Ukázka práce na nepájivém poli pro 2. ročník SE Práce č. 1 - Stabilizovaný zdroj ZD + tranzistor Seznam součástek: 4 ks diod 100 V/0,8A, tranzistor NPN BC 337, elektrolytický kondenzátor 0,47mF, 2ks elektrolytického kondenzátoru 0,1mF, C1, C2, C3 -keramické kondenzátory 100 nf/63v, rezistor 470 Ω/0,4W, zenerova dioda 12 V. Schéma zapojení stabilizovaného zdroje: Praktické zapojení stabilizovaného zdroje na nepájivém poli:
Instruktáž: Jedná se o zapojení velmi často používané v praxi, zejména pro tranzistorové přijímače nebo jiné spotřebiče s odběrem proudu do 1A. Výstupní proud je dán použitým tranzistorem. Velikost výstupního napětí je určuje zenerova dioda. U výst = U Zd - U BE Rezistor R1 určuje velikost proudu zenerovou diodou a současně proud do báze tranzistorů T1. Kondenzátor C zdokonaluje filtraci při kolísání napětí na zenerově diodě. Volí se 5x a 10x menší než C4. Rovněž výstupní kondenzátor zmenšuje zvlnění výstupního napětí, zejména při rychlých změnách zátěže. Nastavíme li rezistor R1 proud zenerovou diodou např. 20mA a má li tranzistor zesilovací činitel h 21e např. 50, pak výstupní proud může být až I výst. = 20mA. 50 = 1000 ma = 1A pochopitelně při použití výkonnějšího tranzistoru. Odebíráme li ze zdroje proud 240mA a má li tranzistor h 21e = 80, pak do báze tranzistoru teče proud: I I = h 240 C B = = 3 21e 80 ma Při návrhu tohoto stabilizátoru musíme také vypočítat ztrátový výkon tranzistoru T1 a porovnat jej s mezním ztrátovým výkonem P cmax udávaným v katalogu. P c = U ce. I výst = (U C4 U výst ). I výst (18 11,3). 0,24 = 1,608W U některých spotřebičů např. radiopřijímačů se může projevit brum o frekvenci 50 Hz, přenášející se ze sítě 230V. Tento brum odstraníme třemi kondenzátory C1, C2, C3 např. keramickými, o kapacitě 10nF až 100nF zapojenými k diodám k Graetzově můstku podle schématu. Kontrolní otázky:
1. Na jaké závěrné napětí je dimenzována každá dioda v Graetzově můstku? 2. Jaký proud teče každou diodou? 3. Jaký výkon se ztrácí v rezistoru R b? 4. Jaký je ztrátový výkon na tranzistoru? Práce č. 2 Stabilizovaný zdroj s elektronickou pojistkou Toto zapojení nejen vyrovnává pokles napětí na výstupu, ale také spolehlivě omezí proud na předem stanovenou hodnotu. Schéma zapojení Popis činnosti Výkonový tranzistor T1 je vodivosti PNP, zatímco tranzistor T2 je opačné vodivosti NPN. Výkonový tranzistor T1 pracuje jako ventil, který propouští do zátěže požadovaný menší nebo větší proud tak, aby napětí na výstupu zůstávalo stále stejné. Tranzistor T1 je zapojen do série s procházejícím proudem, a proto se takovému zařízení říká, sériovou regulátor či sériový stabilizátor. Proud prochází obvodem emitoru a kolektoru a jeho velikost reguluje báze. Báze tedy může
otevírat nebo přivírat tranzistor a to podle napětí a proudu, který přivádíme. Na tranzistoru T1 mezi kolektorem a emitorem zůstává vždy určité napětí. Je to napětí mezi napětím zdroje a požadovaném napětí na výstupu (bývá to přibližně ¼ zdroje). Potřebné napětí a proud dostává báze T1 od tranzistoru T2, tímto druhým tranzistorem teče trvale nastavený proud. Jeho velikost je ovlivňována jednak napětím na bázi, jednak odporem v emitoru. Rezistorem R2 však protéká proud tekoucí diodou D1 a tím i proud rezistorem R2. Na rezistoru R2 se zmenší napětí, tzn. poklesne napětí na emitoru. Tím se opět zvětší rozdíl napětí mezi bází a emitorem. T2 se proto více otevírá, začne jím téci větší proud. Následuje zmenšení napětí na jeho kolektoru, spojené s bází T1. Pokles napětí na bázi se obvykle projeví přivřením tranzistoru T1. Jenže T1 je vodivostí PNP, takže pokles kladného napětí neboli vzestup záporného napětí na bázi T1 působí pravý opak. T1 se více otevře, propustí větší proud do zátěže a pokles napětí na výstupu se tak vyrovná. Velikost reakce záleží na zesilovacím činiteli T2, čím větší má zesílení, tím citlivěji vyrovnává i malé odchylky napětí. Co se stane, když na výstupu stabilizátoru dojde k výraznému odběru proudu (zkrat v zátěži)? Jak již víme, báze vyžaduje zvýšení proudu, a to na tranzistoru T2, tranzistor T1 však větší proud nedodá, jelikož jeho proud je pevně nastaven. T1 se proto začne projevovat jako odpor, jeho výstupní napětí klesá o úbytek napětí na tomto odporu. Pokles napětí na výstupu se nutně projeví ve zmenšeném proudu diody D1, protože dioda dostává menší napětí z výstupu. Tím se silně zmenší proud tekoucí rezistorem R2 a následně i proud tekoucí tranzistorem T2. A to ještě více omezí proud báze a tím celého tranzistoru T1. Dokud se neodpojí zátěž se zkratem, napětí na výstupu zůstává nízké a proud nemůže stoupat. Odstraníme li příčinu nadměrného odběru proudu, napětí výstupu se vrátí na původní hodnotu. Nastavení proudu pojistky Nastavení provedeme tak, že na místo R2 zapojíme ze strany plošných strojů potenciometrický trimr např. 3k3 jako reostat. Změnou jeho odporu hledáme hodnotu, při které pojistka začíná omezovat proud. Nakonec trimr nahradíme rezistorem ze strany součástek a zapájíme.
Praktické zapojení stabilizovaný zdroj na nepájivém poli Práce č. 3 Integrované regulované stabilizátory napětí (LM317) V tomto případě se jedná o stabilizátor pro kladnou větev. Zatěžovat se může proudem 0,1 A až 1,5 A. Oproti starým regulátorům mají tyto řiditelné regulátory řadu předností: velký rozsah řiditelného napětí (běžně do 40V), nízké počáteční napětí, velký výstupní proud (až 1,5 A), jednoduchost zapojení. Vstupní napětí by mělo být aspoň o 3V vyšší než požadované maximální napětí. Diody D1 a D2 slouží k ochraně stabilizátoru před přepětím. Obvod pro kladná výstupní napětí (s ochrannými prvky)
Praktické zapojení stabilizátoru napětí (LM317) na nepájivém poli Práce č. 4 Zdroje souměrného napětí Pro práci s některými integrovanými obvody, hlavně s operačními zesilovači, potřebujeme zdroj souměrného napětí. Rozumí se tím takový zdroj, který vzhledem k nulové hodnotě obsahuje napětí nejen kladné, ale současně i stejně velké napětí záporné. Obvykle to bývá 2x15V (tedy ± 15V). Používá se i napětí nižší 2x12V, 2x9V. Schéma zapojení