ii kolokvijum subota 20. 01....

23
Regulatori napona 1 od 2 1 1 1 Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA Savet: Učite, konstantno po malo, MNOGO JE LAKŠE da POLOŽITE preko KOLOKVIJUMA! Osnovi elektronike Predispitne obaveze: U JANUARU OSTALO Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10% Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10% Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20% Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20% ------------------------------ 120% 60% 09. januar 2018. 2 09. januar 2018. 2 Ko nije izašao na I kolokvijum, a ide na lab i predavanja od 120, ima 70% (još nije kasno); ako ne ide na predavanja ima 60% (nije kasno); ali, ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće <50% (e, tada je kasno) Osnovi elektronike Predispitne obaveze: U JANUARU OSTALO Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10% Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10% Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20% Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20% ------------------------------ 120% 60% 3 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018. 4 Osnovi elektronike 09. januar 2018. 4 Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/ 5mV 600Ω Ω Ω 8Ω Ω Ω Šta nedostaje da bi pojačavač radio?

Upload: others

Post on 30-Dec-2019

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

1

11

Ukupan skor u januaru može biti 120% PRE ISPITA

Savet: Učite, konstantno po malo,MNOGO JE LAKŠE da POLOŽITE prekoKOLOKVIJUMA!

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20%Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20%

------------------------------120% 60%

09. januar 2018.2

09. januar 2018. 2

Ko nije izašao na I kolokvijum, a ide na lab i predavanja od 120, ima 70% (još nije kasno);ako ne ide na predavanja ima 60% (nije kasno);ali, ako na drugom kolokvijumu ima < 80% imaće<50% (e, tada je kasno)

Osnovi elektronikePredispitne obaveze: U JANUARU OSTALO

Redovno pohađanje nastave (predavanja+vežbe. 10% 10%Odbranjene laboratorijske vežbe 10% 10%Kolokvijum I (Kasno za kajanje) 50% 20%Kolokvijum II (20.01.2018.) 50% 20%

------------------------------120% 60%

309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja

II Kolokvijum

SUBOTA 20. 01. 2018.

4

Osnovi elektronike

09. januar 2018. 4Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

5mV

600ΩΩΩΩ

8ΩΩΩΩ

Šta nedostaje da bi pojačavač radio?

Page 2: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

2

5

Osnovi elektronike

09. januar 2018. 5Uvod http://leda.elfak.ni.ac.rs/

Izvor jednosmernog napona za polarizaciju

Kako se realizuje?

6

Izvori jednosmernog napona(nastavak)- Stabilizatori - regulatori napona

2. deo - redni regulatori

709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja

Da bi se od mrežnog napona dobio jednosmerni, željene vrednosti, potrebno je

1. smanjiti njegovu vrednost2. usmeriti ga (napraviti jednosmerni napon)

3. ukloniti naizmeničnu komponentu (“ispeglati”)

4. stabilisati ga (učiniti nezavisnim od promena uslova rada potrošača i/ili napona mreže)

Izvori jednosmernog napajanja

1. Uvod

8

Sadržaj

Izvori jednosmernog napajanja

1. Uvod2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnožavažavači napona

4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori napona

4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4.1.2 Redni stabilizatori napona4.1.3 Paralelni stabilizatori

4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

Page 3: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

3

909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Vos=Vo-VCE.

VBE=Vz-Vos

IR=(Vo-Vz)/R

Redni tranzistor koristi se kao izvor konstantne struje; radi u konfiguraciji sa zajedničkom bazom:ulaz pojačavača (emitor) je na izlazu stabilizatora, tako da je izlazna otpornost stabilizatora mala. Sve varijacije napona Vo, kompenzuju se preko VCE, pri konstantnoj struji baze.

1009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Vos=Vo-VCE.

VBE=Vz-Vos

Io=IR+IC

Porast Vo za ∆∆∆∆Vo teži da izazove porast Vos;

usled rasta Vo raste Iz, a IB i IC ostaju konstantne, tako da se sprečava promena Vos.

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Io=Iz+IB +IC=Iz+IE =Iz+Ios

1109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Vos=Vo-UCE.

VBE=Vz-Vos

čime se napon Vos smanjuje.

