20.B
20.B
20.B
Alapáramkörök alkalmazásai – Stabilizátorok
Mutassa be a soros és a párhuzamos stabilizálás elvét! Ismertesse a Zener-diódás elemi stabilizátor kapcsolás felépítését, mőködését, értelmezze jelleggörbéjét és jellemzıit! Értelmezze a feszültség- és áramstabilizátor kapcsolások felépítését, mőködését és jellemzıit! Elemezze az áteresztı tranzisztoros feszültségstabilizátor mőködését! Hasonlítsa össze az áteresztı tranzisztoros, a visszacsatolt és a kapcsoló üzemő stabilizátorok elvi mőködését! Ismertesse a stabilizátorok gyakorlati alkalmazási lehetıségeit! Mutassa be a stabilizátorok túláramvédelmi lehetıségeit! A feszültségstabilizátorok szükségessége Az elektronikus berendezések és mérımőszerek legnagyobb hányada a váltakozóáramú hálózatról mőködik. Mivel a berendezések, ill. áramköri egységek mőködéséhez egyenfeszültség szükséges, amelynek értéke rendszerint nem egyezik meg a hálózat feszültségével, ezért a berendezésekben külön egység, az ún. tápegység gondoskodik a hálózati feszültség átalakításáról és egyenirányításáról. Az állandó vagy változtatható értékő egyenfeszültséget biztosító stabilizált tápegység egyrészt mint önálló készülék nagyon fontos segédeszköz a méréstechnikában, másrészt a jobb minıségő, precízebb kivitelő mérımőszerek feszültségellátását a leggyakrabban stabilizált tápegységek biztosítják.
A különbözı hatások A stabilizált tápegységek feladata kettıs: • •
Állandó kimenıfeszültség biztosítása a bemeneti hálózati feszültség ingadozásaitól függetlenül, Állandó kimeneti feszültség biztosítása a terhelés változásaitól függetlenül.
Annak függvényében, hogy a kimeneti feszültség, vagy a kimeneti áram értékét próbáljuk állandó értéken tartani megkülönböztetünk: • •
Feszültségstabilizátorokat, Áramstabilizátorokat.
A stabilizátorok osztályozása, az áramkörök Ha a feszültség értékét szeretnénk állandó értéken tartani, akkor feszültségstabilizátorról beszélünk.
A feszültségstabilizátor ábrázolása négypólusként
A feszültségstabilizátor ideális karakterisztikája
A feszültségstabilizátor négypólusként történı ábrázolása a következı ábrán látható. Az ideális feszültségstabilizátor karakterisztikája a fenti ábra szerinti, de a valóságos feszültségstabilizátor karakterisztikája ettıl eltérı, mivel a kimeneti feszültsége a terhelıáram, a bemeneti feszültség változásától és a hımérséklettıl függıen bizonyos határok között változik. A feszültségstabilizálás megoldására két módszer lehetséges: • •
Soros stabilizálási módszer, Párhuzamos stabilizálási elv.
1
20.B
20.B
Soros feszültségstabilizálási elv
Párhuzamos feszültségstabilizálási elv
A soros stabilizálás, egyszerő áramkör A soros stabilizálási módszer egy olyan eljárás, mintha a terheléssel sorosan egy szabályozó elem lenne kötve, amely úgy viselkedik mint egy vezérelt változtatható ellenállás, és ennek a csökkenése ill. növelése a kimenı feszültség állandóságát biztosítja.
A párhuzamos stabilizálás, egyszerő áramkör A párhuzamos elvő stabilizátoroknál a szabályozó elem a terheléssel párhuzamosan kapcsolódik, amint azt az elızı ábrán is láthatjuk. A kimeneti feszültség megváltozásának hatására a szabályozó elem söntölı hatása megváltozik, mégpedig úgy, hogy hatásával próbálja állandó értéken tartani a kimenı feszültséget.
A stabilizálási tényezık A stabilizálásra jellemzı a stabilizálási tényezı, a bemenı feszültségváltozásra:
∆U be U S u = be ∆U ki U ki amely megmutatja, hogy a bemenı feszültség relatív megváltozása milyen relatív kimenıfeszültség megváltozást eredményez. A terhelı áram változására a stabilizálási tényezı:
∆I ki I S u = ki ∆U ki U ki amely megmutatja, hogy a kimenı áram relatív megváltozása milyen relatív kimenıfeszültség megváltozást eredményez.
