Stabilizatory liniowe. - Politechnika Wrocławska
Transkrypt
Stabilizatory liniowe. - Politechnika Wrocławska
Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory o pracy ciągłej Wrocław 2013 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizator napięcia, prądu Napięcie Io niestabilizowane E(t) STABILIZATOR Uo Napięcie / prąd stabilizowany 1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Parametry stabilizatorów liniowych NAPIĘCIA PRĄDU Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Parametry stabilizatorów Napięcia Niestabilność od obciążenia Niestabilność długoterminowa (dynamiczna rezystancja wyjściowa) ∆U o = ∂U o ∂U o ∂U o ∂U o ∆E + ∆I o + ∆T + ∆t ∂E ∂I o ∂T ∂t Niestabilność od nap. zasilania Niestabilność od temperatury 2 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Parametry stabilizatorów Prądu Niestabilność od obciążenia Niestabilność długoterminowa (dynamiczna kondunktancja wyjściowa) ∆I o = ∂I o ∂I ∂I ∂I ∆E + o ∆U o + o ∆T + o ∆t ∂E ∂U o ∂T ∂t Niestabilność od nap. zasilania Niestabilność od temperatury Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Parametry stabilizatorów Charakterystyki stabilizatora napięcia SU = ∂U o ∆U o ≈ ∂U I ∆U I R0 = ∂U o ∆U o ≈ ∂I 0 ∆I 0 3 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory parametryczne (napięcie zależy od parametru przyrządu półprzewodnik.) Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Projekt „diody Zenera” Rs I0=0 I E(t) E IZ UZ U IZ=E/RS dla IO=0 4 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Projekt „diody Zenera” wsp. stabilności od obciążenia RS I ∆Uo E(t) I0 IZ Io+ ∆Io Io U E ∆ IZ= -∆Io ∆U o = ∂U o ∆I o = rz ∆I o ∂I o Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Projekt „diody Zenera” wsp. stabilności od zasilania RS ∆Uo ∆E I0 I E(t) IZ Io E+∆E E ∆U o = ∂U o rz ∆E = ∆E ∂E rz + RS 5 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Projekt „diody Zenera” dobór RS RS I E(t) I0 IZ Io U IZmin E E/RS - Rs duże E/RS - Rs małe IZmax Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Projekt „diody Zenera” dobór RS RS UZ+IZmaxrz Emax Emin UZ I E(t) IOmax I0 IZ IOmin=0 IZmin RS ≤ Emin − U Z I O max + I Z min IZmax PZmax RS ≥ Emax − (U Z + I Z max rZ ) I O min + I Z max 6 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Parametry diody Zenera ∆U o = ∆U o = ∂U o ∂U o ∂U o ∂U o ∆E + ∆I o + ∆T + ∆t ∂E ∂I o ∂T ∂t rz ∂U Z ∆E + rz ∆I o + (TWU Z )U Z ∆T + ∆t rz + RS ∂t Stabilność czasowa UZ,=10-3÷10-5 [1/1000h] Wymagane duże RS, a więc duże E-Uo Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Zasilacz z Diodą Zenera Wady i zalety RS E(t) I0 IZ - Wymagana duża różnica E-Uo (wtedy RS jest dostatecznie duże i stabilizacja skuteczna) - Duże straty mocy Pstrat= (E-Uo)(IZ+Io) +UZIZ - Mała wydajność prądowa (IZmax - związane z mocą diody) - Słaba stabilność temperaturowa 7 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Dioda Zenera o zwiększonej mocy UZ’=UZ+UBE Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizator wtórnikowy IC UI ID+IB RS I0=IE IB ID U0 R0 DZ Przez tranzystor (wtórnik napięciowy) płynie cały prąd obciążenia (przez RS płynie niewielki prąd porównywalny z IB) . U0 = UZ – UBE Ponieważ UBE zależy od I0 stabilizacja napięcia jest nieco grosza. RS może przyjmować duże wartości 8 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory kompensacyjne Zawierają element regulacyjny, którego działanie zależy od sygnału doprowadzonego z układu sterującego. Jakakolwiek zmiana wielkości wyjściowej jest kompensowana przez układ sterujący – w wyniku wyjście utrzymywane na stałym poziomie. Podział: - stabilizatory o pracy ciągłej – najlepsza stabilizacja wielkości wyjściowej; - stabilizatory o pracy impulsowej – największa sprawność. Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory kompensacyjne Stabilizator szeregowy element regulacyjny R U O = U REF 1 + 1 R2 R3 R1 +EZ + UI - U0 -EZ R2 DZ ∆U O = ∆U I 1 1+ k R2 R1 + R2 ≈0 dla k →∝ źródło odniesienia układ sterujący (wzmacniacz błędu) element pomiarowy 9 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory kompensacyjne R3 R1 +EZ + UI - U0 -EZ R2 DZ Układ porównuje stabilizowane napięcie (U0) – zwykle jako jego części (UR2) z wzorcowym napięciem odniesienia (np. UZ) i wysterowaniu elementu regulacyjnego w taki sposób by zmiana napięcia na nim (wskutek zmiany rezystancji) przeciwdziała zmianom U0. Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Typowe układy zabezpieczeń Zab.termiczne Zab.przed wstecznym napięciem na wyjściu Zab.przed ujemnym napięciem Zab.przepięciowe i przeciwnej polaryzacji na wyjściu 10 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory trójkońcówkowe o stałym napięciu – 78xxx ∆U +E 1 Vin Vout 3 Uo GND 2 UO[V]=(XX) 3,3 5 5,2 6 8 8,5 9 12 15 18 24 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory trójkońcówkowe o stałym napięciu – 79xxx ∆U -E 2 Vin Vout GND 1 3 -Uo UO[V]=(XX) -5 -6 -9 -12 -15 -18 -24 11 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Stabilizatory trójkońcówkowe o stałym napięciu – 79xxx Główne cechy: • Napięcie wejściowe – 35V(40V) • Ograniczenie prądu 0,1A/1A/3A (TO-92/TO-220/TO-3) • Minimalny spadek napięcia ∆U≈2V • Parametry stabilizacyjne przeciętne (temperatury, napięcia wyjściowego, obciążenia) • Ogranicznik temperatury Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Obudowy stabilizatorów monolitycznych TO-92 – 100mA TO-220 – 1A TO-3 – 3÷5A 12 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Monolityczne stabilizatory o nastawnym napięciu R U O ≈ 51 + 2 [V ] + I SP R2 R1 +E 1 Vin 3 Vout 7805 R1 GND 5V 2 Isp R2 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Monolityczne stabilizatory o nastawnym napięciu LM317 LM317 UO +E 1 Vin Vout GND 3 R1 2 50÷100µA 1,245V R U O ≈ 1.251 + 2 [V ] R1 R2 13 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Monolityczne stabilizatory o nastawnym napięciu LM337 LM337 -UO -E 1 Vin 3 Vout R1 GND 1,245V 2 50÷100µA R U O ≈ −1.251 + 2 [V ] R1 R2 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Monolityczne stabilizatory o nastawnym napięciu i prądzie maksymalnym L200 RImax +E 1 Vin Vout Imax GND 3 Ref Uo 0,4 ÷ 0,5 [ A] I O max ≈ RIm ax 5 2 R1 2,7V 4 R2 R U O ≈ 2,71 + 2 [V ] R1 14