Ukoliko postoji težnja da se Vos poveća usled promena u kolu potrošača (dok se Vo ne menja)

to izaziva i smanjenje napona VBE,

što dovodi do pada Ios,

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

1209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

BEBos

o

z

zB

o

z

z

z

z

B

VVV

VR

rVV

VrR

rV

rR

RV

−=

+≈

++

+≈

BEoz

zos R

rVVVV −+≈

Iako je izraz za S isti kao kod stabilizatora sa zener diodom, Rmože da bude mnogo veće, jer Iz

kontroliše samo baznu struju, tako da se ostvaruje mnogo manji faktor stabilizacije

Znajući da je IB<<Iz

Iz

IB

;o

os

R

r

V

VS z≈

∂=

Page 4: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

4

1309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

121

11

+≈=

h

h

ΔI

ΔVR

OS

OSo

os

oso

ΔI

ΔVR =

∆∆∆∆Vos

∆∆∆∆Ios

Model za naizmenični signal

iB

iB

11111111 h

V

h

v

rh

v

R||rh

vi OSos

z

os

z

osb

∆−=−≈

+−≈

+−=

)h

ΔV)((h)i(hiΔI OS

BosOS

11

2121 11 −+−=+−==

1409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

BEoz

ZOS VVR

rVV −+≈

T

V

T

V

T

VS BEZOS

T∂

∂−

∂≈

∂=

Vos

VBE

1509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike rednog stabilizatora mogu da se poboljšaju ako se “ubrza” reagovanje rednog tranzistora

osB VRR

RAV

21

2

+−=

VB

osVRR

RAVVV

+

+−=−= 1

21

2osBBE

VBE

1609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Praktična realizacija u diskretnoj tehnici

Promene za ∆∆∆∆Vos

pojačavaju se tranzistorom T2 i prenose na ∆∆∆∆VBE1;

zBE2 VVRR

RV os −

+=

21

2

( )

+≈

++=

2

1

2

1 11R

RV

R

RVVV zzBE2os

VBE1

Za one koji

žele da nauče

više

Page 5: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

5

1709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

čime se napon Vos smanjuje.

Porast Vos izazvaće porast VB2, odnosno VBE2;

tako da se smanjuje napon VBE1,

tada raste IC2 i smanjuje se VC2 ,

što dovodi do pada Ic1 , a time i Ip,

VBE1

Za one koji

žele da nauče

više

1809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

321

1

Rh

RS

E

2

1

21Eh

RRo ≈

+

∂+

∂≈

2

12 1R

R

T

V

T

VS zBE

T

VBE1

Za one koji

žele da nauče

više

1909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

VosVo

VZ, rZ

Domaći 13.1:

Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti:

a) Izlazni napon VOS

b) Faktor stabilizacije

c) Izlaznu otpornost Riz

Poznato je: R =200Ω; RP = 50Ω; VO = 10V. Parametri diode su: VZ

= 6,8V ; rZ = 10Ω. Parametri tranzistora su: VBE = 0,7V; h11E =

1kΩ; h12E = 0 ; h21E = β = 100 ; h22E = 0..

2009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

VosVo

VZ, rZ

Domaći 13.2:

Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti:

a) Izlazni napon VOS

b) Faktor stabilizacije

c) Izlaznu otpornost Riz

Poznato je: R1 = R2 = 4kΩ; RP = 2Ω; R = 10kΩ , VO = 40V.

Parametri diode su: VZ = 10V ; rZ = 0Ω. Parametri tranzistora su:

VBE = 0,7V; h11E = 1kΩ; h12E = 0 ; h12E = β = 100 ; h22E = 0..

Za one koji

žele da nauče

više

Page 6: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

6

2109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Integrisani redni stabilizatori - regulatori naponaStrukturna blok šema

Kontrolišućielement

Referentninapon

Detektorgreške

Kolo zauzorkovanje

Uos

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

VosVo

2209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Integrisani redni stabilizatori - regulatori naponaOsnovna šema

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

+≅ V

R

RV

3

21os

VosVo Kontrolišući element

(izvesti izraz)

Zos VR

RV

+≅

3

21

2309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Integrisani redni stabilizatori - regulatori napona4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

• Q1 je kontrolišući element vezan redno sa potrošačem.