Elemi stabilizáló kapcsolás Kisfeszültségő diódás stabilizátor Az elemi diódás stabilizátorok a legegyszerőbb feszültségstabilizáló kapcsolások. Kis feszültségek esetén stabilizálásra alkalmas a nyitóirányban elıfeszített Si-dióda vagy diódák soros kapcsolása, amint azt a következı ábrán szemléltetjük.
Elemi stabilizátor kapcsolás Si-diódával
2
A dióda nyitóirányú jelleggörbéje
20.B
20.B
A stabilizálási tartomány vizsgálata A nyitóirányú jelleggörbe mutatja, hogy a diódán átfolyó áram változásától nem függ jelentısen a rajta esett feszültség, és ezt használjuk ki stabilizálásra.
A hımérsékletfüggés szerepe A Si-diódák vagy tranzisztorok bázis-emitter átmenete nem a legszerencsésebb megoldást biztosítja, hiszen a hıfokváltozás hatása jelentıs.
A Zener-dióda alkalmazása Elterjedt a szélesebb feszültségtartományban használható Zener- diódás elemi stabilizátor.
Az elemi stabilizáló kapcsolás A Zener-diódás stabilizátorok méretezése gyakorlatilag az R soros ellenállás meghatározására korlátozódik. Ennek jó megválasztása esetén a munkapont-beállítás akkor megfelelı, ha a stabilizáló elem munkapontja a bemeneti feszültség és a terhelıáram szélsıséges értékeinél is a mőködési tartományban marad. A Zener- diódás elemi stabilizátor kapcsolását és jelleggörbéjét mutatják a következı ábrák.
Ibe
It
R
Iz Ube
Z
Uz
Rt
A Zener-diódás elemi stabilizátor felépítése
A Zener-dióda záróirányú jelleggörbéje
A soros ellenállás áramkorlátozó hatása és a dióda dinamikus ellenállása A kapcsolási rajzot megfigyelve, látható, hogy a terhelésre jutó feszültség a Zener- dióda feszültségével egyezik meg, hiszen párhuzamosan vannak kapcsolva. A diódán fellépı Uz feszültséget a következı összefüggéssel írhatjuk le: U Z = U Z min + rZ ⋅ I Z , ahol
rZ =
U Z max − U Z min I Z max − I Z min
Az rz differenciális ellenállása a Zener diódának. A kapcsolásban szereplı ellenállásnak a feszültségváltozásokat kell felvennie. A meghatározásához két feltételnek kell egyidejőleg megfelelnie.
A kapcsolás méretezése A dióda jelleggörbéjébıl látszik, hogy IZmax áramértékhez UZmax feszültség tartozik, illetve IZmin áramhoz UZmin feszültség. A kapcsolás méretezésénél célszerő a maximális és minimális Zeneráramot felírni, ami a felsı csomóponti áramokkal:
I Z max = I be max − I t min , és I Z min = I be min − I t max . Mivel
U be − U Z R UZ It = , Rt
I be =
, és
a legnagyobb és a legkisebb Zeneráram
I Z max =
U be max − U Z max U Z max − Rmin Rt max
,
3
20.B
20.B
I Z min =
U be min − U Z min U Z min − Rmax Rt min
.
A valóságban nincs minden mennyiségnek maximális és minimális értéke, mert akkor a feladatot nem lehetne megoldani. Az Ube, R, Rt vagy UZ közül valamelyik állandó, és értéke elıre meghatározott.
A feltételek együttes figyelembe vétele A tervezés során figyelemmel kell lenni a dióda katalógusban szereplı határértékeire. Az Rmax és az Rmin értékek közé esı elıtétellenállást kell választani, de jó, ha a legnagyobb lehetséges értéket választjuk, ugyanis a stabilizálás jóságára kihatással van.
A Zener-dióda vizsgálata Javulást érhetünk el, ha az R ellenállást áramgenerátorral helyettesítjük. Erre láthatunk példát a következı két ábrán.
