Zasilacz przetwarza energię elektryczną pobieraną z sieci. Standardowy schemat blokowy zasilacza: filtr. prostownik

Transkrypt

1 Zasilacze Źródło eergii elekryczej dla układu wykoawczego: źródło apięciowe, źródło prądowe (ograiczik prądu), zabezpieczeie przed przegrzaiem, zapaleiem, porażeiem ip. Zasilacz przewarza eergię elekryczą pobieraą z sieci Sadardowy schema blokowy zasilacza: WEJŚCIE WYJŚCIE sieć rasformaor prosowik filr sabilizaor obciążeie Trasformaor: dopasowaie przemieego apięcia sieci do apięcia wyjściowego zasilacza galwaicza izolacja układu elekroiczego od sieci

2 Prosowik: przekszałceie prądu przemieego a prąd zmiey płyący w jedym kieruku ajprosszy prosowik jedopołówkowy: prosowik Prosowik dwupołówkowy: większa wydajość, większa zawarość składowej sałej w widmie wyjściowym, podsawowa składowa pulsacji wyosi Hz. WE WY - L WE WY L podsawowy układ: mosek Graeza KŁAD GAETZA - Dla układów wymagających dużych prądów sosuje się rójfazowe prosowiki dwupołówkowe: S T - iewielka zawarość składowych harmoiczych ajmiejsza częsość pulsacji wyosi 3 Hz WY

3 Filry doloprzepusowe: C L ypu C lub ypu L: wyelimiowaie pulsacji WY MAX MIN T Sała czasowa C musi być większa od okresu pulsacji Na przykład, jeśli dopuszczaly zakres flukuacji apięcia wyjściowego %, miimala pojemość C wyika z waruku: [ T/ C ] L e <. MAX MIN MAX MAX T jes okresem pulsacji. Dioda i kodesaor powiy mieć odporość a przebicie: MAX

4 Sabilizaory apięcia Zasada: dzielik apięciowy eleme akywy sabilizaory szeregowe i rówoległe: zależie od położeia regulaora względem wyjścia WE L WY WE eleme akywy L Sabilizaory rówoległe: Najprosszy: sabilizaor z diodą Zeera, WY Z Sopień sabilizacji zależy od sabilości obciążeia WE > Z WY Z Wzmaciacz o wspólym kolekorze dzielik apięcia z diodą Zeera pełi rolę źródła apięcia odiesieia eleme akywy - razysor WE WY Z.7V Wada sabilizaorów rówoległych: sały pobór prądu ze źródła apięcia bez obciążeia wyjścia Sabilizaory szeregowe: iewielki pobór prądu ze źródła bez obciążeia wyjścia (wspóly kolekor brak wzmocieia apięciowego) wahaia apięcia wyjściowego ze zmiaą obciążeia i emperaury! WE WY Z -.7V

5 Sabilizaory apięcia ze wzmaciaczami błędu zaczie bardziej dokłade Eleme regulacyjy WY Z WE - Z wzorzec apięcia wzmaciacz błędu Próbkowaie apięcia wyjściowego Porówywae apięcie wyjściowe we wzmaciaczu błędu z apięciem wzorcowym wzmaciacz seruje razysorem (regulacja rezysacji razysora) zmiejszeie zależości apięcia od emperaury razysora układ pozwala a sabilizację dowolego apięcia WE > ( Z.7V) W prakyce: WE > Z V Wada: uszkodzeia przy zby wielkim poborze prądu Moc ciepla wydzielaa w razysorze regulującym: P( WE - WY )*I Zwarcie wyjścia P.

6 Sabilizaor apięcia z ograiczikiem prądu zabezpieczeie przed admierym poborem prądu ze sabilizaora T ST T - Niewielki pobór prądu > razysor T zablokoway. Duży pobór prądu > spadek apięcia około.7 V a rezysorze ST > razysor T przewodzi blokując przepływ prądu razysora T > zmiejszeie apięcia wyjściowego Maksymaly prąd wyjściowy: I MAX.7V ST Duży pobór prądu powoduje wydzielaie ciepła w razysorze T