• Deo izlaznog napona vraća se preko razdelnika R2, R3.

• Referentni napon dobijen preko D1.

• Regulacija se postiže kontrolom struje kroz Q1.

VosVo Kontrolišući elementOsnovna šema

2409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Preko Zener diode, na neinvertujući ulaz dovodi se referentni napon: Vz

Svaka promena izlaznog napona Vos prenosi se na invertujući ulaz operacionog pojačavača V-=R3Vos/(R2+R3).

Razlikom ovih napona kontroliše se VBE tranzistora VB=A(Vz-V-), a time i struja kroz tranzistor It.

VosVo

It4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Osnovna šema

Zos VR

RV

+≅

3

21

Page 7: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

7

2509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

• R1 služi da definiše struju diode ID=(Vo-Vz)/R1

• Na operacionom pojačavaču poredi se referentni napon Vz

sa naponom iz razdelnika:

osVRR

RV

32

3

+=−

Zos VR

RV

+≅

3

21

Osnovna šema

2609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Porast Vo za ∆∆∆∆Vo teži da izazove porast ∆∆∆∆Vos;

zato opada napon na izlazu OpAmp,

što dovodi do smanjenja IP,

čime se napon Vos smanjuje: Vos = RPIP.

to izaziva smanjenje struje kroz tranzistor It,

tada raste V- i to za

sΔVRR

RV oΔ

32

3

+=−

;

a onda se smanjuje VBE;

Princip rada

2709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Maksimalna vrednost struje potrošača ograničena je na

IP(max) = 0.7V/R4

Zaštita od kratkog spoja

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

IP

Tranzistor Q2 počinjeda vodi tek kada jepad napona na R4

dovoljno veliki.

Kada provede Q2,proteče IC2 i smanjujese IB1, a tada sesmanjuje i struja IC1,

a time i strujapotrošača Ip

VosVo

IC2

2809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Električna šema integrisanog rednog stabilizatora

NIC 7800C

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Kontrolišućielement

Referentninapon

Detektor greške

Kolo zauzorkovanje

Strujna zaštita

Page 8: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

8

2909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Jednostavna upotreba• Pakuju se u standardnim kućištima• TO-3 (20 W)

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike integrisanih stabilizatora

3009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Pakuju se u standardnim kućištima• TO-220 (15 W)

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike integrisanih stabilizatora

3109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Pakuju se u standardnim kućištima• TO-92 (1 W)

• TO 263 (S)

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike integrisanih stabilizatora

http://malaysia.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=centre/eem_techref_semipack

3209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• serije 78/79XX stabilizatora prave se obično za izlazne napone od 5, 6, 8, 12, 15, 18, ili 24 V

• Maksimalna struja 0,1A; 1A; 2A; 3A• Ugrađena zaštita od pregrevanja• Pad napona na stabilizatoru od 3V (prave se i za

manje napone – LDO Low DropOut < 1V)

• http://www.analog.com/en/power-management/linear-regulators/products/index.html?gclid=CK_GsZ7or6YCFQY03wod4SIDnw

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike integrisanih stabilizatora

Page 9: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

9

3309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike integrisanih stabilizatora

TO-3

3409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Karakteristike integrisanih stabilizatora

TO-3

3509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• C1 i C2 su opcioni kondenzatori.

• C1 služi da neutrališe parazitne induktivnosti

• C2 smanjuje šum (filtrira).

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

3609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Realizacija simetričnog napajanja uz pomoć integrisanih stabilizatora

+Vos

-Vos

Page 10: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

10

3709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Rext = 0.7 V/Imax

Povećanje struje potrošača

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Vos

Vo

3809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• U režimu malih struja kroz potrošač, Qext je zakočen

Povećanje struje potrošača

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Vos

Vo

3909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Povećanje struje potrošača

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

• Qext počinje da vodi kada je VRext > 0.7 V.

• vrednost Rext bira se tako da je IRext = Imax ≈≈≈≈ 0.1 A(najveća struja kroz IC).

• Disipacija na Qext je P = (Vo - Vos)Iext.

Vos

Vo

4009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

• Qlim služi za zaštitu od kratkog spoja.

