Modul I - Ispravljaci

Javna ustanova Mje!ovita srednja srednja elektrotehn ele ktrotehnii"ka !kola Tuzla

Sejfudin Agi#

Tuzla, septembar/rujan 2014.

1. STANDARDI ZA OZNA !AVANJE POLUPROVODNI!KIH ELEMENATA 2. POLUPROVODNI!KE DIODE 2. 1. Testiranje ispravnosti i polarizacije diode 2.2. Strujno naponska karakteristika diode 2.2.1. Stati "ki i dinami "ki otpor diode 2.2.2. Direktna i inverzna polarizacija diode 2.3. I-U karakteristika Zener diode 2.3.1. Direktna i inverzna polarizacija Zener diode 2.4. Mre #ni transformatori 3. ISPRAVLJA !I 3. 1. Filtriranje izlaznog napona 3.1.1. Valovitost 4. ISPRAVLJA !I BEZ STABILIZATORA 4. 1. Poluvalni ispravlja " - prora "un 4. 2. Punovalni ispravlja " - prora "un 5. ISPRAVLJA !I SA STABILIZATOROM 5.1. Stabilizatori napona 5.2. Referentni element 5.3. Stabilizator za Zener diodom 5.4. Stabilizator sa jednim tranzistorom 5.4.1. Primjer izpravlja "a sa Grecovim spojem 5.5. Stabilizator sa dva tranzistora 5.6. Stabilizatori za poja "ava"e 5.7. Stabilizatorska integralan kola 5.7.1. Stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda 5.7.2. Stabilizatori podesivog napona sa tri izvoda 5.7.3. Stabilizator 1,25-37V sa LM317 6. POMO$NA KOLA 6. 1. Umanjiva " napona 6.2. Prekida "i. Osigura "i, LED diode 6.3. Indikator preoptere %enja 6.4. Zvu"ni indikator 6.5. R, C i diode na izlazu 6.6. Elektronski osigura " 7. PROFESIONALN I ISPRAVLJA ISPRAVLJA!I 7. 1. Ispravlja " 0-30V sa IC723 7.2. &kolski ispravlja " 0-30V sa OP-TL081 7.2.1. Princip rada 8. LITERATURA

PRAKTI$NA NASTAVA III – Modul I – Stabilisani izvori napajanja

1. 4. 6. 7. 7. 8. 9. 9. 9. 11. 11. 12. 13. 15. 17. 20. 20. 21. 21. 23. 24. 25. 26. 31. 32. 34. 35. 37. 37. 37. 38. 38. 39. 39. 41. 41. 42. 42. 46.

1. STANDARDI ZA OZNA !AVANJE POLUPROVODNI!KIH ELEMENATA 2. POLUPROVODNI!KE DIODE 2. 1. Testiranje ispravnosti i polarizacije diode 2.2. Strujno naponska karakteristika diode 2.2.1. Stati "ki i dinami "ki otpor diode 2.2.2. Direktna i inverzna polarizacija diode 2.3. I-U karakteristika Zener diode 2.3.1. Direktna i inverzna polarizacija Zener diode 2.4. Mre #ni transformatori 3. ISPRAVLJA !I 3. 1. Filtriranje izlaznog napona 3.1.1. Valovitost 4. ISPRAVLJA !I BEZ STABILIZATORA 4. 1. Poluvalni ispravlja " - prora "un 4. 2. Punovalni ispravlja " - prora "un 5. ISPRAVLJA !I SA STABILIZATOROM 5.1. Stabilizatori napona 5.2. Referentni element 5.3. Stabilizator za Zener diodom 5.4. Stabilizator sa jednim tranzistorom 5.4.1. Primjer izpravlja "a sa Grecovim spojem 5.5. Stabilizator sa dva tranzistora 5.6. Stabilizatori za poja "ava"e 5.7. Stabilizatorska integralan kola 5.7.1. Stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda 5.7.2. Stabilizatori podesivog napona sa tri izvoda 5.7.3. Stabilizator 1,25-37V sa LM317 6. POMO$NA KOLA 6. 1. Umanjiva " napona 6.2. Prekida "i. Osigura "i, LED diode 6.3. Indikator preoptere %enja 6.4. Zvu"ni indikator 6.5. R, C i diode na izlazu 6.6. Elektronski osigura " 7. PROFESIONALN I ISPRAVLJA ISPRAVLJA!I 7. 1. Ispravlja " 0-30V sa IC723 7.2. &kolski ispravlja " 0-30V sa OP-TL081 7.2.1. Princip rada 8. LITERATURA

PRAKTI$NA NASTAVA III – Modul I – Stabilisani izvori napajanja

1. 4. 6. 7. 7. 8. 9. 9. 9. 11. 11. 12. 13. 15. 17. 20. 20. 21. 21. 23. 24. 25. 26. 31. 32. 34. 35. 37. 37. 37. 38. 38. 39. 39. 41. 41. 42. 42. 46.

STANDARDI ZA OZNA $AVANJE POLUPROVODNI $KIH ELEMENATA

Iako poluvodi "ke strukture imaju standardiziran na"in ozna"avanja, tako da je iz oznake jasno o kojoj komponenti se radi, s obzirom na veliki broj komponenti najbolji na "in da odgonetnemo o kojoj komponenti se radi i sa kojim karakteristikama, je kori'tenje katalo 'kih podataka. Na #alost, postoji veliki broj sistema ozna "avanja poluvodi"kih elemenata, a naj "e'% e se koriste Europski, Ameri "ki i Japanski sistemi ozna "avanja poluvodi"a.

Format: dva slova, (opcija tre %e slovo), serijski broj (sufiks) Primjer: BC107, BZX12, AC109, BC547B. Prvo slovo ozna "ava materijal od kojeg je poluvodi " izra(en, a zna "enje je sljede %e: A – germanij, B – silicij, C – galij-arsenid, D – indij-antimonid, R - poluvodi "i bez ispravlja "kog djelovanja (foto elementi). Drugo slovo ozna "ava primarnu upotrebu elemenata, a zna "enje je sljede %e: A – detektorske, ispravlja "ke i diode za mije 'anje; B – diode sa promjenjivim kapacitetom (varikap diode); C – NF tranzistori; D – NF tranzistori snage; E – tunel dioda; F – VF tranzistor; G – kombinirani elementi; H – elementi osjetljivi na magnetska polja; K – Hall modulatori i umno #itelji; L – VF tranzistori snage; N – Optokapler; P – elementi osjetljivi na radijacije, svjetlosni detektor; Q – elementi koji emitiraju radijacije, svjetlosno emitiranje; R – elementi za elektri "nu kontrolu i okidanje, tiristor, dijak, UJT tranzistor; S – tranzistori male snage za prekida "ke namjene; T – sna #ni prekida "i i kontrolni elementi, tiristor, trijak; U – tranzistori za prekida "ko napajanje X – diode za umno #avanje, varikap dioda; Y – ispravlja "ke diode i regulatori; Z – naponski stabilizatori i regulatori, zener dioda; PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – Stabilisani izvori napajanja

1

Opcionalno tre %e slovo ozna "ava da je komponenta namijenjena za industrijsku ili profesionalnu upotrebu. Obi "no su to slova W, X, Y i Z. Broj kao tre %i element oznake, ozna "ava registarski broj proizvoda i on mo #e biti dvocifreni ili trocifreni.

!esto se iza broja nalazi i jo ' jedno slovo, npr A, koje ozna "ava da se radi o jednoj od varijanti osnovnog tipa, koji se razlikuje po nekom parametru. Diode za stabilizaciju, ispravlja "ke diode i tiristori mogu imati dodatna slova i brojeve. Za zener diode "esto se iza oznake nalazi slovo koje ozna "ava toleranciju: A - 1%, B - 2%, C - 5%, D - 10% i E - 15%. Iza ove oznake slijedi broj koji ozna "ava nazivni radni napon. Decimalni zarez u ovoj oznaci je ozna"en sa slovom V. Npr. BZY 93-C7V5 je oznaka diode za stabilizaciju, koja ima toleranciju 5% i predvi (ena je za radni napon 7,5V. Kod ispravlja "kih dioda iza standardne oznake mo #e se nalaziti jedan broj koji ozna "ava maksimalni inverzni napon npr. BYX34-500 je ispravlja "ka dioda sa inverznim naponom od 500V. Kod oznake za tiristore dodatni broj ozna "ava maksimalni inverzni napon.

Format: broj, slovo, serijski broj, (sufiks). Primjer: 2N2222A, 2N904, 1N4148. Ameri"ki proizvo (a"i ozna"avaju poluvodi "e sa tri elementa. Prvi element je broj koji pokazuje broj PN spojeva. Broj 1 ozna "ava jedan PN spoj, odnosno to je oznaka za diode. Broj 2 ozna "ava dva PN spoja, odnosno tranzistore. Broj 3 ozna "ava tri PN spoja, odnosno tiristore. Drugi element je slovo N. Tre%i element je broj koji ozna "ava pod kojim je element registriran.


!esto se iza broja nalaze i slova A, B, C, koja ozna"avaju da se radi o varijanti osnovnog tipa tranzistora, koji se razlikuje po nekom parametru: A – malo poja "anje; B – srednje poja "anje; C – veliko poja "anje.

Format: broj, dva slova, serijski broj, (sufiks). Primjer: 2SC65, 2SC1213AC. Prvi element je broj koji pokazuje broj PN spojeva (1) ili tranzistor (2). Drugi element se sastoji od dva slova. Prvo slovo je S, koje ozna "ava da je to poluvodi ". Drugo slovo ima sljede %e zna"enje:

A – PNP VF tranzistor; B – PNP NF tranzistor; C – NPN VF tranzistor; D – NPN NF tranzistor; F – element od silicija; H – tiristor; J – P kanalni unipolarni tranzistor; K – N kanalni unipolarni tranzistor. Tre%i element je broj pod kojim je registriran proizvod. Opcionalno se dodaje sufiks koji ozna "ava reviziju osnovnog modela elementa. Npr. 2SC65 je VF tranzistor NPN tipa, registarski broj 65. Kao 'to se vidi iako je ozna "avanje poluvodi "kih komponenti standardizirano s obzirom na veliki broj tih komponenti najbolji na "in je ipak kori 'tenje kataloga, opisa komponenti u softverima ii internet. Na slikama 1.1 i 1.2 prikazani su oznake i ku %i'ta poluprovodni "kih komponenti.

Slika 1.1. Ozna 1.1. Ozna"avanje dioda

PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – Stabilisani izvori napajanja

2


Slika 1.2. Ku%i'ta nekih tipi "nih tranzistora

PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

3

POLUPROVODNI$KE DIODE

4

Diode su poluvodi "ke komponente sastavljene od PN spoja i imaju izvode anodu i katodu. Struja pozitivnog polariteta mo #e te%i samo u jednom smjeru, od anode prema katodi. U suprotnom smjeru struja ne %e te%i kod idealne diode, dok u stvarnosti postoji mala struja od nekoliko *+ do nekoliko b+. Curenje je nepo #eljno i 'to je manje to je bolje.

Po'to diode imaju odre (eni otpor, napon %e lagano pasti kako struja te "e kroz diodu. Tipi "ni pad napona na diodi je 0,7V za silicijsku, a 0,3V za germanijsku diodu. Grani"ni napon i struja se moraju uzeti u obzir, npr. kada se dioda koristi za ispravljanje, ona mora izdr#ati inverzni napon kako ne bi do 'lo do proboja diode.

Slika 2.1. Simboli razli"itih vrsta poluvodi "kih dioda

Zavisnost struje diode o priklju "enom naponu, odnosno strujno-naponsku karakteristiku (U-I karakteristiku), opisuje Shocklyeyeva jednad #ba:

Na strujno-naponskoj podru" ja:

karakteristici

postoje

tri

- podru" je zapiranja, - podru" je vo(enja i - podru" je proboja.

Slika 2.2. Strujno naponska karakteristika diode

Napon koljena, koji se nekada naziva i napon uklju"enja diode, je onaj napon u podru " ju vo(enja u kojem dioda naglo po "inje voditi struju.


Napon koljena ovisi o materijalu izrade, te iznosi 0,7V za silicij, 0,3V za germanij, 1V za galij-arsenid i 0,2V za spoj metal-poluvodi ".


5

Najva#niji podaci za poluvodi "ku diodu su: - Nominalna propusna (direktna) struja –I F je maksimalna dozvoljena trajna struja diode pri kojoj se ne prekora "i dozvoljeno zagrijavanje pri nominalnim uvjetima hla (enja. - Nominalni propusni (direktni) napon –U F je pad napona na propusno polariziranoj diode pri nominalnoj propusnoj struji (0,3V za germanij, 0,7V za silicij).

- Nominalni maksimalna polarizirana opasnosti da

nepropusni (zaporni) napon –U R je vrijednost napona kojeg nepropusno dioda mo #e podnijeti trajno bez %e nastupiti proboj.

- Nominalna nepropusna (zaporna) struja –I R je struja koja te "e kroz diodu pri nominalnom inverznom naponu –U R. - Brzina prekidanja –t RR maksimalno oporavka kod nepropusne polarizacije.

vrijeme

Slika 2.3. Razli"iti oblici poluvodi"kih dioda

Ve%ina dioda ima valjkast oblik i tada je katoda ozna"ena sa prstenom, ukoliko to nije slu "aj na tijelu diode je oznaka elektroda. Ako ne mo #emo nikako identificirati elektrode po natpisu ili obliku onda mo#emo to poku 'ati instrumentom. Spojimo + kraj instrumenta na elektrodu za koju pretpostavljamo da je anoda, a - kraj na katodu. Koristimo podru " je na instrumentu ozna "eno znakom diode. Instrument %e pokazati napon direktno polariziranog PN spoja (za Si diode oko 0,7V). Ukoliko pretpostavljeni smjer nije dobar instrument %e pokazivati da ne mo #e izmjeriti (.I), tada okrenemo polaritet diode i ako je dioda ispravna dobiti %emo tra#eni napon.

