Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Tápegységek, feszültségstabilizátorok



Hasonló dokumentumok
Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

Lineáris és kapcsoló üzemű feszültség növelő és csökkentő áramkörök

EGYENÁRAMÚ TÁPEGYSÉGEK

feszültség konstans áram konstans

Elektronika 11. évfolyam

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsoló-üzemű tápegységek

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

Elektronika II. 5. mérés

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: A tranzisztor, mint kapcsoló

Mérés és adatgyűjtés

A stabil üzemű berendezések tápfeszültségét a hálózati feszültségből a hálózati tápegység állítja elő (1.ábra).

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

MUNKAANYAG. Dr. Nemes József. Egyenirányító áramkörök, tápegységek. A követelménymodul megnevezése: Elektronikai áramkörök tervezése, dokumentálása

Hármas tápegység Matrix MPS-3005L-3

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Számítási feladatok a 6. fejezethez

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

4. Mérés. Tápegységek, lineáris szabályozók

Műveleti erősítők - Bevezetés

Nyomtatóport szintillesztő 3V3

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Gingl Zoltán, Szeged, :44 Elektronika - Diódák, tranzisztorok

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektronika Előadás

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Nyomtatóport szintillesztő

Gingl Zoltán, Szeged, dec. 1

Tájékoztató. Használható segédeszköz: számológép

DIÓDÁS ÉS TIRISZTOROS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE

Az ideális feszültségerősítő ELEKTRONIKA_2

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Fényemittáló dióda (LED)

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Mérési útmutató Periodikus, nem szinusz alakú jelek értékelése, félvezetős egyenirányítók

4. Mérés. Tápegységek, lineáris szabályozók

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Teljesítmény-erősítők. Elektronika 2.

Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Összefüggő szakmai gyakorlat témakörei

DC-DC BUCK ÁTALAKÍTÓ STATIKUS ÉS DINAMIKUS TERHELÉSSEL

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

8. TÁPEGYSÉGEK. Az analóg, lineáris üzemű tápegységek általános felépítését a 8.1. ábra mutatja.

VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRÖK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Nyomtatóport szintillesztő 4V2

Elektronika I. Gyakorló feladatok

13.B 13.B. 13.B Tranzisztoros alapáramkörök Többfokozatú erısítık, csatolások

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Tantárgy: ANALÓG ELEKTRONIKA Tanár: Dr. Burány Nándor

1.zh Kösse össze a két oszlop egy-egy összetartozó fogalmát! pozitív visszacsatolás

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Tápegység tervezése. A felkészüléshez szükséges irodalom Alkalmazandó műszerek

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Egyszerű tranzisztoros kapcsolások

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

AUTOMATIKAI ÉS ELEKTRONIKAI ISMERETEK KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ


Őrtechnológia a gyakorlatban

Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

Ideális műveleti erősítő

<mérésvezető neve> 8 C s z. 7 U ki TL082 4 R. 1. Neminvertáló alapkapcsolás mérési feladatai

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Kapcsolóüzem stabilizátor mérése

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

SYS700-PLM Power Line Monitor modul DDC rendszerelemek, DIALOG-III család

Multi-20 modul. Felhasználói dokumentáció 1.1. Készítette: Parrag László. Jóváhagyta: Rubin Informatikai Zrt.

Teljesítményerősítők ELEKTRONIKA_2

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

G803 Nyolc egyérintéses funkció Súlyos zavaró feszültség ingadozásnál ZC 1.kivezetés és a föld közé 2.kivezetés tegyünk egy 20pf - 100pf-os

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők táplálása, alkalmazása, alapkapcsolások

Elektronika laboratóriumi mérőpanel elab panel NEM VÉGLEGES VÁLTOZAT! Óbudai Egyetem

* Egyes méréstartományon belül, a megengedett maximális érték túllépését a műszer a 3 legkisebb helyi értékű számjegy eltűnésével jelzi a kijelzőn.

Számítási feladatok megoldással a 6. fejezethez

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Bipoláris tranzisztoros erősítő kapcsolások vizsgálata

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

ELEKTROTECHNIKA-ELEKTRONIKA ELEKTROTECHNIKA

Bevezetés az analóg és digitális elektronikába. V. Félvezető diódák

Bevezetés az elektronikába

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők felépítése, ideális és valós jellemzői

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Bevezetés az elektronikába

7. L = 100 mh és r s = 50 Ω tekercset 12 V-os egyenfeszültségű áramkörre kapcsolunk. Mennyi idő alatt éri el az áram az állandósult értékének 63 %-át?