Vos

Vo

Page 11: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

11

4109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

• Qlim počinje da vodi pri ‚VRlim > 0.7 V.

Vos

Vo

4209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Cilj je da Qlim počne da vodi tek kada struja kroz Qext premaši maksimalnu dozvoljenu vrednost.

• Tada se struja kroz Qext smanjuje i usmerava kroz stabilizator.

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

Vos

Vo

4309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Stabilizator ima internu zaštitu od pregorevanja

• Maksimalni VCElim < 1.4 V.

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

Vos

Vo

4409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

Vos

Vo

Page 12: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

12

4509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

Vos

Vo

4609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Zaštita od kratkog spoja

Vos

Vo

4709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• R1 se bira tako da jeR1 ≈≈≈≈ 0.1 Vref/IQ, gde jeIQ mirna strujastabilizatora (neopterećenog).

2Q1

refrefos RI

R

++=

VVV

1Qref

refos12 RI

)(RR

+

−=

V

VV

odnosno

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Povećanje izlaznog napona na potrošaču

• Vos može da bude i veći od nominalnog napona stabilizatora Vref.

VosVo

4809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Moguće je realizovati stabilizator promenljivog napona ako se R2 zameni potenciometrom. Međutim:

– Minialni izlazni napon je Vref (a ne 0 V).

– IQ je relativno veliko.

– Disipacija na R2 može da bude velika tako da zahteva glomazan potenciometar.

• Postoji više tipova IC stabilizatora namenjenih za promenljive napone n.p.r. LM317 (za pozitivne) ili LM 337 (za negativne napone).

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Stabilizatori - regulatori napona promenljivog napona

Za one koji

žele da nauče

više

Page 13: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

13

4909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Između OUT i ADJ pinova postoji referentni napon od Vref=1.25V (na R1=100-240ΩΩΩΩ)

OUTIN

ADJUosUo

VrefVosVo

Za one koji

žele da nauče

više

5009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Izborom R2 moguća regulacija u opsegu 1.25V-30V

2adj1

refrefos RI

R

++=

VVV

Iadj=50µµµµA

VrefVosVo

Za one koji

žele da nauče

više

5109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

Kondenzator C2 smanjuje šumove (10µµµµF)

VrefVosVo

Za one koji

žele da nauče

više

5209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.2 Redni stabilizatori - regulatori napona

D1 i D2 štite kolo od prenapona u primenama sa većim strujama i naponima

Za one koji

žele da nauče

više

Page 14: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

14

53

Sadržaj

Izvori jednosmernog napajanja

1. Uvod2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnožavažavači napona

4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori napona

4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4.1.2 Redni stabilizatori napona4.1.3 Paralelni stabilizatori

4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

5409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori napona4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

Vos=Vo-RIo.

Io=It+Ir +Ios.

Porast Vo za ∆∆∆∆Vo teži da izazove porast ∆∆∆∆Vos;

To izaziva porast struje kroz tranzistor It,

osBE ΔVRR

RΔV

21

1

+=tada raste VBE i to približno za

što dovodi do povećanja Io,

čime se napon Vos smanjuje. (Vos = Vo -R Io)

a time i do većeg pada napona na R (RIo),

5509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Da bi se ostvarila bolja stabilizacija, potrebno je “ubrzati” reagovanje na promenu Vos.

Za dobru stabilizaciju napona potrebno je uvesti dodatnu negativnu povratnu spregu.

4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

VosVo

Integrisani paralelni stabilizatori - regulatori napona

Za one koji

žele da nauče

više

5609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Q1 je kontrolišući element vezan paralelno sa potrošačem.

• Deo izlaznog napona vraća se preko razdelnika R3, R4.• Referentni napon dobijen preko D1.• Regulacija se postiže kontrolom struje kroz Q1.

4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori naponaVos

Vo

Za one koji

žele da nauče

više

Page 15: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

15

5709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

Preko Zener diode na invertujući ulaz dovodi se referentni napon.

Svaka promena izlaznog napona prenosi se preko R3 i R4 na neinvertujući ulaz operacionog pojačavača.

Razlikom ovih napona kontroliše se ‚VBE tranzistora, a time i struja kroz tranzistor It.