Zener-diódás elemi stabilizátor áramgenerátorral elvi megoldása
Zener-diódás elemi stabilizátor FET-es áramgenerátorral
Lehetıség kínálkozik két Zeneres stabilizátor kaszkád kapcsolására, melynek segítségével elérhetı, hogy a második fokozatra jutó bemenı feszültség már nem változik jelentısen, hiszen az elsı fokozat már stabilizál.
Áteresztı tranzisztoros feszültségstabilizáló kapcsolások Az emitterkövetı típus jellegzetességei A legegyszerőbb áteresztı tranzisztoros feszültség stabilizátor kapcsolás az NPN és a PNP tranzisztorral felépített kapcsolás.
Feszültségstabilizátor emitterkövetıvel NPN tranzisztorral
Feszültségstabilizátor emitterkövetıvel PNP tranzisztorral
Ezek a kapcsolásokat földelt kollektoros, vagy más néven emitterkövetı típusú kapcsolásoknak nevezzük. Jellemzıjük, hogy munkapontbeállító elemük egy Zener- dióda, az emitter ellenállást pedig az Rt terhelı ellenállás képviseli.
A bemeneti feszültségváltozás hatása Az R1 ellenállás és a dióda elemi stabilizátort alkot. Jellemzıi, hogy az:
I ki = I E = (β + 1) ⋅ I B
U ki = U Z − U BE
áramot, és
stabil feszültséget szolgáltat.
A terhelıáram változás hatása A terhelı áram változása elhanyagolható, ha Darlington-tranzisztort alkalmazunk, amelyet a következı ábra mutat.
4
20.B
20.B
Feszültségstabilizálás darlington kapcsolású tranzisztorral fix kimeneti feszültségre
Feszültségstabilizálás darlington kapcsolású tranzisztorral változtatható kimeneti feszültségre
A Darlington-tranzisztor alkalmazása Ilyenkor a kimenı feszültség:
U ki = U ref − U BE1 − U BE 2 . És a kimenı áram:
I ki = I E 2 = (β 1 + 1) ⋅ (β 2 + 1) ⋅ I B1 . A feszültség szabályozhatósága A kimenı feszültséget bizonyos határokon belül szabályozhatóvá tehetjük a Zener-diódával párhozamosan kötött potencióméterrel.
A párhuzamos fix kimenıfeszültségő stabilizátor létrehozása Lehetıség kínálkozik arra is, hogy az áteresztı tranzisztort a terheléssel párhuzamosan kössük be fix feszültségő, vagy szabályozható kimenető stabilizátorral. Elınye, hogy a terhelıáram nem folyik át a tranzisztoron, így annak disszipációja a terheléstıl függetlenül állandó. Ennél a kapcsolásnál, a kimenı feszültség értéke:
U ki = U Z + U BE
értékő lehet.
Párhuzamos elvő feszültségstabilizálás fix kimeneti feszültségre
Párhuzamos elvő feszültségstabilizálás szabályozható kimeneti feszültségre
A párhuzamos változtatható kimenıfeszültségő stabilizátor létrehozása Most, mivel a leosztott feszültség Uref , így :
U ki = U ref + U BE
értékő.
Ha a terhelı áram jelentısebb, eléri a kb. 500 mA értéket, akkor célszerő Darlington-kapcsolású tranzisztor alkalmazása.
Visszacsatolt fesztültségstabilizátorok A szabályozási kör részeinek megállapítása A visszacsatolt feszültség stabilizátorok tulajdonképpen szabályozási áramköröknek tekinthetıek, ezért szokás feszültségszabályozónak is nevezni ıket. A visszacsatolt feszültség stabilizátorok minden pillanatban figyelik, érzékelik a szabályozott jellemzı értékét (kimenı feszültség), egy alapjellel (referencia feszültség) összehasonlítják, és ennek az összehasonlításnak az eredményétıl függıen az eltérés értelmében a szabályozó elem áteresztıképességét befolyásolják.
A feladatok blokkokban való elhelyezése A visszacsatolt feszültség stabilizátorok elvi felépítését a következı ábrán láthatjuk.
5
20.B
20.B
Visszacsatolt soros feszültségstabilizátor elvi felépítése A részfeladatok áramkörre való átírása A kapcsolásban látható, hogy a kimenıfeszültséget érzékeljük, és annak egy részét (k·Uki) folyamatosan összehasonlítjuk a referenciafeszültséggel Uref . A két feszültség különbsége az mőködteti a soros szabályozóelemet, amíg a hibajel meg nem szőnik.
