Číslo projektu Číslo materiálu CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_03_Filtrace a stabilizace Název školy Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Autor Ing. Miroslav Krýdl Tematická oblast ELEKTRONIKA Ročník druhý Datum tvorby 15.6.2012 Anotace Tematický celek je zaměřen na problematiku základů elektroniky. Prezentace je určena žákům 2.ročníku, slouží jako doplněk učiva. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora
FILTRACE NAPĚTÍ
Usměrněné napětí může vykazovat i při použití kondenzátoru, který je připojen paralelně k zátěži, větší hodnotu zvlnění, než je požadována v napájených elektronických obvodech. Měřítkem pro posouzení zvlnění je tzv. činitel zvlnění ZV ( fí ) definovaný vztahem ZV U U ZV SS 100 %; V; V Obr. 1 Činitel zvlnění ZV udává kolik procent ze získaného stejnosměrného napětí činí amplituda zbytkového střídavého napětí. Je-li činitel zvlnění příliš velký, zařazuje se mezi usměrňovač a napájené obvody vyhlazovací filtr. Vlastnosti tohoto filtru, tj. vyhlazovací schopnost, vyjadřuje činitel vyhlazení V U U ZV1 ZV2 Obr. 2 U ZV1 amplituda střídavé složky napětí před filtrem U ZV2 amplituda střídavé složky napětí za filtrem
DRUHY VYHLAZOVACÍCH FILTRŮ Filtry můžeme rozlišit dle použitých součástek na : - pasivní - aktivní
PASIVNÍ VYHLAZOVACÍ FILTRY - RC filtr - RC filtr je nejjednodušší filtr, používaný v jednoduchých zapojeních. - LC filtr - LC filtr je složený z indukčností L a kondenzátoru, je složitější o nutnost navíjet cívku, ale je podstatně účinnější než RC filtr. Cívka na rozdíl od rezistoru, uplatní svůj střídavý odpor o velikosti X L = 2 f L. Pro stejnosměrný proud ( f = 0 Hz ) má teoretická cívka nulový odpor, kdežto pro střídavý proud ( f = 100 Hz při dvoucestném usměrnění) se odpor cívky výrazně projeví. Obr. 3 Obr. 4
AKTIVNÍ VYHLAZOVACÍ FILTRY Filtr se skládá z pasivního členu RC a výkonového tranzistoru s velkým proudovým zesilovacím činitelem. Pasivní člen RC udržuje konstantní napětí na bázi tranzistoru. To je umožněno tím, že báze B odebírá zanedbatelný proud. Činnost aktivního filtru Zvlněním filtrovaného napětí U ZV se mění napětí mezi bází a emitorem tranzistoru a tím se ovládá jeho vnitřní odpor. Kolísáním vnitřního odporu tranzistoru v rytmu zvlnění se mění úbytek napětí na vnitřním odporu tranzistoru U CE tak, že na výstupu filtru je zvlnění podstatně menší než na jeho vstupu. Obr. 5
Stabilizátory napětí
Stabilizátory napětí Stabilizátory napětí udržují stálé napětí na zátěži při kolísajícím napětí zdroje nebo při změnách zatěžovacího proudu. DRUHY STABILIZÁTORŮ Stabilizátory můžeme rozdělit dle provedení a činnosti na: - parametrické, - zpětnovazební.
Vlastnosti stabilizátoru Vlastnosti stabilizátoru charakterizuje tzv. činitel stabilizace K, který vyjadřuje, kolikrát zmenší stabilizátor poměrné kolísání napětí na svém výstupu při konstantní zátěži ve srovnání s poměrným kolísáním vstupního napětí. K ΔU U1 ΔU U 2 1 2,při R Z konst.
PARAMETRICKÉ STABILIZÁTORY Parametrické stabilizátory využívají ke své činnosti průběh VA charakteristiky nelineárních prvků, kde při velké změně proudu nastává jen malá změna napětí (doutnavky, stabilizační neboli Zenerovy diody).
Činnost parametrického stabilizátoru Zvýšení napětí U 2 způsobí prudký nárůst závěrného proudu diodou. V důsledku toho vznikne na rezistoru R S zvýšený úbytek napětí, který snižuje napětí U 2. Dioda pracuje v režimu daném pracovním bodem P, který určuje napětí na diodě a proud diodou v závěrném směru. Při změně napětí U 1 o U 1 se VA charakteristika rezistoru posune do bodů A'- B', pracovní bod P do bodu P' a napětí na diodě se změní o hodnotu U 2. Změna napětí U 2 podstatně menší než změna napětí U 1. VA charakteristiku rezistoru R S (spojnici bodů A a B) získáme ze dvou mezních stavů obvodu. Bod A představuje maximální proud při výstupu obvodu do zkratu. Je určen souřadnicemi: U 2 = 0 I max = U 1 /R S Bod B pro nulový proud při výstupu naprázdno je určen souřadnicemi: U 2 = U 1 I = 0 Spojením bodů A a B získáme VA charakteristiku rezistoru. Tato protíná VA charakteristiku diody v pracovním bodě P.
Činnost zpětnovazebního stabilizátoru Jejich princip spočívá ve zpětném působení výstupního stabilizovaného napětí na regulační prvek stabilizátoru, kterým bývá zpravidla tranzistor. Zenerova stabilizační dioda slouží jako zdroj konstantního napětí pro bázi B tranzistoru. Dioda je zatížena jen malým proudem báze, a proto je napětí U Z velmi stabilní. Přibližně platí U Z = U 2. Poklesne-li U 2, zvětší se tím napětí mezi B a E a tranzistor se více otevře, což má za následek zvětšení U Z (jedná se o zápornou zpětnou vazbu).
REGULAČNÍ ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTOR Lepších výsledků se dosáhne složitějším zapojením, ve kterém tranzistorový zesilovač zesiluje odchylku výstupního napětí od pevného (referenčního) napětí a tou řídí otevírání výkonového regulačního tranzistoru Snímač odchylky porovnává referenční (stálé) napětí s výstupním napětím a vytváří rozdílové napětí, které postupuje na regulační člen. Regulační člen mění vlivem rozdílového napětí svůj vnitřní odpor takovým způsobem, že napětí na zátěži se nemění. Zdroj referenčního napětí je realizován stabilizační diodou, snímač odchylky a regulační člen tranzistory
SLOŽITĚJŠÍ STABILIZAČNÍ OBVODY Složitější stabilizační obvody se obvykle realizuji pomocí integrovaných obvodů, např. stabilizátorem typu 723. Vyrábějí se a často používají tzv. třísvorkové stabilizátory řady 78xx nebo 79xx.
Použité zdroje: Kesl, Jan. Elektronika I Analogová technika. Praha :BEN, 2003. 118 s. ISBN 80-7300-074-1. Obr. 1; 2; 3; 4; 5; 6.1; 6.17; 6.18; 6.19; 6.22; 6.23: Kesl, Jan. Elektronika I Analogová technika. Praha :BEN, 2003. 118 s. ISBN 80-7300-074-1. Ilustrace: archiv autora