Odporový dělič a jeho využití v praxi.

Prezentace na téma: "Odporový dělič a jeho využití v praxi."— Transkript prezentace:

1 Odporový dělič a jeho využití v praxi

2 Zajímavost

3

4

5 Odporový dělič a jeho využití v praxi
Teorie a praxe Náhradní zdroje Výkonové přizpůsobení Nastavení předpětí báze tranzistoru jako zesilovače Nastavení předpětí báze tranzistoru jako spínače

6 Frekvenčně nezávislý dělič napětí
Zapojení takového děliče napětí tvoří sériově spojené rezistory R1 a R2. Odporový dělič napětí: a) nezatížený, b)zatížený

7 Nezatížený dělič napětí ( naprázdno) (U20 …naprázdno)
– zatěžovací proud IZ je nulový (I1 = I2). Výstupní napětí U20 vypočítáme ze vztahu: = → U20 = U1 napětí a odpor v nezatíženém děliči jsou navzájem přímo úměrné.

8 Zatížený dělič napětí Podle II.Kirchhoffova zákona je
– zatěžovací proud Iz není nulový a v důsledku toho bude výstupní napětí U2 menší než u nezatíženého děliče napětí. Podle II.Kirchhoffova zákona je U1 = R1 I1 + R2 I2 Protože z I. Kirchhoffova zákona je zřejmé, že   I2 = I1 - IZ, lze napsat U1 = R1 I1 + R2 (I1 - IZ) odtud platí I1 = Podobně lze psát pro výstupní napětí U2 :   U2 = R2 I2 = R2 (I1 - IZ) Dosazením I1 a po úpravě dostaneme   U2 = U1 – IZ

9 Zatížený dělič napětí - závěr
Výstupní napětí zatíženého odporového děliče je ve srov-nání s nezatíženým děličem nižší o úbytek napětí na odporu R (paralelní kom-binace R1 a R2). Má-li být U2 stálé, musí být zatěžovací proud IZ mnohem menší (cca 9x) než proud procházejícím děličem napětí.

10 Přenos výkonu ze zdroje do zátěže
Celkový výkon Pc zdroje je výkon, který dodává zdroj do celého obvodu. Celkový výkon je rozdělen na činný výkon P na zátěži Rz a na ztrátový výkon PZT na vnitřním odporu zdroje Ri. Platí tedy:

11 Zatěžovací charakteristika lineárního zdroje:

12 Zdroje elektrické energie a děliče
- využití v praxi-

13 El. energie se ze zdroje dodává do spotřebiče ve
. Zdroje elektrické energie El. energie se ze zdroje dodává do spotřebiče ve formě el. napětí a el. proudu.

14 Tyto dvě náhrady jsou naprosto rovnocenné.

15 Zatěžovací charakteristika lineárního zdroje:

16 Přenos výkonu ze zdroje do zátěže
Celkový výkon zdroje Pc je výkon, který dodává zdroj do celého obvodu. Celkový výkon je rozdělen na činný výkon P na zátěži Rz a na ztrátový výkon PZT na vnitřním odporu zdroje Ri. Platí tedy:

17 Přenos výkonu ze zdroje do zátěže

18 Přenos výkonu ze zdroje do zátěže
Tento užitečný - činný výkon závisí na poměru Rz/Ri. Tento výkon je nejvyšší tehdy, je-li Rz = Ri. To je tehdy, je-li zátěž přizpůsobena zdroji. I v tomto případě je užitečný výkon roven: Pro přenos maximálního výkonu je tedy žádoucí aby zesilovač měl co nejmenší výstupní odpor Poznámka: Napětí naprázdno U0 a proud nakrátko jsou charakteristické veličiny zdroje.

19 Zatěžovací charakteristika lineárního zdroje:

20 Přenos výkonu ze zdroje do zátěže
-problém přizpůsobení - Závěr závěrů: Snažíme se pracovat tak, aby se Rz = Ri a nebo aby Rz byl o něco vyšší než Ri

21 Úloha : Přizpůsobení impedancí
Máte baterii s napětím naprázdno (elektromotorickým napětím) V0 a vnitřním odporem ri. Tuto baterii chcete připojit k takovému rezistoru, aby výkon rozptylovaný na rezistoru byl maximální. Jakou hodnotu odporu zátěže si vyberete?

