Embed Size (px)
Citation preview
Curs 4
CIRCUITE DE COMUTARE DC
REDRESOARE DRC.
DIODA ZENER. LED ȘI FOTODIODA
DE C4
2
CUPRINS
Circuite de comutare DC
Diporți de extrem temporal
Diporți de translație
Dublor de tensiune
Redresoare DRC
Dioda Zener
Relația curent-tensiune
Aplicații cu DZ
LED și fotodioda
DE C4
3
Diporți DC. Circuite de comutare DC
În analiza circuitelor de comutare DC vom folosi pentru D modelul cu cădere de tensiune
Proprietătile de regim static (cum ar fi CSTV) ale diportului DC nu prezintă interes în aplicaţii.
Este util să studiem comportarea lor în domeniul timp, în regim variabil.
Circuite de comutare DC – număr?
DE C4
4
Diporți DC. Circuite de comutare DC
-10
-5
0
5
10
vI
[V]
t
0
5
10
vO
= v
C
[V
]
t
-15
-10
-5
0
vD
[V
]
t
9.3
4.3
-9.3
0.7
-19.3
vD (t) = vI (t) – vO(t)
Diporți DC de extrem temporal
- detector de vârf pozitiv
Cum arată vO(t) și vD(t) dacă vI(t) este o tensiune
sinusoidală cu 5V amplitudine și componentă
continuă de:
a) +2V
b) -7V?
P1. Se determină întotdeauna vC(t)
P2. Se determină restul tensiunilor din circuit utilizând TKV
-5
0
5
vI
[V]
t
0
1
2
3
4
5
t
vC
[V
]
0
5
10
t
vO
= -
vD
[
V] 9.3
4.3
DE C4
5
Diporți DC. Circuite de comutare DC
Diporți DC de translație
- spre valori pozitive
vO(t) =vI(t)+vC(t)
P1. Se determină întotdeauna vC(t)
P2. Se determină restul tensiunilor din circuit utilizând TKV
vO(t) = -vD(t)
vC(t) > 0
regim tranzitoriu
regim permanent
DE C4
6
Diporți DC. Circuite de comutare DC
Dublor de tensiune
Circuitul 1
tensiune c.a. la intrare
tensiune continuă la ieșire
tensiunea de ieșire este aprox. dublul amplitudinii tensiunii de intrare
DE C4
7
Diporți DC. Circuite de comutare DC
Dublor de tensiune
Circuitul 2
Translație spre
valori pozitiveMaxim temporal
Dacă se neglijează căderea de tensiune pe diodă
Regim permanent
V4.1ˆ2 IO Vv
IO Vv ˆ2
DE C4
8
Diporți DC. Circuite de comutare DC
Dublor de tensiuneV01
V-
V02
D1D1N4448
Vi
PER = 1ms
V1 = +5VV2 = -5V
D2
D1N4448
V+
C222n
0
V V
C1
22n
V
DE C4
9
Diporți DC. Circuite de comutare DC
Triplor de tensiune FACULTATIV
DE C4
10
Redresoare DRC – Redresoare cu filtru capacitiv
-10
0
10
t
-10
0
10
t
-10
0
10
t
T
td tc
ΔvO
vI
fără C în circuit
vO
cu C în circuit
OV̂
OV̂
Redresor monoalternanță cu filtru capacitiv
vI este tensiunea din secundarul unui transformator
se dorește obținerea unei tensiuni constante
Care este riplul (variația, ondulația) tensiunii de ieșire ΔvO ?
DE C4
11
Redresoare DRC – Redresoare cu filtru capacitiv
Între două vârfuri succesive de tensiune, D – (b) și C se descarcă
prin R cu constanta de timp τ = RC
RC
t
RC
t
c eVVetv
)0()1()(
Dacă τ >>T => descărcare mică a C pe durata td.
