Sari la conținut

Bine ați venit pe site-ul web TEHNIUM AZI - un site web cu și despre tehnologie în memoria revistei Tehnium.

    Bine ați venit pe site-ul web TEHNIUM AZI, ca în cele mai multe comunităţi online și aici trebuie să vă înregistraţi pentru a vizualiza, descarca fișiere sau posta în comunitatea noastră, dar nu vă faceţi griji acesta este un proces simplu, gratuit, care necesită informaţii minime pentru înscriere. Faceți parte din comunitatea TEHNIUM AZI prin autentificare sau crearea unui cont de utilizator pentru: a incepe subiecte noi şi răspunde la alte subiecte; a te abona la subiecte şi forumuri în scopul obținerii de informații actualizate în mod automat; a avea propriul tău profil și ați face noi prieteni; și pentru a vă personaliza experienţa dumneavoastră aici.

    Pentru suport tehnic vă rugăm să vizitați:   FORUMUL  TEHNIUM AZI

Today's Birthday's
Proiectarea stabilizatorului de tensiune continuă cu diodă Zener
- - - - -
Circuitul stabilizator cu diodă Zener este arhicunoscut (fig.1). Circuitul furnizează practic o tensiune stabilizată fixă (ce nu se poate modifica din exterior) având valoarea tensiunii de pe dioda Zener şi prezintă un coeficient de stabilizare mic (< 100). Fiind un stabilizator cu element de reglare de tip paralel este neeconomic pentru sarcină de curent variabilă în domeniu larg (stabilizatorul are un consum de curent mare indiferent de valoarea curentului de sarcină) şi se utilizează numai la curent de sarcină redus (cel mult câteva sute de mA).

Imagine postată

Calculul circuitului constă în determinarea rezistenţei de limitare RL. Această rezistenţă trebuie să permită menţinerea punctului de funcţionare a diodei în regiunea de stabilizare în condiţiile variaţiei tensiunii de alimentare a circuitului şi a curentului prin sarcina RS. Întotdeauna sursa de tensiune U1 se poate reprezenta şi cunoaşte prin tensiunea ei în gol E0 şi rezistenţa ei internă Ri, ceea ce uşurează calculul acestui circuit:
Imagine postată
În practică apar de regulă două cazuri legate de datele iniţiale ale calculului. Cel mai frecvent caz este acela în care circuitul se alimentează de la o sursă existentă dată. Al doilea caz este acela în care sursa de alimentare se poate adopta.

Un eventual condensator C la ieşirea circuitului stabilizator ar putea creşte efectul de divizare (pe RL şi rz) a pulsaţiilor de tensiunii de alimentare (dacă acestea există) prin şuntarea lui rz cu reactanţa redusă a condensatorului. De asemenea se pot reduce variaţiile tensiunii de ieşire din cauza unor componente variabile ale curentului de sarcină, prin micşorarea rezistenţei de ieşire a stabilizatorului pentru frecvenţe mari.

Totodată, există posibilitatea utilizării în serie a două sau mai multe diode Zener cu rezistenţa dinamică şi coeficienţi de temperatură reduşi pentru a realiza o diodă Zener echivalentă de tensiune mai mare. Diodele Zener cu coeficient de temperatură minim sunt cele cu UZ aproximativ 5,6V, iar cu rezistenţă dinamică minimă sunt cele cu UZ ≈ 6,8...8,2V. Pentru mărirea puterii disipate de o dioda Zener, în cazul în care nu dispunem de o dioda Zener corespunzătoare, putem apela la configuraţii Zener plus tranzistor bipolar, aşa cum voi arată pe parcursul acestui articol.