Pored standardnih dioda postoje i mnoge specijalne diode kao 'to su: zener diode (Zenerove diode), LED diode, tunel diode, varikap diode itd. Mi %emo koristiti zener diode i LED diode te %emo ovdje dati osnovne karakteristike tih dioda. Zener diode isto tako imaju nelinearnu strujnonaponsku karakteristiku, pri "emu je ona identi "na obi"noj diodi za direktnu polarizaciju a razlikuje se u dijelu inverzne polarizacije. Ta razlika je osnovna odlika karakteristike zener diode i ona se koristi upravo u ovom dijelu. Na slici 2.7 data je tipi "na karakteristika zener diode i nazna "eni su osnovni 5arametric koji je odre (uju. Kao 'to vidimo bitan nam je: - zenerov napon U Z, - radna struja u oblasti zenerovog napona I, - minimalna I Zmin i maksimalna struja u oblasti zenerovog napona I Zmax, - dinami"ki otpor RZ. Pored navedenih karakteristika koje su opisane na samom dijagramu va #na je jo' disipacija snage. Ovaj podatak se nalazi u katalogu i o njemu treba voditi ra "una kada formiramo elektri "ne krugove sa zener diodama. Jednostavno vodimo ra "una da radna struja bude manja od maksimalne, a maksimalnu odre (ujemo iz poznate disipacije snage prema jednad #bi:

Slika 2.4. Mjerenje napona direktno polariziranog PN spoja


Imax =P/UZ


6

Slika 2.5. Strujno naponska karakteristika zener diode

Kod ozna"avanja zener dioda va #an je raspored elektroda i on se ozna "ava na isti na "in kao kod obi"nih dioda, i va #an je zenerov napon. Zenerov napon se obi "no ispisuje na tijelo diode u obliku 6V8 (6,8V), 12V (12V) itd.

LED dioda ima karakteristiku koja je po obliku ista kao kod ispravlja "ke diode pri "emu napon PN spoja u provodnom smjeru zavisi od tipa LED diode. On se kre%e od 1,5V do 2V 'to zavisi od boje kori'tene diode. Kod LED dioda katoda se ozna "ava isje"kom na tijelu. Mi %emo uglavnom koristiti crvene, zelene i #ute LED diode sa 5 mm razmaka me (u izvodima elektroda i radnom strujom od 10mA.

Slika 2.6. Zener dioda male snage

Slika 2.7. Ispitivanje ispravnosti diode pomo %u analognog mjernog instrumenta PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja


Kod analognog voltmetra koristi se ljestvica za manji otpor (do 2k )). Obi"na signalna dioda ili ispravlja "ka dioda treba pokazati mali otpor (tipi "no 2/3 ljestvice ili nekoliko stotina oma) u jednom smjeru, dok u drugom treba pokazati beskona "ni otpor. Otpor ne bi trebao biti blizu 0 ) (kratki spoj) ili u prekidu u oba smjera. Germanijska dioda %e pokazati ni #i otpor, zbog ni#eg pada napona na njoj.

7

Na digitalnom instrumentu, obi "no postoji podru " je za ispitivanje dioda. Silicijska dioda %e pri tom pokazati 0,5V do 0,8V u propusnom smjeru i prekid u nepropusnom smjeru. Germanijeva dioda %e pokazati manji napon, izme (u 0,2V i 0,4V u propusnom smjeru. Ve%ina dioda (99 od 100) su u kratkom spoju kada su neispravne.

Slika 2.8. Ispitivanje ispravnosti diode pomo %u digitalnog mjernog instrumenta

Poluvodi"ke diode sastoje se od PN strukture, koja se pri priklju "enom naponu, pona 'a kao elektri "ni ventil, odnosno posjeduje ispravlja "ka svojstva. Dioda je, dakle, neupravljivi ventil koji se u sklopu pona'a kao nelinearni aktivni otpor, a "ija veli "ina otpornosti ovisi o polaritetu i veli "ini priklju "enog napona. Osnovna svojstva diode dana su njenom stati "kom strujno-naponskom karakteristikom koja prikazuje zavisnost struje kroz diodu o priklju "enom naponu. Osnovni nazivni parametri diode jesu: - nazivna propusna struja I F - maksimalna dopu 'tena trajna struja diode pri kojoj se ne prekora "i dopu'teno zagrijavanje pri nazivnim uvjetima hla(enja. - nazivni propusni napon U F - pad napona na propusno polariziranoj diodi pri nazivnoj propusnoj struji. Za silicijske diode iznosi 0,75 *1V, a za germanijske diode 0,3 *0,6V. PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

- nazivni nepropusni ili zaporni napon U R maksimalna vrijednost napona kojeg mo #e podnijeti nepropusno polarizirana dioda bez opasnosti od proboja. - nazivna nepropusna ili zaporna struja I R - struja koja te"e kroz diodu kod zapornog napona U R.

U propusnom podru " ju kod nekog odre (enog napona UD na izvodima diode, kroz diodu te "e neka struja ID. Time je odre (ena stati"ka radna to "ka diode, kao 'to je prikazano na slici 2.11. U stati"koj radnoj to "ki mogu se definirati stati"ki otpor diode i dinami "ki otpor diode. Stati"ki otpor diode odre (en je omjerom istosmjernog napona i struje u stati "koj radnoj to "ki T diode:


8

Dinami"ki otpor diode r d je otpor koji dioda kao nelinearni element predstavlja izmjeni "noj struji u nekoj radnoj to "ki T. On je definiran kao omjer male promjene napona + U oko radne to "ke i odre (ene male promjene struje + I, koju je prouzrokovala promjena napona + U:

Za primjer na slici vrijednosti su:

Napon praga otvaranja diode je definiran kao napon u propusnom podru " ju pri kome struja kroz diodu iznosi 1% od maksimalne struje pri direktnoj polarizaciji diode.

Slika 2.9. Odre(ivanje stati"kog i dinami"kog otpora diode

Slika 2.10. &ema spoja za direktnu i inverznu polarizaciju diode PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja


9

Zener dioda je dioda koja u radu koristi dio karakteristike koji odgovara inverznim naponima ne'to ve%im od probojnog napona. Napon koji odre(uje radnu to "ku, zove se zenerov napon. Zener dioda se koristi za stabilizaciju istosmjernog napona, pa je potrebno da ima 'to strmiji dio karakteristike za inverzne napone ve %e od probojnog

napona. Pored toga kako radi u podru " ju elektri "nog proboja, ova dioda mora biti gra (ena od takvog poluvodi"a da se u radnom podru " ju ne o'teti, tj. da je proces inverzibilan. Tako(er se mora voditi ra "una da se ne prekora "i maksimalno dozvoljena snaga discipacije. Zener diode izra (uju se od silicija sa pove %anim postotkom primjesa u P i N podru " ju. Izra (uju se sa probojnim naponima od 3-150V.

Slika 2.11. &ema spoja za direktnu i inverznu polarizaciju zener diode

Slika 2.12. &ema spoja za inverznu polarizaciju zener diode

priklju"aka 3 i 5 je 12 V, izme (u 2 i 4 je 15 V, izme (u 1 i 3 je 30 V, izme (u 1 i 5 je 42 V itd. Pomo%u mre#nog transformatora se mre #ni napon efektivne vrijednosti 220 V pretvara u jedan ili vi 'e napona manjih veli "ina. Mre#ni transformatori se proizvode u razli "itim oblicima i veli "inama, nekoliko njih je prikazano na slici. Na slici 2.13-a je transformator snage 80 W koji ima primar i sekundar sa tri izvoda. Njegov elektri "ni simbol je prikazan na slici 2.14-a. Izvodi na sekundaru omogu %uju upotrebu transformatora kad nam je potreban napon od 6, 9 ili 21 V. Ali mogu %e je dobiti i druge napone. Npr. napon izme (u PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

Slika 2.13. Mre#ni transformatori


Ako se ovaj transformator koristi u ispravlja "ima sa slika 4.1-d i 4.1-f, treba koristiti priklju "ke 3, 4 i 5 (4 je srednji izvod) ili priklju "ke 1, 2 i 5 (2 je srednji izvod). Na slici 2.13-b je transformator koji ima dva zasebna sekundarna namotaja, njegov simbol je na slici 2.14a. Ovaj transformator je mogu %e koristiti na vi 'e na"ina. Prvi je da se svaki sekundarni namotaj koristi za posebne svrhe, recimo gornji za ispravlja " kojim se napajaju elektronska kola nekog ure (aja a donji za ispravlja " koji daje istosmjerni napon za elektri "ni motor u tom ure (aju. Drugi na "in je da se sekundari spoje u seriju, slika 2.14-b, tako da se dobije dva puta ve%i sekundarni napon ili da se koristi kao transformator sa izvodom na sredini sekundara, slika 2.14-c.

10

jednak nuli. Na slici 2.14-c je tako (e obavezno spojiti zavr'etak gornjeg sa po "etkom donjeg kalema, ina"e ispravlja ", ako transformator koristimo kao transformator s izvodom, ne %e dobro da radi. Najte#e posljedice, ako se pogrije 'i, su pri spajanju prema slici 2.41-d. Na toj slici treba spojiti po "etak gornjeg sa po "etkom donjeg namotaja (3 i 5) i zavr'etak gornjeg sa zavr 'etkom donjeg namotaja (4 i 6). Ako nije tako ura (eno, dolazi do pregorjevanja transformatora. Zato, prvo izmjerite oba sekundara napona i uvjerite se da su oni istih veli "ina. Zatim spojite dva kraja za koje pretpostavljamo da su zavr 'eci namotaja i izmjerimo napon izme (u druga dva kraja. Ako je ovaj napon jednak nuli, dobro smo pretpostavili. Spojimo i ta dva kraja i sve %e biti u redu. Ako je napon dva puta ve %i od napona na jednom sekundaru, mora %emo da ponoviti eksperiment sve dok ne prona (emo koja dva kraja treba spojiti tako da napon izme (u druga dva bude jednak nuli.

Slika 2.15. Simboli mre#nih transformatora

Kada spojimo krajeve: U S=0,71 U1=0,71 15=11 V ·

Slika 2.14. Simboli mre#nih transformatora sa dva sekundara

I, na kraju, ovaj transformator mo #e da se koristi i tako 'to se sekundari ve #u u paralelu, slika 2.14-d, tako da se dobije dva puta ve %a sekundarna struja. Pri svim ovim povezivanjima treba biti oprezan jer na slici 2.14-b moraju da se spoje zavr 'etak gornjeg (4) i po"etak donjeg (5) namotaja. Ako pogre 'imo pa spojimo priklju "ke (4) i (6) izlazni napon (3-5) %e biti


·

Maksimalna struja sekundara treba da je 0,1 A ili ve%a, odnosno snaga transformatora treba da je jednaka ili ve %a od 1,1 W, ali zbog pada napona na diodama treba usvojiti transformator sa 'to ve%im sekundarnim naponom a, zbog gubitaka, i snaga bi trebalo da je ve %a, 1,5 W ili ve %a. Zbog navedenog za diode usvajamo 1N4001 "ija je maksimalna struja 1A, a maksimalni inverzni napon je 50 V, 'to je znatno ve %e od potrebnih 30 V.

ISPRAVLJA$I

11

Ispravlja " je elektroni "ki sklop koji slu #i za pretvaranje (ispravljanje) izmjeni "ne struje (napona) u istosmjernu. Naj"e'%e se u ispravlja "ima koriste poluvodi "ke diode kao glavni elektroni "ki elementi kojima se vr 'i ispravljanje. Osim dioda, koriste se i tiristori.

Pod ispravljanjem izmjeni "ne struje (napona) u istosmjernu "esto se podrazumijeva i gla (enje (filtraciju, smanjivanje valovitosti) izlaznog napona, te stabiliziranje napona. !esto se u sklopu ispravlja "a nalazi i transformator koji smanjuje napon na pogodnu vrijednost (na primjer mre #nih 230 V na 15 V).

Slika 3.1. Primjer elektronske 'eme ispravlja"a

Filtracija izlaznog napona se izvodi s raznim spojevima kondenzatora i zavojnica. Najjednostavnija filtracija je provedena s jednim kondenzatorom paralelno spojenim na izlaz ispravlja "a, dok se za bolje karakteristike ispravlja "a mogu koristiti L, , ili T LC spojevi. Osnovne karakteristike ovakvih spojeva jest da su oni niskopropusni filtri, tako da se kondenzatori uvijek spajaju paralelno, a zavojnice serijski.

Naj"e'%e se kao filtar koristi elektrolitski kondenzator spojen paralelno sa potro 'a"em. Za vrijeme pozitivne poluperiode kondenzator C se puni preko diode D, a za vrijeme negativne poluperiode kondenzator se prazni preko otpora R. Kondenzator ne dozvoljava velike varijacije napona na tro 'ilu, na taj na"in 'to u sebi akumulira naboj i predaje ga potro'a"u za vrijeme dok dioda ne propu 'ta struju.

&to je kapacitet kondenzatora ve %i to je i napon valovitosti manji. Napon valovitosti se definira kao razlika izme (u maksimalne i minimalne vrijednosti ispravljenog napona.

Slika 3.2. Filtarski spojevi za gla (enje ispravljenog napona


ISPRAVLJA$I

12

101102 Tabela 3.1. Osnovne karakteristike filtarskih spojeva. Pribli #ni izrazi, gdje je C [ -F], R [)], L [mH]

Prilikom ispravljanja i filtriranja napona, nije u mogu%e u potpunosti potisnuti komponente izmjeni "nog napona, tj. nije mogu %e dobiti idealni istosmjerni napon, ve % on ima neku valovitost. Valovitost je osciliranje vrijednosti napona oko srednje vrijednosti i definira se kao omjer vrijednosti izme(u dva vrha i srednjeg napona. Valovitost ovisi o tipu ispravlja "a (bolja je, naravno, za punovalne ispravlja "e), upotrebljenom filtru, te optere %enju ispravlja "a.

Klasi "ne primjene ispravlja "a su ispravljanje izmjeni "nog mre#nog napona za elektroni "ke ure(aje koji za svoj rad zahtijevaju istosmjerni napon. Ispravlja " obi"no predstavlja drugi stupanj u realizaciji klasi "nih istosmjernih napajanja - iza transformatora, a prije stabilizatora. Ispravlja "i se nalaze i kao samostalni ure (aj, poznat pod nazivom adapter (AC/DC pretvara ").