Z4

3os R

R1 VV

+≅

It

VosVo

VZ

Za one koji

žele da nauče

više

5809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• R1 je redno vezan sa potrošačem i na njemu se “ublažavaju” sve promene napona ∆∆∆∆Vo.

• R2 služi da definiše struju diode ID=(Vo-Vz)/R2

• Na operacionom pojačavaču poredi se referentni napon Vz sa naponom iz razdelnika (R4 Vos)/(R3+R4).

4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

Zo VR

RV

+≅

4

31

VosVo

VZ

Za one koji

žele da nauče

više

5909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.1.3 Paralelni stabilizatori - regulatori napona

Porast Vo za ∆∆∆∆Vo teži da izazove porast ∆∆∆∆Vos;

zato raste napon na izlazu OpAmp, a time i VBE;

što dovodi do povećanja Io,

čime se napon Vos smanjuje: Vos = Vo – RIo.

a time i do većeg pada napona na R (RIo),

to izaziva porast struje kroz tranzistor It,

It

Io

tada raste V+ i to za

sVRR

RV oΔΔ

43

4

+=+ ;

Vo

Vos

Vo

Za one koji

žele da nauče

više

60

Sadržaj

Izvori jednosmernog napajanja

1. Uvod2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnožavažavači napona

3. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori napona

4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4.1.2 Redni stabilizatori napona 4.1.3 Paralelni stabilizatori napona

4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

Page 16: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

16

6109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Kontrolišući element (tranzistor) radi u prekidačkom režimu tako da je disipacija na njemu mala

• Kada je tranzistor zakočen IC=0A, a kada vodi, onda radi u zasićenju sa VCE=VCES ≈≈≈≈ 0.2V).

4.2 Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Prekidačkitranzistor LC filtar

impulsno širinski

modulator

Referentninapon

Detektor greške

Potrošač

6209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Bar dva puta veća efikasnost od linearnih, stepen iskorišćenja 70%-90%.

• Idealni su za primene u kojima se traže velike struje (zbog male disipacije).

• Izlazni napon može biti i veći od ulaznog

• Mogu da invertuju ulazni napon (Vos=-kVo)

• Realizacija ne zahteva glomazne komponente.

4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Prednosti

6309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Znatno su složeniji.

• Unose VF šum.

• Problemi sa EMC

• “Zagađuju” mrežni napon harmonicima

4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Nedostaci

6409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Mogu da se realizuju kao

– spuštači napona Vos<Vo (Step-Down)

– podizači napona Vos>Vo (Step-Up, boost)

– invertori napona Vos=-Vo (Inverter, fly-back;

podizači/spuštači)

4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Prekidačkitranzistor LC filtar

impulsno širinski

modulator

Referentninapon

Detektor greške

Potrošač

Page 17: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

17

6509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Vo

Vos4.2.1 Spuštači napona

• Operacioni pojačavač radi kao komparator! objasniti

Vu [mV]

Vi [V]

6609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona

Vo

Vos4.2.1 Spuštači napona

• Referentni napon obezbeđuje Dz.

• Razdelnik R2 i R3 definiše izlazni napon u odnosu na Vz.

Zos VR

RV

+≅

3

21

6709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• R1 služi da polariše Dz.

• L i C čine filtar. Kako radi kalem u prekidačkom režimu

i na https://www.youtube.com/watch?v=LXGtE3X2k7Y

• D1 sprečava da napon na emitoru bude VE < <0 kada se tranzistor zakoči (napon na L menja polaritet), jer bi tranzitor tada proveo (VBE>Vγγγγ) ; obezbeđuje put struji kada je T zakočen.

4.2.1 Spuštači napona

VoVos

6809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.1 Spuštači napona

• Kada je VR3<Vz, izlaz OP je u pozitivnom zasićenju (+VCC) i tranzistor vodi, a D1 zakočena.

Vo

Vos

Page 18: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

18

6909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.1 Spuštači napona

•Kada je VR3>Vz, izlaz komparatora (OP) je u negativnom zasićenju (-VCC) i tranzistor je zakočen, kondenzator se prazni. Kroz kalem nastavlja da teče struja (lencov zakon) i kada je T zakočen. Polaritet se menja na kalemu i D1 provede, a kroz kalem se dopunjuje C.