1. Proiectarea stabilizatorului în cazul unei surse impuse

Date iniţiale:
  • valoarea mijlocie a tensiunii pe sarcină Us şi precizarea dacă aceasta poate avea dispersia tipică dată în catalog pentru dioda Zener corespunzătoare;
  • imitele de variaţie a curentului sarcinii cînd aceasta este alimentată la tensiunea Us: Is_min, Is_max şi precizarea dacă acestea depind de tensiunea pe sarcină;
  • limitele de variaţie ale tensiuni de alimentare în gol: E0min, E0max;
  • rezistenţa internă a sursei de alimentare: Ri;
  • variaţia totală admisă a tensiunii pe sarcină din cauza variaţiei tensiunii de alimentare E0 şi a curentului de sarcină IS: ∆Usmax.
Valoarea mijlocie a tensiunii pe sarcină trebuie în mod normal adoptată în apropierea valorilor nominale pe care le au tensiunile pe diodele Zener fabricate. Aceste tensiuni nu pot fi din păcate folosite decât ca valori de plecare în calcule, deoarece ele sunt definite în catalog la anumiţi curenţi, ori curenţii reali prin diode în circuitele stabilizatoare se cunosc abia după terminarea proiectării. Această situaţi apare în special atunci când nu este posibilă sortarea diodelor stabilizatoare (la un produs de serie sau în lipsa unui aparat de măsura).

Dacă în timpul utilizării stabilizatorului este posibil ca acesta să rămână fără sarcină (în gol) trebuie impus Ismin=0. În caz contrar este posibil ca stabilizatorul să rămână în gol accidental şi să se distruga dioda Zener. Pentru a preveni folosirea stabilizatorului în gol, în cazul în care aceasta se realizarea pe un circuit imprimat separat de circuitul sarcini, se va integra în schema stabilizatorului (pe circuitul său imprimat) o rezistenţă corespunzător dimensionată în paralel cu dioda Zener (pentru a asigura Ismin).

Dacă alimentarea circuitului se face de la un redresor, atunci peste tensiunea E0min (unde Smin este coeficientul de stabilizare). se suprapun pulsaţii. Acestea nu afectează practic funcţionarea diodei deoarece acestea sunt reduse de cca. Smin (unde Smin este coeficientul de stabilzare. Variaţia totală a tensiunii pe sarcină ∆Usmax este variaţia care apare după realizarea circuitului (pentru o diodă şi o rezistenţă dată nu mai intervin dispersia şi toleranţa).

2. Proiectarea stabilizatorului

Pentru calculul rezistenţei de limitare RL şi verificarea calităţii stabilizatorului trebuiesc parcurse următoarele etape:
a). Se adoptă o diodă Zener cu tensiunea nominală Uz apropiată de tensiunea Us dată şi cu curenţii limită ce îndeplinesc condiţia aproximativă:

Imagine postată

În cataloage lipsesc uneori limitele curentului prin dioda Zener. Curentul maxim se poate determina cu aproximaţie cu relaţia:

Imagine postată

unde PdMAX [W] reprezintă puterea disipată maximă a diodei, dată în catalog numai pentru o temperatură obişnuită a mediului -20...300C iar Uzmax este valoarea maximă posibilă a tensiunii pe diodă datorată dispersiei de fabricaţie. Curentul minim se va stabili pe baza tabelului din din catalog, în funcţie de pretenţiile de stabilizare (la curenţii mici rezistenţa dinamică a diodelor Zener este mai mare şi stabilizarea mai redusă).

Pentru o stabilizare mai bună este indicat să se adopte un curent IzMIN egal cu curentul de de la care rezistenţa dinamică este aproximativ constantă şi redusă. Acest curent este în general:

Imagine postată

Prin sortare se pot găsi deseori exemplare de diode Zener cu IzMIN sensibil mai mic decât valoarea de mai sus.

Se citesc din catalog limitele tensiunii Uz datorate dispersiei de fabricaţie: Uzm (minimă) şi UzM (maximă). Dacă dispersia tensiunii Uz dată în catalog nu este admisă într-o aplicaţie concretă, este necesar să se selecteze, pentru realizarea practică sau chiar înaintea efectuării calculelor, diodele care prezintă la mijlocul domeniului de curent IzMAX – IzMIN tensiune Uz cât mai apropiată de tensiunea Uz impusă.

b). Întrucât, pentru simplificarea calculelor, în continuoare caracteristica tensiune-curent a diodei Zener se va considera liniară (cu rezistenţă dinamică constantă), este necesar să se precizeze coordonatele unui punct al ei („punct necunoscut"): Iz şi Uz precum şi valoarea rezistenţei dinamice rz. Punctul cunoscut se poate prelua din catalog, caz în care Uz are limitele Uzmin şi Uzmax, datorate dispersiei de fabricaţie. Pentru o producţie de serie a circuitului este practic unica soluţie, în schimb, pentru realizarea unor unicate, se pot selecta şi măsura diodele Zener.