Átírás:

Hobbi Elektronika Bevezetés az elektronikába: Tápegységek, feszültségstabilizátorok 1

Felhasznált irodalom 1. Pataky István Híradásipari és Informatikai Szakközépiskola: Érettségi tételek (5.B, 20.B) 2. Dr. Tolnai János: Elektrotechnika VII. Tápegységek 3. U. Tietze Ch. Schenk: Analóg és digitális áramkörök, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1981 4. Paul Falstad: Elektronikus áramkör szimulátor - www.falstad.com/circuit 2

Egyutas egyenirányító A dióda csak az U 2 szekunder feszültség pozitív félperiódusaiban vezet. U ki = 2U 2 U D (csúcsérték) U ki0 = 2 π U 2 0.45U 2 Az utóbbi képletben elhanyagoltuk U D -t. (átlag) Az egyutas egyenirányító hatásfoka kb. 40 %. 3

Egyutas egyenirányító Link: www.falstad.com/circuit/e-rectify.html A szimuláció paraméterei: U BE = 5 V (csúcsérték) V D kb. 680 mv (I D = 6.7 ma-nél) Látható, hogy a fogyasztóra lüktető egyenáram jut, ami az idő nagyobbik részében szünetel 4

Egyutas egyenirányító szűréssel A kimenő feszültség ingadozását pufferkondenzator segítségével csökkenthetjük, melynek értéke a kimenő áramtól függően többszáz vagy többezer µf. A kimeneti feszültség (U ki ) időbeli lefolyása a kondenzátor töltési és kisütési folyamatainak az eredménye. A töltőimpulzusok szüneteiben a kondenzátorban tárolt töltést használja fel a fogyasztó. Ub neve: brummfeszültség 5

Egyutas egyenirányító szűréssel Link: www.falstad.com/circuit/e-rectify.html Egészítsük ki az egyutas egyenirányító áramkört egy 100 µf-os kondenzátorral! Az adott terhelés mellett a kimenő feszültség az ábrán látott módon alakul (U ki értéke 3,8 és 4,3 V között ingadozik, U b 0,5 V). A kapacitás növelésével az U b brummfeszültség tovább csökkenthető. Pl. C = 470 µf esetén U ki értéke 3,97 és 4,27 V között ingadozik, U b 0,3 V 6

Kétutas egyenirányító Máshol egyutas, kétütemű egyenirányítónak is nevezik. A kapcsolás lényeges eleme a transzformátor középleágazásos szekunder tekercse. A középleágazáshoz képest a tekercsvégek feszültsége félperiódusonként felváltva lesz pozitív, így a diódák felváltva vezetnek. Az eredmény: kétszeres frekvenciájú lüktető egyenáram Kevesebb szünet jobb hatásfok ( 81 %) U ki0 = 2 2 π U 2 0.9U 2 (átlag) 7

Graetz-hidas kétutas egyenirányító A hídkapcsolású, kétutas egyenirányitó áramkör nem igényel középleágazásos tekercset. U2 pozitív félperiódusában a D1 és D3 diódák, a negatív félperiódusban pedig a D2 és D4 diódák vezetnek. Megjegyzés: A kimeneti átlagfeszültség itt valamivel alacsonyabb, mint az előző kapcsolásnál, mert félperiódusonként két-két dióda nyitófeszültsége csökkenti a kimenő feszültséget. 8

Graetz-hidas kétutas egyenirányító Link: www.falstad.com/circuit/e-fullrect.html Figyelmesen nézve észrevehetjük, hogy a kimenő feszültség egy-egy rövid időre nulla. Az áramgörbén (sárga színnel) is látható, hogy ilyenkor nem folyik áram. Magyarázat: amíg a bejövő feszültség el nem éri két sorbakötött dióda nyitófeszültségét, addig nem folyik áram. A kimenő feszültség csúcsértéke kb. 1.4 V-tal kevesebb, mint a bemeneti feszültség csúcsértéke. Ez megfelel két soros dióda nyitófeszültségének. Kisebb terhelés (pl. 2 kω) esetén ez a különbség csökken. 9

Egy- és kétutas egyenirányító szűréssel Az egyutas egyenirányítóknál hosszabb a kisütási szakasz, ezért ugyanakkora búgófeszültség eléréséhez kétszer nagyobb kapacitású kondenzátor szükséges. 10

Graetz-hidas kétutas egyenirányító szűréssel Link: www.falstad.com/circuit/e-fullrectf.html Egy 100 µf-os pufferkondenzátor (ez a gyakorlatban a tápegységeknél kis kapacitásnak számít) jelentős mértékben lecsökkenti a kimenő feszültség ingadozását. A kimenő feszültség csúcsértéke kb. 1.4 V-tal kevesebb, mint a bemeneti feszültség csúcsértéke. Ez megfelel két soros dióda nyitófeszültségének. 11

