INTEGROVANÉ STABILIZÁTORY NAPĚTÍ A STABILIZÁTORY PROUDU

Integrované stabilizátory napětí a stabilizátory proudu

Účinnost stabilizátoru se vyjadřuje t.zv. činitelem stabilizace   který má být co největsí. Protoze pro dobrou účinnost stabilizátoru má být poměr co nejblíze roven 1, musí být co největsí.

Obecně dělíme stabilizátory na stabilizátory stejnosměrných veličin a střídavých veličin a na stabilizátory proudů a stabilizátory napětí.

Stabilizátory stejnosměrných napětí

Rozeznáváme stabilizátory parametrické, které nemají zpětnou vazbu mezi výstupem a vstupem a stabilizátory degenerativní, které mají zpětnou vazbu mezi výstupním a vstupním napětím.

Parametrické stabilizátory - jsou zalozeny na činnosti stabilizačních diod, z nichz nejznámějsí je Zenerova dioda.

Degenerativní stabilizátory napětí

Pouzívají tranzistor jako regulační prvek a to 17417b116r buď v podélné větvi

(v sérii se zátězí), nebo v příčné větvi (paralelně k zátězi).

Je-li tranzistor v podélné větvi, vykazuje stabilizátor velmi malý vnitřní odpor a musíme zdroj chránit před zkratem na výstupu, který obvykle vzdy vede ke zničení tranzistoru. Ovsem úbytek napětí na tranzistoru bývá malý a stabilizátor mívá velkou účinnost.

Je-li tranzistor v příčné větvi, dochází na podélném odporu k trvalé wattové ztrátě, která zhorsuje účinnost stabilizátoru. Ovsem tyto stabilizátory jsou automaticky odolné proti zkratu.

Ukazme činnost stabilizátoru s tranzistorem v podélné větvi podle

Stabilizátor s tranzistorem Stabilizátor se zesilovačem

v podélné větvi odchylky

Na bázi regulačního tranzistoru je konstantní napětí, určované referenčním zdrojem U_ref. Tranzistor je řízen napětím U_BE , které je dáno rozdílem U_ref - U_výst . Klesne-li výstupní napětí (ať uz z důvodů poklesu zátěze, nebo z důvodů poklesu vstupního napětí), zmensí se napětí na emitoru transistoru, tím vzroste řídící napětí tranzistoru U_BE , tranzistor se více otevře, jeho dynamický odpor klesne a výstupní napětí vzroste, čímz se kompenzuje pokles napětí, který regulační zásah vyvolal. Při vzrůstu výstupního napětí proběhne regulační proces opačným způsobem.

Výstupní napětí je určeno hodnotou napětí referenčního zdroje a výsledná odchylka zádané hodnoty výstupního napětí od zadané hodnoty referenční je nepřímo úměrná zesílením v regulační smyčce. Čím je toto zesílení větsí, tím je odchylka mensí (jedná se o statický systém).

Proto se nejčastěji pouzívají stabilizátory se zesilovačem odchylky.

V praxi se vyrábí monolitické stabilizátory v integrované formě, které se pouzívají jako normální součástky.

Základními typy integrovaných stabilizátorů jsou typy TESLA řady MA 78.., které se vyrábí pro kladná napětí 5, 12, 15 a 24V, (vzdy je napětí uvedeno za číslem 78 v typovém označení), nebo typové řady MA 79.. pro záporná napětí. Proudové zatízení stabilizátorů je 1A trvale, nebo 2,2A spičkově. Základní zapojení stabilizátoru MA 78.. je na obr.

Hodnota výstupního napětí je dána vztahem .

Dalsími stabilizátory jsou obvody typu MAA 723. Tyto stabilizátory mají vnitřní zdroj referenčního napětí 7,15 V, výrobce dovolí připojit na obvod maximální napětí +40V (přičemz mezi společnou svorkou obvodu 5 a výstupní svorkou nesmí překročit napětí +35 V), výstupní proud stabilizátoru je 150 mA. Tyto údaje dělí aplikace obvodu do 4 základních skupin:

a) výstupní napětí < 7,15V a proud < 150 mA

b) b) výstupní napětí 40 V> U_výst >7,15V, výstupní proud < 150 mA

c) c) výstupní napětí > 40 V

d) d) výstupní proud > 150 mA.

Uvedeme základní zapojení pro tyto jednotlivé varianty

a) Zapojení stabilizátoru pro U_výst = 4,5 V, proud 50 mA.

Protoze doporučuje výrobce zatězovat vnitřní referenční zdroj proudem

1 mA platí

Na svorce 3 je jeden vstup vnitřního operačního zesilovače, druhý vstup je na svorce 2. Napětí na svorce 3 určí velikost výstupního napětí, platí tedy

, takze lze psát , tudíz .

Hodnota odporu R₃ se volí tak, aby oba vstupy operačního zesilovače byly stejně zatízeny, tudíz R₃ = R₁ // R₂= 4 ,5.10³//2,65.10³=1,67kW. Proudové omezení se nastavuje rezistorem R₀. Jeho hodnota je dána vztahem . Kondenzátor C₃ má výrobcem doporučenou hodnotu C₃ = 1000 pF.

Kondenzátor C₂ filtruje dodatečně vydělené referenční napětí a jeho hodnota není kritická, obvykle se volí 1 mF. Kondenzátor C₁ je součástí předřazeného usměrňovače a jeho hodnota se volí tak, aby zvlnění napětí U₁ nepřesáhlo 10 U₂.

b) b) Výstupní napětí je 10V, výstupní proud 100 mA.

