8.4. Calculul stabilizatorului 1 Schema stabilizatorului 1 este prezentată în figura 8.7. Fig. 8.7. Schema stabilizatorului 1, cu diodă zener şi tranzistor Date de pornire pentru stabilizatorul 1: U 1 tensiunea de ieşire a stabilizatorului 1 I 1 curentul maxim de ieşire a stabilizatorului 1 U C1m tensiunea minimă pe condensator U s1 tensiunea de ieşire a transformatorului, înfăşurarea 1 Obiectivele proiectarii: -Alegerea elementelor semiconductoare; -Determinarea valorii elementelor pasive din schemă. 8.4.1. Alegerea elementelor semiconductoare 3.1. Se alege tranzistorul T din condiţiile: -curentul maxim I CM > I 1 ; -tensiunea maximă U CB0 > U s1m Obs: Se aleg tranzistoare de uz general (general purpose), nu de comutaţie (switching), de frecvenţă înaltă (high frequency) sau de înaltă tensiune (high voltage) 3.2. Se calculează curentul de bază maxim al tranzistorul T: I BM = I 1 /β m (8.16) unde β m este factorul de amplificare minim al tranzistorului. 3.3. Se evaluează tensiunea diodei Zener: U Z = U 1 + 0,7V (8.17) 3.4. Se calculează puterea disipată maximă pe dioda Zener în ipoteza unui curent maxim cu 50% mai mare decât cel maxim necesar pentru comanda tranzistorului: P DZM = 1,5 U Z I BM (8.18) 179
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ 3.5. Se alege dioda Zener din condiţiile: -tensiunea Zener U = U Z -puterea disipată P D > P DZM 8.4.2. Determinarea valorii R 3.5. Se alege rezistenţa de balast R din condiţia ca în cel mai defavorabil caz să asigure atât curentul de comandă maxim pentru tranzistor cât şi un curent de polarizare minim pentru dioda Zener: Cazul cel mai defavorabil este atunci când tensiunea redresorului este minimă (U C1m ), iar curentul de bază al tranzistorului maxim, I BM. Curentul prin diodă este minim şi trebuie să fie mai mare decât curentul minim prin diodă corespunzător zonei de stabilizare a diodei I Zm Daca I Zm nu este precizat sau nu se poate deduce din grafice, se va alege I Zm = 1 ma Rezultă: U Rm = U C1m U Z > R (I BM + I Zm ) (8.19) relaţie care dă la limită valoarea maximă pentru R, care se va alege cu 10-20% mai mică decât rezultatul calculului. 3.6. Se verifică dacă în conditiile cele mai nefavorabile (tensiune maximă la intrare, U s1m şi curent zero de ieşire) puterea pe diodă este sub valoarea aleasă (P D ). U Z (U s1m - U Z ) / R < P D (8.20) În caz contrar se alege o diodă de putere mai mare. 8.5. Calculul stabilizatorului 2 Schema stabilizatorului 2 este prezentată în figura 8.8. Fig. 8.8. Schema stabilizatorului 2 de tip serie cu amplificator de eroare. 180
Date de pornire pentru stabilizatorul 2: U 2 tensiunea de ieşire a stabilizatorului 2 I 2 curentul maxim de ieşire a stabilizatorului 2 U C2m trnsiunea minimă pe condensator U s2 tensiunea de ieşire a transformatorului, înfăşurarea 2 Obiectivele proiectarii: -Alegerea elementelor semiconductoare; -Determinarea valorii elementelor pasive din schemă. 