Výpočet základních analogových obvodů a návrh

Report
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Parametrický stabilizátor napětí s tranzistorem
I1
UCE
IC
IE = I 2
T
UBE
R
UR
U1
I3
IZD
IB
D
U2
UZD
Funkce stabilizátoru je založena na konstantní velikosti
napětí UZD. Pokles výstupního napětí způsobí zvětšení
UBE a tím větší otevření tranzistoru. Obdobně zvětšení
výstupního napětí způsobí zmenšení UBE a tím přivření
tranzistoru. Parametrický stabilizátor je zatěžován
(minimálně) proudem do báze tranzistoru.
U 2  U ZD  U BE
U ZD  U 2  U BE
U1  U2  UCE
IB 
IC
h21E
I3  IB  IZD
R
U1  U ZD
I3
2008 Katedra elektroniky
Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Zpětnovazební stabilizátor napětí s tranzistorem
UEC1
IC1
D1
UEB1
IZD ID
T1
R2
T2
U1
UR1
R1
UBE2
U2
Funkce stabilizátoru je založena na konstantní velikosti
napětí UZD. Vzroste-li např. výstupní napětí U2, potom
při UZD = konst. vzroste i napětí na R1, a to rychleji než
na děliči tvořeném R2. Tranzistor T2 se tak přivře a
omezí velikost IB1. Přivřením T1 vzrůstá hodnota odporu
C-E a klesá tak výstupní napětí.
Návrh T1:
U EC1  U1  U2
Návrh T2:
PC1  U EC1. IC1  U EC1. I2
Proud Zenerovou diodou volíme tak, aby její
p.b. ležel za kolenem její závěrné
charakteristiky, např. o velikosti IZD = 10 mA.
Zenerovo napětí musí být menší než napětí
výstupní:
UZD  U2
I B1 
I C1
h21E 1
R1 
U 2  U ZD
I ZD  I B1
2008 Katedra elektroniky
UCE 2  U1  UBE1  R1.IZD  IB1 
PC2  UCE 2 .IC2
I
IB 2  C 2
h21E 2
Výstupním děličem, tvořeným rezistorem R2,
volíme proud mnohokrát vyšší než je IB2:
I D  I B 2
R2 
U2
ID
Pomocí P2 můžeme přesně nastavit požadovanou
hodnotu výstupního napětí U2 tak, aby potenciál
běžce P2 byl právě o UBE2 větší než napětí UR1.
Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Zpětnovazební stabilizátor napětí s operačním zesilovačem
IC
R1
IE
T1
IZD
R2
UBE
R3
ID
IB
U1
R5
D1
UZD
Návrh T1:
U1  U2  UCE
PC  U CE .I C
R4
U3
U2
Funkce stabilizátoru je založena na konstantní velikosti
napětí UZD. Operační zesilovač reaguje na změnu napětí
na invertujícím vstupu, které je přiváděno z trimru R5,
zatímco na neinvertujícím vstupu je udržováno konst.
napětí UZD.
UCE  3V
I
IB  C
h21E
Výstupní napětí operačního zesilovače musí
s ohledem na úbytek napětí na ochranném
rezistoru R3 být rovno:
U3  U 2  U BE  U R3
R3 
U R3 volíme
UR3
IB
Zbývající hodnoty rezistorů:
R1 
U1  U ZD
IZD
R5 
U2
ID
Zenerovu diodu volíme s napětím odpovídajícím U2 a
proudem IZD v oblasti nad kolenem závěrné
charakteristiky.
Pokud používáme nesymetrické napájení OZ volíme
Zenerovu diodu obvykle s napětím poloviční hodnoty
napětí napájecího, aby vstupy OZ pracovaly přibližně
ve středu nesymetrického napájecího napětí. Stejnou
hodnotu napětí musíme přivádět i na druhý vstup OZ z
výstupního děliče, tvořeného trimrem R5.
Rezistory R2 a R4 jsou ochranné, volí se shodné a tak
velké ohmické hodnoty, aby hodnota odporu Zenerovy
diody i hodnota R5 byly proti nim zanedbatelně malé.
ID volíme: ID I2
2008 Katedra elektroniky
Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Zvýšení proudového odběru s integrovaným stabilizátorem 78XX
Zvýšení proudového odběru s 7805 na hodnotu 5A
Zvýšení proudového odběru s 7805 na hodnotu 5A s
proudovou ochranou proti zničení tranzistoru při zkratu
na výstupu. Tranzistor T1 omezuje velikost proudu
tranzistorem T2,a tím ho chrání proti proudovému nebo
výkonovému přetížení.
2008 Katedra elektroniky
Integrované stabilizátory 78XX jsou konstruovány pro
trvalý odběr 1A. Proto je nutno do zapojení
zakomponovat prvek, který převezme zbývající proud.
Na rezistoru R1 vzniká úbytek napětí vlivem
protékajícího proudu do stabilizátoru 7805. Tento
úbytek napětí UR1 spolehlivě otevírá tranzistor T1. Ten
pak převezme zbývající proud a vede jej až na výstupní
stranu.
Rezistor R1 volíme v hodnotách od 0,7R do 1R.
Varianta pro záporné napětí -15V s 7915
Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Filtry pro odrušování zařízení malých výkonů
Na obrázku níže jsou naznačeny některé rušící zdroje
– spínací tranzistor a dioda.
Schématické znázornění cest rušivých proudů u spínacích zdrojů.
Vybraná schémata pro odrušení zařízení malých výkonů:
a) základní zapojení; b) rozšířené zapojení; c) základní schéma
odrušení výstupu spínaného napájecího zdroje
2008 Katedra elektroniky
Síťový odrušovací filtr vestavěný
v přístrojové zásuvce a jeho
vnitřní zapojení
Doporučené hodnoty velikosti
kondenzátorů použitých jako
samotný odrušovací prvek – např.
u napájecích přívodů
integrovaných obvodů
Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Aktivní filtry
Využívají aktivního prvku, dnes již výhradně OZ. Výhoda spočívá v tom, že se jejich konstrukce obejde bez
cívek a že zesilovač kompenzuje útlum, který vzniká na pasivních součástkách (R,C). Další výhodou je
impedanční oddělení vstupu a výstupu a také příznivý poměr vstupní a výstupní impedance filtru.
Návrh filtru DP 1. řádu:
Pro dolní mezní kmitočet platí vztah:
fD 
1
2RC
a následně volíme hodnoty R a C tak, abychom
dosáhli požadovaného mezního kmitočtu.
Napěťové zesílení pro jakýkoli kmitočet f zjistíme
dle vztahu:
Doplní propust 1. řádu
Základní vztahy:
1
U x  U1
1  jRC
A
1
1  f / fd 
2
 R 
U 2  U x 1  2 
 R1 
2008 Katedra elektroniky
Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh
realizačních schémat
Aktivní filtry
Návrh filtru DP 2. řádu:
Pro dolní mezní kmitočet platí vztah:
fD 
1
2RC
Kde R = R1 = R2 a C = C1 = C2
(Z1)
(Z2)
Doplní propust 2. řádu
Základní vztahy:
U 2  R4 
 1  
U x  R3 
Z4
Ux Uy
Z2  Z4
A
U y  U2
Z 3 Z 2  Z 4 
Z1 Z 2  Z 4 
 U1
Z 3  Z1 Z 2  Z 4 
Z1  Z 3 Z 2  Z 4 
2008 Katedra elektroniky
Konstrukce elektronických zařízení

similar documents