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

ogranicznik symetryczny - jak to działa??

30 Mar 2008 13:26 2859 15
  • Poziom 10  
    Witam!

    Czytam teraz "Sztukę elektroniki" i nie wszystko rozumiem, a nie mam kogo poprosić o pomoc, więc próbuje się Was pytać o rzeczy niezrozumiałe.

    Kolejny problem to ogranicznik symetryczny. Prosiłbym o wytłumaczenie jego działania krok po kroku.

    ogranicznik symetryczny - jak to działa??

    Z góry dzięki.
    Pozdrawiam
  • IGE-XAO
  • Poziom 40  
    Działa bardzo prosto.
    Na wyjściu nie pojawi się napięcie większe od napięcia około 0,6V (napięcie przewodzenia diody).
    A symetryczny dlatego, że bez względu na polaryzację sygnału na wyjściu max otrzymasz 0,6 V lub -0,6V.
    Masz rysunek.
  • Poziom 10  
    Tzn, że np jeśli potencjał wejściowy będzie miał wartość 5 V jak na Twoim rysunku, to zostanie on zwarty z masą i "pożarty" przez nią? Czy źle to rozumiem?
  • Poziom 40  
    iksjon napisał:
    Tzn, że np jeśli potencjał wejściowy będzie miał wartość 5 V jak na Twoim rysunku, to zostanie on zwarty z masą i "pożarty" przez nią? Czy źle to rozumiem?


    Sygnał wejściowy o wartości 5V zostanie ograniczony do 0,6V, a sygnał wejściowy o wartości -3V zostanie ograniczony do wartości -0,6V. Poczytaj dokładnie jak działa dioda prostownicza i wszystko będzie jasne.
  • IGE-XAO
  • Poziom 10  
    Na diodzie będzie 0,6, ale co się dzieje z resztą napięcia wejściowego?
  • Pomocny post
    Poziom 11  
    reszta napięcia odłoży się na rezystorze
  • Pomocny post
    Poziom 38  
    Napięcie we. o amplitudzie 5V zmienne (+5V do -5V)powoduje przepływ prądu przez opornik (np. 1kohm). W miarę narastania tego napięcia od zera do 0,6V prąd przez opornik i diodę nie płynie, bo dioda wymaga min. napięcia 0,6V do przewodzenia. Gdy napięcie wzrośnie do np. 1V prąd będzie miał wartość I=(U-0,6):R=(1-0,6):1000=0,4:1000=0,4mA.
    Ta wartość 0,4V to spadek napięcia na oporniku. Napięcie wejściowe w każdej chwili ulega "rozłożeniu" na dwie części - część na oporniku (U-Ud) i część na diodzie (Ud=0,6V=const).
    Policz sobie to dla U=5V - prąd wyniesie Ci 4,4mA a spadek napięcia na oporniku wyniesie 4,4V.
    Na wyjściu masz zawsze napięcie Ud=0,6V - na tym polega ograniczanie napięcia wy. - i stąd nazwa.
    Dwie diody po to ,aby układ działał przy napięciu zmiennym.
  • Poziom 10  
    marekzi napisał:
    Napięcie we. o amplitudzie 5V zmienne (+5V do -5V)powoduje przepływ prądu przez opornik (np. 1kohm). W miarę narastania tego napięcia od zera do 0,6V prąd przez opornik i diodę nie płynie, bo dioda wymaga min. napięcia 0,6V do przewodzenia.