7 Przeworice - sabilizaory impulsowe o dużej sprawości apięcie sieciowe jes prosowae, modulowae z wysoką częsością impulsy wysokiej częsości rasformowae prosowaie i filrowaie a wyjściu wywarzae jes apięcie sałe Sabilizacja apięcia wyjściowego: auomaycza regulacja szerokości impulsów modulujących w sosuku do okresu ich powarzaia (τ/t) Przy wysokiej częsości ( - khz): miiauryzacja rasformaora, iewielkie pojemości filrujące, wysoka sprawość zasilacza ieligee zasilacze serowae mikroprocesorem iwersale sabilizaory apięć z ograiczikami prądu układy scaloe Przykład: układ scaloy µa 73 do budowy sabilizaorów liiowych i impulsowych. Półprzewodikowe sabilizaory apięć sadardowych (5V, 9V, V, 5V, 4V id,) zabezpieczoe ermiczie i prądowo

8 Ćwiczeie: Sabilizaor apięcia Zasilacz sabilizoway V z układem µa73

9 Powielacz apięcia Zasosowaie: źródła wysokiego apięcia sałego o iewielkiej (ok. ma) wydajości prądowej Diodowo - pojemościowe powielacze apięcia Przykład podwajacz apięcia: wejście: źródło apięcia zmieego wyjście: sałe apięcie Wydajość prądowa zależy od częsości impulsów ze źródła Przy wysokich sopiach powieleia, apięcia wyjściowe mogą przekraczać dziesiąki ysięcy wolów dla układów zbudowaych z elemeów iskoapięciowych!

10 ZJAWISKA LINIOWE I NIELINIOWE X przyczya ( > POCES > X skuek ( X s X s X p X p Proces liiowy: X s (k*x p ( Proces ieliiowy: X s ( ieliiowa fukcja [X p (] ezysory, kodesaory i cewki o elemey liiowe (w dobrym przybliżeiu) Większość elemeów elekroiczych o elemey ieliiowe. Przykłady: diody, razysory, yrysory, lampy elekroowe id.

11 I E Liiowy E I I E Nieliiowy E I E I E I f ( ) E E E E E E E I ( E) cos E E E I ( E) cos

12 I f ( ) Nieliiowe układy elekrycze eleme ieliiowy I X r d I E E E I I f ( ) X E I X rezysacja zwykła: r d I rezysacja różiczkowa (dyamicza): dla elemeów ieliiowych: X X d di r d I I X X w elemeach ieliiowych ampliuda aężeia prądu I ie jes liiową fukcją ampliudy apięcia w ogólości wyraża się szeregiem: E I s

13 ZJAWISKA NIELINIOWE X przyczya ( > POCES > X skuek ( Proces ieliiowy (przykład): X s (k*[x p (ε*x p (] ε<< Założeie: X p ( cos(ω X s X s ( k*[cos(ω ε*cos (ω] X S ε ε ( k[cosω cos(ω] cos θ ( cosθ ) W procesie ieliiowym powsała fala o dwóch składowych częsości: podsawowej: ω drugiej harmoiczej: ω sała ε/ przesuięcie warości średiej wyprosowaie (rekyfikacja) Procesy ieliiowe > dodakowe częsości X p

14 X Mieszaie częsości w układzie ieliiowym (przykład) ( A cosω B cosω X p POCES NIELINIOWY: X s (k*[x p (ε*x p (] ε<< s ( k X k X p p ( k ( k ε ( A ε ( Acosω cos ω B Bcosω cos ω ABcosω cosω AB [cos( ω ω ) cos( ω ω ) ] składowe sygału X s : ω, ω, ω, ω, ω ω, ω ω modulacja ampliudy u( π ω π ω jeśli ω zaczie większe od ω (ale porówywale) modulacja ampliudy fali o częsości ω z częsością ω C ( cosω czas fukcja modulacji ampliudy fali podsawowej

15 a WIDMO SYGNAŁ, SKŁADOWE HAMONICZNE Twierdzeie Fouriera : jeżeli fukcja u( jes okresowa (periodycza) o okresie T, o moża ją przedsawić w posaci sumy szeregu harmoiczego: u( T u( T T d a o a a cos( ω b si( ω T Po przekszałceiach i podsawieiu: Każdą fukcję periodyczą T T u( cos( ω d C a b możemy przedsawić w posaci: o gdzie: u( ω Zbiór rójek liczb: ( C ω, φ ) φ C a C b T T T u( si( ω b φ arcg a cos( ω φ ) ω d π T - częsości kolejych składowych harmoiczych - fazy kolejych składowych harmoiczych ampliudy kolejych składowych harmoiczych, jes widmem sygału składowe o częsościach ω składowe harmoicze Fukcja okresowa charakeryzuje się widmem dyskreym!!!