Slika 3.3. Valni oblici napona na ispravlja "u


ISPRAVLJA$I BEZ STABILIZATORA

Moderne elektroni "ke ure(aje i sklopove 'iroke potro'nje kao izvor napajanja koriste elektri "nu mre#u. Da bi se ispunili odre (eni uvjeti koje zahtjeva neki ure (aj kao 'to su stabilizirana jakost struje, stabilan napon nezavisno o: promjeni napona napajanja, optere %enja, temperature okoline i sli "no, posti#e se razli "itim sklopovima za stabilizaciju i za'titu. Takvi ure (aji za napajanje zovu se ispravlja "ki ure(aji. Napajanje sklopova pomo %u baterija i AKU baterija ima svoje prednosti, ali isto tako i svoje nedostatke pred ispravlja "kim ure(ajima. Prednost baterija i AKU baterija pred ispravlja "kim ure(ajima je jedino u tome 'to one bez obzira na stanje gradske mre #e (napajanje), daju “svoj” napon, a nedostataka ima vi 'e, kao npr. baterija i AKU baterija daju napon i struju koju ne mo #emo regulirati, takav napon nema vremenski stalnu vrijednost pa se razmjerno brzo tro 'e. No ispravlja "ki ure(aj mo#e zadovoljiti sve ove uvjete koje baterije i AKU baterije ne mogu. On bez obzira na promjenu napajanja, optere %enja, temperature okoline daje stalnu vrijednost izlaznog napona, 'to zna"i da se izlazni napon treba stabilizirati. Sklopove pomo %u kojih se izvodi stabilizacija ispravlja "em dobivenog istosmjernog pulziraju "eg napona naziva se stabilizatorima i spaja ih se iza RC filtera u ispravlja "u, a izvedena cjelina naziva se stabilizirani ispravlja ". Za napajanje elektronskih ure(aja energijom, neophodan je izvor istosmjerne struje. U tu svrhu, mogu da se koriste baterije ili akumulatori, ali je to vrlo neekonomi "no pa se, osim u prenosnim ure (ajima, izbjegava, a ure (aji se, preko ispravlja "a, napajaju iz elektri "ne mre#e. Efektivna vrijednost napona elektri "ne mre#e, izme(u bilo koje faze i nule, je 220 V, a izme (u dvije faze 380 V. Zbog toga, pri radu na ispravlja "u, treba biti oprezan jer posljedice nepa #nje ili neznanja mogu da budu katastrofalne. Najsigurnija mjera predostro #nosti je da ispravlja ", kada ne 'to radimo na njemu, uvijek isklju "imo iz mre #e, tako 'to %emo utika " izvu%i iz uti "nice. Svi ispravlja "i, osim onih sasvim jednostavne konstrukcije, sastoje se od mre #nog transformatora, jedne ili vi 'e dioda, elektrolitskog kondenzatora i stabilizatora napona. Pored ovih osnovnih djelova, ispravlja "i mogu da imaju jo ' neke elemente i sklopove koji ih "ine upotrebljivim, sigurnijim, itd. Ispravlja "i bez stabilizatora se koriste u nekim elektronskim ure (ajima, ali su ovde obra (eni prvenstveno zbog toga 'to oni predstavljaju osnovni sklop svih pa i stabilisanih ispravlja "a.


13

Na slici 4.1 je 'est elektri "nih kola koja prikazuju 'est razli"itih ispravlja "a. Koji %e od njih biti prakti"no iskori'% en, to zavisi od krajnje cjene ispravlja "a, od toga kakve karakteristike ispravlja " treba da ima kao i od toga koje i kakve komponente su na raspolaganju. Na slici 4.1-a je elektri "na 'ema najjednostavnijeg ispravlja "a koji se sastoji od samo tri komponente: mre#nog transformatora MT, usmjeriva "ke diode D i elektrolitskog kondenzatora C. Na primarni namotaj mre#nog transformatora priklju "en je mre #ni napon od 220 V, a na sekundarnom namotaju se dobija neki znatno manji napon U S. Dioda provodi samo za vrijeme poluperioda kada je napon na gornjem kraju sekundara ve %i od napona na donjem kraju tj. samo za vrijeme kada je napon na anodi diode ve %i od napona na katodi. Struja diode te "e kroz kondenzator C i puni ga, pa se na njemu javlja pozitivan napon U 1 koji se “protivi” struji. Ako poluperiodi mre #nog napona kada je napon na gornjem kraju sekundara ve %i od napona na donjem kraju nezovemo pozitivnom, onda mo #e da se ka #e da dioda provodi za vrijeme djelova pozitivnih poluperioda mre #nog napona, odnosno za vrijeme kada je ulazni napon ve %i od napona na kondenzatoru. Struja diode je, zna "i, u obliku povorke pozitivnih impulsa. Ako je ispravlja " u praznom hodu, a to zna "i ako na njegov izlaz nije priklju"en nikakav potro 'a", izlazni istosmjerni napon ispravlja "aje 1,41 puta ve %i od efektivne vrijednosti napona na sekundaru transformatora: U1=1,41 US. ·

Npr. ako je napon na sekundaru transformatora Us=8V istosmjerni napon na izlazu ispravlja "a sa slike 4. 1-a je: U1 =8 1,41=11,28 V. ·

Ali "im se na ispravlja " priklju "i potro'a" ovaj napon %e se, zbog pada napona na otpornosti #ice kojom je namotan sekundar kao i pada na diodi, smanjiti i to smanjenje %e biti utoliko ve %e u koliko je struja potro'a"a ve%a. O stabilizaciji ovog napona bi %e rije"i kasnije. Na slici 4.1-b je prikazana elektri "na 'ema ispravlja "a u udvostru "avaju%em (poluvalnom) spoju. Za vrijeme pozitivnih poluperioda naizmjeni "nog napona U S, provodi gornja dioda koja puni gornji kondenzator. Za vrijeme negativnih poluperioda, provodi donja dioda koja puni donji kondenzator. Istosmjerni naponi na kondenzatorima se sabiraju pa je izlazni napon dva puta veci nego u slu"aju ispravlja "a sa slike 4.1-a.


14

Slika 4. 1. Prosta elektronska ispravlja "ka kola

Npr. ako je efektivna vrijednost sekundarnog napona jednakog U S=8V tada je izlazni napon jednak:

Umjesto "etiri posebne diode, mogu %e je koristiti Grecov usmjera " o kome %e kasnije biti vi 'e rije"i.

U1 =8 1,41 2=22,56 V

Dvostrano usmjeravanje mo #e da se ostvari i sa dvije diode ali je tada potreban transformator sa izvodom na sredini sekundara transformatora slika 4.1-d. za vrijeme pozitivnih poluperioda provodi gornja a za vrijeme negativnih donja dioda. U oba slu"aja struje teku u istom smjeru kroz kondenzator C i pune ga. Istosmjerni napon na kondenzatoru je 1,41 puta ve %i od naizmjeni "nog napona na jednoj polovini sekundara, ali je stabilniji od istosmjernog napona koji se dobija jednostranim ispravljanjem.

·

·

Ovaj ispravlja " mo#e da se koristi u slu "aju kada mre#ni transformator, koji nam je na raspolaganju, nema dovoljno veliki sekundarni napon. U oba opisana ispravlja "a ostvaruje se tzv. jednostrano - poluvalno ispravljanje, usmjeravanje. Za vrijeme pozitivnih poluperioda sekundarnog napona, provode gornja desna i donja lijeva dioda, a za vrijeme negativnih poluperioda – gornja lijeva i donja desna. U oba slu"aja struje proti "u u istom smjeru kroz kondenzator C i pune ga. Istosmjerni izlazni napon je i sada 1,41 puta ve %i od napona na sekundaru transformatora ali je stabilniji nego u slu "aju jednostranog ispravljanja sa slike 4.1-a i 4.1-b.


&eme sa slike 4.1-c i 4.1-d se vrlo "esto koriste u ispravlja "ima predvi (enim za napajanje manjih prenosnih radio-prijemnika, kasetofona, vokmena i sli"nih elektronskih ure (aja manje snage. Obi "no su smje'teni u male plasti "ne kutije iz kojih izlaze dva mesingana 'iljka pomo %u kojih se ispravlja " priklju"uje direktno na mre #nu prikljku "nicu.


15

Neki elektronski ure (aji, kao npr. audio poja "ava"i velike snage, zahtjevaju dva ista istosmjerna napona od kojih je jedan pozitivan a drugi negativan u odnosu na masu. U takvim ur (ajima se koriste ispravlja "i sa slike 4.1-e i 4.1-f. Priklju "ak koji se povezuje sa masom ur (aja obilje #en je nulom. U kolu na slici 4.1-e je jednostrano a u kolu na slici 4.1-f dvostrano usmjeravanje. Izvod na sekundaru transformatora je na sredini. Pri motanju transformatora sa slike 4.1-f, izme (u primarnog i sekundarnog namotaja namotana je i tanka bakarna traka koja predstavlja Faradejev kavez koji spre "ava da elektri "ne smetnje iz mre #e, preko ispravlja "a, prodru u ure (aj koji je priklju "en na ispravlja ".

Provodnik koji je spojen sa ovom trakom se povezuje sa uzemljenjem na utika " sa uzemljenjem.

Kako smo ve % rekli poluvalni ispravlja " (engl. halfwave rectifier ) je sklop koji slu #i za propu 'tanje samo jedne poluperiode izmjeni "nog napona. Tipi"an predstavnik poluvalnih ispravlja "a je samo jedna dioda spojena serijski s tro 'ilom. Budu%i da propu'ta samo jednu poluperiodu ulaznog izmjeni "nog napona, u "inkovitost ovakvog sklopa je manja od 50%.

Slika 4.2. Poluvalni ispravlja"

Najjednostavniji poluvalni ispravlja " se sastoji od elementa sa ispravlja "kim svojstvom - poluvodi "ka dioda i mre #nog transformatora. Na izlaz ispravlja "a spojen je potro 'a" R.

potencijalu u odnosu na anodu, pa ne %e te %i struja u sekundarnom krugu. Kako dioda provodi samo za vrijeme jedne poluperiode to ovakav ispravlja " nazivamo poluvalni ispravlja ".

Za vrijeme pozitivne poluperiode, u sekundarnom krugu %e te%i struja odre (ena naponom sekundara i otporom potro 'a"a. Struja te "e jer je dioda direktno polarizirana tj. anoda je na vi 'em potencijalu od katode.

Ovaj ispravlja " ne mo #emo upotrijebiti za napajanje elektroni "kih ure(aja koji zahtijevaju konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi pobolj 'ali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, "iji je zadatak da je 'to mogu%e vi'e smanje trenutne promjene poluvalno ispravljenog napona.

Kad nastupi negativna poluperioda tada je dioda nepropusno polarizirana tj. katoda je na vi 'em

Slika 4.3. &ema poluvalnog ispravlja "a za vje#bu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom



16

a) napon na izvoru

b) napon nakon diode

c) napon nakon kondenzatora

d) usporedba napona izvora i napona na potro 'a"u

Slika 4.4. Valni oblici napona kod poluvalnog ispravlja "a.

Sa slika 4.2 i 4.4 vidimo da napon postoji samo za vrijeme pozitivne poluperiode, tj. kad je dioda propusno polarizirana. Vrijednost napona na potro'a"u je umanjena u odnosu na napon generatora za pad napona na diodi (0,7V). Za vrijeme negativne poluperiode dioda je inverzno polarizirana (jako veliki otpor diode) pa je napon na potro'a"u jednak nuli to jest sav napon izvora je na diodi. Zbog toga moramo voditi ra "una da maksimalni napon izvora bude manji od maksimalno dozvoljenog inverznog napona diode.

Napon na potro'a"u mo#e se izraziti:

gdje je uPv napon valovitosti na potro 'a"u. Kako je efektivna vrijednost nesinusoidalnih veli "ina jednaka drugom korijenu sume kvadrata vrijednosti pojedinih komponenti:

Zbog lak'eg prora "una pretpostavit %e se da je dioda idealna (nema pada napona na diodi), 'to zna"i da je U m = UPm. Tako(er dopu'tena vrijednost napona polarizacije diode mora biti ve %a od Um.

zaporne

efektivna vrijednost valovitosti je:

Napon na potro 'a"u je:

gdje je

! =2 " /T.

Srednja vrijednost ispravljenog napona (istosmjerna komponenta) data je izrazom:

Efektivna vrijednost napona na potro 'a"u je data izrazom:


Kod ispravlja "a napona kvaliteta istosmjernog napona se mjeri faktorom valovitosti ( engl. ripple factor ) koji je jednak omjeru efektivne vrijednosti napona valovitosti i srednje vrijednosti napona, mjerenih na potro 'a"u:

Pobolj'anje oblika izlaznog napona, pove %anje istosmjerne komponente uz smanjenje valovitosti, posti#e se postupkom filtriranja (gla (enja) ispravljenog napona.


17

Ve% je poznato da je punovalni ispravlja " (engl. fullwave rectifier ) sklop koji slu #i za propu 'tanje obje poluperiode izmjeni "nog napona, ali tako da pozitivnu poluperiodu propusti, a negativnu fazno pomakne za 180°tj. promijeni joj predznak napona. Punovalni ispravlja " mo #e biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja (slika 4.6). Slika 4.5. Mjerenje napona valovitosti na osciloskopu

Iznos napona valovitosti U rippp mo#emo o"itati na osciloskopu (mjeren od vrha do vrha) ili izra "unati prema izrazu:

gdje je f rip frekvencija napona valovitosti koja za poluvalni ispravlja " iznosi 50 Hz, a za punovalni ispravlja " 100 Hz. Za ispravlja "e mogu%e je definirati i faktor ispravljanja (engl. ratio of retification ) koji je jednak omjeru srednje snage prema ukupnoj snazi predanoj potro'a"u:

Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotaju je tako(er pozitivna poluperioda, pa vodi dioda D1, dok u drugom slu "aju, kada je negativna poluperioda, voditi %e dioda D2. Tako se osigurava punovalno ispravljanje izmjeni "nog napona. Najjednostavniji punovalni ispravlja " se sastoji od elementa sa ispravlja "kim svojstvom - "etiri poluvodi"ke diode vezane u mosnom spoju (Graetzov-om spoju) i mre #nog transformatora (slika 4.7). Na izlaz ispravlja "a spojen je potro 'a" R. Za vrijeme pozitivne poluperiode vode diode D1 i D2. Kad nastupi negativna poluperioda tada vode diode D3 i D4. Kroz potro 'a" R te"e ispravljena struja za vrijeme obje poluperiode pa se ovaj ispravlja " naziva punovalni ispravlja ".