Vo

Vos

7009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Vo

Vos

4.2.1 Spuštač napona

• Napon na emitoru biće VE=Vo –VCES ≈Vo kada tranzistor radi u zasićenju

ili VD1≈0, kada tranzistor ne vodi.

7109. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Vo

Vos

4.2.1 Spuštač napona

• Struja kroz kalem nastavlja da teče i kada tranzistor prestane da vodi, jer D1 provede i dopunjuje C.

• Struja kroz kalem linearno raste sa naponom dok Q1 vodi:

tL

VVdtVV

Li oso

osoL)(

)(1 −

=⋅−≈ ∫

7209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Vo

Vos

4.2.1 Spuštač napona

• Napon na izlazu nalazi se u granicama Vref ± vu

Page 19: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

19

7309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Vo

Vos

4.2.1 Spuštač napona

7409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.1 Spuštač napona

7509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.1 Spuštač napona

VosVos

oo VVT

tV on

os <=

T

Vos

videti

76

Sadržaj

Izvori jednosmernog napajanja

1. Uvod2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnožavažavači napona

4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori napona

4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona

4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

Page 20: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

20

7709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2 Prekidački stabilizatori - regulatori napona

4.2.2 Podizači napona

• Napon na izlazu veći je od ulaznog napona za VL.

• Osnovna razlika odnosi se na funkciju Q1 i L.

+ VL -Vo

+Vos

7809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Kada Q1vodi (u zasićenju) => D1 je zakočena.

4.2.2 Podizači napona

+ VL -Vo

+Vos

T

tVV

tL

VVdtVV

Li

dt

diLv

onoL

CEsoCEsoL

LL

⋅≈

−=⋅−=⇒= ∫

)()(

1

7909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

• Kada je Q1 zakočen => D1 vodi,

energija se iz L prenosi u C.

4.2.2 Podizači napona

• Napon na C veći je za VL od ulaznog napona.

Vo

Vos+ VL - VL

8009. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.2 Podizači napona

- VL +

• Napon na C:

Vo

Vos

oo V

T

t

VV

onos

>>>>

−−−−

====

1

Page 21: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

21

81

Sadržaj

Izvori jednosmernog napajanja

1. Uvod2. Usmerači napona

2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2.3 Umnožavažavači napona

4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori napona

4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona

4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori

8209. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2 Prekidački stabilizatori - regulatori napona

4.2.3 Invertori napona

• Izlazni napon ima suprotan polaritet od ulaznog

+Vo

-Vos

8309. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.3 Invertori napona

• Kada Q1 vodi,

• napon na kalemu jednak je ulaznom naponu (umanjenom za VCES),

• D1 je inverzno polarisana

•napon na C zadržava vrednost (sporo se prazni kroz RL)

+Vo

-Vos

8409. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.3 Invertori napona

• Kada je Q1 zakočen,

• napon na L menja polaritet,

• D1 vodi,

• C se preko rd puni na VL=-Vos

+Vo

-Vos

Page 22: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

22

8509. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

4.2.3 Invertori napona

• Zavisno od odnosa vremena uključivanja tranzistora napon na izlazu može biti (po apsolutnoj vrednosti)

• manji , (ton/T)<0.5

• veći, (ton/T)>0.5 ili

• jednak ulaznom naponu, (ton/T)=0.5

+Vo

-Vos

oV

Tt

Tt

Von

on

os

−−−−

−−−−====1

8609. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Integrisani stabilizatori - regulatori napona napona

Zaključak

Stabilizatori - regulatori napona napona

•Obezbeđuju konstantni DC napon na izlazu, nezavisno od promena napona na ulazu i

struje kroz potrošač.

• Osnovni tipovi stabilizatora su linearni i prekidački

• Linearni se realizuju kao redni i paralelni

• Prekidački mogu biti spuštači, podizači ili invertori napona

8709. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Integrisani stabilizatori - regulatori napona napona

Zaključak

• Prekidački stabilizatori - regulatori napona znatno su efikasniji od linearnih i pogodni za primene koje zahtevaju veće struje

• Prekidački i linearni stabilizatori-regulatori napona realizuju se u integrisanoj tehnici

• Postoje integrisani stabilizatori – regulatori napona za fiksne i promenljive pozitivne ili negativnenapone

• Mogućnosti integrisanih stabilizatora mogu da se prošire ubacivanjem spoljašnjih tranzistora.

