Projekt MŠMTEU peníze středním školám Název projektu školyICT do života školy Registrační číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ ŠablonaIII/2 Sada 36 AnotaceStabilizátory Klíčová slovaZenerova dioda, tranzistor, proud, napětí, stabilizátor, činitel stabilizace PředmětElektronika Autor, spoluautorIng. Josef Sýkora JazykČeština Druh učebního materiáluPrezentace, výklad Potřebné pomůckyPC, dataprojektor Druh interaktivityVýklad pomocí prezentace, vyhledávání informací Stupeň a typ vzděláváníStřední škola, učiliště Cílová skupina2. a 3. ročník, žáci 17 – 18 let, obory elektro a Mechatronik Speciální vzdělávací potřebyNe ZdrojeVlastní zdroje - viz poslední strana Stabilizátory 1 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁSTŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje VY_32_INOVACE_36_731

ELEKTRONIKA Stabilizátory

STABILIZÁTORY NAPĚTÍ Jsou to obvody, které samočinně vyrovnávají změnu napětí na zátěži – udržují stálé výstupní napětí. Ke změně dochází při změnách odebíraného proudu nebo při kolísání síťového napětí. Stabilizátory

Stabilizátor by měl mít, co nejmenší vnitřní odpor. Míru účinnosti stabilizátoru udává činitel stabilizace. Má být, co největší. Pro jednodušší aplikace, u kterých není příliš velký požadavek na stabilitu a odebíraný proud je relativně malý (řádově desítky až stovky mA), se mohou používat parametrické stabilizátory. Tam, kde požadujeme velký činitel stabilizace, a kde je relativně větší odběr proudu, se používají zpětnovazební stabilizátory. Stabilizátory

PARAMETRICKÉ STABILIZÁTORY Ke stabilizaci napětí využívají průběh V-A charakteristiky Zenerovy diody v závěrném směru. Musí platit: proud I D ≥ 2 · I Z I Dmin  I D  I Dmax při I D  I Dmin by nedocházelo ke stabilizaci při I D  I Dmax by došlo k přetížení a poškození Z D Stabilizátory

PARAMETRICKÉ STABILIZÁTORY Vstupní napětí U 1 musí být alespoň 2x větší, než je požadované výstupní napětí, protože celkový proud který teče do zátěže, ale také Zenerovou diodou, protéká omezovacím rezistorem R S, na kterém vzniká velký úbytek napětí. Vnitřní odpor R i je desítky . Princip: Při relativně velkých změnách proudu Zenerovou diodou, které mohou být způsobeny kolísáním síťového napětí (a tedy i vstupního napětí stabilizátoru U 1 ) nebo změnou proudu do zátěže I Z, se napětí na diodě a tedy i na výstupních svorkách, mění jen nepatrně. Při potřebě vyššího výstupního napětí lze řadit do série několik Zenerových diod. Použití: Pro stabilizaci při malých odebíraných proudech. Stabilizátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY Princip: porovnávání výstupního napětí se stabilním tzv. referenčním napětím. mají mnohem větší činitel stabilizace, než stabilizátory parametrické mají malý vnitřní odpor R i – zlomky  používají se pro větší odebírané proudy (dle parametrů použitého výkonového regulačního tranzistoru) Stabilizátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY – funkce Odchylka (změna výstupního napětí) se získá ve snímači odchylky (R 3 a R 4 ) porovnáním s napětím referenčního zdroje(R 4 a ZD). Zesílí se (T 1 ), a takto získaným napětím se přivírá nebo otvírá výkonový stabilizační tranzistor T 2 (regulační člen), který mění svůj odpor. Tím se mění i úbytek napětí na něm – „zadržuje“ tak část vstupního napětí, čímž se dosahuje toho, že výstupního napětí se nemění. Stabilizátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY – provedení - s paralelním tranzistorem Tranzistor mění svou vodivost (odpor) v závislosti na odchylce požadovaného napětí a tím se mění úbytek na stabilizačním odporu R s a výstupní napětí se stabilizuje. Má menší účinnost – na rezistoru i na tranzistoru vznikají velké ztráty (zahřívají se). Stabilizátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY – provedení - se sériovým tranzistorem Tranzistor představuje proměnný odpor a tvoří se zatěžovacím odporem dělič napětí. Zmenší-li se napětí na výstupu, sníží se napětí na bázi tranzistoru. Tím se tranzistor více otevře a úbytek napětí na výstupu se vyrovná. Při zvyšování výstupního napětí se tranzistor přivře, čímž se zvětší jeho odpor. Bude na něm větší úbytek napětí a napětí U 2 tak zůstane stabilizováno. Stabilizátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY Jednoduchý zpětnovazební stabilizátor Tranzistor je ovládaný rozdílem napětí na Zenerově diodě U Z a napětí na zátěži U 2. Při zvyšování výstupního napětí se jeho odpor zvyšuje, čímž na něm vzniká větší úbytek napětí a napětí na zátěži zůstává stejné. Při snižování napětí U 2, se odpor tranzistoru a úbytek napětí na něm snižuje. Činitel stabilizace je přibližně stejný, jako u parametrického stabilizátoru, vnitřní odpor stabilizátoru je však menší  může se odebírat větší proud. Stabilizátory