    To oznacza, że dioda "widzi" napięcie wejściowe, tak? Jeśli widzi napięcie 0,6, to dlaczego większe miałoby się nie pojawiać w widocznym dla niej miejscu. Myślałem, że rozumiem, a teraz to już nic nie wiem. Wg mnie oznacza to, że napięcie wejściowe pojawia się na wyjściu (bo dioda widzi ten sam potencjał, który pojawia sie na wyjściu). Mógłby ktoś mnie wyprowadzić z błędnego toku myślenia?
  • Specjalista elektronik
    Zwróć uwagę ze gdy dioda zacznie przewodzić to napięcie wyjściowe to tak naprawdę napięcie na diodzie. (na elementach połączonych równolegle mamy to samo napięcie )
    A jak wiadomo napięcie na diodzie w czasie jej przewodzenia wynosi ok 0.6V i wynika to z istoty działania diody. A dokładnie z je charakterystyki prądowo-napięciowej.
    Zobacz tu
    http://www.edw.com.pl/pdf/k01/27_13.pdf (rys. 15 i 16)
  • Poziom 33  
    Gdy dioda przewodzi to na jej końcówkach jest napięcie ok. 0,6V. Na wyjściu nie będzie
    więc więcej niż ma przewodząca dioda. Dwie diody włączone przeciwstawnie mają na
    celu ograniczenie także przy odwrotnej polaryzacji napięcia wejściowego.
  • Poziom 10  
    To wiem, ale skoro dioda musi "zobaczyć" to napięcie 0,6 V zanim się cokolwiek zacznie dziać, tzn, że potencjał w niezmienionym stanie pojawia się "na oczach" diody. Dlaczego więc większy potencjał już sie tam nie pojawia? (wiem, że dioda spaliłaby się gdyby tak było, ale nie rozumiem dlaczego tak się nie dzieje)
  • Poziom 38  
    Zadajesz takie pytanie, które świadczą o tym, że nic nie rozumiesz. Poczytaj o podstawach.
  • Specjalista elektronik
    To wynika z istoty działania diody która nie dopuszcza do wzrostu napięcia powyżej 0.6V. I "pochłania" ten nadmiar prądu by napięcie nie wzrosło powyżej 0.6V
  • Poziom 11  
    iksjon napisał:
    To wiem, ale skoro dioda musi "zobaczyć" to napięcie 0,6 V zanim się cokolwiek zacznie dziać, tzn, że potencjał w niezmienionym stanie pojawia się "na oczach" diody. Dlaczego więc większy potencjał już sie tam nie pojawia? (wiem, że dioda spaliłaby się gdyby tak było, ale nie rozumiem dlaczego tak się nie dzieje)


    Jeśli Cię to tak bardzo interesuje to musisz sobie zajrzeć do książki, która mówi o teorii przyrządów półprzewodnikowych (np. pan Marciniak takową napisał), jednocześnie uprzedzam, że nie jest to konieczne do zrozumienia tego problemu. W diodzie zachodzą pewne zjawiska fizyczne, które powodują takie a nie inne jej działanie. Tutaj : http://www.eres.alpha.pl/elektronika/fusion_images/elektronika/diody4.gif jest taki standardowy wykres, który opisuje działanie diody. Powodzenia
  • Pomocny dla użytkowników
    Po pierwsze zacznijmy od charakterystyki napięciowo-prądowej diody zastosowanej w ograniczniku:

    ogranicznik symetryczny - jak to działa??

    W przybliżeniu prąd diody jest opisany wzorem:

    $$Id=Is*(e^{\frac{Ud}{Ut}}-1)$$

    Is - prąd nasycenia złącza (każda dioda ma inny ten prąd)

    Ud - napięcie na zaciskach diody

    Ut - napięcie termiczne = T*86µV/°C

    T - temperatura złącza diody w stopniach Kelwina (Tk=Tc+273°)
    Tc - temperatura złącza diody w stopniach Celsiusa

    Dla temperatury Tc=27°C -> Tk=300°K -> Ut=25.8mV ≈26mV

    Z powyższego wykresu widzimy, że gdy dioda zaczyna przewodzić to prąd przez nią płynący zaczyna gwałtownie narastać i ten duży przyrost prądu odpowiada stosunkowo małym przyrostom napięcia.
    A teraz odwróćmy charakterystykę diody i narysujmy ją w funkcji prądu płynącego przez złącze:

    ogranicznik symetryczny - jak to działa??

    Widać tu już wstępnie istotę działania ograniczania napięcia, wzrost prądu płynącego przez diodę powoduje niewielki wzrost napięcia na diodzie.

