12. Zasilacze. standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych

Transkrypt

1 . Zasilacze Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład Zasilacz jest to urządzenie, którego zadaniem jest przekształcanie napięcia zmiennego na napięcie stałe o odpowiednich z punktu widzenia odbiornika parametrach. Podstawowymi funkcjami, jakie pełni zasilacz, jest transformacja napięcia zmiennego do odpowiedniej wartości, prostowanie, filtracja i stabilizacja. Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład standardy sieci niskiego napięcia tj. sieci dostarczającej energię do odbiorców indywidualnych Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 3

2 Pierwsza funkcja transformatora dostosowanie wielkości napięcia do potrzeb obwodów zasilanych Większość urządzeń elektronicznych zasilana jest z publicznej sieci energetycznej o typowym napięciu 3 V wartości skutecznej i częstotliwości 5 Hz. Napięcie to podawane jest na uzwojenie pierwotne transformatora Po stronie wtórnej transformatora uzyskuje się napięcie na ogół obniżone, gdyż napięcie potrzebne do zasilania układów elektronicznych zwykle jest stosunkowo małe. Druga funkcją transformatora jest odizolowanie galwaniczne zasilanych obwodów od sieci energetycznej Energia przekazywana jest poprzez pole magnetyczne transformatora i nie ma bezpośredniego (galwanicznego) połączenia odbiorników ze źródłem energii Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 4 Prostownik jednopołówkowy przebieg napięcia na wyjściu U m sin t dla t u = dla t wartość średnia napięcia na obciążeniu U udt U t d t Um m sin wartość średnia prądu w obciążeniu U Um I RL RL Prąd w obwodzie prostownika płynie tylko w dodatniej połówce napięcia sinusoidalnego powodując spadek napięcia U L na obciążeniu R L wartość skuteczna napięcia na obciążeniu U U m u dt U m sin td t dla prostownika jednopołówkowego bez filtru Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 5 Prostownik jednopołówkowy z filtrem W celu zmniejszenia składowej zmiennej na wyjściu prostownika stosuje się filtrowanie napięcia wyjściowego poprzez dołączenie kondensatora C równolegle do obciążenia R L Kondensator ładuje się przez diodę do napięcia równego amplitudzie U m napięcia przemiennego po czym rozładowuje się przez obciążenie aż do chwili, gdy dioda zacznie znowu przewodzić tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż na katodzie. Składowa zmienna napięcia wyjściowego, charakteryzowana międzyszczytowym napięciem tętnień U t, jest tym mniejsza im większa jest stała czasowa obwodu =R L C. Zwiększenie stałej czasowej obwodu prowadzi zarazem do wzrostu składowej stałej napięcia wyjściowego. W granicznym przypadku gdy =R L C to U L U m i U t Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 6

3 . Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem transformatora w uzwojeniu wtórnym transformatora uzyskuje się dwa napięcia sinusoidalne o jednakowych amplitudach, lecz przesunięte względem siebie w fazie o 8, tj. na rezystorze obciążenia uzyskuje się wyprostowane napięcie dwupołówkowe, którego wartość średnia U jest dwa razy większa niż w przypadku prostownika jednopołówkowego w jednym półokresie przewodzi dioda D, a w następnym dioda D itd. Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 7 Prostownik dwupołówkowy z dzielonym uzwojeniem transformatora z filtrem Kondensator ładuje się przez diodę do napięcia równego amplitudzie U m napięcia przemiennego po czym rozładowuje się przez obciążenie, aż do chwili, gdy dioda zacznie znowu przewodzić tj. gdy napięcie na jej anodzie osiągnie wartość większą niż na katodzie. Dzieje się to dwukrotnie w każdym okresie napięcia zasilającego. Współczynnik tętnień dwukrotnie mniejszy w porównaniu z układem jednopołówkowym.. Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 8 Prostownik dwupołówkowy mostkowy (układ Graetza) W dodatnim półokresie napięcia wejściowego prąd płynie w obwodzie D, R L, D, natomiast w ujemnym półokresie w obwodzie D 4, R L, D 3. Kierunek przepływu prądu przez obciążenie jest w obu półokresach jednakowy i dlatego na obciążeniu otrzymuje się wyprostowane napięcie dwupołówkowe. zastosowanie filtru daje efekt jak na slajdzie poprzednim Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 9 3

4 Stabilizatory służą do ustalania czyli stabilizacji napięć wyjściowych zasilacza przy zmianach prądu obciążenia i wahaniach napięcia dostarczanego z poprzednich stopni zasilacza. Stabilizator powinien też zapewniać eliminację tętnień, tzn. powinien spełniać funkcję filtru wygładzającego W charakterystyce stabilizatora wyodrębnia się dwie części: zakres stabilizacji (normalnej pracy) i zakres przeciążenia. W zakresie stabilizacji utrzymywana jest stała wartość napięcia wyjściowego w funkcji wzrostu poboru prądu wyjściowego. W zakresie przeciążenia występuje znaczna zależność napięcia od prądu i zanikają właściwości stabilizujące układu. Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład Parametry stabilizatorów współczynnik stabilizacji napięcia U SU = U U S = U, unormowany współczynnik stabilizacji napięcia U / U U SU N = = SU U / U U współczynnik temperaturowy, rezystancja wyjściowa sprawność energetyczna U I = U I Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład Stabilizator parametryczny Najprostszy układ stabilizacji napięcia. Jego działanie polega na zmianie rezystancji statycznej diody pod wpływem zmian napięcia wejściowego i prądu obciążenia. W warunkach stacjonarnych punkt pracy diody jest w miejscu jej charakterystyki oznaczonym literą Q na prostej obciążenia określonej równaniem. Niech rezystancja obciążenia zwiększy się do wartości R ', gdzie R ' > R Następuje wtedy przesunięcie punktu pracy z punktu Q do Q. Powoduje to zwiększenie przepływu prądu przez diodę, co pozwala zachować prawie taką samą wartość napięcia na obciążeniu R, mimo iż prąd przez nie płynący zmniejszył się.. Niech napięcie wejściowe U we zmaleje do wartości U we, gdzie Punkt pracy przemieści się z Q na Q Wtedy przez diodę popłynie mniejszy prąd, na R pozostanie prawie taka sama wartość napięcia. U we < U we Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 4

5 Stabilizator ze sprzężeniem zwrotnym Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 3 Stabilizator przykładowa realizacja układowa Stabilizator ze sprzężeniem zwrotnym z jednotranzystorowym wzmacniaczem błędu Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 4 Zabezpieczenia stabilizatorów przed przeciążeniem Wojciech Wawrzyński Wykład z przedmiotu Podstawy Elektroniki - wykład 5 5