Se aproximează:
- variație liniară a tensiunii de ieșire (pe C)
- perioada semnalului egală cu timpul de descărcare al C
- curent de descărcare constant
tIvC
TtTtt cd
R
VI O
ˆ
RC
V
fRC
TVI
C
Tv O
OO
ˆ1ˆ
DE C4Redresoare DRC – Redresoare cu filtru capacitiv
Exemplu
VVI 10ˆ
f=50Hz
100LR
V 5.1 Ov
C=?
Alegem un condensator electrolitic C=1500µF/25V
Ce valoarea are ondulația rezultată?
Cum se modifică C dacă se dorește reducerea la jumătate a ondulației?
Repetați rezolvarea pentru redresare bialternanță.
V5.1ˆ
CRf
Vv I
O
μF1333100505.1
10
5.1
ˆ
Rf
VC I
μF1333C
10VV7.0ˆˆ IO VV
12
DE C4Redresoare DRC – Aplicații
Demodulator pentru modularea în amplitudine
(Detector de anvelopă)
13
DE C4Redresoare DRC – Aplicații
Ca şi aplicaţie considerăm un semnal dreptunghiular care a fost transmis pe o linie cu cuplare
capacitivă. Datorită cuplării capacitive semnalul şi-a pierdut componenta continuă iniţială. După
trecerea prin circuitul de translaţie spre valori pozitive nivelul de curent continuu al semnalului
este restabilit.
Restabilirea componentei continue
FACULTATIV
14
DE C4Redresoare DRC – Problemă
Se consideră vI(t)=5.7sin2π∙3∙t [V][KHz], pentru D- modelul cu cădere de tensiune în conducție
de 0.7V și C=330nF.
a) Desenați vD(t), vO(t) și precizați care este aplicația circuitului.
b) Se conectează o rezistență R la ieșirea circuitului. Dimensionați R astfel încât valoarea
maximă a riplului tensiunii de ieșire să fie ΔvO=0.5V. Desenați vO(t).
c) Cum trebuie modificat/completat circuitul inițial pentru a se realiza aplicația de dublor de
tensiune? Desenați forma de undă a tensiunii de ieșire.
15
DE C4Dioda Zener – relația curent-tensiune
Factor relativ de stabilizare al DZ
Z
Z
Z
Z
Z
I
i
V
v
F
Z
zZ
r
rF
16
DE C4Dioda Zener – relația curent-tensiune
17
Pentru trei diode de 0.4 W la acelaşi curent nominal IZ = 5 mA:
1) DZ 3V6 VZ = 3.6V; rzmax = 95Ω; rZ = 0,72 KΩ
2) DZ 5V1 VZ = 5.1V; rzmax = 60Ω; rZ = 1,02 KΩ
3) DZ 10 VZ = 10V; rzmax = 15Ω; rZ = 2 KΩ
132.0720
951 ZF 059,0
1020
602 ZF 0075,0
2000
153 ZF
Z
zZ
r
rF
Exemplu
DE C4
18
Domeniul de stabilitate al DZ
Dioda Zener – relația curent-tensiune
Z
dZ
V
PI max
max
ZZ IV @
DE C4
19
Dioda Zener – relația curent-tensiune
Domeniul de stabilitate al DZ
DE C4
20
Dioda Zener – relația curent-tensiune
Dependența de temperatură
Diodele Zener au un coeficient de temperatură CT care depinde atât de tensiune cât şi de curentul la
care lucrează.
Diodele cu efect Zener (VZ =2…5V) au un coeficient de temperatură negativ (la creşterea
temperaturii scade VZ).
Diodele cu multiplicare în avalanşă (VZ > 5V) au coeficient de temperatură pozitiv.
În particular, DZ cu VZ = 5.1V au CT~0mV/°C la curent mic.
Pe de altă parte DZ de 6.8V, au CT ~ 2mV/°C.
Echivalentul unei diode Zener de 7.5V cu coeficientul de
temperatură foarte scăzut.