22 Řešení úlohy : Přizpůsobení impedancí
Výkon rozptylovaný na rezistoru s odporem R je.. ..toto je obecný výsledek hledání lokálního maxima ZÁVĚR: pro maximalizaci dodávky výkonu chceme, aby „impedance“ (odpor), kterou nastavujeme, odpovídala „impedanci zdroje“ (vnitřnímu odporu). Všimněte si, že toto není nejefektivnější cesta jak něco nastavit – polovina výkonu zdroje se ztrácí na zdroji .. je rozptylována na vnitřním odporu Ri baterie!!.

23 pracovního bodu -obecně-
Problém nastavení pracovního bodu -obecně-

24 Zatěžovací charakteristika lineárního zdroje:

25 Při řešení postupujeme takto:
Problém nastavení pracovního bodu -obecně- V podstatě jde tedy o to, určit odpor rezistoru R1, který je v sérii s rezistorem Rn, přičemž bude procházet proud IP1 a na svorkách Rn bude napětí UP1.  Při řešení postupujeme takto: Nakreslíme V-A charakteristiku rezistoru Rn. Na vodorovné ose napětí zakreslíme napětí U0. V grafu V-A charakteristiky rezistoru Rn zakreslíme požadovaný pracovní bod P1. Tím můžeme určit potřebný proud IP1 a napětí UP1. Body U0, P1 proložíme přímkou, která protne proudovou osu v bodě IK (proud IK v obvodu, je-li rezistor Rn zkratován). Proud Ik se přitom rovná U0 lomeno R1.

26 pracovního bodu - Bipolární tranzistory jako zesilovač -
Problém nastavení pracovního bodu - Bipolární tranzistory jako zesilovač -

27 Bipolární tranzistory– nastavení pracovního bodu
SEPNUTÍ VYPNUTÍ

28 Problém nastavení pracovního bodu

29 Problém nastavení pracovního bodu
měření+dostavení

30 Nastavení klidového pracovního. bodu Po tranzistoru v obvodu báze
Nastavení klidového pracovního. bodu Po tranzistoru v obvodu báze..je potřeba nastavi prac. bod tak, aby nedocházelo ke zkreslení Po

31 Proudové zesílení β a další parametry tranzistorů
        IC = IB . β ( Uce = konst.)

32 PŘÍKLAD

33 Nastavení předpětí báze tranzistoru BCY 59 děličem ( proudu IB a napětí UBE)
DOPORUČENO IQ=9xIB Příklad:Pro BCY59 v zapojení SE při UB=16 V je třeba nastavit UBE=0,62 V vstupním děličem. Určete odpory R1 a R2 děliče při povoleném příčném proudu děličem IQ=9.IB.

34 ŘEŠENÍ Nastavení předpětí báze tranzistoru BCY 59 děličem
DOPORUČENO IQ=9xIB . (Z charakteristik: při UBE=0,62 V je IB=0,2 mA.) PAK.. R2=UBE/9.IB=0,344 kΩ, R1=UB-UBE/10.IB=7,69 kΩ.

35 pracovního bodu - Bipolární tranzistor jako spínač -
Problém nastavení pracovního bodu - Bipolární tranzistor jako spínač -

36 Dělič v praxi:-spínání proudem – bipolární tranzistorový spínač

37 Bipolární tranzistor jako spínač ( např. motoru)
Ochrana tranzistoru při spínání induktivní zátěže

38 Princip využití BP tranzistoru jako spínače
PRINCIP SPÍNÁNÍ: neprochází-li proud bazí, je tranzistor zavřený a funguje jako rozepnutý spínač. Při průchodu určitého proudu bazí se tranzistor otevírá a funguje jako sepnutý spínač.

39 Tranzistor jako rozepnutý spínač
Pokud je na bázi tranzistoru napětí menší než 0,6V, což odpovídá IB = 0. Obvodem kolektor-emitor teče pouze zbytkový proud (řádově 1 A), tranzistor se chová jako rozepnutý spínač.