8.5.1. Alegerea tranzistorului T 3 4.1. Se alege T 3 din condiţiile: I CM > 1,05 I 2 = I T3M (s-a presupus maxim 5% curentul I 4 prin divizorul ) U CB0 > U s2m 4.2. Se evaluează tensiunea minimă pe rezistenţa R 2, U R2m în cazul cel mai defavorabil. pentru care există curent maxim la ieşire şi tensiune minimă la intrarea stabilizatorului, U C2m din relaţia: U C2m = U R2m + U BE3M + U 1 (8.21) unde U BE3M se determină din foile de catalog la curent maxim, ştiind că atunci avem un curent maxim de bază I B3M = I T3M / β m. În lipsa datelor în foaia de catalog se va lua U BE3M =0,7V 4.3. Se evaluează rezistenţa R 2. Rezistenţa R 2 trebuie să răspundă la două condiţii contradictorii: - trebuie să fie mare deoarece amplificarea de tensiune a amplificatorului de eroare decide calitatea stabilizatorului, iar aceasta depinde direct proportional de valoarea R 2 -trebuie să fie suficient de mică pentru a asigura curentul de comandă al tranzistorului T 3 pentru situaţia cea mai defavorabilă, când există curent maxim la ieşire şi tensiune minimă la intrarea stabilizatorului conform relaţiei: R 2 < U R2m / I B3M (8.22) Se va lua R 2 : 200 2000 ohmi, valorile mici fiind potrivite pentru tensiuni mici şi curenţi mari la ieşire. 4.4. Se va reevalua alegerea tranzistorului T 3. Din relaţia (8.22) rezultă un curent de comandă maxim limitat: I B3M < U R2m / R 2 (8.23) şi apoi valoarea factorului de amplificare în curent minim pentru T 3 : β m > I T3M / I B3M. (8.24) Se verifică dacă T 3 răspunde la relaţia anterioară. Dacă nu, atunci există două soluţii: 181
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ -se caută un alt tranzistor, cel mai potrivit fiind un tranzistor de tip Darlington; -se adaugă tranzistorului ales un al doilea, de putere mai mică, T 3b care să formeze cu primul, considerat acum T 3a, un tranzistor compus Darlington conform figurii 8.10. Fig. 8.10. Conexiunea Darlington Tranzistorul T 3b se alege din condiţiile: I CM > I B3M U CB0 > U s2m 4.5. Se reface calculul începând cu punctul 4.1 unde se vor lua: -U BE3M aproximativ 1,4 V - I B3M = I T3M / β ech unde β ech este β 3am β 3bm pentru soluţia conformă cu figura 8.10 sau β minim al tranzistorului Darlington ales. 8.5.2. Calculul amplificatorul de eroare 4.6. Se stabileşte curentul maxim prin tranzistorul T 2 care corespunde situaţiei în care tensiunea de intrare este maximă şi curentul de comandă neglijabil (s-a neglijat şi U BE3 ) : I T2M = (U s2m U 2 ) / R 2 (8.25) 4.7. Se aleg T 1 şi T 2 identice din condiţiile: I CM > I T2M U CB0 > U s2m 4.8. Se calculează R 3. Se consideră că atunci când curentul este maxim prin T 2 tranzistorul T 1 este parcurs de un curent neglijabil şi deci I 3 = I 2M. Dar tranzistorul trebuie să rămână în zona activă şi impunem condiţia ca la curent maxim să se pastreze o valoare minimă: U CE2m = 3 V (8.26) Atunci relaţia din care rezultă tensiunea pe rezistenţa R 3 este: 3V + U R3 = 0,7V (sau 1,4 pentru Darlington) + U 2 (8.27) Rezultă U R3 şi R 3 : R 3 = U R3 / I 3 (8.28) 4.9. Se alege R 1 = R 2 (R 1 are doar rolul de a micşora puterea disipată pe tranzistorul 1). 182
