poznato je: VCC = 6V R =4Ω i βN=βP=50Za pojačavač sa slike koji radi u klasi B poznato je: VCC 6V, Rp 4Ω i βN βP 50. Izmerena je maksimalna vrednost izlaznog napona Vpmax=4.5V. Odrediti:

a) Snagu na potrošaču) g pb) Snagu svakog izvorac) Stepen iskorišćenjad) Maksimalnu ulaznu struju

e) Snagu disipacije svakog tranzistora.

VumA

RVIId

p

pCu 1,22

45.4

511

11 ) maxmax

max ==+

==ββ

RpVR

VVR

VVIPe CCp

CCCE

p

CECCd

p

61

1111 ) 2maxmax

111 ⋅=⋅=⋅=ππππ

WPd 91,0646

14.31 21 =⋅⋅==

10520. decembar 2011. Pojačavači velikih signala 105

POJAČAVAČI VELIKIH SIGNALARešenje 11.3:Z j č č lik k ji di kl i AB t j V 15V R 100ΩZa pojačavač sa slike koji radi u klasi AB poznato je: VCC = 15V, Rp=100Ω ; tranzistori su upareni sa Ιs= 0.1pA i β=50, dok za diode važi da je Isd=21Is.

Odrediti:Odrediti:a) Struju I tako da kroz diode u

najnepovoljnijem slučaju protiče struja od 1mA;

b) Lenju struju;c) Disipaciju svakog tranzistora i

I

Rp

c) Disipaciju svakog tranzistora i d) jednosmerni napon VBB u odsustvu ulaznog

signala.

Vu

Rp

RVIIIIIIIIa

p

CCd

Pd

CdBd

15

) minmax

minmax

minmaxmin +=+=+=+=βββ

mAmAmAmAI 43110050

151 =+=⋅

+=


POJAČAVAČI VELIKIH SIGNALARešenje 11.3:Z j č č lik k ji di kl i AB t j V 15V R 100ΩZa pojačavač sa slike koji radi u klasi AB poznato je: VCC = 15V, Rp=100Ω ; tranzistori su upareni sa Ιs= 0.1pA i β=50, dok za diode važi da je Isd=21Is.

Odrediti:Odrediti:b) Lenju struju;c) Disipaciju svakog tranzistora i d) jednosmerni napon VBB u odsustvu ulaznog

signala.I

Rp

Vu

AIIIIIII)I/I(IIV, VV

IIIb

BBsdsdBEdu

Bd

18022/422/2221 je da sledi odatle a ,0 za

)

minmin

min====

+=

Rp

( ) mWVmAVIPmAII

mAIIIIII

CCCdo

BC

BBBd

27015922 c)918,050

18,022/422/ 22

min

minmin

minminminmax

=⋅⋅=≈=⋅==

===⇒=+=β

( )( ) ( )

( )( ) VpAmAVVVIIVVeII

TdBB

dsdTdVV

dsd

CCCdoTd

32,1)14.24(026.0211.0/18,021ln22 1/ln/)1( d) max

/max

min

=+⋅=+⋅==+=⇒−=


• Sledećeg časa:Stabilizatori napona (NASTAVAK)


Documents

4.1 Linearni stabilizatori napona Izvori jednosmernoggp …starisajt.elfak.ni.ac.rs/phptest/new/html/Studije/predavanja... · Izvori jednosmernog napajanja 1. Uvod Da bi se od mrežnog