40 Tranzistor jako rozepnutý spínač
Tento spínač řídíme proudem do báze tranzistoru. Řídíci napětí Uříď přivádíme na bázi tranzistoru přes ochranný odpor RB. Jinak by byl proud báze příliš velký a tranzistor by se zničil. Tranzistor umožňuje bezkontaktní spínání zátěže v kolektorovém obvodu proudem přivedeným do báze. bezkontaktní spínání je oproti relé rychlejší, spolehlivější a výhodnější z hlediska rozměrů i životnosti spínače pochopí jistě každý. Při sepnutí se tranzistor zpravidla dostane do saturace. Aby tomu tak skutečně bylo, musí platit, že IB.h21e ( ß)  IC

41 Tranzistor jako sepnutý spínač (stav saturace= tranzistor již nemůže zesilovat proud)
Při saturaci se tranzistor chová jako sepnutý spínač, na kterém je malý úbytek napětí. Dochází k ní při dostatečně velkém proudu báze, kdy již není možné aby platilo: IC =  . IB Proud kolektoru je totiž omezen hodnotami dalších součástek (kolektorový odpor Rz). Odpor RZ (zátěž) v kolektoru tranzistoru omezuje jeho kolektorový proud.

42 Příklad: Navrhněte spínací obvod
Zátěž (např. motorek, žárovka nebo relé) odebírá proud 50 mA. U použitého tranzistoru je proudový zesilovací činitel h21e = 100. Navrhněte spínací obvod, máme-li k dispozici řídící napětí 5V. Potřebný proud báze IB bude IB = IC / h 21e = 50/100 = 0,5 mA Rezistor RB = Uř -UBE / IB = (5 - 0,6)/0,5 = 8,8 k , vypočtenou hodnotu zaokrouhlíme dolů

43 Jiný př. Zapojení svítivých diod (LED)
Jiný př. Zapojení svítivých diod (LED).. tranzistor T funguje jako omezovač proudu, který LED diodou bude protékat Zapojení svítivých diod (LED) je poněkud složitější. Zde není možné diodu připojit rovnou ke zdroji jako žárovku. Každý druh LED diody potřebuje jiný proud, aby dioda svítila. Základní zapojení ukazuje obrázek.. Pokud potřebujeme pro LED diodu např. proud 20mA a tranzistor má zesilující činitel 100 (pro jednoduchost) a velikost napájecího napětí je 3,6V, pak velikost odporu R se vypočte: R = (3,6 - 0,5) / (20/100) = 15,5kOhm. Ještě jedno zapojení   ukazuje druhý obrázek. Toto zapojení je o něco praktičtější než to základní. Skládá se opět z jednoho tranzistoru T, svítivé LED diody a dvou odporů. Budeme předpokládat, že naše LED dioda potřebuje proud 20mA (červená) a máme napájecí napětí 6V. Pak velikost odporu R1 vypočteme ze známého vzorce R = U/I - po dosazení R1 = 6/0,02 tedy výsledný odpor je 300 ohmů. Odpor R2 volíme o velikosti M1 a nebo i větší. Tranzistor lze použít starší KC508 nebo jakýkoliv ekvivalent se stejným zesilujícím činitelem. Hodnota odporů není kritická. Toto zapojení lze řadit paralelně. Jenže s jednou LED diodou obyčejně nevystačíme. Když jich potřebujeme např. 8 jsou základní zapojení nevyhovující svou pracností. Jednoduší je všechny LED diody řídit jedním obvodem. Takové zapojení ukazuje další obrázek. Zapojení je opravdu velmi jednoduché a pokud si budete přát můžete regulovat i jas svitu LED diod.

44 2 PŘÍKLADY

45 Příklad: Navrhněte spínací obvod!!
Zátěž (např. motorek, žárovka nebo relé) odebírá proud 50 mA. U použitého tranzistoru je proudový zesilovací činitel h21e = 100. Navrhněte spínací obvod, máme-li k dispozici řídící napětí napětí 5V.

46 Nastavení předpětí báze tranzistoru BCY 59 děličem ( proudu IB a napětí UBE)
DOPORUČENO IQ=9xIB Příklad:Pro BCY59 v zapojení SE při UB=16 V je třeba nastavit UBE=0,62 V vstupním děličem. Určete odpory R1 a R2 děliče při povoleném příčném proudu děličem IQ=9.IB.

47

48 El. energie se ze zdroje dodává do spotřebiče ve
. Zdroje elektrické energie El. energie se ze zdroje dodává do spotřebiče ve formě el. napětí a el. proudu.