DE C4
21
Dioda Zener – aplicații
Stabilizator parametric de tensiune
OZnom
ZI
II
VVR
OZI
z IR
VVi
Exercițiu
?
mA70,V5.7V,12
R
IVv OOI
DE C4
22
Dioda Zener – aplicații
Referință de tensiune
Io << Iz
Referință de tensiune = circuit electronic care furnizează o tensiune constantă indiferent de
valoarea curentului, variația tensiunii de alimentare, variația temperaturii, trecerea timpului.
Utilizare: surse de alimentare, convertoare analog-digitale si digital-analogic, sisteme de masura și
control, etc.
DE C4
23
Dioda Zener – aplicații
Limitatoare duble de tensiune
circuite de protectie
ZOZI VvcDZ,Vv ,tensiunii)are(stabilizainversapolarizarederegiuneain)(
IOZI vvbDZVv ,,7.0
V7.0directa,polarizarederegiuneain)(,V7.0 OI vcDZv
DE C4
24
Dioda Zener – aplicații
Ajustarea nivelului de cc al unui semnal variabil
DE C4
25
LED și fotodiodă
• joncțiune pn
• emite lumină la polarizare directă
• principial se comportă ca o diodă obișnuită
• 1.5V - 2.5V - căderea de tensiune în conducție
• conducție LED-ul emite radiatii luminoase: roșu, galben, verde, albastru, alb
(infraroșu – telecomandă)
• tipic 5mA - 20mA prin LED
A
K
vD
iD
LED – Light Emitting Diode (diodă emițătoare de lumină)
DE C4
26
LED și fotodiodă
LED – Light Emitting Diode (diodă emițătoare de lumină)
Extras din foaia de catalog
DE C4
27
LED și fotodiodă
LED – Problemă
La intrarea unui circuit tensiunea poate lua trei valori, +5V, 0V, respectiv -5V.
Cum se poate semnaliza care este valoarea tensiunii de intrare utilizând 2 LED-uri?
Curentul prin fiecare LED in conducție va fi de 10mA.
Exemplu de rezolvare
0V - nici un led aprins
+5V - LED verde aprins
-5V - LED rosu aprins
DE C4
28
LED și fotodiodă
LED
Bandă de LED-uri de o singură culoare
180 180390
Bandă de LED-uri RGB
DE C4
29
LED și fotodiodă
Fotodiodă
- dispozitiv optoelectronic format dintr-o joncțiune pn fotosensibilă
- polarizare inversă
- convertește lumina în semnal electric
DE C4
30
LED și fotodiodă
Fotodiodă
Extras din foaia de catalog
DE C4
31
Activitate curs - P2
Se consideră vI(t)=3.7sin2π∙3∙t [V][KHz], pentru D- modelul cu cădere de tensiune în conducție
de 0.7V și C=330nF.
a) Desenați vC(t), vO(t) și precizați care este aplicația circuitului.
b) Cum trebuie modificat/completat circuitul inițial pentru a se realiza aplicația de circuit de
maxim temporal? Desenați forma de undă a tensiunii de ieșire pentru noul circuit.
DE C4
32
Activitate curs - P3
DZ1 - 1N4732A;
DZ2 - 1N4738A;
R=0.91k
a) Care sunt valorile (minimă și maximă) la care se limitează tensiunea de ieșire?
b) Cum arată CSTV a acestui circuit?
c) Cum arată variația în timp a tensiunii de ieșire dacă tensiunea de intrare este o tensiune
sinusoidală cu amplitudine de 18V?
d) Care sunt valorile extreme ale curentului prin cele două diode?
DE C4
33
Ce am învățat azi?
Circuite de comutare DC
Diporți de extrem temporal
Diporți de translație
Dublor de tensiune
Redresoare DRC
Dioda Zener
Relația curent-tensiune
Aplicații cu DZ
LED și fotodioda