16 f ( siω si 3 ω 3 si5ω 5 u( f 4 (siω si 3ω si 5ω π 3 5 ( C...) ω 3ω 5ω 7ω 9ω

17 WZBOGACANIE WIDMA SYGNAŁ W KŁADACH NIELINIOWYCH u WE ( u WY ( C WE WY C ω ω układ ieliiowy ω ω 4ω 5ω ω ( ω φ Źródło: sygał harmoiczy Acos( ) WE sygał wyjściowy obwodu: spadek apięcia a rezysorze Zgodie z wierdzeiem Fouriera: ( C cos( ω φ ) WY Widmo sygału wyjściowego jes bogasze iż widmo sygału wejściowego!!! (pojawiają się składowe o częsościach ω, ω, 4ω id.) WAGA: kłady liiowe (p. układy LC) zmieiają widmo sygału oddziaływując a ampliudę i fazę poszczególych składowych harmoiczych. Jedak układy liiowe ie wzbogacają widma sygału

18 Zasosowaia układów ieliiowych POWIELACZ CZĘSTOŚCI ω ω, ω, 3ω,... ω sygał siusoidaly geeraor układ ieliiowy filr rezoasowy kombiacja harmoiczych sygału wejściowego wybór składowej o daej częsości ω ω ω, ω, 3ω,... ω, ωω, 3ωω,... ω ω, ω -ω,......, ω ω,..., ω -ω,... MIESZACZ CZĘSTOŚCI ω mω składowe o częsościach ierkombiacyjych ω układ ieliiowy filr rezoasowy wybór określoej składowej Zjawiska ieliiowe podsawą elekroiki kwaowej - echiki laserowej, radioechiki

19 Filr rezoasowy szeregowy Sygał wejściowy harmoiczy częsość ω jω uwe( wee Dzielik apięcia!!! apięcie wyjściowe : apięcie a oporiku uwe( uwy ( u( jωl jωc Trasmiacja obwodu: Sosuek ampliud apięcia wyjściowego do wejściowego:,,8,6,4,, u u wy WY / WE we ( ( ω wy we LC Z L mh, C F 5 Ω 3 Ω ν 8 g ν g częsość [Hz] ωl ωc Q Przesuięcie fazowe między apięciem wyjściowym i wejściowym: Dobroć: L ω C ω g ϕ π/ π/4 Im Z e Z faza [rad]. -π/4 -π/ ω LC ϕ arca ωcω ω LC ν 7 g ν g częsość [Hz] L mh, C F 5 Ω 3 Ω

20 Filr rezoasowy rówoległy jωl jωl u wy ( u( jωc jωc Dla częsości rezoasowej ω LC apięcie wyjściowe osiąga warość ajwiększą khz u-we C L u-wy u wy ( u( jωc jωl Dla częsości rezoasowej ω LC apięcie wyjściowe osiąga warość ajmiejszą filr pasmowy zaporowy

21 MODLACJA AMPLITDOWA (AM) modulacja ampliudy: przekazywaie iformacji o częsości Ω za pomocą fali ośej o częsości ω u( π Ω π ω [ m si( Ω ] si( ω ) u( m głębokość modulacji czas Po przekszałceiach si( ω m { cos[ ( ω Ω) ] cos[ ( ω ) ] } ( Ω Widmo fali zmodulowaej ampliudowo złożoe z rzech składowych o częsościach: ω (fali ośej) oraz ω Ω i ω -Ω (wsęg boczych) ω ω Ω ω -Ω Nadajik (radiowy) ω geeraor powielacz modulaor (mieszacz) filr rezoasowy wzmaciacz ω mikrofo ω / wzmaciacz Ω ω, ω Ω ω -Ω aea

22 ODBIONIK: DEMODLACJA FALI ZMODLOWANEJ AMPLITDOWO Techika ieliiowa > odbiór iformacji przekazywaej drogą radiową Najprosszy odbiorik aea ω ω Ω ω -Ω deekor Ω słuchawka wybór sacji adawczej czyli częsości ω filr rezoasowy filr doloprzepusowy deekor - eleme ieliiowy wybór sygału iformacyjego o częsości Ω W układzie ieliiowym: mieszaie składowych przebiegu zmodulowaego ampliudowo w widmie wyjściowym: składowa iskiej częsości Ω (iformacja) Odbioriki deekorowe: wykorzysywae do odbioru ylko bardzo silych sacji