Matematyka.pl

Mam takie zadanko:

Masz do dyspozycji diodę Zenera o napięciu \(\displaystyle{ U_Z=5,6V}\), wzmacniacz operacyjny, tranzystor NPN oraz niestabilne źródło napięcia zasilającego, które tętni w przedziale \(\displaystyle{ 14-17V}\). Zaproponuj układ stabilizatora wytwarzającego napięcie ok. \(\displaystyle{ 2,8V}\).
a) Narysuj schemat stabilizatora wykorzystującego dostępne elementy i niezbędne rezystory
b) Dobierz wartość rezystora polaryzującego diodę tak, by nigdy nie przepływał prąd mniejszy niż \(\displaystyle{ 5mA}\)
c) Dobierz rezystory dzielnika na wejściu wzmacniacza błędu
d) Oblicz moc strat wydzielającą się w tranzystorze w sytuacji, gdy napięcie zasilające wynosi \(\displaystyle{ 17V}\), a stabilizator jest obciążony prądem \(\displaystyle{ I_o=50mA}\)

\(\displaystyle{ U_{BE}=0,7V, \ \varphi_T=25mV, \ \beta=+ \infty, \ I_{Cmax}=100mA, \ A_0 = 2\cdot10^5 V/V, \ f_T=2MHz, \ i_+=i_-=100nA}\)

I generalnie problem mam taki, że nie wiem co zrobić jak mamy mieć napięciowe wyjściowe mniejsze niż napięcie odniesienia (tj. Zenera)
Bo w takim układzie na wyjściu mamy \(\displaystyle{ U_{wy}=U_Z\cdot\left( 1+\frac{R_4}{R_3}\right)}\)

Generalnie moja idea jest taka, aby ten układ przerobić do czegoś takiego: I wtedy dla \(\displaystyle{ R_3=R_4}\) mamy równo dzielone napięcie diody, a dzięki wtórnikowi nie obchodzi nas obciążenie układu, bo nie wpływa ono na rozkład napięć w dzielniku. Natomiast czy jest to dobre podejście? Czy nie przekombinowałem przypadkiem?

buldozer pisze: I wtedy dla \(\displaystyle{ R_3=R_4}\) mamy równo dzielone napięcie diody, a dzięki wtórnikowi nie obchodzi nas obciążenie układu, bo nie wpływa ono na rozkład napięć w dzielniku. Natomiast czy jest to dobre podejście? Czy nie przekombinowałem przypadkiem?

Tak to nie. Bez sensu. Zauważ, że elementy \(\displaystyle{ R_1, R_3, R_4}\), dioda i wzmacniacz operacyjny stanowią jakby "układ sterowania", a elementem mocy, elementem "wykonawczym" jest tranzystor - bo to on przewodzi prąd odbiornika podłączonego do wyjścia stabilizatora/zasilacza. Zaś w Twoim układzie masz wtórnik napięciowy na wzmacniaczu operacyjnym. Zgadnij, co będzie źródłem energii pobieranej przez odbiornik, który podłączysz na wyjście Twojego układu? Czy źródło napięcia zasilającego, "które tętni w przedziale \(\displaystyle{ 14-17 \ \text{V}}\)", które masz wykorzystać?

Ten układ jest prawie dobry: Skoro masz za zadanie wykorzystać źródło napięcia odniesienia, jakim jest spolaryzowana dioda Zenera, i napięcie to jest zbyt duże, to po prostu zastosuj dodatkowy rezystancyjny dzielnik napięcia i po robocie!

Czyli np. coś takiego?

Ok. Oczywiście dwa rezystorki tam mają być - piszę to, bo jeden z nich jakiś taki mniej wyraźny jest. Jeszcze oznacz je odpowiednimi symbolami, żeby potem można było o nich pisać.

A no i \(\displaystyle{ R_4=0\Omega}\).

To może teraz część

Dobierz wartość rezystora polaryzującego diodę tak, by nigdy nie przepływał prąd mniejszy niż \(\displaystyle{ 5mA}\)

To po prostu z takiego oczka?