8809. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Pretvarači jednosmernog u jednosmerni napon(DC to DC converter) mogu se realizovati na istim principima kao prekidački stabilizatori -regulatori napona.https://www.youtube.com/watch?v=CEhBN5_fO5o&spfreload=10Pretvarači jednosmernog u jednosmerni napon

Alternativno rešenje:

Više o ovoj temi na kursu “Energetska elektronika”

Za one koji

žele da nauče

više

Page 23: II Kolokvijum SUBOTA 20. 01. 2018.leda.elfak.ni.ac.rs/education/elektronika/predavanja/2017...Regulatori napona 1 od 2 6 21 09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2 Integrisani

Regulatori napona 1 od 2

23

8909. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

Sledi:-Rekapitulacija (pitanja/odgovori)

9090

Šta smo naučili?

• Uloga i osnovne karakteristike stabilizatora (regulatora) napona.

• Skicirati strukturnu blok šemu integrisanog rednog stabilizatora (regulatora) napona i

objasniti kako se ostvaruje stabilizacija(regulacija) napona.

• Skicirati osnovnu el. šemu stabilizatora(regulatora) napona realizovanog sa integrisanimstabilizatorom 78XX

• Osnovna blok šema i klasifikacija prekidačkih stabilizatora (regulatora) napona.

09. januar 2018. Izvori jednosmernog napajanja 2

91

Ispitna pitanja

1. Uporediti faktor stabilizacije stabilizatora (regulatora) sa zener diodom i rednog stabilizatora (regulatora) napona

2. Osnovna šema integrisanog rednog stabilizatora (regulatora) napona

3. Princip rada integrisanog rednog stabilizatora (regulatora) napona

4. Skicirati osnovnu el. šemu stabilizatora (regulatora) napona realizovanog sa integrisanim stabilizatorom 79XX

5. Električna šema realizacije simetričnog napajanja na osnovu integrisanih stabilizatora (regulatora) napona 78XX i 79XX.

6. Princip povećanja struje potrošača kod integrisanog stabilizatora(regulatora) napona.

7. Princip zaštite integrisnih stabilizatora (regulatora) napona od kratkog spoja.

8. Osnovna šema i princip rada paralelnih stabilizatora (regulatora) napona.

9. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatoraspuštača/podizača/invertora napona.

91Izvori jednosmernog napajanja 209. januar 2018.92

12. januar 2016. Izvori jednosmernog napajanja

1N5231B Rp

Rešenje Domaći 13.1:

Ω≈Ω==+

−−−⋅=

+

−∆−−=

+

−=

==

=−=∆−=

≈=Ω

=∆

=∆

=−=−=∆

=Ω=

==

280 27639

77,10

2514

55,0)7,0122(

)(

25200

5

14620min

688,517

1,0

1,051,5

20@17

[email protected]

maxminmaxmin

min

min

max

0

0

0

00

mA

V

mAmAR

II

VVVV

II

VVR

mAV

R

VI

mAIII

mAV

r

VI

VVVV

mAIr

mAIVV

pZ

osDm

pZ

osC

p

osp

ZZZ

Z

ZZ

osZZ

Zz

ZZ

mFmFC

VRf

VVC

fCR

VVV

Dm

DmC

2,118,11380

27,16

5,0276502

7,0122

2

2

:eusmeravanj Dvostrano

max

≈==⋅⋅⋅

−⋅=

∆⋅⋅

−=

−=∆

Odrediti R i C u stabilizatoru sa slike tako da jednosmerni napon na potrošaču Rpmin=200ΩΩΩΩ bude 5V, a ∆∆∆∆VCmax=0.5V. Upotrebiti zener diodu 1N5231B iz Tabele 1. Usvojiti da je efektivna vrednost napona na izlazu transformatora 2x12V i da je na diodama 1N4148 pad napona VD=0,7V kada vode.