Rola rezystora R1 w układzie odtwarzania składowej stałej – ograniczanie napięcia

Witam! Chciałbym się dowiedzieć jakie zadanie w tym schemacie ma R1?
Mniej więcej rozumiem jak ten układ działa. Zmontowałęm coś podobnego do tego ze schematu w oparciu o diodę prostowniczą i kilka bateri. Bez tego rezystora R1 nie ogranicza napięcia, a kiedy dałem 100k (tyle miałem pod ręką) to zaczął ograniczać, nawet jak na wejście dałęm 18V to utrzymał na wyjściu ok. 4.5V, tak jak w zamierzeniu ( ma ograniczać do 4.6V). Czy ktoś by mi mógł przybliżyć ten układ, dlaczego napięcie na wyjściu gwałtownie spada jak dołączam jakiś odbiornik?

To proste napięcie wejściowe musi się gdzieś „odłożyć” by układ zaczął ograniczać. (tak samo by podzielić napięcie trzeba dwóch rezystorów, dzielnik napięć)
Bo gdy niema R1 to wtedy Uwy=Uwe
A gdy rezystor R1 jest obecny i napięcie Uwe przekroczy 4.6V i wyniesie np. 8V
To na rezystorze R1 odłoży się 3.4V

Wiesz co, kilka minut temu mnie olśniło i doszedłem właśnie do takiego wniosku że to sie przecież musi gdzieś odłożyć...ale to tak momentalnie do mnie dotarło...

Zauważ, że dla napięć wejściowych, kiedy dioda nie przewodzi, tj.


$$Uwy<Ud+12V*\frac{R3}{R2+R3}$$

To masz dzielnik napięcia:

$$Uwy=Uwe*\frac{RL}{R1+RL}$$


A dla kiedy dioda przewodzi to


$$Uwy=12V*\frac{R2}{R2+R3}+Ud+\frac{R2*R3}{R2+R3}*\frac{(Uwe-12V*\frac{R3}{R2+R3}-Ud)}{\frac{R1*RL}{R1+RL}+\frac{R2*R3}{R2+R3}}$$

Pierwszy składnik to napięcie zastępcze tego źródła 12V zdzielnikowanego przez R2 i R3.

Drugi to napięcie na diodzie.

Trzeci składnik to spadek napięcia na równoległym połączeniu R2 i R3 wynikającym z prądu płynącego od Uwe do masy.

Z powyższych wzorów wynika, że:

1. RL powinno być dużo większe niż R1, bo wtedy dla obszaru napięć kiedy dioda nie przewodzi Uwy będzie najbardziej zbliżone do Uwe.

2. Dla całego zakresu Uwe spadek napięcia na R2||R3 powinien być dużo mniejszy od napięcia ogranicznia:

$$Iwe*(R2||R3)<<Ud+12V*\frac{R2}{R2+R3}$$

bo wtedy ogranicznik spełnia swoje zadanie.

Powyższe można uzyskać na cztery sposoby sposoby:

1) przez zmniejszenie Iwe czyli wybranie dużego R1, tu ograniczeniem będzie skończona wartość RL (oczywiście zastosowanie np. wtórnika napięciowego o dużej rezystancji wejściowej przesuwa to ogranicznie dużo wyżej ale tu dochodzą różne inne zjawiska do głosu.
Np. dla napięć zmiennych pojawi się wpływ pojemności montażowych istniejących w realnym układzie a podłączonych równolegle do Uwy.
Przy dużych R1 utworzy się z niego i tych pojemności filtr dolnoprzepustowy o częstotliwości granicznej:

$$fgr=\frac{1}{2*\Pi*R1*Cp}$$

Cp - suma pojemności widocznych z zacisku Uwy do masy.

co może być niepożądane.

Inny czynnik to szumy cieplne w rezystorze R1 (tym większe im większe R1) co też może grać rolę w niektórych układach.

2) zmiejszenie rezystancji R2||R3 - w praktyce jest to ograniczone wydajnością źródła 12V (zmniejszając R2 i R3 przy zachowanym ich stosunku wartości pobieramy co raz większy prąd z tego źródła)

3) połączenie obu powyższych metod

4) wstawienie pomiędzy dzielnik R2/R3 i katodę diody wtórnika napięciowego o niskiej impedancji wyjściowej (w interesującym nas zakresie częstotliwości).

W tym ostatnim przypadku można dać bardziej "ludzką" wartość R1

Dzięki za zainteresowanie. Z tego co rozumiem tamten schemat można zastąpić takim, jak poniżej (bardziej dla mnie zrozumiałym). Wiem, że kiedy dioda nie przewodzi czyli kiedy Uwe<Ud+UR3 to napięcie na wyjściu wynika z dzielnika napięcia opartego na rezystorach R1 i RL( obciążenie?). Niebardzo natomiast wiem skąd się bierze wzór na napięcie na wyjściu kiedy dioda zaczyna przewodzić...

Układ pełny do analizy zastępujesz układem uproszczonym:

RL - rezystancja obciązenia (od ang. load)


Dla przypadku A, kiedy RL=∞


$$Iwe=\frac{Uwe-Ud-Eog}{R1+Rog}$$

$$Uwy=Eog+Iwe*Rog+Ud=Eog+Ud+Rog*\frac{Uwe-Ud-Eog}{R1+Rog}$$

gdzie:

$$Eog=12V*\frac{R2}{R2+R3}$$ - napięcie odniesienia ogranicznika

$$Rog=R2||R3=\frac{R2*R3}{R2+R3}$$ - rezystancja wewnętrzna źródła napięcia odniesienia dla ogranicznika


Dla przypadku B, gdy RL<∞

Napięcie wejściowe i R1 zastępujesz źródłem zastępczym:

$$Uwe_zast=Uwe*\frac{RL}{R1+RL}$$

o rezystancji wewnętrznej:

$$Rz=RL||R1=\frac{R1*RL}{R1+RL}$$

Wzory na Iwe i Uwy przyjmują wtedy postać:


$$Iwe=\frac{Uwe_zast-Ud-Eog}{Rz+Rog}$$

$$Uwy=Eog+Iwe*Rog+Ud=Eog+Ud+Rog*\frac{Uwe_{zast}-Ud-Eog}{Rz+Rog}$$

gdzie:

$$Eog=12V*\frac{R2}{R2+R3}$$ - napięcie odniesienia ogranicznika

$$Rog=R2||R3=\frac{R2*R3}{R2+R3}$$ - rezystancja wewnętrzna źródła napięcia odniesienia dla ogranicznika


Uwe_zast i Rz jak wcześniej.

Można powiedzieć w uproszczeniu ze RL podkrada prąd diody. I jeśli ten podkradany prąd będzie za duży, dioda cały czas będzie zatkana, uniemożliwi to poprawną prace ogranicznikowi. Z tego wynika ze napięcie na wyjściu będzie zależeć od RL.

Wielkie dzięki za odpowiedzi, zabieram się za czytanie!