Slika 4.6. Punovalni ispravlja" sa dvije diode i transformatorom sa srednjim izvodom

Slika 4.7. Punovalni ispravlja" u mosnom spoju



18

Slika 4.8. &ema punovalnog ispravlja "a za vje#bu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom

Ovaj ispravlja " mo#emo upotrijebiti za napajanje elektroni "kih ure(aja koji zahtijevaju konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi pobolj 'ali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, "iji je zadatak da je 'to mogu%e vi'e smanje trenutne

promjene punovalno ispravljenog napona. Na slici 4.9 je prikazan oblik signala na generatoru (AC izvoru) i napon na potro 'a"u R. Amplituda ispravljenog napona je manja od amplitude signala AC izvora za pad napona na dvije direktno polarizirane diode (2 0,7=1,4V). ·

b) napon nakon punovalnog ispravlja "a

a) razlika napona izvora i napona nakon dioda

c) filtrirani napon nakon kondenzatora

d) usporedba napona izvora i napona na potro 'a"u

Slika 4.9. Valni oblici napona kod punovalnog ispravlja "a

Napon na potro 'a"u, zanemaruju %i pad napona na diodama, je: gdje je:

Srednja komponenta ispravljenog napona (istosmjerna komponenta), uz zanemariv pad napona na diodama iznosi: PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

Efektivna vrijednost napona valovitosti je:


19

(mjeren od vrha do vrha) ili izra "unati prema izrazu:

Faktor valovitosti (engl. ripple factor ) iznosi:

Kao i kod poluvalnih ispravlja "a iznos napona valovitosti U rippp mo#emo o"itati na osciloskopu


gdje jefrip frekvencija napona valovitosti koja za punovalni ispravlja " iznosi 100 Hz (u op %em slu"aju frekvencija valovitosti je dvostruko ve %a od frekvencije mre #e na koju je punovalni ispravlja " spojen).

ISPRAVLJA$I SA STABILIZATOROM

20

Kao 'to je to ve % napomenuto, istosmjerni napon U 1 na izlazu ispravlja "a sa slike 4.1 i 4.2 nije stabilan i ima veli "inu kao 'o je na slikama samo kada na ispravlja " nije priklju "en nikakav potro 'a".

!im se na ispravlja " priklju"i potro'a", dolazi do smanjenja izlaznog napona. Pri malim strujama potro'a"a (5 do 10 puta manjim od maksimalne struje sekundara), smanjenje izlaznog napona mo #e da se toleri 'e jer nema velikog uticaja na rad ure(aja koji se napaja iz potro 'a"a. Ali ako potro 'a" vu"e ve%u struju, smanjenje izlaznog napona U 1 je suvi'e veliko i nemo #e da se toleri 'e. U takvim slu "ajevima se ispravlja "ima sa slike 4.1 dodaju stabilizatori istosmjernog napona pomo %u kojih se ostvaruje da je istosmjerni napon na izlazu iz ispravlja "a konstantan i ne zavisi ni od veli "ine struje potro 'a"a, a ni od mogu %ih promjena mre#nog napona.

Stabilizatori su dio istosmjernih izvora napajanja. Nakon transformiranja, ispravljanja i filtriranja izmjeni "nog mre#nog napona, na izlazu ispravlja "a dobiva se ispravljeni napon. Taj se napon sastoji od istosmjerne komponente i male izmjeni "ne komponente napona valovitosti, koja je posljedica nesavr'enog filtriranja ispravljenog napona. Istosmjerna komponenta mo #e se mijenjati zbog promjene mre#nog napona i promjene optere %enja. Zadatak stabilizatora je svesti te promjene na minimum. Tako (er stabilizator dodatno prigu 'uje izmjeni "nu komponentu napona valovitosti. Stabilizator se mo #e prikazati blok- 'emom na slici 5.1.

Slika 5.1. Blok 'ema stabilizatora napona

Ulazni napon stabilizatora u ul je izlazni napon ispravlja "a i sadr #i promjenjivu istosmjernu komponentu napona U ul i izmjeni "ni napon valovitosti u ulv. Na izlaz stabilizatora priklju "uje se realno tro'ilo, koje se nadomjesti promjenjivim otporom RT.

- temperaturni koeficijent, - faktor potiskivanja brujanja. Faktor stabilizacije je omjer promjene izlaznoga napona i promjene ulaznoga napona koja uzrokuje promjenu izlaznoga napona uz stalnu vrijednost struje optere %enja i temperature okoline:

Nijedan stabilizator nije idealan i napon na njegovom izlazu mijenja se s promjenom radnih uvjeta: ulazni napon, struja tro 'ila i temperatura. Osnovne osobine stabilizatora napona jesu: - podru" je vrijednosti napona koji se mo #e dovesti na ulaz a da izlazni napon ostane u zadanim granicama, - vrijednost izlaznoga napona, - dopu'teno odstupanje izlaznoga napona, - vrijednost struje kojom se mo #e opteretiti stabilizator, tj. izlazna struja. U"inkovitost stabilizatora napona pomo%u sljede %ih parametara: - faktor stabilizacije, - izlazni otpor,

iskazuje

se


Prema gornjoj definiciji, za dobar stabilizator faktor stabilizacije treba biti 'to manji broj kako bi za odre(enu promjenu ulaznoga napona bila 'to manja promjena izlaznoga. Stoga se ponekad faktor stabilizacije definira kao omjer promjene ulaznoga napona i njome izazvane promjene izlaznoga napona. U tom slu "aju faktor stabilizacije mora biti 'to ve%i broj. 111

112


Osnovni element stabilizatora je referentni element . To je element na kojem se uspostavlja stalni napon, po mogu%nosti neovisan o radnim uvjetima kao 'to su promjena struje, temperature i sli "no. Kao jednostavan, ali vrlo djelotvoran referentni element u stabilizatorima se naj "e'% e koristi zenerova dioda.

21

To je pn-dioda koja radi u podru " ju proboja, kako je to prikazano na slici 5.2. U proboju, probojni zenerov napon U Z prakti"ki je stalan i vrlo se malo mijenja sa strujom. Zenerova dioda koristi se pri zapornoj polarizaciji i zenerov napon U Z suprotnog je polariteta od polariteta propusno polarizirane diode U p. Iz istih je razloga smjer struje zenerove diode I Z suprotan smjeru struje propusno polarizirane diode I D.

Slika 5.2. Simbol i strujno-naponska karakteristika zener diode

Zenerove diode ozna "uju se posebnim elektri "kim simbolom, prikazanim na slici 5.2. Izvode se za niz razli"itih napona. Uz zenerov napon, bitan parametar zenerove diode je dinami "ki otpor:

definiran kao recipro "na vrijednost nagiba karakteristike u podru " ju proboja. Dinami "ki otpor treba biti 'to manji.

Najjednostavnija izvedba stabilizatora prikazana je na slici 5.3. Na ulaz stabilizatora dovodi se nestabilizirani napon iz ispravlja "a ozna"en uul. Na izlaz se priklju "uje tro'ilo promjenjivog otpora R T. Izme(u ulaza i izlaza stabilizatora spojen je otpornik R1, a paralelno izlazu spojena je zenerova dioda Z.

Temperaturni koeficijent zenerove diode ukazuje kako se i koliko mijenja zenerov napon s promjenom temperature. Zenerove diode su naj "e'%e diode s lavinskim probojem, pa je temperaturni koeficijent pozitivan, 'to zna "i da zenerov napon raste s temperaturom. Ima i zenerovih dioda, koje su temperaturno kompenzirane. Njihov je temperaturni koeficijent znatno smanjen. Za ispravan rad diode kao referentnog elementa kroz zenerovu diodu mora te %i minimalna struja I Zmin dovoljno velika da se izbjegne koljeno karakteristike u proboju i da se dosegne zenerov napon. Maksimalna struja zenerove diode I Zmax_l ograni"ena je maksimalnom disipacijom snage PZmax, koja ovisi o izvedbi diode, tipu ku %i'ta i eventualno dodanim hladnjakom. PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

Slika 5.3. Stabilizator sa zenerovom diodom

Da bi se na zenerovoj diodi uspostavio zenerov napon U Z istosmjerni ulazni napon U UL mora biti ve %i od izlaznog stabiliziranog napona. Zenerov napon


ujedno je i izlazni napon U IZ stabilizatora. Razlika ulaznog i izlaznog napona je na otporniku R 1. Padom napona na otporniku R 1 odre(ena je struja I 1 kroz taj otpornik

22

koristi samo ako potro 'a" vu"e malu (do 10 mA) istosmjernu struju. Posmatrajmo ponovo elektri "na 'ema stabilizatora sa Zener diodom sa slike 5.3 koja je ponovno prikazana u nekoliko prakti "nih varijanti na slici 5.4a.

Struja I1 dijeli se na struju zenerove diode I Z i izlaznu struju tro 'ila IIZ

pri "emu je struja tro 'ila

Princip stabilizacije je odr #avanje izlaznog napona stabilnim, tj. 'to manje ovisnim o promjeni radnih uvjeta kao 'to su promjena ulaznog napona ili promjena otpora tro 'ila. Ako se promijeni ulazni napon, promijenit %e se pad napona na otporniku R 1 a time i njegova struja I 1. Zenerova dioda odr #ava stalni napon U Z, a time i stalni izlazni napon U IZ. Ako se nije promijenio otpor tro 'ila RT, nije s promijenila ni njegova struja. U tom se slu "aju struja zenerove diode I Z mijenja s promjenom struje I 1. Izlazni napon ostat %e nepromijenjen u onolikoj mjeri koliko se napon zenerove diode U Z ne mijenja s promjenom struje I Z. Ukoliko se uz nepromijenjeni ulazni napon promijeni tro'ilo, tj. njegov otpor R T, uz stalni napon U IZ=UZ promijeniti %e se izlazna struja I Z. Kako se nije promijenio pad napona na otporniku R 1, nije se promijenila ni struja I 1, tako da se izlazna struja I IZ mijenja na ra "un promjene struja zenerove diode I Z. Promjenom radnih uvjeta mijenja se struja zenerove diode IZ. Pri projektiranju stabilizatora treba osigurati da uz poznate promjene ulaznog napona U UL i otpora tro'ila RT struja zenerove diode ostane u intervalu IZmin
Slika 5.4. Stabilizatori sa Zener diodom


U1 je istosmjerni nestabilisani napon koji se dovodi sa nekog od ispravlja "a sa slike 4.1, a sa R p je obilje#en potro'a" kroz koji te "e struja I P. Izlazni stabilisani napon U st je jednak Zenerovom naponu diode U z. Otpornost otpornika R se ra "una po obrascu:

Npr. ako je U 1=13 V, Uz=6 V, I z=8 mA i I P=3 mA, otpornost je R=(13-6)/(0,008+0,003)=640 .. Ako podaci o strujama nisu poznati, ali se zna struja IP nije ve %a od 10 mA, treba probati sa otpornikom otpornosti vi 'e stotina oma (recimo 680 .) pa ako ure(aj normalno radi a dioda se ne grije, sve je uredu. Ako se dioda grije, treba probati sa otpornikom ve %e otpornosti a ako napon U st nije stabilan i jednak U z, treba probati sa otpornikom manje otpornosti. Snaga otpornika je dioda "iji je Zenerov napon jednak naponu napajanja kola koje je priklju "eno na stabilizator. Ako je potrebni istosmjerni napon U st ve%i od Zenerovog napona diode koja je na raspolaganju, tada na red sa Zener didom mo #e da se ve #e obi"na ispravlja "ka dioda (slika 5.4-b). Ako je to silicijumska dioda, izlazni napon %e biti ve %i od Zenerovog napona za 0,7 V ako je germanijumska bi%e ve%i za 0,2 V. Ako dodamo jo ' jednu diodu U st %e biti ve %i za 1,4 V, odnosno za 0,4 V. Za dobijanje vrlo malih stabilisanih napona mogu da se koriste ispravlja "ke diode umjesto odgovaraju %e Zenerove diode. Kao primjer, na slici 5.4-c je prikazan stabilizator sa tri diode "iji je izlazni napon 2,1 V (Si diode) ili 0,6 V (Ge diode).

23

U stabilizatoru sa zenerovom diodom dioda je jako optere%ena. Budu%i da se stabilizatori projektiraju za ve%e izlazne struje, velika struja te "e i kroz diodu uvjetuju%i na njoj veliku disipaciju snage. Disipacija snage diode znatno se smanjuje u serijskom tranzistorskom stabilizatoru prikazanom na slici 5.5. Stabilizator se zove serijski, jer je element koji slu #i za stabilizaciju, bipolarni tranzistor, spojen u seriju s izlaznim priklju "cima. Tranzistor prati i preuzima na sebe promjene ulaznog napona i optere %enja na izlazu, pri "emu se na izlazu odr #ava stabilan napon. Istosmjerni izlazni napon stabilizatora manji je od napona zenerove diode za napon spoja baza-emiter tranzistora:

Napon UBE malo se mijenja sa strujom i jednak je naponu koljena propusno polariziranog spoja bazaemiter. Ulazni napon U UL mora biti ve %i od napona zenerove diode UZ, kako bi dioda radila u podru " ju proboja. Razlika ulaznog napona U UL i napona zenerove diode U Z uspostavlja pad napona na otporniku R 1, kojim se regulira struja tog otpornika

Pad napona na otporniku R 1 zaporno polarizira spoj kolektor-baza tranzistora i osigurava njegov rad u normalnom aktivnom podru " ju. Struja I1 dijeli se na struju zenerove diode i baznu struju tranzistora

Izlazna struja je emiterska struja tranzistora i za rad tranzistora u normalnom aktivnom podru " ju vrijedi

pa se za izlazni napon mo #e pisati

Rad serijskog tranzistorskog stabilizatora sli "an je radu stabilizatora sa zenerovom diodom. Dobar rad ovisi o nepromjenjivosti napona U Z i U BE sa strujama zenerove diode I Z i bazne struje tranzistora I B.