ε hibajel megfelelı erısítés után,
A megfelelıen felerısített hibajel úgy módosítja a szabályozó elem munkapontját, hogy a kimeneti feszültség az eredeti értékre visszaálljon.
A részáramkörök összeillesztése egy nagyobb áramkörré Egy megvalósított soros visszacsatolt áteresztı tranzisztoros feszültségstabilizátor kapcsolási rajzát láthatjuk a következı ábrán.
Visszacsatolt soros feszültségstabilizátor kapcsolási rajza A túláramvédelem vagy rövidzárvédelem A soros üzemő stabilizátorok mőködése során fellépı rövidzárlat vagy túlterhelés az áramkör tönkremeneteléhez, meghibásodásához vezethet. Ennek a megakadályozására túláramvédelemmel, vagy rövidzár elleni védelemmel alakítjuk ki a kapcsolást. A rövidzárvédelem gyors mőködést követel meg, az áramkör alkatrészeinek védelme érdekében. Az áramköri megvalósítás során kétféle túláramvédelmi megoldást alkalmaznak:
• •
Áramkorlátozó túláramvédelem, Visszahajló karakterisztikájú túláramvédelem.
Az áramkorlátozó túláramvédelem Ebben az esetben, ha a terhelıáram elér egy beállított maximális értéket, akkor egy áramkör lezárja az áteresztı tranzisztort és a kimeneti feszültséget nullára csökkenti le. A kimeneti stabilizált feszültség ismét megjelenik, ha túláram megszőnik, a terhelıáram a maximális áram értéke alá csökken.
6
20.B
20.B
A áramkorlátozó túláramvédelem áramköri megoldása
Visszacsatolt mőveleti erısítıs soros feszültségstabilizátor kapcsolási rajza
Visszacsatolt mőveleti erısítıs soros feszültségstabilizátor karakterisztikája
Ha a terhelıáram eléri a maximális Imax értéket, akkor a feszültségesés az R figyelıellenálláson az UBE = Ikimax·R 0,65V értékő lesz, amelynél a T2 tranzisztor vezetni kezd. A nyitott tranzisztor kis kollektor-emitter ellenállása közel rövidrezárja a T1 áteresztı tranzisztor bázis-emitter átmenetét, aminek következtében a kimeneti feszültség lecsökken nullára.
A soros figyelıellenállás A védelem méretezése abban nyilvánul meg, hogy az R ellenállás értékét kell meghatároznunk:
R=
0,65V I ki max
.
Abban az esetben, ha Ikimax = 1A , akkor R = 0,65Ω.
Visszahajló határolási karakterisztikájú túláramvédelem, védıáramkör A rövidzár Rt = 0 esetén a veszteségi teljesítmény sokkal nagyobb mint normál esetben, ezért növekedésének megakadályozása érdekében csökkenı kimeneti feszültség esetén az áramkorlátot, egy kisebb Ikir értékre csökkentjük. Az ilyen elven mőködı védelmet visszahajló karakterisztikájú túláramvédelemnek nevezzük. A védıáramkör részei az R figyelı ellenállás, az R1 és R2 ellenállások, valamint a T2 tranzisztor. Rövidzár esetén a T2 tranzisztor nyit, lesöntöli a T1 áteresztı tranzisztort és csökkenti bázisáramát.
Visszahajló karakterisztikájú feszültségstabilizátor rajza
Visszahajló karakterisztikájú feszültségstabilizátor kimeneti jelleggörbéje
A megfelelı pontokon a feszültségek származtatása Az áramköri jelölések alapján felírható az A és a B pont potenciálja a testhez viszonyítva:
U A = U ki + I ki ⋅ R ,
UB =UA ⋅
R2 R1 + R1
.
A T2 tranzisztor bázis- emitter feszültsége a huroktörvény értelmében:
U BE 2 = U B − U ki A kimeneti áramok származtatása UBE = 0,65 V nyitófeszültséget feltételezve, az
I ki max =
R1 R + R2 ⋅ U ki + 1 ⋅ 0,65V R ⋅ R2 R ⋅ R2
Ha az Uki = 0, akkor,
I kir =
R1 + R2 ⋅ 0,65V R ⋅ R2
értékre adódik, amelybıl megállapítható, hogy Ikir < Ikimax.
