Elektronika i techniki mikroprocesorowe

Transkrypt

1 Elektronika i techniki mikroprocesoro Elektronika Wybrane układy elektroniczne Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i obotyki Wydział Elektryczny, ul. Krzywoustego

2 . Wzmacniacz operacyjny podstawo informacje. ola ujemnego sprzęŝenia zwrotnego 3. Podstawo układy ze wzmacniaczem operacyjnym: - komparator, wtórnik napięcio, wzmacniacz odwracający, nieodwracający, układ całkujący i róŝniczkujący, regulator P 4. Zastosowanie sprzęŝeń nielinioch 5. Zasilacze prądu stałego podstawo informacje 6. kłady prostownicze 7. Zastosowania i działanie filtrów 8. Stabilizatory parametryczne i kompensacyjne 9. Zasilacze impulso PLAN WYKŁAD

3 WZMACNACZ OPEACYJNY a) b) zz+ 0V zz+ 0V r r k u k u r k u 0 6 zz- -0V zz- -0V 0 V a) schemat zastępczy b) charakterystyka wzmacniacza Wzmacniacz operacyjny zbudowany jest z tranzystorów jako układ róŝnico. Wzmacniacze operacyjne produkowane są w postaci scalonej. Typowa wartość współczynnika wzmocnienia k u Typowa wartość rezystancji jścioj 0 8 do 0 Ω 3

4 WZMACNACZE OPEACYJNE KŁAD SCALONY TL084 4

5 KOMPAATO DZAŁANE ANE Wejście zz- Wyjście K zz zz dla > 0 + dla < 0 zz+ 5

6 KOMPAATO PZEBEG 6

7 JEMNE SPZĘś ĘśENE ZWOTNE gdy gdy n p 0 bo > < to u to u + + u u < 0 wtedy > 0 wtedy jemne sprzęŝenie zwrotne zawsze powoduje, Ŝe napięcie róŝnico na jściu dąŝy do wartości zbliŝonej do zera. u + u 0 Potencjały jścia odwracającego i jścia nieodwracającego są takie same: u + u 7

8 WTÓNK NAPĘCOWY WŁAŚCWOŚC Gdy do jścia nieodwracającego zostanie podłączone napięcie wówczas jście odwracające przyjmie ten potencjał, to oznacza, Ŝe napięcie jścio wtórnika napięciogo równe jest: u Wzmocnienie wtórnika napięciogo K Wtórnik napięcio nie zmienia poziomu napięcia sygnału jściogo, lecz zwiększa jego obciąŝalność. Wtórnik napięcio nie pobiera prądu ze źródła sygnału jściogo, zaś z jścia wtórnika układy jścio mogą pobierać znacznie większy prąd niŝ pozwalałby na to układ jścio. Wtórnik nazwa się równieŝ buforem. 8

9 WTÓNK NAPĘCOWY ZASTOSOWANE Wtórniki napięcio bardzo często korzystywane są w układach stabilizowania napięć odniesienia. Wykorzystuje się tutaj właściwość wzmacniacza: niewielka rezystancja jściowa w połączeniu z duŝą obciąŝalnością prądową. Pozwala to utrzymać stałe napięcie jścio na jściu wtórnika napięciogo 9

10 WZMACNACZ NEODWACAJĄCY CY Wzmocnienie wzmacniacza nieodwracającego + K u n p 0 u + + Wzmocnienie zawsze dodatnie zmienne w zakresie od do ( + ) 0

11 WZMACNACZ ODWACAJĄCY CY u n u p + Wzmocnienie wzmacniacza odwracającego K u n u p Wzmocnienie zawsze ujemne zmienne w zakresie od 0 do