Protoze výstupní napětí je větsí nez 7,15V, volí se zapojení :

Výstupní napětí je nutno vydělit děličem R₁-R₂ na hodnotu referenčního napětí, coz lze zapsat vztahem . Jako druhou podmínku pro určení odporového děliče je výhodné volit proud děličem jako v předchozím případě I_d = 1 mA. Potom . Protoze napětí na celém děliči je 10V a napětí na R₂ je 7,15V, zbývá na R₁ napětí 2,85V, coz při proudu 1 mA dá odpor 2k85. Tento je nejlépe sestavit ze dvou rezistorů, (např. 2k7+150J). Rezistor R₃ pouze převádí potenciál referenčního zdroje na vstup 3 porovnávacího operačního zesilovače a z důvodů symetrického zatízení obou vstupů OZ je dán vztahem R₃ = R₁//R₂=7,15//2,85=2kW. Tato hodnota ale není kritická a lze jí nahradit odporem 1k8 nebo 2k2.

Rezistor R₀ je opět dán vztahem

c)Výstupní napětí U₂ = 5V, výstupní proud I₂ = 4A.

Mozné schéma zapojení je na obr,

Protoze maximální dovolený proud stabilizátoru je 150 mA, musíme pro dosazení proudu 4 A pouzít doplňující výkonový tranzistor. Zvolíme-li tranzistor KD 501, najdeme v katalogu jeho h_21E > 40. S tímto tranzistorem bychom dosáhli maximální proud . Vzhledem k zadání omezíme tedy výstupní proud odporem .

Na odporu bude wattová ztráta asi 2,6 W, proto musí být navinut z odporového drátu nebo umístěn na chladiči. Ostatní hodnoty odporů se určí jako v prvním případě. Pro proud děličem 1 mA je odpor děliče R₁ - R₂ roven 7k15 a odpor R₂ = 5 kW, R₁ = 2k15. Odpor R₃ je opět R₁//R₂=1k5.

d) Výstupní napětí stabilizátoru je +150 V.

Mozné schéma zapojení je na obr.

Celé zapojení je napájeno z napětí + 200 V. Musíme dodrzet podmínky,ze

U_8-5max = 40V, a U_5-výstup < 35V. Vytvoříme kaskádu R₅ - D₁ - D₂ - R₆, kde na Zenerových diodách vznikne napětí +36 V. Svorka 5 je spojena přímo s výstupem. Na odporu R₆ je tedy plné výstupní napětí a teče jím proud .Protoze proud vývodem 5 (vlastní spotřeba obvodu 723) je 4 mA, teče přes Zenerovy diody rozdíl 64 mA. Vzhledem k hodnotám odporů R₁ a R₂, které jsou shodné a je na nich referenční napětí, je na svorce 2 napětí U_ref/2 = 3,58 V. Napětí na svorce 3 (druhý vstup vnitř. zesilovače) je získáno z odporového děliče R₃-R₄. Rezistor R₄ je připojen dole na zem výstupního napětí a hodnoty R₃ a R₄ musí být zvoleny tak, aby na svorce 3 bylo rovněz 3,58 V. Zvolíme-li tedy proud tímto děličem 1 mA, bude na R₄ právě úbytek 150 V. Jako tranzistor zvolíme KU 607 s h_21E = 50. Maximální proud ze stabilizátoru bychom získali I_2max = I_6max . h_21E = 0,15.50 =7,5 A Pouzijeme.li R₀ = 4J7, omezíme výstupní proud na . Tento proud by dal samotný obvod 723, ale není schopen zabezpečit pozadované napětí +150 V, proto musí být pouzit externí tranzistor s U_CEM = 250V.

Stabilizátory střídavých veličin

Mezi stabilizátory střídavého napětí patří stabilizátory ferorezonanční a stabilizátory pouzívající přesytku.

Zapojení ferorezonančního stabilizátoru je na obr.

Indukčnost L je provedena jako transformátor, s primárním i sekundárním vinutím, její sycení je zvoleno tak, aby pracovala za kolenem magnetizační křivky. Primární vinutí je zapojeno v serii s kondenzátorem, jehoz kapacita je zvolena tak, aby byla v rezonanci s indukčností L.Kolísá-li vstupní napětí o veličinu Du₁, projeví se změna na výstupním napětí pouze o Du_2. Napětí na kapacitě je otočeno oproti napětí na indukčnosti o 180⁰ (jsou v rezonanci) a tudíz se část napětí Du₂ snímá pomocí transformátoru T₁ a odečítá se od napětí u₂ tak, aby výsledná změna výstupního napětí byla nulová. Sekundární vinutí indukčnosti L má takový převod, aby výstupní napětí mělo zádanou velikost.

- stabilizátory s přesytkou mají zařazenou v serii se spotřebičem indukčnost, jejíz pracovní bod je ovládán řídícím vinutím, napájeným stejnosměrným proudem. Změny výstupního napětí se snímají přímo zhavenou diodou, po usměrnění se porovnávají s referenčním napětím a odchylka obou napětí se vede přes výkonový zesilovač do řídícího vinutí k ovládání pracovního bodu přesytky. Schema zapojení je na obr. Tvar výstupního napětí těchto stabilizátorů je zkreslen vyssími harmonickými v důsledku přesycené tlumivky a proto pro zlepsení tvaru křivky bývá na výstupu zapojen filtr na 3. a 5. harmonickou (seriové LC obvody laděné na 150 a 250 Hz).