c). Dacă s-a precizat în datele de proiectare că Ismin şi Ismax depind şi de tensiunea de alimentare (sarcina se comportă ca o rezistenţa aproximativ liniară), se determină limitele rezistenţei echivalente de sarcină:

Imagine postată

Deoarece limitele curenţilor au fost date pentru alimentarea sarcinii la tensiunea Us.

d). Se determină valorile limită ale rezistenţei RL cu relaţiile:

Imagine postată

Dacă diodele Zener sunt selectate şi tensiunea Uz din punctul cunoscut nu prezintă dispersie, atunci în relaţiile de mai sus se consideră:

Imagine postată

Dacă în datele de proiectare s-a făcut precizarea că Ismin şi Ismax nu depind de tensiunea de alimentare Us, atunci relaţiile de calcul (6) şi (7) devin:

Imagine postată

Pentru ca problema să aibă soluţie trebuie ca în ambele cazuri să rezulte:

Imagine postată

Daca această condiţie nu este îndeplinită rezultă că dioda Zener adoptată nu are curentul maxim suficient de mare pentru aplicaţia rezolvată şi trebuie adoptată o diodă cu aceeaşi tensiune Uz, dar cu valoarea curentului IzMAX mai mare (cu putere disipată PdMAX imediată superioară).

e). Dacă este îndeplinită condiţia (11) şi cele două rezistenţe rezultă aproximativ egale, atunci se va adopta RL cu toleranţa „t" foarte redusă (1%), de valoarea normalizată cea mai apropiată, în cazul producţiei de serie a circuitului sau se va selecta chiar rezistenţa de valoarea rezultată în calcule, în cazul realizării unor unicate.

Dacă cele două limite rezultă distanţate sensibil între ele, se recomandă adoptarea rezistenţei RL normalizate cât mai apropiată de RLMAX (fără a depăşi pe această prin toleranţa pozitivă), când performanţa principală a stabilizatorului – coeficientul de stabilizare – este optim, iar curentul prin dioda Zener este cuprins într-un domeniu apropiat de IzMIN (putere disipată mai mică pe diodă).

f). Se calculează performanţele stabilizatorului:
- coeficientul de stabilizare:

Imagine postată

cu:

Imagine postată

- rezistenţa de ieşire:

Imagine postată

g). Se determină variaţia totală maximă de tensiune produsă de variaţa tensiunii de alimentare şi a curentului de sarcină:


Imagine postată

care trebuie să fie mai mică decât aceea impusă în datele iniţiale ale proiectului. În caz contrar se va impune fie selectarea diodelor Zener cu rezistenţă dinamică rz mai mică, fie adoptarea unei diode Zener cu putere disipată mai mare – care prezintă rezistenţă dinamică mai mic㠖 dar care consumă un curent mai mare de la sursa de alimentare (nu este o soluţie economică). h). În scopul stabilizării tensiunii mijlocii pe sarcină se determină una din limitele curentului prin dioda Zener, de exemplu Izmin, în lipsa dispersiei tensiunii Uz:


Imagine postată

unde:

Imagine postată

cu „t" = toleranţa rezistenţei de limitare adoptată, în procente şi:

Imagine postată

i). Se determină tensiunea pe diodă fără dispersie la curentul Izmin:
Se calculează tensiunea mijlocie pe sarcină fără a lua în calcul dispersia:


Imagine postată

Aceasta fiind şi tensiunea mijlocie pe sarcină, se va compara cu valoarea Us dată iniţial luându-se o decizie asupra acceptării ei. O oarecare creştere a tensiunii Uzmed se mai poate obţine numai dacă a rezultat RLMAX sensibil mai mare decât RLMIN şi s-a adoptat RL apropiat de RLMAX. În acest caz se revine şi se adoptă RL mai apropiat de RLMIN.

k). Se determină extremele tensiunii Us cu considerarea dispersiei şi a variaţiei. Dispersia posibilă a tensiunii Uzmed este aceeaşi cu dispersia tensiunii Uz dată în catalog (dacă dioda nu se selectează). Deci, tensiunea la ieşirea stabilizatorului poate fi cuprinsă între valorile:

Imagine postată

care include atât efectul dispersiei cât şi variaţia datorată modificării tensiunii E0 şi curentului de sarcină Is. Este posibil, de asemenea, să se includă simplu în extremele tensiunii Us şi efectul variaţiei temperaturii mediului faţă de temperatura normală asupra tensiunii Uzmed.

l). Se verifică dacă stabilizatorul poate funcţiona în gol în cazul unei date iniţiale Ismin diferit de 0. Pentru aceasta trebuie îndeplinită condiţia:

Imagine postată cu:

Imagine postată

m). Se stabileşte puterea nominală a rezistenţei RL:


Imagine postată

3. Proiectarea stabilizatorului în cazul în care sursa se poate adopta
Este posibil să se stabilească un program de calcule prin care să se adopte dioda stabilizatoare şi să se obţină tensiunea E0 şi rezistenţa RL, plecând de la variaţia totală maximă admisă de tensiune pe sarcină (exclusiv dispersia). Întru-cât acest calcul ar ocupa un spaţiu însemnat, el nu va mai fi prezentat.

O soluţie care utilizează calculele din cazul anterior constă în adoptarea unei diode cu tensiune potrivită, cu un domeniu de curent:


Imagine postată

şi determinarea unei tensiuni E0 care are limitele ce îndeplinesc condiţia dată de formula (1). Rezistenţa internă Ri a sursei se poate adopta din condiţia ca pe această să aibă loc o cădere relativă de tensiune λ=0,1... 0,2 (ca la redresoare):

Imagine postată

În continuoare calculele se pot desfăşura ca şi în cazul anterior, reluându-se cu o creştere a tensiunii E0 dacă nu se realizează variaţia totală de tensiune impusă sau cu o eventuală reducere a acesteia dacă se obţine o variaţie totală mult mai mare decât cea impusă. În cazul în care stabilizatorul va fi alimentat de la un redresor, pentru calculul acestuia sunt necesare tensiunea Ur0 şi curentul Ir0. Se folosesc în acest scop relaţiile:

Imagine postată

unde λ se determină din relaţia (26) utilizând la numitor curentul Izmax+Ismin când stabilizatorul nu va funcţiona în mod normal în gol sau Izmax0 în caz contrar. Curentul Izmax se poate calcula cu ajutorul relaţiilor de forma (16), (17), (18), modificate corespunzător.
  • danielp ii(le) place mesajul asta


0 Comentarii

Latest News

Last FAQ

  • ian 11 2013 08:57
    Izolatia externa reprezinta izolația părților exterioare ale unui echipament, constând din distanțe de separare în aer si din suprafețele în contact cu aerul ale izolației solide ale unui echipament, care sunt supuse la solicitări d...
  • mar 03 2013 04:16
    Este o retea electrică al cărei punct neutru nu are nici o legătură voită cu pământul, cu excepia celei realizate prin aparate de măsurare, de protecie sau de semnalizare, având o impedană foarte mare.
  • iul 01 2014 08:27
    Acest nivel de izolatie se defineste astfel:a) pentru echipamentele cu tensiunea cea mai ridicată < 245 kV:- tensiunea nominală de tinere la impuls de trăsnet si- tensiunea nominală de tinere de scurtă durată la frecvenă indu...
  • ian 11 2013 08:34
    Supratensiunile electrice tranzitorii sunt de trei tipuri:- supratensiune cu front lent: Supratensiune tranzitorie, în general unidirecțională, având durata până la vârf 20 μs < Tp < 5000 μs si durata spatelui T2 < 20 ms...
  • aug 07 2012 08:30
    Sitemele de achizitie de date se clasifica avand in vedere doua criterii:dupa conditiile de mediu in care lucreaza:▪ sisteme destinate unor medii favorabile(laborator);▪ sisteme destinate utilizarii in condii grele de lucru( echipam...

Board Statistics

Total Posts:
56224
Total Topics:
5276
Total Members:
23573
Newest Member:
marian8133
Online At Once:
200 --- 15-februarie 11

23 utilizator(i) activ(i)(în ultimele 15 minute)

22 vizitatori, 0 utilizatori anonimi
Bing, Google, flomar, Yahoo

emil.matei.ro Cel mai cuprinzator director romanesc