7
20.B
20.B
Ha a rövidzár megszőnik, a védelem old és visszaáll az eredeti állapot.
A két áramköri megoldás összehasonlítása Az áramköri megvalósítás során kétféle túláramvédelmi megoldást alkalmaznak: • •
Áramkorlátozó túláramvédelem, Visszahajló karakterisztikájú túláramvédelem.
Az áramkorlátozó túláramvédelem esetén, ha a terhelıáram elér egy beállított maximális értéket, akkor egy áramkör lezárja az áteresztı tranzisztort és a kimeneti feszültséget nullára csökkenti le. Visszahajló határolású túláramvédelemnél rövidzár esetén a veszteségi teljesítmény sokkal nagyobb, mint normál esetben, ezért növekedésének megakadályozása érdekében csökkenı kimeneti feszültség esetén az áramkorlátot egy kisebb értékre csökkentjük. Az ilyen elven mőködı védelmet visszahajló karakterisztikájú túláramvédelemnek nevezzük.
Áramstabilizátor Az áramstabilizátor feladata Az áramstabilizátor feladata, hogy adott terhelésen, az átfolyó áramot állandó értéken tartsa a bemeneti feszültség és a környezeti hımérsékletváltozástól függetlenül. A kisteljesítményő áramgenerátorok teljesítménytranzisztorok felhasználásával áramstabilizátorként alkalmazhatók. Ilyen áramköröket könnyen készíthetünk egy tranzisztor és ellenállások segítségével emitterkövetı kivitelben.
Az áramstabilizátor ábrázolása négypólusként
Az áramstabilizátor ideális karakterisztikája
Az áramgenerátor jellege A kisteljesítményő áramgenerátorok teljesítménytranzisztorok felhasználásával áramstabilizátorként alkalmazhatóak. Ilyen áramköröket könnyen készíthetünk egy tranzisztor és ellenállások segítségével, emitterekövetı kivitelben.
A kialakítási lehetıségek A feszültségstabilizátorokhoz hasonlóan készíthetünk soros és párhuzamos elven mőködı áramstabilizátorokat.
A soros áramstabilizálás Ennél a kapcsolásnál a kimeneti áram változása az R2 figyelı ellenálláson az áramváltozás irányával azonos irányú feszültségváltozást idéz elı. A Zener-diódás feszültségstabilizátor által elıállított Uref referenciafeszültség és az U2 feszültség különbsége mőködteti, vezérli a T tranzisztor bázis-emitter diódáját.
A bázis-emitter feszültség származtatása
U BE = U ref − U Z A mőködtetı különbségi jel a tranzisztor munkapontját úgy állítja be, hogy a terhelés árama állandó értékő legyen. A terhelı áram csökkenésével a kimeneti áram növekszik, s ennek hatására az U2 feszültség is növekszik és csökkenni fog a tranzisztor nyitófeszültsége mindaddig, amíg a terhelés árama az eredeti értékre vissza nem áll. A kimeneti áram beállítása az R2 ellenállás változtatásával állítható.
A soros áramstabilizátor kapcsolási rajza
8
A párhuzamos áramstabilizálás
20.B
20.B
A párhuzamos áramstabilizátor A kapcsolásban a T tranzisztor kollektor-emitter kapcsai párhuzamosan csatlakoznak a terhelésre. A munkapontját, a rajta átfolyó kollektor áramot az R potenciométer segítségével állíthatjuk be a szükséges értékre. A potenciométeren a terhelıáram hoz létre feszültségesést. Ha a terhelés növekszik, akkor a növekvı terhelıáram következtében növekszik a tranzisztor bázis-emitter feszültsége, a tranzisztor jobban kinyit, jobban lesöntöli a terhelést és a kimeneti áramot csökkenti, így a beállított kimeneti áramérték visszaáll.
Az integrált áramkörös feszültségstabilizálás Az integrált áramkörös feszültségstabilizálás és a diszkrét áramköri elemes összehasonlítása Az integrált feszültségstabilizátorok soros áteresztı elemmel felépített visszacsatolt stabilizátorok. Felépítésük, áramköri kialakításuk hasonló a diszkrét tranzisztorokkal felépített kapcsolásokhoz. Különbözı generációkat ismerünk.
