Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

wtórnik emiterowy + dioda zenera jako stabilizator

26 Gru 2018 21:37 654 11
  • Poziom 7  
    Poszukując informacji na temat wtórnika emiterowego odnalazłem takie zadanie:

    Dla stabilizatora z diodą Zenera i wtórnikiem emiterowym tranzystor ma
    wzmocnienie prądowe 100. Oblicz rezystor dla napięcia wejściowego 12 V i diody
    Zenera 6 V, tak, by zapewnić prąd wyjściowy 500 mA. Przez diodę ma płynąć wtedy
    5 mA.


    Zadanie proste i do zrobienia w pamięci. Ale zacznijmy od schematu:

    wtórnik emiterowy + dioda zenera jako stabilizator

    Poszukuję Rb oraz Rc.

    Nie jestem pewien od czego zacząć, więc zacznę od diody. Maksymalny prąd dla diody to 5 mA i pod tym kątem zamierzam dobrać Rb. Jeżeli zasilanie wynosi 12 V, na diodzie jest spadek 6 V, to maksymalny prąd płynący przez Rb wynosi:

    5mA = (12 V - 6 V)/Rb
    Rb = 6 V / 5 mA = 1.2 kΩ

    Niby fajnie, ale jeżeli napięcie wejściowe wyniesie np 20 V, to przez Rb powinien popłynąć prąd:

    ib = (20 V - 6 V) / 1.2 kΩ = 11.7 mA

    Pytanie czy to dobrze?

    Obliczam teraz Rc. Należy to dobrać tak, by w razie zwarcia obciążenia tranzystor nie został uszkodzony. A to nastąpi, jeżeli zostanie przekroczony pewien prąd, który oznaczam jako Imax:

    Rc > 12 V / Imax

    Przyznam też, że nie do końca rozumiem treść zadania. Jeżeli napięcie wejściowe jest w normie, to dioda nie powinna przewodzić. Więc skąd te 5 mA?
  • Poziom 35  
    kosmonauta80 napisał:
    eżeli napięcie wejściowe jest w normie, to dioda nie powinna przewodzić

    Masz to dobrze. Dioda przestanie przewodzić jak Uwe spadnie poniżej 6V.
  • Poziom 39  
    kosmonauta80 napisał:

    Przyznam też, że nie do końca rozumiem treść zadania. Jeżeli napięcie wejściowe jest w normie, to dioda nie powinna przewodzić.

    Jeżeli w normie=12V to dioda będzie przewodzić wszak jej Uz =6V więc jak to wcześniej napisałeś popłynie przez nią prąd Iz=(Uwe-Uz)/Rb
  • Moderator Projektowanie
    Źle.
    Skąd ten schemat? - narzucony czy go wymyśliłeś? - jest bez sensu z powodu Rc który tu jest zbędny a nawet szkodliwy.
    kosmonauta80 napisał:
    Maksymalny prąd dla diody to 5 mA

    Nie, to minimalny prąd diody. Maksymalny będzie gdy Iobc=0.
    Nie rozumiesz zasady działania tego stabilizatora.
    Rozrysuj sobie jak płyną prądy, i policz jak się zmieniają dla dwóch stanów: Iobc=0, Iobc=500mA.
    Czy na pewno Uwe=12V ? - a może był tam zadany zakres Uwe, np. Uwe=12=20V ?
    Bo skąd wziąłeś to:
    kosmonauta80 napisał:
    jeżeli napięcie wejściowe wyniesie np 20 V,
  • Poziom 35  
    Jednak nie.
    Jeżeli Iwy = 500mA, to przy hFE =100, prąd bazy musi być Ib=5mA.
    W tym stanie Irb = Ib + Idz = 5mA + 5mA = 10mA.
    Czyli Rb = (Uwe - Udz)/Irb = (12 - 6)/10 mA = 600 Ohm
  • Poziom 7  
    trymer01 napisał:
    Źle.
    Skąd ten schemat? - narzucony czy go wymyśliłeś? - jest bez sensu z powodu Rc który tu jest zbędny a nawet szkodliwy.

