Návrh zdroje stejnosměrného napětí

Výpočty v obvodu

Cíl tématu:

• Žák bude umět samostatně navrhnout jednoduchý zdroj stejnosměrného napětí

Obsah tématu:

• Blokové schéma zdroje

• Usměrňovač

• Filtrace

• Stabilizátor

• Zátěž

Vstupní znalosti

• Vlastnosti elektrických veličin

• Vlastnosti elektronických součástek a jejich využitídiodastabilizační diodarezistorkondenzátor

• Práce s katalogem elektronických součástek

Časový rozsah:

4 hodiny

Průvodce výukovým programem

• Program je rozdělen do výukových bloků

• Každý blok je zakončen kontrolní otázkou

• Pokud zvolíte správnou odpověď, můžete pokračovat ve výuce

• Pokud zvolíte špatnou odpověď, budete vráceni na začátek bloku

• Učivo si znovu zopakujete

Zdroj stejnosměrného napětí

• Pro napájení polovodičových součástek nelze použít střídavý proud.

• Použitelný je pouze proud stejnosměrný

• Ten si upravíme ze střídavého proudu pomocí zdroje stejnosměrného stabilizovaného napětí

Kontrolní otázka č.1

Jaké části má zdroj stejnosměrného napětí?

a. Zdroj střídavého napětí, usměrňovač, zátěž

b. Usměrňovač, filtr, stabilizátor

c. Dělič napětí, filtr, stabilizátor

Jednocestný usměrňovač

• Proud prochází diodou jen když je rozdíl napětí mezi anodou a katodou větší než 0,6V.

• Z obrázku je patrné, že dioda propouští pouze kladnou část střídavého proudu

Dvoucestný usměrňovač

Diodou D1 a D3 prochází kladná půlvlna a diodou D2 a D4 záporná napěťová půlvlna

Dvoucestný usměrňovač

Pulsování proudu má proto dvojnásobný kmitočet proti jednocestnému usměrňovači

Kontrolní otázka č.2

Jaký kmitočet má napětí na výstupu dvojcestného usměrňovače?

a. 50Hz

b. 100Hz

c. 60Hz

POZOR !POZOR !

• Při volbě typu diody si musíme uvědomit jak velké bude vstupní napětí Ust a na jak velkou zátěž Rz budeme zdroj připojovat.

• To znamená, jaký maximální proud bude zdrojem protékat

• I = UI = Ustst/R/Rzz

Kontrolní otázka č.3

Na jakou maximální opakovatelnou hodnotu proudu navrhneme usměrňovací diodu?

Ust = 12VRz = 1K

a. > 12 mA

b. < 12 mA

c. = 12 mA

Filtrace napětí• Diodou usměrněné

napětí je hodně zvlněné

• Abychom zvlnění zmenšili, připojíme do obvodu kondenzátor

• Velikost zvlnění napětí potom závisí na velikosti kapacity kondenzátoru a odporu zátěže.

Filtrace napětí

Činnost filtrace je vidět na obrázku: když dioda nepropouští proud, kondenzátor se vybíjí přes zátěž

Kontrolní otázka č.4

Proč je nutná filtrace napětí?

a. K vyhlazení střídavého napětí

b. K oddělení střídavé složky napětí od stejnosměrné

c. Zlepšuje stabilizaci napětí

POZOR !POZOR !

• Při volbě usměrňovací diody musíme brát také v úvahu krátkodobý špičkový proud, který závisí na velikosti kapacity kondenzátoru

»Izap = Ud/Xc

Kontrolní otázka č.5

Jakou hodnotu bude mít krátkodobý špičkový proud procházející diodou při zapnutí, když

Ud = 12V a Cf = 1mF

a. 3,768 A

b. 12 A

c. 12 mA

POZOR !POZOR !

• U volby kondenzátoru musíme vědět na jak velké vstupní napětí budu zdroj připojovat a jaké napětí vznikne na kondenzátoru

»Uc = Ud * 1,41• 1,41 – odmocnina 2

• Kondenzátor musí vydržet napětí Uc !!

POZOR !POZOR !• Kapacitu kondenzátoru si zvolíme dostatečně velkou,

tak aby kondenzátor pojmul co největší náboj• Výstupní napětí nesmí klesnout pod maximální

požadovanou hodnotu

C = 10 x I / UBr C = [10-6F]

UBr = zvlnění napětí Všš

Ubr = Uc – Uvýstmax

I [mA]

Kontrolní otázka č.6

Jaká může být velikost napěťového zvlnění Ubr, když Uvst = 10V a nejmenší požadovaná

velikost Uvýst = 9V?

a. 1Všš

b. 9Všš

c. 4,25Všš

Stabilizace napětí• Přestože jsme do obvodu vložili

kondenzátor, napětí pořád ještě kolísá.

• Čím menší kapacita, tím větší zvlnění napětí

• Musíme proto napětí stabilizovat

• Nejjednodušší stabilizátor napětí je složený ze zenerovy diody Dz a ochranného odporu Rdz.

• Ochranným odporem Rdz snížíme napětí na výstupní

• Dioda se zapojuje v závěrném směru

Kontrolní otázka č.7

Co zajišťuje stabilizátor?

a. Stabilizuje střídavé napětí

b. Udržuje konstantní výstupní napětí

c. Mění hodnotu napětí dle potřeby

POZOR !

Při výběru vhodné stabilizační diody musíme brát v úvahu :

• Velikost požadovaného výstupního napětí

• Velikost proudu protékajícího obvodem zdroje, tzn. i velikost odporu zátěže

• Velikost proudu protékající zenerovou diodou

Kontrolní otázka č.8

Chceme, aby výstupní napětí bylo 10V. Jakou zenerovu diodu navrhneme do obvodu?

a. Na 9V

b. Na 10V

c. Na 11V

POZOR !

Zdroj stejnosměrného napětí navrhujeme podle zátěže (spotřebiče).

To znamená jaký proud bude odebírat a na jaké napětí ji můžeme připojit.

Úkol !!!Navrhněte jednotlivé součástky jednoduchého

stabilizovaného zdroje stejnosměrného napětí dle obrázku.

Uvst = 20V Uvýst = 10V Iz = 100mA

U návrhu rezistoru a kondenzátoru použijte hodnoty výrobní řady E12.

POSTUPOVALI JSTE SPRÁVNĚ?

Porovnejte s obrázkem!

ANO

NE

KY130/80

100M/50V

47R

KZ261/10

CHYBA !!!Pokud jste udělali chybu, prostudujte si příslušné kapitoly znovu a tak, aby jste je

správně pochopili

stabilizátor

filtrace zátěž

usměrňovač

GRATULUJI !!!GRATULUJI !!!zvládli jste úspěšně kurz

Návrh zdroje stejnosměrného

napětí