12 WZMACNACZ ODWACAJĄCY CY SMATO ; Napięcie jścio sumatora dla warunku ( ) 3 3 +

13 WZMACNACZ CAŁKJ KJĄCY - NTEGATO C C ; dt C C C C dt Napięcie jścio integratora dt + C o 3

14 NTEGATO WŁAŚCWOŚC Napięcie jścio integratora Przebiegi czaso dt + C o Charakterystyka częstotliwościowa 4

15 EGLATO P C C ; ; ( + ) C Napięcie jścio regulatora P dt C P 5

16 EGLATO P PZEBEG t t - - C dt C 6

17 EGLATO P - ZASTOSOWANE kład sterowania z regulatorem P: X X W stanie ustalonym: zad X rze 0 j K s X zad 7

18 WZMACNACZ ÓśNCZKJ NCZKJĄCY CY - DEALNY C d C dt d C dt d C dt Napięcie jścio układu róŝniczkującego d C dt 8

19 WZMACNACZ ÓśNCZKJ NCZKJĄCY CY - a) PZEBEG t zz+ t b) - zz- C t t Napięcie jścio układu róŝniczkującego d C dt 9

20 WZMACNACZ ÓśNCZKJ NCZKJĄCY CY CHA. CZĘSTOTLWO STOTLWOŚCOWA Napięcie jścio układu róŝniczkującego d C dt 0

21 OGANCZNK NAPĘCA DZ + F DZ + F Napięcie jścio ogranicznika napięcia jest proporcjonalne do napięcia jściogo do chwili gdy nie przekroczy ono jednego z napięcia Zenera diod D Z i D Z powiększonego o napięcie przewodzenia diody spolaryzowanej w kierunku przewodzenia.

22 OGANCZNK NAPĘCA - PZEBEG t t Napięcie jścio jest wzmocnione w stosunku do napięcia o współczynnik - /. Gdy napięcie jścio nikające z odpowiedniego wzmocnienia przekroczy poziom napięcia Zenera, którejś z diod, wówczas obserwuje się ustalenie napięcia jściogo na tym poziomie.

23 ZASLACZE NAPĘCA STAŁEGO Zasilacze napięcia stałego słuŝą do tworzenia odpowiednich napięć zasilających dla innych układów elektronicznych z napięcia sieci. Występują praktycznie w kaŝdym urządzeniu elektronicznym. SCHEMAT BLOKOWY ZASLACZA PAAMETY ZNAMONOWE ZASLACZA NAPĘCA STAŁEGO Znamiono napięcie jścio i jścio, prąd jścio znamiono, moc znamionowa, sprawność. 3

24 POSTOWNK Prostowniki są to układy elektroniczne, zamieniające napięcie przemienne na napięcie prostowane (o jednej polaryzacji), które po poddaniu filtracji nazwa się napięciem stałym. Prostowniki korzystują jednokierunko przewodzenie prądu przez diody lub tyrystory. Dlatego róŝnia się prostowniki diodo lub tyrystoro. Prostowniki dzieli się pod względem liczby faz napięcia poddawanego prostowaniu na prostowniki jednofazo, trójfazo, a takŝe wielofazo. 4

25 POSTOWNK - działanie anie Prostowniki mogą być jednokierunko (to takie w których prąd źródła napięcia przemiennego jest jednokierunko), oraz dwukierunko inaczej nazywane mostkomi. W zaleŝności od liczby pulsów w napięciu jściom róŝnia się prostowniki jedno-, dwu-, trzy-, sześciopulso itd. Schemat i przebiegi prostownika jednopulsogo (jednokierunkogo) 5

26 POSTOWNK - działanie anie Schemat i przebiegi prostownika dwupulsogo (mostkogo) Jeden z najpopularniejszych prostowników stępujący w kaŝdym urządzeniu elektronicznym zasilanym napięciem przemiennym. 6

27 POSTOWNK - działanie anie Schemat i przebiegi prostownika 6-pulsogo (mostkogo) Prostownik 6-pulso korzystywany tam gdzie dostępne jest napięcie trójfazo. Większa liczba pulsów pozwala uzyskać przebieg napięcia bardziej zbliŝony do napięcia stałego. Ten przekształtnik wraz z odmianami o większej liczbie pulsów (, 8, 4 ) jest korzystywany w trakcji elektrycznej. 7

28 FLTY WYJŚCOWE - działanie anie Zadaniem filtrów jest poprawienie przebiegu napięcia lub prądu jściogo, tak aby te wielkości były moŝliwie najbardziej zbliŝone do wielkości stałych. Filtr C Filtr L Filtr LC duŝe tętnienia, odkształcony prąd mniejsze tętnienia, mniej odkształcony prąd napięcie prawie stałe, mniej odkształcony prąd 8

29 STABLZATOY - PODSTAWY Stabilizatory to układy elektroniczne utrzymujące stałą wartość napięcia jściogo, przy zmianach napięcia jściogo, prądu obciąŝenia oraz innych czynników. W większości rozwiązań napięcie na jściu stabilizatora musi być Ŝsze od stabilizowanego napięcia jściogo. PODZAŁ STABLZATOÓW NAPĘCA STAŁEGO Ze względu na sposób działania: parametryczne (bazują na nielinioch charakterystykach prądowonapięcioch elementów elektronicznych), kompensacyjne (bazujące na ujemnych sprzęŝeniach zwrotnych). Ze względu na sposób pracy elementu regulacyjnego: o działaniu ciągłym (zmiana poziomu sterowania tranzystora), o działaniu impulsom (tranzystor jako klucz). Ze względu na sposób umiejscowienia elementu stabilizującego:: szerego (element regulacyjny połączony szeregowo z obciąŝeniem), równoległe (element regulacyjny połączony równolegle do obciąŝenia). 9