Az elsı generációs 723-as típusú vizsgálata Az elsı generációs áramkörök jellemzıje, hogy belsı áramköri egységek a felhasználó számára hozzáférhetıek, és kis teljesítményő áramkörök. Alaptípusnak tekinthetı a µA 723-as integrált áramkör, melynek elvi felépítése a következı ábrán látható.
A 723-as típus elvi felépítése A belsı áramkör mőködése Tápfeszültsége 9,5…40 V tartományban lehet. A stabilizátor kimeneti feszültsége 2…37 V tartományban állítható be, 150 mA maximális terhelıáram mellett. A referenciafeszültség forrás Uref = 7,15 V hımérsékletkompenzált feszültséget szolgáltat, amelyet külsı osztóáramkör segítségével 2 V-ra csökkenthetünk.
A kimenı áram növelése A T1 tranzisztor maximális kollektor- árama 150 mA értékő lehet. A kimeneti áram Darlington- kapcsolású tranzisztorok alkalmazásával növelhetı jelentısen. A T2 tranzisztor lehetıséget biztosít túláramvédelmi megoldáshoz. Az áramkör belsı egységeinek hozzáférése sok alkalmazási lehetıséget biztosít a felhasználók számára.
Feszültségstabilizátor kialakítás 723-mal, Uki>Uref
Feszültségstabilizátor kialakítás 723-mal, Uki
A külsı áramköri elemek megválasztása A következı két kapcsolás mutat példát az alkalmazásra, mindkét elrendezés rövidzárvédett megoldást biztosít a felhasználónak.
9
20.B
20.B
Az áramkörök maximális terhelı árama Ikimax = 150mA , amelyet az R ellenállás korlátoz. Ha azt szeretnénk, hogy Ikimax = 150mA legyen, akkor az ellenállás értékének nagysága a már ismert összefüggés szerint:
R=
U BE 0 0,65V = = 4,33Ω 0,15 A 0,15 A
értékre adódik.
A feszültségosztó ellenállásainak értékét a referenciafeszültség és a kimeneti feszültség függvényében adhatjuk meg a következı módon: ha
U ki 〉U ref
, akkor
U ki R + R2 = 1 U ref R2
és ha
U ki 〈U ref
, akkor
U ki R1 = U ref R1 + R2
.
A kimeneti áram növelése külsı tranzisztorral Ha külsı teljesítménytranzisztort alkalmazunk, akkor jelentıs terhelhetıségő feszültségstabilizátort kapunk. Erre látunk példát a fenti ábrán. A kimeneti feszültség értéke az R, R1 és R2 ellenállásokból álló feszültségosztó megválasztásával 7….37 V lehet.
A második generációs integrált stabilizátorok A második generációs feszültségstabilizátorok számos elınnyel rendelkeznek az elsı generációs típusokhoz képest:
• • • •
beépített frekvenciakompenzálással rendelkeznek, beépített túláramvédelmük van, kevés külsı alkatrészt igényelnek, nagy terhelı áramra tervezettek.
A 78xx család eszközei, pozitív és negatív áramkörök Két jellemzı csoportjuk van:
• •
78xx 317-s család.
A következı táblázat ad felvilágosítást a két csoport jellemzı adatairól:
Az integrált család táblázatos ismertetése
10
20.B
20.B
Mind a két sorozatban vannak pozitív és negatív feszültségszabályozók. A 7805-s típus pl. +5 V-os , míg 7912-s -12 V-os stabilizátor áramkör. A háromkivezetéses integrált feszültségstabilizátorok jellemzı alkalmazása a következı két ábrán látható.
Fix pozitív kimenı feszültségő stabilizátor
Fix negatív kimenı feszültségő stabilizátor
A kimeneti feszültség változtatási lehetısége A fix kimeneti feszültségőáramkörök kiegészítésével változtatható kimeneti feszültségő stabilizátor is készíthetı, ha a kimenet és a bemenet számára közös kivezetés potenciálját megemeljük, amint azt a következı ábrán bemutatjuk. Ahogyan megnöveljük a közös pont (3) potenciálját, olyan mértékben növekszik a kimenı feszültség. Ha a feszültségosztó helyett Zener- diódákat alkalmazunk, amit a következı ábra is mutat, akkor több lépésben változtatható kimeneti feszültséget állíthatunk elı a diódák átkapcsolásával.