    Teraz rozpatrując układ ogranicznika (dla uproszczenia dla napięcia większego od zera - dla mniejszego od zera charakterystyka jest symetryczna względem osi poziomej, oczywiście przy założeniu, że dobraliśmy dwie możliwie identyczne pod względem elektrycznym diody) wypiszemy sobie równanie opisujące układ:

    $$Uwe-Id*R=Ud=Uwy$$

    $$Uwe-R\cdot Is\cdot (e^{\frac{Ud}{Ut}}-1)=Ud$$

    Ze wzoru widać sprawy następujące.

    1. Prąd płynący przez diodę zależy od napięcia Ud
    2. Napięcie Uwy=Ud jest równe napięciu wejściowemu pomniejszonemu
    o spadek napięcia na rezystorze
    3. Ze wzrostem Ud rośnie prąd diody -> rośnie spadek napięcia na
    rezystorze tak, że spełnione jest powyższe równanie.
    4. Układ się samopoziomuje.

    Przy stałym napięciu Uwe:

    Jeżeli napięcie Ud rośnie, rośnie Id, rośnie spadek napięcia na R, obniża się napięcie Ud - układ pozostaje w równowadze.

    Powyższy wzór opisujący w miarę dokładnie rzeczywisty układ ma jednak nieprzyjemną wadę - nie można podać z niego wyrażenia analitycznego (wzoru mówiąc prosto) wyrażającego napięcie Ud jako funkcję napięcia wejściowego. To równanie opisujące obwód ogranicznika daje się rozwiązywać iteracyjnie (metodą kolejnych przybliżeń). Taki łańcuch przybliżeń trzeba robić dla każdej wartości napięcia wejściowego ale to się daje robić tylko metodami komputerowymi (ze względu na dużą ilość obliczeń).

    Dopuszczając jednak uproszczenie polegające na przyjęciu, że zastąpimy diodę zwykłą szeregowym połączeniem diody idealnej ze źródłem napięciowym o napięciu przewodzenia diody rzeczywistej, możemy przeanalizować układ następująco:

    1. Dioda idealna przewodzi gdy na anodzie jest potencjał dodatni a na katodzie ujemny, Va>Vk, i nie przewodzi gdy jest odwrotnie, oraz spadek napięcia na przewodzącej diodzie wynosi 0

    2. Dla Uwe<Ud - dioda nie przewodzi, przez rezystor szeregowy nie płynie prąd (zakładamy, że dalsze układy nie obciążają naszego ogranicznika), nie ma na nim spadku napięcia a Uwy=Uwe

    Ud - napięcie źródła napięciowego włączonego w szereh z diodą.

    3. Dla stanu Uwe>Ud, dioda przewodzi:

    Uwy=Ud (żródło napięciowe)

    Prąd wejściowy:

    Iwe=(Uwe-Ud)/R

    Różnica napięć odkłada się na rezystorze wejściowym.

    Łącząc powyższe:

    Uwy=Ud dla Uwe>Ud

    Uwy=Uwe dla -Ud < Uwe≤Ud

    Uwy=-Ud dla Uwe<-Ud

    Poniżej zamieściłem wykresy pracy rzeczywistego ogranicznika:

    1. Napięcie wejściowe zmienia się od -3V do +3V (wykres czerwony)

    2. Linia zielona pokazuje napięcie na diodach (patrz charakterystyka Ud w funkcji Id, diody rzeczywistej). Widać, że stan przejściowy od nieprzewodzenia do przewodzenia jest płynny (innaczej niż w idealnym ograniczniku) a także, że w zakresie ograniczania wykres napięcia nie jest poziomu ale ma małe nachylenie.

    W zakresie niedziałania ograniczenia napięcie wyjściowe śledzi wejściowe

    3. Linia niebieska pokazuje przebieg spadki napięcia na rezystorze szeregowym. Widać, że w zakresie gdzie diody nie przewodzą (tzn. płyną przez nie bardzo małe prądy) spadek napięcia na rezystorze jest bardzo mały.

    ogranicznik symetryczny - jak to działa??

    A tutaj przykład wpuszczenia do ogranicznika przebiegu sinusoidalnego o różnych amplitudach.

    Przebieg niebieski pokazuje spadek napięcia na rezystorze szeregowym.

    ogranicznik symetryczny - jak to działa??