Hálózati tápegységek A logikai IC-k ás a mikrovezérlők üzemeltetéséhez az előző oldalakon bemutatott tápegységek nem mindenben felelnek meg. További követelmények: Terheléstől független feszültség A bemeneti feszültségtől és a környezeti hőmérséklettől független feszültség Adott tartományra szorítkozó egyenfeszültség (pl. 74xx sorozatnál 5 V ± 10 %) A hálózati transzformátor galvanikusan leválaszt a hálózatról és előállítja a szükséges törpefeszültséget. Az egyenirányító és szűrő fokozat előállítja a stabilizálatlan egyenfeszültséget. A DC stabilizátor biztosítja a fentebb kilistázott további feltételeket. 12

A stabilizátorok osztályozása A szabályozott mennyiség szerint beszélhetünk feszültség-, illetve áramstabilizátorokról. A felépítés alapján beszélhetünk soros, illetve párhuzamos működésű stabilizátorokról. Pl. áteresztő tranzisztoros stabilizátor pl. Zener dióda, vagy más shunt-stabilizátor 13

Zener diódás stabilizátor A Zener-diódás stabilizátor R soros ellenállása akkor megfelelő értékű, ha a dióda munkapontja a bemeneti feszültség és a terhelő áram szélsőséges értékeinél is a működési tartományban marad. I Z = U be U Z R = 10V 3.3V 1kΩ = 6.7mA, illetve 8V 3.3V 1kΩ = 4.7mA A Zener-dióda jellegörbéje szerint ezekhez az áramokhoz U Z = 3.4 V, illetve 3.3V tartozik. 2V 0.1V Az áramkör azért tekinthető stabilizátornak, mert a bemeneti feszültség 2 V-os változására a kimeneti feszültség csak 0,1 V-tal változik meg. 14

U ki = U Z Zener diódás stabilizátor I Z = I R I t Méretezési példa: Legyen U Z = 15 V, U be = 30 V ± 10% és I t = 0 100 ma Az R ellenállás értékét minimális Zener áramnál (amit itt, mint áramtartalékot, önkényesen 20 ma-nek választunk) és minimális bejövő feszültségnél (esetünkben 27 V) határozhatjuk meg. R = 27V 15V 100mA + 20mA = A stabilizálás feltétele: I Z > 0 12V 120mA = 100Ω A másik határeset az, amikor a Zener diódán maximális áram folyik. Ez akkor következik be, amikor I ki minimális (esetünkben 0) és U be maximális (esetünkben 33 V). 33V 15V I Z = = 180mA 100Ω A Zener diódán ekkor 2,7 W, az ellenálláson pedig 3,24 W teljesítmény disszipálódik, ami jól mutatja a Zener-diódás stabilizátor rossz hatásfokát (a hasznos teljesítmény 0 1,5 W) 15

Áteresztő tranzisztoros stabilizátor A kapcsolás előnye, hogy a Zener-diódás fokozatból kivett áram csak töredéke a terhelő áramnak ( 1 ). 1+β) Emiatt a dióda kisebb áramra méretezhető (jobb hatásfok) és kisebb a változás a terhelés függvényében (kevésbé változik a Zener feszültsége). Nagyobb terhelőáram esetén (I ki 500 ma) Darlington kapcsolást is alkalmazhatunk, ilyenkor az áramerősítési tényezők szorzatával számolhatunk: I ki I B = 1 + β 1 β 2 16

Áteresztő tranzisztoros stabilizátor Link: www.falstad.com/circuit/e-zenerreffollow.html A Zener Voltage Reference w/ Follower (Zener feszültségreferencia feszültségkövető fokozattal) című mintapélda tulajdonképpen egy áteresztő tranzisztoros feszültségstabilizátor. A kapcsolást célszerű kiegészíteni egy diódával és egy pufferkondenzátorral. Kísérletezzünk a pufferkondenzátor, a Zener előtét-ellenállás és a kimeneti terhelés értékeinek megváltoztatásával! Ha pl. nagy terhelőáram mellett a pufferkondenzátor kapacitása túl kicsi, akkor látványos leeséseket tapasztalunk a kimenő feszültségben 17

Visszacsatolt soros feszültségstabilizátor Egy klasszikus példa: Fairchild µa723-as stabilizátor IC 150 ma kimenőáram Max. 40 V bemenő feszültség 2 37 V kimenő feszültség 7.15 V referencia Beépített áramhatároló 18

Túláramvédelmi megoldások Maximált kimenő áramú stabilizátor (az *1+ forrás 20.B tételének hibás ábrája korrigálva!) I ki max 0.65V R I ki max = R 1 U R R ki + R 1 + R 2 0.65V 2 R R 2 19