    Schemat pochodzi z książki "Sztuka elektroniki". Wg opisu Rc ma zabezpieczać tranzystor na wypadek zwarcia.

    trymer01 napisał:
    Nie rozumiesz zasady działania tego stabilizatora.
    Rozrysuj sobie jak płyną prądy, i policz jak się zmieniają dla dwóch stanów: Iobc=0, Iobc=500mA.

    Rozumiem (tak mi się wydawało), że działa to tak:
    - gdy napięcie zasilania wynosi 12 V, to na bazie tranzystora (katodzie diody) pojawia się 6 V -> tranzystor w stanie aktywnym, dioda nie przewodzi
    - gdy napięcie zasilania wynosi powyżej12 V, to na bazie tranzystora (katodzie diody) pojawia się ponad 6 V -> dioda "otwiera" się, jej prąd ogranicza Rb, a na bazę tranzystora dostaje się masa układu, tranzystor zatkany
    - gdy napięcie zasilania wynosi poniżej 12 V, to na bazie tranzystora (katodzie diody) pojawia się mniej niż 6 V -> tranzystor w stanie aktywnym, dioda nie przewodzi

    trymer01 napisał:
    Czy na pewno Uwe=12V ? - a może był tam zadany zakres Uwe, np. Uwe=12=20V ?
    Bo skąd wziąłeś to:
    kosmonauta80 napisał:
    jeżeli napięcie wejściowe wyniesie np 20 V,

    Napięcie zasilania to 12 V. A to 20 V to moje dywagacje "jak to zadziała gdy...".
  • Poziom 35  
    Dioda Zenera o napięciu Uz = 6V z właczonym szeregowo opornikiem przewodzi dopóki napiecie w tym obwodzie jest większe niż 6V.

    Dodano po 1 [minuty]:

    Jeżeli napięcie zasilania wyniesie np. 10V to na diodzie będzie dalej 6V tylko spadnie jej prąd.
  • Moderator Projektowanie
    kosmonauta80 napisał:
    gdy napięcie zasilania wynosi 12 V, to na bazie tranzystora (katodzie diody) pojawia się 6 V -> tranzystor w stanie aktywnym, dioda nie przewodzi

    Po tym poście widać, że dalsza pomoc w tym temacie jest bezcelowa.
    Niech kolega najpierw poczyta o samej diodzie Zenera, zrozumie jej działanie.
  • Poziom 7  
    Lekcje odrobiłem. Jest mi wstyd za te głupoty, które powyżej napisałem...

    Czyli wszystko tak naprawdę należy rozpatrywać pod kątem napięcia diody Zenera (6 V).

    Jeżeli napięcie wejściowe jest mniejsze niż 6 V, to układ zachowuje się tak, jakby tej diody nie było. Na wyjściu mamy Uwe - 0.6 V. Prąd bazy zależy od obciążenia.
    Jeżeli napięcie wyjściowe jest większe/równe niż 6 V, to na wyjściu mamy 5.4 V niezależnie od wielkości napięcia wejściowego. I tutaj widać zastosowanie tej diody. Choćby napięcie wejściowe było nie wiadomo jakie (ale nie przekraczające parametrów granicznych diody i tranzystora), to na bazie będzie około 6 V.

    Minimalny prąd płynący przez diodę to:

    Id = (Uzas - 6 V) / Rb
    5 mA = (12 V - 6 V) / Rb -> czyli Rb = 1.2 kΩ
  • Moderator Projektowanie
    kosmonauta80 napisał:
    Jeżeli napięcie wyjściowe jest większe/równe niż 6 V,...