Slika 5.5. Serijski tranzistorski stabilizator napona PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

Pri promjeni ulaznog napona U UL mijenja se struja I 1. Ako se ne mijenja otpor tro 'ila RT, uz stalan izlazni


napon U IZ=UZ-UBE ne mijenja se izlazna struja I IZ, ne mijenja se ni bazna struja tranzistora I B, pa promjenu struje I 1 preuzima zenerova dioda. Promjena otpora tro 'ila mijenja izlaznu struju I Z, a s njom i baznu struju tranzistora I B. Ako se pri tome ne mijenja ulazni napon U UL, uz stalni napon U Z ne mijenja se ni struja I 1. Bazna struja tranzistora mijenja se na ra "un promjene struje zenerove diode. Promjenom radnih uvjeta mijenja se struja zenerove diode IZ. Uz poznate promjene ulaznog napona U UL i otpora tro'ila RT za ispravan rad stabilizatora treba osigurati da struja zenerove diode ne bude manja od struje IZmin odre(ene naponom koljena probojne karakteristike, niti ve %a od struje I Zmax, odre(ena maksimalnom dozvoljenom disipacijom snage.

24

gdje je: I z - struja Zener diode a IB - struja baze tranzistora. Oni koji ne vole ra "unanje, ili vole ali nemaju potrebne podatke, mogu otpornost R odrediti eksperimentom. Stavimo otpornik od 680 . i uklju"imo ure(aj koji treba da napajamo na izlaz stabilizatora. Ako je napon U st stabilan a dioda Z se ne grije, sve je uredu. Ako se dioda grije, probamo sa otpornikom manje otpornosti a ako U st nije stabilan, probamo sa otpornikom manje otpornosti. Snaga otpornika je 1/4W ili ve %a.

U serijskom tranzistorskom stabilizatoru tranzistor preuzima disipaciju snage. Izlazna struja je emiterska struja tranzistora. Zenerova dioda spojena je u krug baze i kroz nju te "e prakti"ki / puta manja struja u odnosu na struju koja te "e kroz zenerovu diodu u stabilizatoru sa zenerovom diodom. To je bitna prednost. Uloga zenerove diode u stabilizatoru je odr #avanje referentnog napona, 'to se lak'e posti#e ako dioda radi s manjim snagama i manje se grije. Ovaj stabilizator, prikazana ponovo na slici 2.3 je pogodan za ugra (ivanje u neki ure (aj. U1 je istosmjerni napon koji daje neki od ispravlja "a sa slike 4.1, a U st je stabilisan istosmjerni napon kojim se napaja ure (aj. Za dobar rad stabilizatora potrebno je da napon U 1 bude za nekoliko volti (recimo 5) ve %i od Ust, mada mo #e da bude i ve %i. T je bilo koji NPN tranzistor "ija je maksimalna dozvoljena kolektorska struja (I cmax) jednaka ili ili ve%a od maksimalne struje (I p) koju vu "e ure(aj priklju "en na izlaz stabilizatora. Snaga disipacije tranzistora treba da je jednaka ili ve%a od od: Pc= (U 1-Ust)·Ip. Oni kojima podaci o tranzistorima nisu dostupni mogu da isprobaju 'emu sa bilo kojim NPN tranzistorom (recimo BC286) pa, akoje napon U st stabilan i ure (aj priklju "en na ispravlja " normalno radi, a tranzistor T se ne zagrijava mnogo, sve je uredu. Ako se tranzistor pregrijava, treba probati sa nekim tranzistorom ve %e snage (BD135, BD235, 2N3055, itd.). Zenerova dioda treba da ima napon (U z) koji je za oko 0, 7 V ve %i od potrebnog izlaznog napona U st. Otpornost otpornika R se ra "una po obrascu:


Slika 5.6. Stabilizator sa Zener diodom i serijskim tranzistorom

Kapacitivnost kondenzatora C je od 10 do nekoliko 100 µF, a radni napon kondenzatora je ve %i od U1.

Ispravlja " radi u skladu sa narodnom izrekom “koliko para-toliko muzike”. On jeste i jeftin i jednostavan ali izlazni napon ispravlja "a nije stabilan, mijenja se i pri promjeni napona mre #e i pri promjeni struje koju elektronski ure (aj “vu"e” iz ispravlja "a. Na slici 5.7 je data elektri "na 'ema jedne prostije i zato jeftine verzije ispravlja "a, "iji izlazni napon je stabilisan i nezavisan od promjena napona mre #e i promjena struje potro 'a"a. Maksimalna izlazna struja je oko 100mA, 'to je dovoljno za napajanje prenosnih radio-prijemnika, vokmena i sli "nih ure(aja, ali jo ' uvijek nedovoljno za napajanje robusnijih elektronskih ure (aja.


25

Slika 5.7. Prosti ispravlja" sa grezom i stabilizacijom

Komponente ovog ispravlja "a su: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

mre#ni transformator MT sa sekundarnim naponom bilo koje vrijednosti u granicama od 9 - 14 V i maksimalnom strujom sekundara od 0,1 A, Grecov ispravlja " sa radnim naponom od 40 V ili ve%im, i maksimalnom strujom od nekoliko stotina miliampera. Upotrebljeni ispravlja " ima oznaku B40C800 iz koje se vidi da mu je maksimalni radni napon 40 V a maksimalna struja 800 mA. Umjesto ovog Greca, mogu da se koriste i "etiri posebne diode 1N4001, elektrolitski kondenzator C 1 kapacitivnosti 1000 µF i radnim naponom jednakim ili ve %im od dvostruke vrijednosti napona sekundara, bilo koji tranzistor NPN tipa, koji mo #e da izdr #i struju od 100 mA kao 'to su BC286, BC211, itd. Za ve %e struje, na tranzistor treba nataknuti i hladnjak u obliku rebrastog prstena, Zener dioda za napon od oko 9 V. Na slici je obilje#ena sa BZ9 ali mo #e da bude i ZPD9.1, ZPY9.1, ZD9.1 itd. Katoda je ozna "ena prstenom na tjelu diode. Sa ovom diodom, izlazni napon %e biti oko 8,5 V, 'to je dovoljno za ure(aj koji se napajaju iz baterije od 9 V. Ako nam je potreban manji izlazni napon, recimo 3, 4, 5, 6, 7.5 V, zamjenimo diodu BZ9 drugom diodom "iji Zenerov napon ima vrijednosti izlaznog napona. Npr. za izlazni napon od 4,5 V treba koristiti diodu ZPD5.1 ili neku drugu u "ijoj se oznaci pojavljuje i brojka 5.1, elektolitski kondenzator C 2 "iji radni napon treba daje ve %i od izlaznog napona. Radni napon ovog kondenzatora treba da bude jednak radnom naponu kondenzatora C 1, jer na njemu mo #e da se pojavi napon sa izlaza usmjera "a ako tranzistor “probije”, Otpornik R snage 0,25 W ili ve %e.


Izgled 'tampane plo "ice je mogu %e napraviti u nekom od softvera tako da je plo "ica znatno manjih dimenzija, 'to treba uraditi ako se ispravlja " smje'ta u neki drugi ure (aj u kome ima malo slobodnog prostora.

Stabilizator sa slike 5.5, sa tranzistorom BC286, daje dobre rezultate za struje potro 'a"a do 10mA ili ne'to ve%e ako tranzistor ima hladnjak i ako je napon U 1 ve%i od U st za samo nekoliko volti. Za struje ve %e od 100mA trebalo bi koristiti sna #niji tranzistor ali je bolje ako se koriste dva tranzistora u Darlingtonovom spoju. Takvo rje 'enje je prikazano na slici 5.8.

Slika 5.8. Stabilizator sa zener diodom i dva tranzistora u Darlingtonovom spoju

Kao 'to se vidi, to je stabilizator sa slike 5.7 kome je dodat sna #an tranzistor T 2. To, za struje reda ampera, mo #e da bude BD235, 2N3055, itd. dok T 1 mo#e da bude BC286 ili neki drugi NPN tranzistor.


Zapazimo da je sada izlazni napon U st manji od Zenerovog napona U z za oko 1,4 V. To zna "i da na 'emi sa slike 2.4 treba koristiti Zener diodu "iji je napon za 1,4 V ve %i od napona U st. Maksimalna kolektorska struja tranzistora T 2 treba da jednaka ili ve %a od potrebne struje ispravlja "a, a maksimalna kolektorska struja T 1 je manja ove vrijednosti onoliko puta koliki je koeficijent strujnog poja"anja tranzistora T 2. Snaga tranzistora je jednaka proizvodu njihove kolektorske struje i razlike napona (U 1-Ust). Na primjer, ako struja ispravlja "a treba da bude 4 A, maksimalna kolektorska struja T 2 treba da je tolika,

26

ili ve %a. Ako je koeficijent strujnog poja "anja T2 jedna 40, tada kroz T 1 te "e struja 4A/40=100mA, pa njegova maksimalna kolektorska struja treba da je 100mA, ili ve %a. Koeficijent strujnog poja "anja tranzistora T 1 treba da je 'to ve%i. Snaga T 2 treba da je jednaka ili ve %a od 4·(U 1-Ust), a snaga T 1 da je jednaka ili ve %a od 0,1·(U 1-Ust). Na primjer, za U 1=17V i U st=12V pomenute snage su 20W i 0,5W. Kao primjer za vje #bu odredite izlazne vrijednosti napona stabilizatora sa tranzistorima prikazanim na slikama 5.9 i 5.10.

Slika 5.9. &ema serijskog tranzistorskog stabilizatora za vje #bu

Slika 5.10. Punovalni ispravlja" sa serijskim tranzistorskim stabilizatorom napona

Mo#emo svoju konstrukciju "oplemeniti" dodavanjem stabilizacije napona pozitivne i negativne grane napajanja, kao na slici 5.11. PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

Stabilizatori za ovu svrhu se u osnovi ni po "emu bitno ne razlikuju od standardnih rje 'enja. Postoji veliki broj dobrih rje 'enja pa je nemogu %e da sva ovdje predstavimo.


27

Slika 5.11. Punovalni ispravlja" za pozitivne i negativne napone

Zato pogledajmo nekoliko rje 'enja koja %e zadovoljiti ve%inu potreba. Objasnimo “dvostruki stabilizator” za ne'to manje zahtjeve i u jednoj od najjednostavnijih formi sa slike 5.11. Ovaj jednostavan sklop radi sasvim lijepo ako je dobro dimenzionisan. Izlazni napon je odre (en naponom kori 'tene Zener diode i bi %e za nekih 0,7V manji od njega zbog pada napona na spoju B-E rednog tranzistora. Budu%i da su ovde kori 'teni Darlington tranzistori koji se sastoje prakti "no od pobudnog i izlaznog tranzistora u istom ku %i'tu, treba ra "unati na pad napona kroz dva spoja B-E pa %e izlazni napon biti 1,2-1,4V manji od napona Zenerice. Pravi napon %e biti oko 45,5V. Kori 'teni su Darlington tranzistori (MJ3001 i MJ2501) jer imaju mnogo ve %e strujno poja"anje od obi "nih bipolarnih 'to je u ovom spoju va#no. Ako serijski tranzistori treba da "kontroli 'u" kroz sebe struju od recimo 5A, klasi "ni bipolarni tranzistori sa nekim prosje "nim strujnim poja "anjem reda 20-80 %e tra#iti 250-600mA struje baze da bi to odradili. Tako velika struja bi dakle morala da se propusti i kroz Zenericu 'to sa standardnim tipovima nije mogu %e. Dakle, treba nam tranzistor sa mnogo ve%im strujnim poja "anjem i rje 'enje su upravo Darlington tranzistori koji u ovoj klasi snage i kolektorske struje obi "no imaju strujno poja "anje / 01000 pa %e za regulaciju kolektorske struje od 5A tra#iti struju baze od 5A:1000=5mA. Zener diodi treba tako (e obezbjediti nekih 3-5mA pa se iz zbira te dve struje mo #e izra"unati vrijednost otpornika kroz koji te dvije struje prolaze.


Kori'teni transformator je imao 2x40V na sekundaru, pa je napon na glavnim elektrolitima u mirovanju 1,4 puta ve %i od napona sekundara tj. oko 56V (u svakoj grani razumije se). Pad napona na otporniku %e dakle biti: Ulazni napon - napon Zenerice a to je 56V-47V=9V. Odatle se vrijednost otpornika ra "una po Omovom zakonu kao: 9V: 0,01A=900 ). Mo#emo uzeti prvu ve %u ili manju standardnu vrijednost tj. 820 ) ili 1k ). Za situacije u kojima je va #no da stabilizacija a i ostale karakteristike budu 'to bolje, neophodne su odre(ene modifikacije koje 'emu "ine malo komplikovanijom. Elektronska 'ema jednog takvog dvostrukog stabilizatora za izlazni napon od 55V je na slici 5.12. O"igledno, ista 'ema uz izvjeesne manje izmene vrijednosti komponenata je sasvim primenjljiva za bilo koji drugi napon. Nema tu ni "eg posebnog niti specifi "nog jer ova i sli "ne 'eme se rade ve % dosta dugo pa nema potrebe izmi 'ljati "nauku". Za prakti "nu upotrebu je bitno voditi ra "una o nekoliko stvari: oba serijska tranzistora (BD249/250) je potrebno hladiti mada zahtjevi nisu veliki jer je kod dobro dizajniranog ispravlja "a disipacija na njima relativno mala.


28

Slika 5.12. Dvostruki ispravlja" za vi'e napone (55V)

Postoje poja "ala kod kojih se za napajanje koriste dva razli "ita napona, jedan ni #i ali za ve %u struju i njime se napajaju izlazni tranzistori ili FET-ovi, i drugi koji je obi "no vi'eg napona za nekih 5 do 10V ali za mnogo manju struju jer se njime obi "no napajaju svi predstepeni u tom poja "alu, a svi oni zajedno rijetko kada %e tra#iti vi'e od 20-30mA ili mo#da do 50mA najvi 'e.

Ako na izlazu treba da se dobije stabilisan napon od 55V zna "i da ulazni napon na glavnim elektrolitima nikada nebi smio da pada ispod 60V jer je serijskim tranzistorima za dobru stabilizaciju potrebno (u bilo kom momentu) barem 3-5V razlike ulaznog i izlaznog napona. Ne zaboravimo da se to uglavnom odnosi na momente kada je potro 'nja najve%a pa %e napon na glavnim elektrolitima biti vi 'i kada poja "alo miruje tj. nema signala pa "vu "e" samo mirnu struju. Najmanji napon neoptere %enog sekundara koji zadovoljava je oko 2x46-48V AC jer %e na elektrolitima u mirovanju tada biti oko 1,4 puta ve %i istosmjerni napon tj. oko 64-67V. Ako su transformator i glavni elektroliti dobro dimenzionisani, ne %e na njima ni kod najve %ih struja napon padati ispod nekih 60V 'to zadovoljava raniji uslov. Disipacija na serijskim tranzistorima je najve %a kada je struja kroz njih najve %a i ako poja "alo "vu"e" recimo 5A pri razlici ulaznog i izlaznog napona od 5V (60V-55V=5V) disipacija #e biti oko 25W 'to %e izabrani serijski tranzistori lako podnijeti "ak i sa manjim hladnjacima.

