Elektronika

Maturitní otázky

PARAMETRICKÉ STABILIZÁTORY NAPĚTÍ A PROUDU

36.PARAMETRICKÉ STABILIZÁTORY NAPĚTÍ A PROUDU

Stabilizátory

Mezi stabilizátory lze řadit všeobecně všechny obvody, které umožňují stabilizovat výstupní napětí nebo proud při změnách :

a)       výstupního (zatěžovacího) proudu

b)       vstupní (obvykle síťového ) napětí

c)       teploty okolí

Na jiných veličinách obvykle hodnota výstupního napětí nezávisí, pokud ano, je třeba sledovat i takové vlivy (např. stárnutí součástek, vliv elektromagnetických rušení apod.)

Kromě stabilizačních účinků ( kterými je míněna regulace na konstantní hodnotu U každý typ stabilizátoru více či méně snižuje střídavou složku, výstupního napětí (zvlnění) a pracuje tedy jako filtr.

Stabilizátory napětí jsou zásadně dvou typů: parametrické stabilizátory a stabilizátory se zpětnou vazbou (degenerativní). Parametrické stabilizátory využívají vhodného průběhu voltampérových charakteristik některých součástek, stabilizátory se zpětnou vazbou obsahují regulační součástku, která je ovládána odchylkou výstupního napětí od hodnoty referenčního napětí.

Základními veličinami stabilizátoru jsou činitel stabilizace, udávající kolikrát stabilizátor zmenšuje poměrné kolísání napětí

     při R_z=konst.

kde U₁ je napětí na vstupu stabilizátoru, U₂ napětí na výstupu stabilizátoru

a vnitřní odpor stabilizátoru

         při U₁=konst.

Z povahy požitých veličin plyne, že činitel stabilizace má být pokud možno co největší, vnitřní odpor naopak co nejmenší.

Parametrické stabilizátory

                Funkce stabilizátorů je založena na principu možného rozdílu mezi stejnosměrným a dynamickým odporem stabilizačního prvku v pracovním bodě. Pokud je dynamický odpor v pracovním bodě mnohem menší, než stejnosměrný, jedná se o parametrický stabilizátor napětí (Zenerova dioda, dioda v propustném směru atp.), pokud naopak je dynamický odpor v pracovním bodě stabilizačního prvku mnohem větší, než stejnosměrný, jedná se o parametrický stabilizátor proudu (klasickým případem jsou výstupní charakteristiky tranzistorů za kolenem, dříve např. variátor pod.).

                Varistor : proudově závislý odpor, průchodem proudu zmenšuje svůj odpor. Při teplotách <100^oC jsou stabilní – hodnota jejich odporu je vratná, základní surovina pro výrobu je karbid křemíku.

Př. Jednoduchého parametrického stabilizátoru : Odporový dělič s varistorem.

Parametrické stabilizátory napětí se používají pro zatěžovací proudy maximálně desítky mA. Pro stabilizaci několik desítek voltů slouží doutnavka, pro stabilizaci jednotek až desítek voltů Zenerova dioda, pro jednotky voltů obyčejné diody v propustném směru.

Příklady zapojení parametrických stabilizátorů napětí

Příklad zapojení parametrického stabilizátoru napětí

Rezistor R_s určuje polohu pracovního bodu P. pro správnou činnost stabilizátoru je třeba zajistit, aby zatěžovací proud I₂ byl několikrát menší než proud I_z procházející diodou, čímž má odpor R_z a jeho změny minimální vliv na velikost výstupního napětí. Při změně vstupního napětí U₁ dojde i k posunu pracovního bodu, ale změna výstupního napětí U₂ bude malá, a bude tím menší čím větší bude odpor R_s. Je třeba dbát na to, aby pracovní bod neopustil omezenou oblast. Činitel stabilizace je okolo 10. Nevýhodou je právě malý činitel stabilizace, nízká zatížitelnost, malá energetická účinnost.

Na rozdíl od stabilizátorů napětí, u nichž je požadován co nejmenší vnitřní odpor, je u stabilizátorů proudu požadován vnitřní odpor co největší, aby změna zatěžovacího odporu způsobila jen nepatrnou změnu odporu v obvodu a proud procházející do zátěže se měnil co nejméně.

Činitel stabilizace je zde

        při R_z=konst.

kde I₁ je vstupní proud, I₂ je proud výstupní

U parametrických stabilizátorů proudu se zpravidla používá bipolární tranzistor v zapojení SB nebo unipolární tranzistor.

Parametrický stabilizátor proudu s bipolárním tranzistorem v zapojení SB : a) principiální zapojení stabilizátoru, b) charakteristiky

Na obr. 8 vidíme principiální zapojení stabilizátoru proudu s tranzistorem v zapojení SB. Stabilizovaný proud je proud I_C. Je určen proudem emitoru, nastavovaným odporem R v obvodu pomocného napětí U_P. Pro výstup platí U_CB = U - I_CR_z. Předpokládejme pro jednoduchost U = konst., dojde-li ke změně R_z, změní se i napětí U_CB. Jak vidíme z charakteristik, je při tom změna I_C minimální.

Parametrický stabilizátor proudu s tranzistorem řízeným elektrickým polem: a),
b) zapojení, c) vliv odporu rezistoru R_s na velikost stabilizovaného proudu

Řešení diskrétních lin. Stabilizátorů(DLS) :

Navrhněte zdroj stabilizovaného napětí s tranzistorem : U₂ = 15V, I₂ = 50mA

Vycházíme z předpokladů, že U_BE (Si T) = 0,7V = konst.

U₂ = U_ZD - U_BE Þ U_ZD = U₂ + U_BE = 15 + 0,7 = 15,7V … volíme zenerovu diodu ( 15,3V – 17,1 – KZ 260/10 )

I_ZD =! 10mA    U_CE =! 5V

U₁ = U₂ + U_CE = 15V + 5V = 20V

U_CE = 20V       I_C­­­­ = 50mA       P_C = 250mW (KF 509)

H_21e = 90-300

I₃ = I_B + I_ZD = 0,5 + 10 = 10,5 mA

(390)

I₁ = I_C + I_B = 0,05+0,0105 = 60mA

P₂ = U₂ . I₂ = 15.0,05=0,75W

P₁ = U₁ . I₁ = 50.0,05=1,25W