    Miało być: "napięcie wejściowe" ?
    kosmonauta80 napisał:
    Minimalny prąd płynący przez diodę to:

    Id = (Uzas - 6 V) / Rb
    5 mA = (12 V - 6 V) / Rb -> czyli Rb = 1.2 kΩ

    Nie.
    Prąd z Rb rozpływa się na Ib oraz Idz: Irb=Ib+Idz.
    Dla Iobc=500mA, Ib=Ic/beta=5mA, Idz=5mA (założenie) i jest to minimalny Idz.
    Tak więc Irb=10mA => Rb=(Uwe-Udz)Irb=(12-6)/10=0,6kΩ
    Dla Iobc=0, Ib=0, Irb=Idz=10mA - tranzystor nie pobiera prądu z Rb, więc cały prąd Irb wpływa do diody.
    Ale stabilizator stosujemy zwykle z powodu zmieniającej się wartości Uwe, np. Uwe=12-20V, więc powyższe obliczenia trzeba sprawdzić dla Uwe=20V:
    Dla Iobc=0, Ib=0, Irb=(20-6)/Rb=Idz - i jest to maksymalna wartość Idz jaka popłynie w tym układzie. maxIdz=23,3mA.
    Idz nie może przekroczyć wartości maxIdz=Pmax/Uz (wartości z noty katalogowej diody).
    Tak obliczony stabilizator zapewni prawidłową pracę w zakresie Uwe=12-20V, z obciążeniem Iobc=0-500mA dając na wyjściu jako-tako stabilne Uwy= ok.5,3V, pod warunkiem doboru diody Zenera, tranzystora i jego chłodzenia.
    "Jako-tako stabilne" - gdyż Uwy=5,5-5,2V w zależności od Iobc i temperatury (bo zmienia się Ube), Udz=6V również się zmienia w zależności od Idz - a Idz się zmienia od zmian Uwe i zmian Ib: Idz=Irb-Ib=(Uwe-Udz)/Rb-Iobc/beta.
  • Pomocny post
    Moderator Projektowanie
    kosmonauta80 napisał:
    założenie (prąd diody 5 mA)

    Obejrzyj charakterystykę diody Zenera. Ma ona t.zw. "kolano" (zakrzywienie) i aby stabilizowała powinna pracować z prądem większym - już na prostej (prawie pionowej). Dlatego każda dioda Zenera ma wartość min.Iz (zwykle podawana w nocie) - dla diod małej mocy to zwykle 5mA, czasem 2mA. Natomiast maxIz wynika z jej mocy strat (ciepło) maxIz=Pzmax/Uz.
    kosmonauta80 napisał:
    skąd mamy wiedzieć jaki jest prąd bazy, jeżeli nie znamy obciążenia?

    Projektując stabilizator przecież znasz Iobc - jego max wartość. Uwzględniamy gwarantowaną wartość bety (czyli minimalną - a nie typową czy max, z noty katalogowej) dla Iobc=Ic (bo beta zależy od Ic) i wyliczysz Ib=Iobc/beta.
    I wtedy masz maksymalną wartość Ib, który "odbiera" część Irb zmniejszając Idz, która nie może spaść poniżej minIdz (katalogowej). A gdy Iobc (a więc również Ib) jest mniejszy albo równy zero - wtedy cały Irb jest przejmowany przez diodę zwiększając Idz - nie może on przekroczyć maxIdz (katalogowej).
    Opornik Rc (w kolektorze) - bardzo prymitywny sposób zabezpieczenia, rzadko kiedy skuteczny - bo trudno go tak dobrać aby skutecznie zabezpieczał przed zwarciem i jednocześnie umożliwiał poprawną pracę stabilizatora przy oczekiwanym Iobc, a to dlatego iż w czasie pracy na Rc powstaje spadek napięcia zmniejszający napięcie na kolektorze, a więc i Uwy.
    Możliwe zastosowanie tylko w stabilizatorze zasilanym z napięcia Uwe>>Uwy.
    Poza tym taki stabilizator stosuje się (i to coraz rzadziej bo łatwiej i lepiej użyć scalonego trójkońcówkowego stabilizatora np. LM78xx) jako element wewn. jakiegoś układu gdzie trudno o zwarcie. Na zwarcie narażone są raczej zasilacze/stabilizatory warsztatowe/laboratoryjne zasilające układy próbne/testowe - a te są budowane zupełnie inaczej.
    Opornik Rc raczej stosuje się jako sposób do obniżenia napięcia zasilania tranzystora (jeśli jest zbyt wysokie) aby zmniejszyć na nim moc strat P=Uce x Ic=(Uwe-Urc)Ic=(Uwe-RcIc)Ic.