Za dobijanje ovakva dva odvojena napajanja se koriste uglavnom tri prakti "na rje'enja. -

-

-

Ili se za taj vi 'i pomo%ni napon male struje nabavlja zaseban mali transformator i radi relativno klasi "an ispravlja "-stabilizator, ili se prilikom naru "ivanja ili pravljenja glavnog transformatora uradi i pomo %ni namotaj tankom #icom za ovaj vi 'i napon, ili se koristi sistem umno #avanja napona kojim se napon postoje %eg snaznog sekundara koji se ve % koristi za izlazne tranzistore, umno (ava (najcesce udvaja) i posle dodatno stabilise.

Ovo je sigurno ekonomski najisplatljivije rje 'enje mada je ipak za nijansu lo 'ije od prva dva. Jedno rje 'enje iz tre %e varijante dato na slici 5.13.



29

Slika 5.13. Dvostruki stabilizator razli "itih napona (i struja)

Od ovako dobijenog napona ne mo #emo o"ekivati mnogo struje a na sre %u za ovu namjenu nije ni potrebna. U ovom konkretnom slu "aju taj pomo %ni napon je trebalo da bude stabilisanih 48V pa su iza

ovih 60V slijedila dva mala stabilizatora da svaku granu "spuste" i stabili 'u na potreban napon. Jedno

od

rje'enja

Slika 5.14. Dvostruki stabilizator za pomo%no napajanje


je

dato

i

na

slici

5.14.


30

O"igledno, isti ovakav stabilizator se mo #e koristiti i kada se pomo %no napajanje dobija iz zasebnog transformatora ili zasebnog namotaja na glavnom transformatoru. Stabilizacija pomo %nog napajanja se mo #e izvesti i sa standardnim 1Amp fiksnim ili promenjljivim integrisanim stabilizatorima kao 'to su recimo oni iz 78**/79** serije ili LM317/LM337 tipa. Ta tema je detaljnije obra (ena u narednom poglavlju. U tom slu "aju %e zbog vi 'ih ulaznih i izlaznih napona nego 'to ta kola mogu da podnesu, biti neophodno da se njihovi izvodi koji normalno idu na masu, "podignu" od mase pomo %u neke Zener diode odgovaraju %eg napona. Tako (e moraamo pri tome paziti da na ulaz ne dovedemo prevelik napon jer recimo stabilizator 7824 za 24V mo #e na ulazu podneti najvi 'e 36V a nikada ne treba i %i preblizu tih granica. Ako u seriju sa GND izvodom od 7824 stavimo Zenericu od 24V, dobi %emo na izlazu stabilisanih +48V ali ulazni napon ne smije biti ve %i od oko 5557V jer %e tada na zenerici biti 24V a na ulazu stabilizatora (u odnosu na njegovu masu) oko 31-

33V. Neka od tih rje 'enja se nalaze u slijede %em poglavlju. Jedna od velikih "boljki" kod sna #nih audio stepena je i za 'tita zajedni "kih izlaznih tranzistora ili MOSFET-ova od pregorjevanja uslijed prevelike struje, a 'to mo#e nastati iz razli "itih razloga. Puno puta smo "uli da su izlazni elementi "najbr #i i najskuplji osigura "i" 'to %e re %i - kakav god osigura " da stavimo, u momentu kvara %e MNOGO prije njih ve% pregorjeti izlazni tranzistori ili FET-ovi. Dakle, dobra za'tita je podjednako va #na i kod dugotrajnog rada poja"ala 'tite%i ga u toku njegovog radnog vijeka ali je tako (e va#na i vrlo korisna za samograditelja u fazi testiranja novih tek zavr 'enih projekata jer je tada nemogu %e znati ho %e li kod prvog uklju "enja sve biti kako treba ili ne. Dakle, treba nam ne 'to 'to %e biti pouzdanije i, 'to je najva #nije, mnogo br #e od klasi "nih osigura "a da bi na tom mestu imalo neku svrhu i stvarno bilo sposobno da za 'titi sklopove koje napaja. Na slici 5.15 imamo dvostruki elektronski osigura " koji je mogu %e kontinualno podesiti da "isklju "uje" pri strujama od nekih 100mA pa do 4-6A.

Slika 5.15. Dvostruki elektronski osigura "

Za potrebe ugradnje u samo poja "alo treba koristiti trimere od 25k, a za potrebe eksperimenata je bolje PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

umjesto trimera predvidjeti na tom mkestu klasi "an potenciometar (i to tandem tj. stereo) da bi se "esto


pode'avanje moglo komfornije obavljati jednim "dugmetom".

31

i

jednostavnije

Kao i klasi "ni osigura " i ovaj ima samo dva kontakta, ali za razliku od klasi %nog, kod njega nije svejedno kako se okrene!!! Mora uvek biti vezan ba ' ovako kao na 'emi! Ako se u toku rada ovakav osigura " aktivira, treba na minut-dva isklju %iti poja "alo pa onda ponovo uklju"iti. Ako je sve OK sa poja "alom tj. ako se osigura" aktivirao zbog nekog pika signala a ne zbog poku'aja pregorjevanja neke komponente, poja"alo %e nastaviti sa normalnim radom jer se ovaj osigura" sam resetuje kada se isprazne glavni elektroliti u ispravlja "u. Komponente se gotovo ne griju u toku rada osim glavnih serijskih tranzistora TIP35C/36C, i otpornika od 0,3oma i 2k7, ali i to je vrlo umjereno. Ipak serijski tranzistori bi trebali da budu na omanjim hladnjacima ili pri "vr'%eni negde na limu kutije ali tada svakako paze %i da su od kutije dobro izolovani jer im se na kolektorima nalazi pun napon napajanja! Iza ovih osigura "a ne treba da se u izlaznim stepenima nalaze nikakvi kondenzatori jer mo #e izazvati nestabilnosti. U radu se elektronski osigura " pona'a vrlo sli "no klasi"nom tj. sve do granicne struje na koju je pode'en on %e bez ve %eg slabljenja (pad napona od ulaza do izlaza nije ve %i od 1,6V i dosta je stalan) propustati ulazni napon a pri prekora "enju %e vrlo naglo prekinuti provo (enje bas kao i kad pregori osigura", samo 'to %e to uraditi toliko brzo kako to samo poluprovodnici mogu a ne sporo kao klasi "an osigura". Ako se koristi kao za 'tita na stolu za testiranje novih samogradnji, zgodno mu je dodati mogu %nost ru"nog momentalnog resetovanja da ne bi svaki put kad "izbaci" morali sve da isklju "ujemo i "ekamo da se sam resetuje. Da bi to postigli treba ubaciti izmedju ta "aka A i B kao i A' i B' dodatak nacrtan u gornjem desnom uglu 'eme.

stabiliziranih izvora napona napajanja. Ulazni napon mo#e im se kretati u 'irokom rasponu, a dodavanjem vanjskih elemenata mo #e se dobiti izlazni napon tako (er u 'irokom rasponu. Kao primjer mo #e se navesti integrirani sklop poznat pod oznakom 723. Stabilizatori stalnoga izlaznog napona s tri izvoda (engl. fixed voltage three-terminal ) daju na izlazu stalan napon odre (ene vrijednosti. Proizvode se serije s razli "itim iznosima koji se naj "e'%e upotrebljavaju. Kod stabilizatora podesivoga izlaznog napona s tri i $ etiri izvoda (engl. adjustable voltage three and four terminal ) iznos izlaznoga napona odre (uje se vrijednostima otpora dijelila koje se dodaje izvana. Kod serijskih stabilizatora napona serijski element (tranzistor) djeluje kao promjenljivi otpor koji na sebe preuzima promjene ulaznog napona. Zavisno o razlici ulaznoga i izlaznog napona te struji optere%enja na serijskom tranzistoru mo #e do%i do znatnog utro 'ka snage (engl. power disipation ). Stoga je stupanj iskoristivosti (odnos snage predane tro'ilu i snage privedene iz izvora, engl. efficiency ) kod serijskih stabilizatora vrlo nizak, "esto ispod 20%. Primjenom impulsnih stabilizatora napona (engl. switching regulators ) mogu%e je smanjiti utro 'ak snage na serijskom tranzistoru te ga u "initi gotovo neovisnim o razlici ulaznoga i izlaznog napona i tako pove%ati stupanj iskoristivosti iznad 75%. Osnovne karakteristi "ne veli"ine integriranih izvedbi stabilizatora jesu: -

Postoji veliki broj razli "itih tipova integriranih stabilizatora. Mogu se svrstati u "etiri skupine: stabilizatori op %e namjene, stabilizatori stalnoga izlaznog napona s tri izvoda, stabilizatori podesivoga izlaznog napona s tri i "etiri izvoda i impulsni stabilizatori. Stabilizatori op #e namjene (engl. general purpose precision multi-terminal regulators ), mogu poslu #iti za gradnju velikog broja razli "itih izvedbi PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

-

podru" je vrijednosti ulaznih napona ( engl. input voltage range ), vrijednosti napona koje se mogu dobiti na izlazu (engl. output voltage range ), mogu%a odstupanja izlaznoga napona ( engl. Output voltage tolerance ), vrijednost struje kojom se mo #e opteretiti stabilizator, tj. izlazna struja ( engl. output current ), naponski faktor stabilizacije ( engl. line regulation ), opteretni faktor stabilizacije, ( engl. load regulation ), temperaturni koeficijent ( engl. temperature coefficient of output voltage ) i faktor potiskivanja brujanja ( engl. ripple rejection ).

Naponski faktor stabilizacije je promjena izlaznoga napona uz zadanu promjenu ulaznoga napona. Iskazuje se u milivoltima ili postotku promjene izlaznoga napona.


Opteretni faktor stabilizacije je promjena izlaznoga napona uz zadanu promjenu struje tro 'ila. Iskazuje se tako (er u milivoltima ili postotku promjene izlaznoga napona. Temperaturni koeficijent i faktor potiskivanja napona brujanja definiraju se na isti na "in kao kod serijskoga tranzistorskog stabilizatora.

32

Stabilizatori imaju ugra (enu za'titu od preoptere%enja a maksimalni dozvoljeni ulazni napon je 35V. Naravno da ulazni napon mora biti ve%i od izlaznog (stabiliziranog) napona i to u granicama od 1V do 5V (ovo su minimalne vrijednosti a ovise o stabilizatoru tj. njegovu izlaznom naponu. Umjesto slova xx pojednini proizvodi nose vrijednost napona na koji se stabilizira. Osnovni spoj je prikazan na slici 5.17.

Kao tipi"ni predstavnici stabilizatora stalnog napona s tri izvoda mogu se uzeti stabilizatori serije 78XX za pozitivne vrijednosti, odnosno 79XX za negativne vrijednosti. Veli"inu izlaznog napona ozna "avaju znamenke XX. Izlazi tih stabilizatora mogu se opteretiti strujom od 1A. Kod ve%ih optere%enja djeluje unutra 'nja za'tita.

Njihova osnovna primjena je u Istosmjernim napajanjima. Po 'to se izlazi mogu opteretiti maksimalnom strujom do 1A problemi se javljaju kod ja"ih tro'ila koji zahtjevaju stabilan radni napon. Na slijede %e dvije slike su prikazana dva spoja koja mogu izvu %i ve%u struju.

Slika 5.16. Integrirani stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda

Slika 5.18. Paralelni spoj stabilizatora za ve %e struje

Na slici 5.18 izlazna struja %e se mo %i pove%ati za onoliko puta koliko ima spojenih stabilizatora paralelno.

Slika 5.19. Spoj stabilizatora za ve %e struje

Na slici 5.19 izlazna struja je jednaka izrazu: !!"#

!

!!" !!!"#

!!"

!

!!

!

Slika 5.17. Osnovni spojevi stabilizatora serije 78xx i 79xx

gdje je: I reg struja na izlazu stabilizatora, PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja


33

hfe faktor strujnog poja "anja tranzistora T, Ube napon izme (u baze i emitera (0,7V) i Imax #eljena struja na izlazu.

gdje je: Ui stabilizirani napon stabilizatora

Dakle, vrijednost otpornika R odre (uje izlaznu struju. Me(utim u takvom spoju tranzistor T nije za 'ti%en u slu"aju kratko spajanja izlaza. Za takve situacije je predlo#en sljede %i spoj:

Slika 5.22. Regulator struje sa 78xx

Slijedi lista nekih stabilizator napon serije 78xx: 7805 7806 7808 7885 7809 7810 7812 7815 7818 7824

Slika 5.20. Stabilizator sa za'titom od kratkog spoja

Otpornik R1 se dobije prema izrazu: !!

!

!!"! !!

gdje je: U be2 napon izme (u baze i emitera T 2 a Ic maksimalna dopu 'tena kolektorska struja T 1.

Slijedi lista nekih stabilizator napon serije 79xx: 7905 7906 7908 7985 7909 7910 7912 7915 7918 7924

Slika 5.21. Stabilizatorski simetri"ni izvor za napajanje operacionih poja "ava"a

Po'to su stabilizatori serije 78xx stabiliziraju pozitivan, serije 79xx negativan napon kombinacijom tih dvaju mo #e se dobiti stabilizator simetri "nog napajanja koje koristimo za napajanje operacijskih poja "ala Osim za regulatore napona stabilizatore ovih serija mo#emo koristiti i kao regulatore struje. To je prikazano na slici 5.22. Struja izlaza formulom:

je

regulirana

na

iznos

5 6 8 8,5 9 10 12 15 18 24

-5 -6 -8 -8,5 -9 -10 -12 -15 -18 -24

Stabilizatori serija 78xx i 79xx nose i strujne oznake koje se stavljaju prije nazivnog izlaznog napona Oznake za izlaznu struju: -

L Bez oznake S

Postoje i stabilizatori podesivog napona. Klasi "an primjer je LM117. Njihov izlazni napon se pode 'ava pomo%u otpornog djelila prema slici 5.23. Izlazni napon je odre (en prema formuli:

odre (en !!

!

!! !

<0,1A <1A <5A

!!