Integrált áramkörös feszültségstabilizátorok I. A korábban már említett µa723-as IC-vel így néz ki egy tipikus nagyáramú (I ki > 150 ma) és nagyfeszültségű (U ki > U REF ) kapcsolás. A T tranzisztor külső alkatrész (teljesítmény-tranzisztor). Az áramkorlátozás az R ellenállással állítható be. A kimenő feszültséget az R1, R2 osztó szabja meg: U ki = U REF R 1+R 2 R 2 (U ki értéke 7 37 V között választható) A C kondenzátor gerjedésgátló frekvenciakompenzáló elem 20

21

Integrált áramkörös feszültségstabilizátorok II. Az újabb generációs feszültségstabilizátorok kevesebb külső alkatrésszel működésbe hozhatók, s beépített túláram illetve túlmelegedés elleni védelemmel rendelkeznek. Blokkvázlat SOA = Safe Operating Area (biztonságos működési terület) TO-220 tokozás Egyszerű alapkapcsolás 22 LM78xx sorozat (5,6,8,9,10,12,15,18,24V) LM317 (1.25 35 V között változtatható) AMS1117 (1.5,1.8, 2.5, 2.85,3.3, 5.0 V) és még sokan mások

Amire oda kell figyelni Adatlap adatai: minimális és maximális bemenő feszültség kimenő feszültség maximális kimenő áram bekötés, tokozás szűkondenzátorok ajánlott értéke védődiódák szükségessége hűtés szükségessége, méretezése Fix feszültségű, vagy szabályozható kimenet LM317 változtatható (ill. beállítható) feszültségű feszültségstabilizátor. Eltérő típusoknál eltérő lehet a bekötés V OUT = 1.25V 1 + R 2 R 1 + I ADJ R 2 23

Alkalmazási példák Diódás védelem 25 V fölötti kimenőfeszültség, illetve 10 µf fölötti terhelő kapacitás esetén szükséges 0 30 V közötti szabályozható feszültségstabilizátor 24

PIC-ador mikrovezérlő kártya (Link: esca.atomki.hu/pic24/picador.html ) A tápegység USB (5V) vagy külső (7-12V) táplálású (D2 automatikus leválasztást végez) Egy REG1117-3.3 típusú IC 3,3 V-ot állít elő 25

A dugaszolós próbapanelre tűzhető Választhatóan 5 V vagy 3.3 V vehető ki Maximális terhelőáram 0.7 A Breadboard tápegység +7 12 V bemenet 2.1 mm barrel Kapcsoló Power LED 5V kimenet USB-A csatlakozó Ki- és bekapcsolható Fordított bemeneti polaritás ellen diódás védelem AMS1117 5.0 AMS1117 3.3 26

Kapcsoló üzemű tápegységek I. (csak vázlatosan ) 1. Szekunder oldali kapcsolóüzemű feszültségstabilizátor A T1 tranzisztor lezáráskor a D dióda biztosítja, hogy a tekercs árama tovább folyhasson, így nem csak a kondenzátor töltése, hanem a tekercsben tárolt energia is hasznosul. U ki = Ha T 1 vezet: t be t be + t ki U be A szabályozás PWM-mel történik di L dt = U be U ki L Ha T 1 lezár: di L dt = U ki L 27

Kapcsoló üzemű tápegységek II. 2. Primer oldali kapcsolóüzemű feszültségstabilizátor Veszélyes üzem! Speciális szakismereteket, gyakorlatot és műszerezettséget igényel! Előnyök: Nagy kapcsolási frekvencák (100 khz) esetén a transzformátor kicsiny lehet Jó hatásfok Hátrányok: A primer és a szekunder kör galvanikus elválasztása miatt a visszaszabályozás bonyolult 28

Egyszerű kivitelű kapcsolóüzemű tápegységek Az LM2576T típus a professzionálisabb megoldás ( 52 khz fix frekvenciájú beépített oszcillátora biztosítja az állandó frekvenciát). Az LM78xx vagy LM317 sorozat esetén nagyobb veszteségre és terheléstől függő frekvenciára kell számítani, bonyolultabb a beállítása. 5 V / 1 A tápegység Link: www.hobbielektronika.hu 3 A terhelhetőségű tápegység LM317 adatlapi ajánlás szerint 29

Áramgenerátorok Cél: Az R t fogyasztón állandó nagyságú áram folyjon. Például LED-ek meghajtása Áramvisszacsatolású földelt emitteres áramgenerátor 1 A-es áramgenerátor I ki = U ref U BE R 2 I ki = 1.25V R 1 30