30 STABLZATOY - PODSTAWY k u + + γ T PAAMETY ZNAMONOWE STABLZATOÓW NAPĘCA STAŁEGO Parametry graniczne: znamiono napięcie stabilizowane N, znamiono prąd obciąŝenia N, prąd zwarcio Z. Parametry opisujące właściwości stabilizatorów: współczynnik stabilizacji napięcioj k u, rezystancja jściowa WY (współczynnik stabilizacji prądoj), temperaturo współczynnik stabilizacji γ, współczynnik tłumienia tętnień, sprawność. + + T T Charakterystyki przejściowa Charakterystyki jściowa 30

31 STABLZATO PAAMETYCZNY W stabilizatorze parametrycznym korzystuje się spolaryzowaną wstecznie diodę Zenera. ezystor s słuŝy do ustalenia punktu pracy diody. dea działania stabilizatora Ch. diody Zenera Polepszenie właściwości stabilizatora ZALETY: prostota układu, niska cena WADY: niska jakość stabilizacji, współczynnik tłumienia tętnień oraz sprawność, magany duŝy zapas napięcia jściogo 3

32 STABLZATO KOMPENSACYJNY W stabilizatorze kompensacyjnym korzystuje się element o regulowanej rezystancji (tranzystor) oraz ujemne sprzęŝenie zwrotne od napięcia jściogo. Wzmacniacz błędu wzmacnia róŝnicę między napięciem odniesienia (na diodzie Zenera) i napięciem jściom, mierzonym na dzielniku rezystancyjnym. Sygnał ze wzmacniacza steruje tranzystorem. ZaleŜność na napięcie stabilizowane: dea działania stabilizatora + Z ealizacja szeregogo stabilizatora kompensacyjnego na dwóch tranzystorach Tranzystor T pełni rolę elementu konawczego, T rolę wzmacniacza błędu. óŝnica między napięciem diody Zenera a napięciem na rezystorze polaryzuje bazę T. Prąd T wpływa na prąd polaryzujący bazę T (rezystor S ). Kondensator C tłumi wpływ tętnień. ZALETY: niski zapas napięcia jściogo, dobra stabilizacja i tłumienie WADY: bardziej skomplikowany układ, Ŝsza cena 3

33 STABLZATOY SCALONE 78XX,79XX ealizacja stabilizatora kompensacyjnego maga prawidłogo doboru wszystkich jego elementów. Dlatego wprowadzono stabilizatory scalone. Budowa wnętrzna 78XX: dla napięć dodatnich 79XX: dla napięć ujemnych XX: wartość napięcia stabilizatora Typoszereg napięć: XX 05, 06, 08, 09, 0,, 5, 8, 4 33

34 STABLZATOY SCALONE 78XX,79XX ZASTOSOWANA Stabilizator napięcia Stabilizator prądu Stabilizator z regulacją napięcia Zwiększenie obciąŝalności ZALETY: niska cena, proste w zastosowaniu WADY: sprawność 34

35 ZASLACZ MPLSOWY zasada działania ania Zasilacz impulso zbudowany jest z tranzystora lub kilku tranzystorów pracujących impulsowo i filtra L i C (o dowolnej konfiguracji). W pracy impulsoj tranzystor znajduje się w dwóch stanach: - stan załączenia (nasycenia), - stan łączenia (odcięcia). Zasilacze impulso pracują ze stosunkowo duŝą częstotliwością przełączania tranzystora/tranzystorów T od ok. 0 khz do 00 khz. 35

36 ZASLACZ MPLSOWY właściwości Napięcie jścio zaleŝy od napięcia jściogo, stosunku czasu załączenia tranzystora do okresu jego pracy Dt on /T i od prądu jściogo Schemat zasilacza obniŝającego napięcie ang. BCK converter Charakterystyka zewnętrzna zasilacza 36

37 ZASLACZ MPLSOWY właściwości Wypełnienie sygnału sterującego D, a charakterystyka sterowania Zalety: bardzo soka sprawność zasilacza (małe rozmiary) moŝliwość uŝycia sterownika cyfrogo zmieniającego D Wady: generowanie zakłóceń elektromagnetycznych duŝa liczba elementów - większy koszt całego zasilacza 37

38 KONEC WYKŁAD N 38