Folyamatosan változtatható kimeneti feszültség elıállítása
Szakaszosan változtatható kimeneti feszültség elıállítása
Stabilizátorok párhuzamos kapcsolása és a kettıs stabilizálás A feszültségstabilizátorokat csak nagyon pontos párba válogatással lehet párhuzamosan kapcsolni, vagy a következı ábra szerinti szimmetrizálást kell megvalósítani.
Stabilizátorok párhuzamos üzeme
Kettıs stabilizált feszültségforrás
A szimmetrizálást a P potenciométer végzi el. Úgy kell beállítani, hogy a két ampermérı egyenlı nagyságú áramot mutasson. Gyakran szükség van kettıs tápfeszültség elıállítására (mőveleti erısítık), ennek a megoldása a következı ábrán látható.
Kapcsolóüzemő stabilizátorok A lineáris stabilizátorok hátrányai A lineáris feszültségstabilizátorok hatásfoka alacsony, az áteresztı tranzisztoron jelentıs hı fejlıdik (disszipálódik), amely számunkra hátrányos tulajdonság. Nagyobb teljesítmények esetén jelentıs hőtıborda alkalmazását igényli. Az áteresztı tranzisztoron fejlıdött hıt csökkenthetjük, ha a tranzisztort kapcsoló üzemmódban mőködtetjük. A disszipált teljesítmény kicsi, ha a vezetı tranzisztoron kis UCE feszültség esik, vagy a lezárt tranzisztoron alig folyik áram.
11
20.B
20.B
A kapcsolóüzemő stabilizátorok hatásfoka sokkal nagyobb mint az eddig tárgyalt lineáris üzemő stabilizátoroké. Az elérhetı hatásfok (η) a 90% feletti értéket is elérheti.
A kapcsolóüzemő részek összekapcsolása A stabilizátor három fı részbıl tevıdik össze: • • •
Teljesítménykapcsoló, amely vagy tirisztor, vagy tranzisztor. Szőrı, a kimeneti feszültség idıbeli középértékét képzi. Vezérlıegység, melynek feladata a teljesítménykapcsoló vezérlése és a kimenı feszültség stabilizálása.
A kapcsolóüzemő elv megvizsgálása A teljesítménykapcsolót az ε hibajel függvényében a szabályozóegység vezérli. A kapcsoló periódikusan van mőködtetve kb. 10…100kHz frekvenciával. A teljesítménykapcsoló kimeneti oldalán négyszögjel alakú feszültséget kapunk, melynek amplitúdója közel azonos a bemenı jel amplitúdójával.
A részegységek mőködése Az LC-szőrı feladata az energia tárolása, addig amíg a kapcsoló zárt állapotban van. A tárolt energiát az Rt terhelésnek továbbítja, miközben a teljesítménykapcsoló nyit. A stabilizátor fontos eleme a vezérlıegység. A kapcsolójel létrehozását a referenciafeszültséggel ellátott szabályozó és az impulzusszélesség modulátor végzi. Az impulzusszélesség- modulátor a főrészfeszültség generátorból és a komparátorból áll. A komparátor által vezérelt és bekapcsolt teljesítménykapcsoló vezetési ideje attól függıen változik, hogy milyen a hibajel nagysága és az elıjele. Az impulzusszélesség-modulátor mőködését jellemzı feszültségek idıbeli lefolyása, amikor a felerısített hibajel az alsó határolási értéktıl a felsıig változik.
Az impulzusszélesség-modulátor mőködése A kitöltési tényezı A négyszögjelre jellemzı a kitöltési tényezı, amely egyenesen arányos az Usz feszültséggel. A k kitöltési tényezı:
k=
t be U sz = T U Fcs
Ha a kimeneti feszültség csökken, akkor a kimeneti impulzussorozat szélessége vagy kitöltési tényezıje növekszik, ellenkezı esetben s kimeneti impulzussorozat szélessége csökken. A kapcsolóüzemő stabilizátorok rádiófrekvenciás zavart okoznak, amelyek árnyékolással csökkenthetıek.
12