!

! !" ! ! ! ! !

!! !!

!

Da bi bili postignuti 'to bolji rezultati potrebno je za R1 i R2 uzeti 'to je mogu %e ve%e vrijednosti.


34

Slika 5.24. Regulator napona sa kolom 78G Slika 5.23. Regulator podesivog napona sa kolom LM117

Izlazni napon dobije prema relaciji: Zadnji u ovom predstavljanju stabilizatorima su iz serije 78G i 79G. Oni imaju "etiri izvoda, tri nu #na (ulaz, zajedn "ki i izlaz) te dodatni upravlja "ki. Taj dodatni se spaja na naponsko dijelilo. Opet se 78G upotrebljava za pozitivne a 79G za negativne napone. Spajanje je prema slici 5.24.

!!

!

!! !

!!

!! !!

gdje je: Uk konstanta i iznosi 5V za seriju 78G te -2,23 za seriju 79G.

Slika 5.26. Punovalni ispravlja" sa integriranim stabilizatorom napona LM317

Izlazni napon integriranih stabilizatora podesivog napona s tri izvoda ovisi o vrijednostima izvana dodanih otpornika:


Uref je napon koji vlada izme (u izvoda integriranog sklopa na koje se spaja otpornik R1. Za sklop s oznakom LM317 U ref iznosi 1,25 V. I ADJ je struja koja iz integriranog sklopa te "e kroz otpor R 2. Tipi"na vrijednost za tu struju je 50 -A.


35

Izlazni napon je kod svih isti. Minimalni je 1.25V a maksimalni je 37V. Taj napon se dobija regulacijom trimer potenciometra P 1. Pad napona na stabilizatoru je oko 3V. To zna "i da napon od 10V mo#emo dobiti iz ispravlja "a sa transformatorom od 13V. Druga stvar koju smo zapazili je da se kod pune struje optere %enja ne mo #e dobiti ve%i napon nego 'to je napon transformatora umanjen za par volti. To govorimo zato, jer je napon na elektrolitu C1, za 1.41 (korjen iz 2) puta ve %i nego na transformatoru. Slika 5.25. Integrirani stabilizator podesivog napona s tri izvoda (LM317)

Dopu'teni ulazni napon sklopa LM317 je 35 V. radi smanjenja utjecaja prijelaznih pojava dodaju se paralelno ulazu i izlazu kondenzatori kapaciteta nekoliko stotina nanofarada.

Ovo je ispravlja " za raznovrsnu primjenu. Napon mu se pode'ava trimer potenciometrom sa malenom odvrtkom. Zasti %en je od kratkog spoja. Automatski se isklju "uje kod pregrijavanja. Sada pogledajmo kako je mogu %e napraviti ispravlja " sa IC kolom LM317. Posle popularnog stabilizatora 723 do 'la je serija fiksnih stabilizatora 78xx i 79xx, pa dolazi i promjenljivi stabilizator LM317 za pozitivnu i LM337 za negativnu granu ispravlja "a. Ima ih vi'e vrsta, a u zavisnosti od struje koju mogu da daju. Prije svega tu je "mali" LM317L za struju od 100 mA, u ku %i'tu TO-92. Za njim slijedi LM317H za 500 mA, a u ku %i'tu TO-39. Ova verzija je ve % postala rijetka. Najpopularnija verzija je LM317T za struju 1.5A, u ku%i'tu TO-220. Tako (e, imamo i LM317K, koji je u metalnom ku %i'tu, tipa TO-3, koji tako (e daje struju od 1.5A. Ustvari, LM317T je pobolj 'ana verzija LM317K (slika 5.27).

Slika 5.27. Tipovi i raspored izvoda LM 317


Za univerzalni ispravlja " najbolje je uzeti transformator sa dva sekundara. Recimo transformator od 2x12V ili 2x15V, struje od 1A. Tako kori'tenjem tog duplog transformatora rje 'avamo problem. Kada nam treba izlazni napon do 15-tak V idemo sa izmjeni "nim naponom 12V ili 15V, sa jednog sekundara. Za napone od 15 pa do 35 V idemo sa duplim naponom, odnosno sabiramo oba sekundara, sa 24V ili 30V. Zato treba predvidjeti poseban prekida ", koji se vidi na "emi kod sekundara trafoa. Transformator nije u spisku potebnih komponenti. Treba upotrebiti transformator prema svojim potrebama i mogu %nostima, ili ovaj stabilizator ugradite u svoj postoje %i ispravlja " ili neki ure (aj. Radi indikacije rada, predvi (ena je LED dioda D 5, koja se preko otpornika R 1, spaja u elektri "no kolo. Na taj na "in smo sigurni da li je ispravlja " uklju"en iii nije. Kolo LM317T se kod punog optere %enja dosta grije. Taj vi'ak temperature mora se absorbovati dobrim hladnjakom. To nije neki mali hladnjak. To je sigurno desetak centimetara najmanje. Stabilizatorsko kolo se montira direktno na hladnjak, naravno uz malo silikonske paste da bi se ostvario bolji termi "ki spoj hladnjaka sa IC kolom.

Sadr%aj kompleta dijelova: D1, D2, D3, D4, diode 1N4007 - 4 D5, Led dioda - 1 IC, stablizator LM317T - 1 P, Trimer potenciometar, veliki, 10 K ) - 1 Ru"ica trimer potenciometra - 1 C1,C4, Vi'eslojni kondenzator, 100nF (obilje #en sa 104) - 2 C2, Elektrolitski kondenzator, 1000 -F, 35 V - 1 C3, Elektrolitski kondenzator, 10 -F, 35 V - 1 C5, Elektrolitski kondenzator, 471lF, 35V - 1 R1, Otpornik, ugljeni, 1/4W, 1.2k ) (braon-crvenacrvena-zlatna) - 1 R2, Otpornik, ugljeni, 1/4W, 270 )(crvena-ljubi "astabraon-zlatna).


36

Slika 5.28. Elektronska 'ema ispravlja"a sa LM 317


STABILISANI ISPRAVLJA $I

37

U ovom dijelu su opisana razna elektri "na kola koja ispravlja "e "ine korisnijim i 'tite, kako ispravlja " tako i ure(aj koji se iz ispravlja "a napaja, od preoptere%enja, o'te%enja i sl. Neka od njih mogu da se dodaju ispravlja "ima predvi(enim za ugra (ivanje u elektronske ure (aje ali je ve %ina njih predvi (ena za dodavanje ispravlja "ima laboratorijskog tipa koji se koristi pri izradi, testiranju i servisiranju razli "itih ure(aja.

Ako se na 'emi sa slike 6.1 koristi kondenzator kapacitivnosti nekoliko stotina mkrofarada, izlazni napon U iz je stabilniji od ulaznog napona U 1 ali to kolo nije stabilizator u pravom smislu te rije "i. Bolje ga je zvati umanjiva " napona.

Njega mo#emo koristiti u slu "ajevima kada neki potro'a" treba da priklju "iti na izvor koji daje napon koji je znatno ve %i od potrebnog. Recimo, kolo sa slike 2.1 mo #etmo koristiti kada na izvor istosmjernog napona od 12V (automobilski akumulator) #elimo priklju "iti radio-prijemnik, kasetofon, ili neki drugi ure (aj koji se napaja iz baterije od, 7,5 V. Akumulator se, vode %i ra"una o polaritetu, priklju "i na voltmetar a zatim se kliza " potenciometra pomjera nagore dok se izlazni napon ne podesi na 7,5 V. Potenciometar je linearan, otpornosti 5k .. Pri ve%im strujama potro 'a"a, koristi se potenciometar manje otpornosti (recimo 1k .) a ako su veliki i struja potro 'a"a i ulazni napon, potenciometar treba da je #i"ani

Vrlo jednostavni ispravlja "i bez stabilizatora, koji se naj"e'%e prave po 'emi na slici 4.1-c ili 4.1-d, obi"no nemaju ni jedna od elemenata iz naslova ovog poglavlja. Oni mogu da budu stalno priklju "eni na mre#ni napon, a prekidanje napajanja se vr 'i na ure(aju koji se nalazi iz ispravlja "a. Ali ako pravimo neki slo #eniji ispravlja " laboratorijskog tipa, oni su obavezni. Slika 6.1. Umanjiva" napona

Slika 6.2. Povezivanje prekida"a, osigura"a i LED diode

Povezivanje prekida "a, osigura "a i indikatorske diode mo #e da se ostvari prema 'emi na slici 6.2. Na slici je prikazan jednostavan jednostrani ispravlja " ali se komponente o kojima je rije " na isti na"in vezuju i kod ostalih ispravlja "a. Osigura " treba da je za napon od 220 V, a struja pregorjevanja/treba da mu je:

gdje je: Us - sekundarni napon u V, a Ismax - maksimalna struja u A koju sekundar mo#e da izdr #i. Npr. ako je I smax=1A, Us=20V, tada je struja pri kojoj osigura" pregorjeva: I=1,1·20·1/220=0,1A. Prekida" mo#e da bude dvostruki, kao na slici, ili jednostruki pri "emu se donji kraj primarnog



38

namotaja vezuje direktno najedan kraj kabla kojim se ispravlja " priklju"uje na mre #ni napon. U oba slu"aja, prekida " je za 220 V sa strujom koja je ve %a od struje I s. Svijetle%a dioda (LED), koja slu #i kao opti "ki indikator uklju "enosti ispravlja "a, se, obavezno sa za'titnim otpornikom R, priklju "uje paralelno filterskom kondenzatoru. Struja pri kojoj dioda normalno svijetli izme (u 5mA i 10mA, 'to zavisi od otpornosti otpornika R. Veli "ina otpornosti R je u granicama od 100 . do 10k., optimalna vrijednost se lako nalazi eksperimentom. Za po "etak, ve #emo otpornik od jednog kilooma pa ako dioda svijetli suvi'e jako stavimo otpornik ve %e otpornosti, a ako je svijetlost slaba-otpornik manje otpornosti.

Dok je struja manja od vrijednosti I=0,7/R sc, tranzistor T 1 je zako "en pa oscilira ne radi jer je odvojen od pozitivnog kraja ispravlja "a. Kada struja poraste na vrijednostpri kojoj je napon na R sc jednak 0,7V, T1 se otvara, oscilator dobija napajanje i pojavljuje se zvuk. Otpornost otpornika R sc se ra"una po obrascu:

Kada se ispravlja " koristi pri popravci nekog ure (aja ili pri ekspermentisanju, mo #e da se desi da taj ure(aj uslijed prevelike sturje koju, zato 'to je neispravan, vu "e iz ispravlja "a bude jo ' vi'e o'te%en. U takvim i sli "nim slu "ajevima, kolo koje paljenjem LED diode upozorava da je struja ve %a od neke unapred zadate vrijednosti mo #e da bude vrlo korisno. Na slici 6.3. takvo jedno kolo sa "injavaju R 1, R2 i Rsc. Ono radi na isti na "in kao i kolo za ograni "avanje struje. Otpornost otpornika R sc se ra "una po obrascu:

u kome je I-struja ispravlja "a pri kojoj LED dioda treba da zasvjetli.

U nekim situacijama paljenje diode iz indikatora opisanog u pro 'lom poglavlju mo #e da ostane neprimje %eno. Za takve slu "ajeve mo #emo u ispravlja " ugraditi ure (aj koji, %e ako struja poraste iznad neke zadate vrijednosti, glasno da “zasvira” i upozori nas da ne 'to nije kako valja. Kompletna elektri "na 'ema takvog jednog ure (aja data je na slici 6.3. T2 i T3, zajedno sa otpornikom 47k, kondenzatorom 50n i zvu "nikom sa "injavaju relaksacioni oscilator koji proizvodi zvuk u "estanosti:


Slika 6.3. Zvu"ni indikator preoptere %enja ispravlja"a

Vrlo je korisno ako instrument na izlazu ispravlja "a mo#ete da koristite i za pokazivanje izlazne struje. Vezivanje se ostvaruje prema slici tako da je R sc otpornik koji je uba "en izme (u pozitivnog izlaznog kraja ispravlja "a i buksne na prednjoj plo "i kutije u kojoj je ispravlja ". Njegova otpornost zavisi od otpornosti instrumenata i treba da je 'to manja, recimo nekoliko .. Kao preklopnik za izbor vrste mjerenja (napona ili struje) mo #e da poslu #i i „klipklap” prekida ", koji ima "etiri priklju "ka. Pode'avanje instrumenta za mjerenje izlaznog napona se vr 'i pomo%u trimera TP 2, na na"in opisan u prethodnom odjeljku. Na sli"an na"in, pomo %u TP 1, se vr'i i pode'avanje za mjerenje izlazne struje. Preklopnik se stavi u gornji polo #aj, TP 1 na maksimum a na izlaz se priklju"e opteretni otpornik R p i ampermetar A 1. Ako


je maksimalna struja ispravlja "a recimo 1,2 A, prvo, mjenjaju %i izlazni napon, podesite da A 1 pokazuje 1,2A a zatim, pomo %u TP2, podesite maksimalno skretanje na instrumentu A. Ako je otpornost otpornika R=5 ., tada %e potrebni izlazni napon biti U iz=5·1,2=6V, ali to nam nije va #no jer %emo izlazni napon pove %avati dok A 1 ne poka#e struju od 1,2 A. Skalu %emo ba#dariti na ve % opisani na"in.

Ve%ina elektrolitskih kondenzatora ima dovoljno malu unutra 'nju otpornost tako da kada im se kratko spojevi krajevi strujni impuls mo #e da ima amplitudu od "ak 20A. Taj impuls, mada vrlo kratkotrajan, mo#e da bude poguban za integrisano kolo koje mo#e biti uni 'teno. Kada se ispravlja " priklju "uje na potro 'a" koji na svom ulazu ima i elektrolitski kondenzator (C p na slici 6.4-a), ovaj kondenzator se napuni pri

39

uklju"enju ispravlja "a. Kada se ispravlja " isklju "i, napon na njegovom ulazu U 1 se smanji na nulu i kondenzator C p se, ako nema diode D 1, isprazni kroz integrisano kolo i uni 'ti ga. Ali, kad postoji diosda D1, pra#njenje se obavlja kroz nju i kolo ostaje "itavo. Ako u stabilizatoru postoji i kondenzator C 3, koji pobolj'ava perfomanse stabilizatora, dodaje se i dio da D2, iz istih razloga kao i D 1. Ako je potrebno da se, pri isklju "ivanju ispravlja "a, izlazni napon U st brzo smanji na nulu, kolu treba, prema slici 6.4-b, dodati i otpotrnik R. To va #i za sve opisane stabilizatore. Za br #e opadanje izlaznog napona treba koristiti otpornike manje otpornosti. Korisno je ako se na izlaz stabilizatora, prema slici 6.4-b, ve#e i kerami "ki kondenzator kapacitivnosti 100nF, koji predstavlja kratak spoj za VF smetnje koje iz mre #e, preko ispravlja "a, mogu da prodru na ure(aj koji se napaja iz ispravlja "a. Taj kondenzator mo#e i da za 'titi integrisano kolo od o 'te%enja koje mo#e da se javi ako kolo ima tendenciju da proosciluje.