8.5.3. Calculul circuitului tensiunii de referinţă (R, D Z ) 4.10. Calculul tensiunii diodei Zener Considerăm tensiunea baza-emitor pentru tranzistoarele T 1, T 2 fiind 0,7 V şi rezultă tensiunea U Z pe dioda Zener: U Z = U R3 + 0,7V (8.29) 4.11. Se alege o diodă Zener de 0,5W şi tensiune Zener egală cu U Z 4.12. Calculul rezistenţei R Se alege un curent minim pe dioda zener mult mai mare decât curentul maxim de bază al tranzistorului T 1, corespunzător curentului maxim prin T 1 care este egal cu I 3 : I Zm >> I 3 / β 1m (8.30) Se calculează tensiunea minimă pe rezistenţa R corespunzătoare tensiunii minime de intrare, U C2m : U Rm = U C2m - U Z (8.31) Neglijăm I B1 şi atunci curentul prin R este egal cu cel prin diodă, rezultând valoarea rezistenţei R : R = U Rm / I Zm (8.32) 8.5.4. Calculul divizorului rezistiv (R 4, R 5 ) 4.12. Calculul tensiunii divizorului, U R5 : Similar punctului 4.10, considerăm tensiunea baza-emitor pentru tranzistoarele T 1, T 2 fiind 0,7 V şi rezultă : U R5 = U R3 + 0,7 (8.33) 4.13. Se alege un curent prin divizorul rezistiv: 0,05I 2 > I 4 >> I T2M / β 2m (8.34) 4.14. Calculul rezistenţelor R 4 şi R 5. Se neglijează I B2 şi atunci: R 4 + R 5 = U 2 / I 4 (8.35) U R5 = R 5 I 4 (8.36) de unde vor rezulta cele două rezistenţe. 8.5.5. Alegerea rezistenţelor Valorile rezistenţelor vor fi conforme cu valorile standard corespunzătoare seriilor de precizie E 6 (20%), E 12 (10%) sau E 24 (5%). Pentru toate rezistenţele se face un calcul al puterii disipate maxime iar rezistenţele vor fi alese conform acestor puteri. Obs: În cazul condensatoarelor, valorile vor fi conforme cu valorile standard E 6. 183
ELECTRONICĂ ANALOGICĂ IMPORTANT: Se va desena, pe prima pagina a proiectului, schema completă a sursei de tensiune dublǎ, stabilizatǎ, cu tipul dispozitivelor şi valorile principale ale elementelor. Se vor scrie pe schemă, pentru: Transformator: - numarul spirelor, grosimea sârmei, tensiunile înfăşurărilor Redresoare: Stabilizatoare: - tipul diodelor sau al punţii, curentul şi tensiunea maxime - valoarea condensatoarelor şi tensiunea maximă - tipul tranzistoarelor, curentul şi tensiunea maxime - tipul diodei, tensiunea Zener şi curentul maxim - valorile şi puterea rezistenţelor - valoarea tensiunii de ieşire stabilizate şi a curentului maxim Anexa: Calculul stabilizatorului cu dioda Zener Schema stabilizatorului: Se dau: Tensiunea de ieşire - U O Curentul maxim de ieşire - I O Tensiunea de intrare medie U I care variază între doua valori, minimă şi maximă: - U Im - U IM 184
Funcţionarea corectă a stabilizatorului este asigurată dacă dioda Zener : -este în zona de stabilizare, adică I Z este mai mare decât un curent minim, I Zm în cazul cel mai defavorabil care apare atunci când la intrare este tensiune minimă, U Im iar la iesire este curent maxim, I O -suportă curentul I ZM maxim în cazul cel mai defavorabil care apare atunci când la intrare este tensiune maximă, U IM iar la iesire este curent minim, zero, ieşirea în gol. Calculul circuitului Se alege o diodă cu tensiunea Zener cât mai apropiata de U O şi se găseşte curentul maxim pe care-l suportă. Prima condiţie derivă din: I R = I Z + I O şi devine: I R > I Zm + I O Se considera I Zm = 5 ma (el poate fi deasemenea evaluat din foile de catalog) U Im U O Sau: I Zm + I O R De unde rezultă valoarea R, care se alege la limita inegalităţii. Se verifică a doua condiţie: U U I ZM = I R = IM O R Dacă nu este îndeplinită se alege o diodă de putere (curent maxim) mai mare. 185