Transcript Výpočet základních analogových obvodů a návrh
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Parametrický stabilizátor napětí s tranzistorem
U CE U 1 I 1 R I 3 I C U R I ZD T D I E = I 2 I B U BE U ZD U 2 Funkce stabilizátoru je založena na konstantní velikosti napětí U ZD . Pokles výstupního napětí způsobí zvětšení U BE a tím větší otevření tranzistoru. Obdobně zvětšení výstupního napětí způsobí zmenšení U BE tranzistoru. Parametrický stabilizátor je zatěžován (minimálně) proudem do báze tranzistoru. a tím přivření
U
2
U ZD
U ZD U
2
U BE
U BE U
1
U
2
U CE I B
I C h
21
E I
3
I B
I ZD R
U
1
U ZD I
3
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Zpětnovazební stabilizátor napětí s tranzistorem
U EC1 I C1 U 1 U EB1 T 1 U R1 D 1 T 2 R 1 I ZD I D U BE2 R 2 U 2 Funkce stabilizátoru je založena na konstantní velikosti napětí U ZD . Vzroste li např. výstupní napětí U 2 , potom při U ZD = konst. vzroste i napětí na R 1 , a to rychleji než na děliči tvořeném R 2 . Tranzistor T 2 omezí velikost I B1 . Přivřením T 1 C E a klesá tak výstupní napětí. se tak přivře a vzrůstá hodnota odporu Návrh T 1 :
U EC
1
U
1
U
2
P C
1
U EC
1 .
I C
1
U EC
1 .
I
2 Proud Zenerovou diodou volíme tak, aby její p.b. ležel za kolenem její závěrné charakteristiky, např. o velikosti I výstupní: ZD = 10 mA. Zenerovo napětí musí být menší než napětí Návrh T 2 :
U CE
2
U
1
U BE
1
P C
2
U CE
2 .
I C
2
I B
2
h I C
2
ZD
I B
1 Výstupním děličem, tvořeným rezistorem R 2 , volíme proud mnohokrát vyšší než je I B2 :
I D
I B
2
U ZD
U
2
I B
1
R
1
I C
1
h U
2
I ZD
U I B ZD
1
R
2
U
2
I D
Pomocí P 2 můžeme přesně nastavit požadovanou hodnotu výstupního napětí U 2 tak, aby potenciál běžce P 2 byl právě o U BE2 větší než napětí U R1 .
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Zpětnovazební stabilizátor napětí s operačním zesilovačem
I C I E U 1 R 1 D 1 I ZD R 2 U ZD T 1 R 4 R 3 U 3 U BE I B R 5 I D U 2 Funkce stabilizátoru je založena na konstantní velikosti napětí U napětí U ZD ZD . Operační zesilovač reaguje na změnu napětí na invertujícím vstupu, které je přiváděno z trimru R . 5 , zatímco na neinvertujícím vstupu je udržováno konst. Návrh T 1 :
U
1
U
2
U CE R
1
U
1
U ZD I ZD U CE P C
U CE
.
I C I B
3
V
I C h
21
E
Výstupní napětí operačního zesilovače musí s ohledem na úbytek napětí na ochranném rezistoru R 3 být rovno:
U
3
U
2
U BE
U R
3
U R
3 volíme
R
3
U R
3
I B
Zbývající hodnoty rezistorů:
R
5
U
2
I D
I D volíme: I D I 2 Zenerovu diodu volíme s napětím odpovídajícím U 2 proudem I ZD v oblasti nad kolenem závěrné charakteristiky.
Pokud používáme nesymetrické napájení OZ volíme Zenerovu diodu obvykle s napětím poloviční hodnoty napětí napájecího, aby vstupy OZ pracovaly přibližně ve středu nesymetrického napájecího napětí. Stejnou hodnotu napětí musíme přivádět i na druhý vstup OZ z výstupního děliče, tvořeného trimrem R 5 .
Rezistory R 2 a R 4 jsou ochranné, volí se shodné a tak velké ohmické hodnoty, aby hodnota odporu Zenerovy diody i hodnota R 5 a byly proti nim zanedbatelně malé.
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Zvýšení proudového odběru s integrovaným stabilizátorem 78XX
Zvýšení proudového odběru s 7805 na hodnotu 5A Integrované stabilizátory 78XX jsou konstruovány pro trvalý odběr 1A. Proto je nutno do zapojení zakomponovat prvek, který převezme zbývající proud.
Na rezistoru R 1 protékajícího proudu do stabilizátoru 7805. Tento úbytek napětí U vzniká úbytek napětí vlivem R1 spolehlivě otevírá tranzistor T 1 . Ten pak převezme zbývající proud a vede jej až na výstupní stranu.
Rezistor R 1 volíme v hodnotách od 0,7R do 1R.
Zvýšení proudového odběru s 7805 na hodnotu 5A s proudovou ochranou proti zničení tranzistoru při zkratu na výstupu. Tranzistor T 1 omezuje velikost proudu tranzistorem T 2 ,a tím ho chrání proti proudovému nebo výkonovému přetížení.
Varianta pro záporné napětí -15V s 7915
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Filtry pro odrušování zařízení malých výkonů
Na obrázku níže jsou naznačeny některé rušící zdroje – spínací tranzistor a dioda.
Schématické znázornění cest rušivých proudů u spínacích zdrojů.
Vybraná schémata pro odrušení zařízení malých výkonů: a) základní zapojení; b) rozšířené zapojení; c) základní schéma odrušení výstupu spínaného napájecího zdroje Síťový odrušovací filtr vestavěný v přístrojové zásuvce a jeho vnitřní zapojení Doporučené hodnoty velikosti kondenzátorů použitých jako samotný odrušovací prvek – např. u napájecích přívodů integrovaných obvodů
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Aktivní filtry
Využívají aktivního prvku, dnes již výhradně OZ. Výhoda spočívá v tom, že se jejich konstrukce obejde bez cívek a že zesilovač kompenzuje útlum, který vzniká na pasivních součástkách (R,C). Další výhodou je impedanční oddělení vstupu a výstupu a také příznivý poměr vstupní a výstupní impedance filtru.
Návrh filtru DP 1. řádu: Pro dolní mezní kmitočet platí vztah:
f D
1 2
RC
a následně volíme hodnoty R a C tak, abychom dosáhli požadovaného mezního kmitočtu.
Napěťové zesílení pro jakýkoli kmitočet f zjistíme dle vztahu: Doplní propust 1. řádu Základní vztahy:
U x
U
1 1 1
j
RC U
2
U x
1
R R
1 2
A
1
f
1 /
f d
2
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení
Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat
Aktivní filtry
Návrh filtru DP 2. řádu: Pro dolní mezní kmitočet platí vztah:
f D
1 2
RC
Kde R = R 1 = R 2 a C = C 1 = C 2 (Z 1 ) (Z 2 ) Doplní propust 2. řádu Základní vztahy:
A
U
2
U x
1
R
4
R
3
U x
U y U y
U
2
Z Z
3 2
Z
4
Z
1
Z
Z
4
Z
1 2
Z
2
Z
4
Z
4
U
1
Z
1
Z
3
Z
Z
2
Z
3 2
Z
4
Z
4
2008 Katedra elektroniky Konstrukce elektronických zařízení