Slika 6.4. a) Za'tita kola 317 od kapacitivnog optere %enja, b) korisno, ali nije obavezno

U poglavlju 6.2 bilo je rije "i o topljivom osigura "u koji, kada struja ispravlja "a postane ve %a od neke zadate vrijednosti, pregorjeva, prekida kolo, i ti me spre"ava o'te%enje ispravlja "a ili ure (aja koji se iz tog ispravlja "a napaja. Poslije toga, pregorjeli osigura" treba zamjeniti novim, a to ima svoju cijenu i 'to se ti "e kupovine i 'to se ti "e vremena. Mnogo bolje rje 'enje je elektronski osigura " koji se, kada “pregori”, “mijenja” jednostavnim pritiskom na taster prekida ". Elektri "na 'ema takvog osigura "a prikazana je na slici 6.5.


Ta"ke +a i -a se priklju "uju na izlaz ispravlja "a, a potro'a" Rp na izlazu. LED dioda (npr. crvene boje) nije indikatorska dioda, ve % jedna od komponenata kola koja se montira direktno na 'tampanu plo "icu. Ona sa otpornikom R 1 obrazuje stabilizator istosmjernog napona koji se vodi na bazu T 1. Tranzistor T 2 je, zapravo, jedno jednostavno integrisano kolo koje se sastoji od dva tranzistora u Darlingtonovom spoju i dva otpornika i jedne diode, koji nisu nacrtani. Tiristor Th je blokiran, pa je napon na bazi T 2 (ta"ka 3) znatno ve %i napon na emitoru (ta"ka 1) i T 2 je u zasi %enju. To zna "i da je otpornost izme(u njegovog kolektora i emitera (izme (u ta "aka 2 i 1) vrlo mala, oko 1 .. Od ta"ke +a , preko potro 'a"a, tranzistora T 2 i otpornika R sc, do ta "ke –a , te"e struja potro 'a"a. Ali ako ta struja, iz bilo kog razloga, poraste na


vrijednost pri kojoj je pad napona na otporniku R sc jednak 0,6V, tiristor postaje provodan, otpornost, a time i napon, izme (u ta "ke 3 i ta "ke 1 se smanjuje i tranzistor T 2 se zako "i, a osigura " je pregorio. Kada se uzrok porasta struje otkloni, a on je, vjerovatno, u potro 'a"u, pritisne tasterski prekida " S, tiristor se zako "i, T2 ponovo postaje provodan i osigura" je spreman za rad.

40

Otpornost i snaga otpornika R sc se ra"una po obrascima:

Gdje je: I - struja pri kojoj osigura " pregorijeva. Npr. ako je I=1A, tada je R sc=0,6 ., a P=1W (prva vrijednost ve %a od 0,6 W). Opti"ka indikacija “pregorjevanja” osigura "a mo#e da se ostvari tako 'to se izme (u ta"aka + i – ve#u otpornik i druga LED dioda (npr. zelena). Ona svijetli dok je sve u redu, a isklju "uje se kada osigura " “pregori”.

Slika 6.5. Elektronski osigura "



41

Slika 7.1. Kompletna 'ema ispravlja"a sa IC 723

Ovaj ispravlja " je visokokvalitetni istosmjerni izvor napajanja sa kontinualno promjenljivim i stabiliziranim izlazom koji se mo #e mijenjati u opsegu 0 – 30 V. Izvor tako (er ima mogu %nost strujne kontrolom od nekoliko mA (2mA) do maksimalno 3 A, koliko izvor mo #e dati. Pored toga izvor omogu %ava strujnu za 'titu od kratkog spoja na izlazu. Slika 7.4. Sni#enje izlaznog napona ispod 7V

Slika 7.2. Izgled ispravlja"a sa hladnjacima

Slika 7.5. Spajanje jednog instrumenta sa prekida "em A-V

Tehni"ke karakteristike ispravlja "a su:

Slika 7.3. Spajanje tranzistora 2N3055 na hladnjak PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

ulazni izmjeni "ni napon 24 V, ulazna struja 3 A (max) izlazni istosmjerni napon 0 – 30 V s pode'avanjem,


-

42

izlazna struja 2 mA – 3 A s pode 'avanjem, varijacija izlaznog napona 0.01 % max.

Prednosti ovog predstavljenim su:

ispravlja "a

nad

prethodno

-

male dimenzije, jednostavna konstrukcija i rukovanje, jednostavno pode 'avanje naponskog izlaza, vizuelna indikacija prekora "enja struje, kompletna za 'tita ispravlja "a od prenapona i kratkih spojeva.

Na slici 7.6 je predstavljena elektri "na 'ema 'kolskog ispravlja "a.

Slika 7.6. Elektri"na 'ema 'kolskog ispravlja"a 0-30V

Ulaz ispravlja "a je vezan u ta "kama 1 – 2 na sekundar transformatora 24V/3A. Kvalitet izalnog napona i struje ispravlja "a zavisi od kvaliteta upotrebljenog transformatora. Napon iz transformatroa se dovodi na dioni most sastavljen od 4 diode D1-D4. Dobiveni ispravljeni napon se filftrira filtrom formiranim od kondenzatora C1 i otpornika R1. Za kontrolu naponskog nivoa se koriste se operacioni poja "ava"i TL081, koji obezbje (uju referentni napon potreban za stabilan rad ispravlja "a. Referentni naponski nivo je generiran na izlazu operacionog poja "ava"a U1. Strujna stabilizacija se obezbje (uje diodom D8, koja je Zener diode 5,6 V i omogu %ava temperaturnu stabilizaciju. Napon na izlazu U1 se postepeneo pove%ava dok se diode D8 ne uklju "i. Kad se to dogodi struja se stabilizira i referentni Zenerov napon pojavljuje na otporniku R5. Struja kroz neinvertiraju %i izlaz operacionog poja "ava"a prolazi kroz R5 i R6 i ako su oni iste vrijednosti na njima %e biti isti naponski nivoi. Naponski nivo, koji se pojavljuje na izlazu operacionog poja "ava"a (pin 6 od U1) je 11,2V, 'to PRAKTI$NA NASTAVA: Modul I – St abilisani izvori napajanja

je ta"no dvostruki Zenerov referentni napon. Poja"ava" U2 ima pribli #no konstantan faktor poja"anja prema formuli: A=(R11+R12)/R11. Na izlazu U2 referentni nivo od 11,2 V je pribli #no pove%ana na 33V. Trimer RV1 i otpornik R10 se koriste za kontrolu naponskog izlaza tako da se on mo#e reducirati na 0V, ako je potrebno i ako dozvoljava tolerancija ostalih uporebljenih komponenti. Druga prednost ovog izvora je strujna za 'tita koja funkcionira na slijede %i na"in. Otpornik R7, koji je serijski vezan na izlazu, detektuje naponske promjene. Inetegralno kolo odgovorno za ovu funkciju je U3. Invertiraju %i ulaz U3 reagira na napon 0V preko otpornika R21. U isto vrijeme invertiraju %i ulaz ovog integralnog kola mo #e se na 'timati na bilo koji naponski nivo potenciometrom P2. P2 je setovan tako da se izlaz iz integralnog kola odr #ava na 1 V. Zato 'to se izlaz odr #ava konstantnim i izlazni napon se ne mijenja te je struje konstantna. Ako je pak naponski pad na R7 ve %i od 1V, U3 se aktivira i stabilizira struju. Slijedi nekoliko korisnih savjeta i zapa #anja u vezi sa konstruisanjem samog ispravlja "a. Prije svega treba napraviti plo "icu. Izbor odgovaraju %e metode u izradi plo "ice je veoma va#an jer mo #e reducirati mogu %e gre'ke u radu


43

ure(aja. Preporu "ljivo je koristiti foto postupak za izradu 'tampane plo "ice prema slici 7.7. Potrebno je

za'tititi plo "icu od oksidacije.

Slika 7.7. Izgled 'tampane plo "e ispravlja"a (12,5x8,7 cm)

Slika 7.8. Izgled plo "ice i raspored komponenti

Lemljenje komponenti na plo "icu je te #ak zadataki ali ako se po 'tuje nekoliko jednostavnih pravila ne bi trebalo biti problema:

-

lemilica ne bi trebala biti snage ve %e od 25W,


-

-

sve povr 'ine za lemljenje i vrh lemilice trebe dr#ati "istim. Za to se mogu nabaviti posebne spu#ve kojima se s vremena lemovi i vrh mogu "istiti, ne koristite 'mirgl papir za "i'% enje,


-

-

-

ako je vrh lemilice veoma zaprljan zamijenimo ga, koristimo provjeren i siguran lem, jer na tr #i'tu se mo#e na%i lem veoma dobrog kvaliteta koji omogu%ava jednostavno lemljenje pri radu, ne koristiti i pastu za lemljenje ako je ve % uklju"ena u lem jer previ 'e paste mo #e dovesti do problema u funkcioniranju ure (aja, ako mislite da vam treba dodatna pasta onda po zavr'etku rada plo "icu pa#ljivo i temeljito o"istiti.

44

Kad zavr'imo sa lemljenjem vanjskih komponenti treba vrlo pa #ljivo provjeriti veze i o "istiti plo "icu od zaostalog lema. Mo #e se desiti da postoje mostovi izme(u bakarnih veza koji %e prouzrokovati kratke spojeve. Da bi se olak 'alo lemljenje nekih poluprovodni "kih komponenti dat je raspored njihovih elektroda na slici 7.10.

Da bi lemljenje komponenti bilo olak 'ano dat je raspored komponenta kao na slici 7.8. Osim lemljenja komponenti na plo "ici potrebno je dodati i nekoliko vanjskih elemenata. Za njih su predvi(ena i ozna "ena odogovaraju %a mjesta na plo"ici. Na odgovaraju %e broj"ane pozicije – pinove treba priklju "iti slijede %e komponente: - 1 i 2 izmjeni "ni ulaz sa sekundara transformatora, - 3 (+) i 4 (-) istosmjerni izlaz, - 5, 10 i 12 potenciometar P1 za regulaciju napona, - 6, 11 i 13 potenciometar P2 za regulaciju struje, - 7 (E), 8 (B) i 9 (C) sna #nog tranzistora Q4, - LED diodu D12 treba smjestiti na prednju plo "u panela tako da bude vidljiva i pinovi za nju nisu ozna"eni. Na slici 7.9 je prikazan raspored pinova za priklju "enje.

Slika 7.10. Raspored elektroda IC i tranzistora

Kad je sve provjereno mo #e se uklju "iti transformator na ulazu, a zatim istosmjerni voltmetar na izlazu. Ne smije se dodirivati bilo koji dio ure (aja jer je pod naponom.

Slika 7.9. Priklju"enje vanjskih komponenti


Voltmetar treba da mjeri napon izme (u 0-30 V, promjenom otpora potenciometra P1, odnosno svakak promejna polo #aja osovine potenciometra treba izazavati odgovaraju %u naponsku promjenu. Kad smo sigurni da je tu svu u redu uklju "imo


45

potenciometar P2 i LED diode %e zasvijetliti 'to je znak da funkcionira i strujna za 'tita. Ako #elimo da izlaz ta "no pokazuje opseg izme (u 0 i 30 V onda stavimo P1 na minimum, a pomo %u trimera RV1 na izlaznom voltmetru postavimo 0 V. Ako za na 'e potrebe nije dovoljno dobar analogni voltmetar mo #emo koristiti digitalni koji omogu %ava preciznija mjerenja. Ako ure(aj ne funkcionira provjerimo slijede %e: -

-

-

-

-

-

da nisu ostali mostovo od lema izme (u bakarnih veza. provjerimo ponovo kako ste spojili vanjske elemente, da slu"ajno komponenta nije zalamljena na pogre'no mjesto ili nediostaje koja veza, da neka komponenta nije pogre 'no polarisana, da izmjeni "ni naponski izvor ima odgovaraju %i napon, da neka komponenta nije pregorjela ili je uni'tena na neki drugi na "in.

Lista komponenti upotrebljenih u ure (aju je:

R1 = 2,2 . 1W R2 = 82 . 1/4W R3 = 220 . 1/4W R4 = 4,7 K. 1/4W R5, R6, R13, R20, R21 = 10 K . 1/4W R7 = 0,47 . 5W R8, R11 = 27 K . 1/4W R9, R19 = 2,2 K . 1/4W

R10 = 270 K . 1/4W R12, R18 = 56K . 1/4W R14 = 1,5 K . 1/4W R15, R16 = 1 K. 1/4W R17 = 33 . 1/4W R22 = 3,9 K . 1/4W RV1 = 100K trimer P1, P2 = 10K . linearni ponteciometar C1 = 3300 uF/50V electrolitski C2, C3 = 47uF/50V electrolitski C4 = 100nF poliester C5 = 200nF poliester C6 = 100pF kerami"ki C7 = 10uF/50V electrolitski C8 = 330pF kerami"ki C9 = 100pF kerami"ki D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diode 2A - RAX GI837U D5, D6 = 1N4148 D7, D8 = 5,6V Zener D9, D10 = 1N4148 D11 = 1N4001 dioda 1A D12 = LED dioda Q1 = BC548, NPN tranzistor ili BC547 Q2 = 2N2219 NPN tranzistor Q3 = BC557, PNP tranzistor ili BC327 Q4 = 2N3055 NPN sna #ni tranzistor U1, U2, U3 = TL081, operacioni poja "ava" Na slici 7.11 je prikazan kompletan ispravlja " prije stavljanja u ku %i'te.

Slika 7.11. Ispravlja" prije stavljanja u ku%i'te


Modul I - Ispravljaci

Recommend Documents