\(\displaystyle{ U_{in}-I_DR_1-U_D=0 \\ \\
R_1=\frac{U_{in}-U_D}{I_D} \\ \\
R_{1max} \le \frac{U_{in-min}-U_D}{I_{Dmin}}=\frac{14-5,6V}{5mA}=1.68k\Omega}\)

buldozer pisze:A no i \(\displaystyle{ R_4=0\Omega}\).

Dlaczego? Przecież na obu wejściach wzmacniacza napięcia będą prawie równe, czyli: \(\displaystyle{ 2,8 \ \text{V}}\) (tak wzmacniacz operacyjny działa, że stara się doprowadzić do równości napięć na swoich wejściach).

buldozer pisze:

Dobierz wartość rezystora polaryzującego diodę tak, by nigdy nie przepływał prąd mniejszy niż \(\displaystyle{ 5mA}\)

To po prostu z takiego oczka?

\(\displaystyle{ U_{in}-I_DR_1-U_D=0 \\ \\
R_1=\frac{U_{in}-U_D}{I_D} \\ \\
R_{1max} \le \frac{U_{in-min}-U_D}{I_{Dmin}}=\frac{14-5,6V}{5mA}=1.68k\Omega}\)

Ok, ale co z wpływem rezystancji naszego "dodatkowego" dzielnika? To górne ograniczenie rezystancji będzie jeszcze mniejsze.

mdd pisze:

buldozer pisze:A no i \(\displaystyle{ R_4=0\Omega}\).

Dlaczego? Przecież na obu wejściach wzmacniacza napięcia będą prawie równe, czyli: \(\displaystyle{ 2,8 \ \text{V}}\) (tak wzmacniacz operacyjny działa, że stara się doprowadzić do równości napięć na swoich wejściach).

Chcę mieć \(\displaystyle{ U_{OUT}=2,8V}\).
\(\displaystyle{ U_{OUT}=U_{REF}\cdot\left( 1+\frac{R_4}{R_3}\right)}\)

Więc z tym dzielnikiem moje \(\displaystyle{ U_{REF}=2,8V}\)

Więc jeśli tyle ma być równe napięcie na wyjściu to patrząc na wzorek \(\displaystyle{ R_4}\) powinno być równe \(\displaystyle{ 0}\)

Ok, ale co z wpływem rezystancji naszego "dodatkowego" dzielnika? To górne ograniczenie rezystancji będzie jeszcze mniejsze.

Hmm, fakt. Skoro na dwóch rezystorach dzielnika, nazwijmy je \(\displaystyle{ R_2}\), mamy napięcie Zenera, to do masy popłynie prąd równy \(\displaystyle{ \frac{U_D}{2R_2}}\)

To może tak:

\(\displaystyle{ R_{1max} \le \frac{U_{in-min}-U_D}{I_{Dmin}+\frac{U_D}{2R_2}}}\)

Tylko jaką wartość wziąć za \(\displaystyle{ R_2}\)? 1 kiloom wydaje się sensowny chyba

buldozer pisze:Chcę mieć \(\displaystyle{ U_{OUT}=2,8V}\).
\(\displaystyle{ U_{OUT}=U_{REF}\cdot\left( 1+\frac{R_4}{R_3}\right)}\)

Więc z tym dzielnikiem moje \(\displaystyle{ U_{REF}=2,8V}\)

Więc jeśli tyle ma być równe napięcie na wyjściu to patrząc na wzorek \(\displaystyle{ R_4}\) powinno być równe \(\displaystyle{ 0}\)

Fakt. Masz rację.

buldozer pisze:Hmm, fakt. Skoro na dwóch rezystorach dzielnika, nazwijmy je \(\displaystyle{ R_2}\), mamy napięcie Zenera, to do masy popłynie prąd równy \(\displaystyle{ \frac{U_D}{2R_2}}\)

To może tak:

\(\displaystyle{ U_{in}-I_DR_1-U_D=0 \\ \\ R_1=\frac{U_{in}-U_D}{I_D} \\ \\ R_{1max} \le \frac{U_{in-min}-U_D}{I_{Dmin}+\frac{U_D}{2R_2}}}\)

Ok.

buldozer pisze:Tylko jaką wartość wziąć za \(\displaystyle{ R_2}\)? 1 kiloom wydaje się sensowny chyba

Ja bym wybrał wartość \(\displaystyle{ 2R_2}\) przynajmniej z dziesięć raz większą od: \(\displaystyle{ \frac{5,6 \ \text{V}}{5 \ \text{mA}} \approx 1 \text{k} \Omega}\)

A jeszcze mam takie pytanie, jakby się zmieniła analiza takiego obwodu, jakbyśmy zamiast NPN użyli PNP? Bo praktycznie przez cały semestr mieliśmy tylko i wyłącznie NPN
wydaje mi się, że samo napięcie wyjściowe będzie bez zmian, ale co z wartością \(\displaystyle{ R_1}\) i prądem wyjściowym?

Na pierwszy rzut oka widać, że trzeba zamienić "+" z "-" i będzie dobrze. Zgodzisz się?

mdd pisze:Na pierwszy rzut oka widać, że trzeba zamienić "+" z "-" i będzie dobrze. Zgodzisz się?

Nie widzę tego. Prąd wyjściowy \(\displaystyle{ I_O}\) się nie zmieni, bo nadal prąd kolektora płynie w tę samą stronę co prąd emitera.
Aby płynął to, w przeciwieństwie do npn, na bazie musimy mieć ujemny potencjał.
A teraz mamy \(\displaystyle{ U_{R1}-0,7V=I_DR_1-0.7V}\)

Więc zmiana tranzystora by mogła wpłynąć na \(\displaystyle{ R}\), ale nie widzę, gdzie i czemu miałby być zmieniony "+" z "-"

buldozer pisze:Aby płynął to, w przeciwieństwie do npn, na bazie musimy mieć ujemny potencjał.

Chciałeś powiedzieć, że \(\displaystyle{ U_{BE}<0}\), czyli że potencjał bazy musi być mniejszy niż potencjał emitera . Ok. Bo niekoniecznie potencjał bazy musi być ujemny!

\(\displaystyle{ U_{BE}=V_{B}-V_{E}<0 \implies V_{B}<V_{E}}\) - a ten warunek może być również spełniony, kiedy oba potecjały są dodatnie!

Przypominam, że grot strzałki napięcia skierowany jest w kierunku bazy tranzystora - trzeba o tym pamiętać przy zapisie równań napięciowych obwodu.

buldozer pisze:A teraz mamy \(\displaystyle{ U_{R1}-0,7V=I_DR_1-0.7V}\)

To ja mam pytanie: potencjał którego punktu obwodu przyjmujesz jako zerowy? albo innymi słowy, który punkt obwodu jest dla Ciebie punktem odniesienia?. Bo z tego co widzę, to nie jest nim punkt masy. Trzeba ten punkt określić, jeśli się mówi o potencjale. Ja tam wolę mówić o napięciach, bo wtedy nie muszę określać punktu odniesienia

buldozer pisze:ale nie widzę, gdzie i czemu miałby być zmieniony "+" z "-"

Bo w przeciwnym wypadku będzie dodatnie sprzężenie zwrotne w układzie.

Ok, już rozumiem. Ale chyba nadal PNP to nie jest za dobry pomysł w przypadku takiego układu? Bo jeśli dobrze myślę, to będziemy wtedy mieć to wspólny emiter, więc wzmocnienie napięciowe tranzystora będzie zależeć od obciążenia, co może spowodować niestabilność układu. Dobrze mówię?

buldozer pisze:Bo jeśli dobrze myślę, to będziemy wtedy mieć to wspólny emiter, więc wzmocnienie napięciowe tranzystora będzie zależeć od obciążenia, co może spowodować niestabilność układu.

Co to jest "wzmocnienie napięciowe" tranzystora?