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY Tranzistorový stabilizátor Regulačním prvkem je výkonový tranzistor T 1, který je ovládán odchylkou výstupního napětí U 2 stabilizátoru od referenčního napětí, jehož zdrojem je Zenerova dioda D. S rezistorem 1K2 tvoří parametrický stabilizátor. Odchylka se snímá na jezdci odporového trimru P. Je Stabilizátory zesílena tranzistorem T 2. Rezistor 3K3 a kondenz. C 1 tvoří pasivní RC filtr pro odstranění zbytku zvlnění usměrněného napětí.

ZPĚTNOVAZEBNÍ STABILIZÁTORY Tranzistorový stabilizátor – funkce Zmenší-li se např. U 2, zmenší se i napětí na běžci potenciometru P, které je vedeno na bázi T 2. Napětí na emitoru T 2 je stálé, tzn. že se zmenší napětí mezi bází a emitorem  T 2 se přivře, čímž se zvětší jeho vnitřní odpor a na jeho kolektoru bude větší napětí. To je přivedeno na bázi T 1 a způsobí jeho větší otevření a tedy i menší úbytek napětí na něm. Napětí na výstupu se vrátí (zvýší) na původní hodnotu. Podobně pracuje obvod i při zvýšení U 2. R i.... setiny ohmu  možnost odběru větších proudů (dle typu použitého výkonového tranzistoru). Stabilizátory

INTEGROVANÉ STABILIZÁTORY V jediném integrovaném obvodu je sdružen zdroj referenčního napětí, rozdílový zesilovač odchylky, regulační tranzistor, event. i pomocné obvody, chránící proti proudovému a tepelnému přetížení. Příkladem mohou být např.: MAA 723 Stabilizované napětí, může být v rozmezí 3 až 32 V, podle způsobu a hodnoty připojených pasivních součástek. Maximální odebíraný proud je 300 mA. MA 78.. Stabilizované napětí je 5, 12, 15 nebo 24 V, které je pevně dané při výrobě (.. je velikost stabilizovaného napětí), Pokud je požadován větší proud, vkládá se mezi IO a výstup zdroje výkonový tranzistor. Maximální odebíraný proud je 1 A. Stabilizátory

Souhrn učiva Kontrolní otázky: 1.K čemu a proč se používají stabilizátory napětí? 2.Co to je činitel stabilizace a jaká by měla být jeho velikost? 3.Parametrické stabilizátory – princip jejich činnosti, kdy se používají, jaké musí být splněny podmínky pro jejich správnou činnost? 4.Zpětnovazební stabilizátory – princip jejich činnosti, kdy se používají, jaké musí být splněny podmínky pro jejich správnou činnost? 5.Popiš funkci zpětnovazebního tranzistorového stabilizátoru!

16 STŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁSTŘEDNÍ ŠKOLA STAVEBNÍ A TECHNICKÁ Ústí nad Labem, Čelakovského 5, příspěvková organizace Páteřní škola Ústeckého kraje Použité zdroje Text vlastní Obrázky z knih: KESL, Jan. Elektronika I. Praha: BEN, 2004 ING. UHLÍŘ, CSC, Jan; DOC. ING. KŘEČAN, Zdeněk. Elektronika pro 2. a 3. ročník SOU. Praha: SNTL, 1985