Link: OLE-Object-Data Stabilizační Úkol: 1. Změřte VA-charakteristiku dané stabilizační diody 2. Navrhněte a proměřte zdroj referenčního napětí se stabilizační diodou 1.1 Pokyny pro měření 1a) Změřte voltampérovou Obrázek 20: Měření VA-charakteristiky charakte-ristiku dané stabilizační diody v závěrném směru v zapojení podle schématu pro rozsah proudu R[0] = cca 220W I[D] = 0 až cca 60mA a vyneste do grafu 1b) Určete stabilizační napětí U[Z]. - Stabilizační napětí zadané diody U[Z] může být v rozsahu cca 4,7 - 16V. 2a) Vypočtěte odpor rezistoru R[1] pro R[2] = 500W. Obrázek 21: Měření na stabilizátoru Napětí U[1] zvolte přibližně jako dvoj-násobek stabilizačního napětí (podle změřené diody). Z naměřených hodnot určete Pracovní bod zvolte pro I[D] = 50mA. poměrný činitel napěťové stabilizace a dynamický odpor v pracovním bodě 2b) Proveďte měření na sestaveném stabilizátoru. Zvolte změnu vstupního napětí U[1] (± Du[1]) o ±1V a odečtěte odpovídající změnu U[2] (± Du[2]). 1.2 Měření a jeho vyhodnocení VA-charakteristika - tabulka naměřených hodnot - graf +--------------------------------------------------------------------------------------------+ |U[D ] ^ [V]| | | | | | | |--------------+------------+------------+------------+------------+------------+------------| | I[D] [mA]| | | | | | | +--------------------------------------------------------------------------------------------+ +-----------------------------------------------------------------------------------+ | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |0| |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+--+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | +-----------------------------------------------------------------------------------+ Návrh stabilizátoru: = Poměrný činitel napěťové stabilizace: U[1]= U[2]= Pro Du[1]=1V je Du[2 ] = = Dynamický odpor diody: = 1.3 Teoretické poznámky 1.3.1 Stabilizační dioda Stabilizační dioda je polovodičová dioda jejíž vlastnosti v propustném směru odpovídají vlastnostem běžné křemíkové diody. V závěrném směru však vlivem tenkého přechodu PN a silně dotovaného materiálu polovodiče dochází k nedestruktivnímu průrazu. Do závěrného napětí asi 6V se jedná o tzv. tunelový jev od napětí vyšších o lavinový jev. Vzhledem k tomu, že při těchto jevech jsou teplotní závislosti opačného charakteru, jsou diody se stabilizačním napětím kolem 6V vhodné pro konstrukci referenčních zdrojů. 1.3.2 Stabilizátory napětí Stabilizátory napětí mají za úkol udržovat na svém výstupu stálé napětí U[2] v co největším rozsahu změn napájecího napětí U[1] a výstupního proudu I[2] (Obr.23). Obrázek 22: Pracovní oblast stabilizační diody Pro konstrukci stabilizátorů se využívá rozsáhlé oblasti závěrné části VA-charakteristiky za jejím ohybem po vzniku průrazu. Oblast proudů 0 až I[Dmin] (Obr.22) nemá pro toto použití význam. Nastavení pracovního bodu za ohyb charakteristiky je možné provést vhodnou volbou rezistoru R[1] (Obr.IV-4). Výsledný pracovní bod P stabilizační diody je průsečíkem zatěžovací přímky a VA-charakteristiky. Zatěžovací přímka prochází body U[1] (napětí naprázdno) a I[k] (proud nakrátko). [ ] Obrázek 23: Zapojení stabilizátoru Stabilizátor bez odběru proudu, tj. bez zatěžovacího rezistoru R[2] nemá prakticky smysl. Rezistor R[2] zpravidla představuje proměnnou zátěž. Napájecí napětí zdroje se obvykle volí nejméně jako dvojnásobek stabilizovaného výstupního napětí U[2]. Podle Obr.IV-4 je zřejmé, že proud ze zdroje I = I[D] + I[2]. Při stálém vstupním napětí U[1] a proměnném rezistoru R[2] budou poměry v obvodu následující: poklesne-li proud I[2], stoupne proud I[D], stoupne-li I[2], poklesne I[D]. Obrázek 24: Režim činnosti stabilizátoru Při velkém poklesu I[2] dojde k velkého nárůstu I[D] a je nebezpečí překročení dovolené výkonové ztráty na diodě. Při velkém nárůstu I[2], tj. velkém poklesu I[D] se může pracovní bod dostat pod hodnotu I[Dmin] mimo pracovní oblast charakteristiky. Vliv změny vstupního napětí na velikost výstupního napětí při stálé zátěži je patrný z obr.IV-5. Je zřejmé, že změna U[2] je ve srovnání se změnou U[1] výrazně menší, zvláště uvážíme-li poznámku o čitelnosti obrázku. Pro zvolený pracovní bod P lze hodnotu rezistoru R1 určit ze vztahu: Aby bylo možné posoudit kvalitu stabilizace tj. odolnost proti změnám výstupního proudu nebo změnám vstupního napětí, proudové nebo napěťové stabilizace. Činitel proudové stabilizace: Činitel napěťové stabilizace: Poměrný činitel napěťové stabilizace: Čím je hodnota stabilizačního činitele vyšší, tím je stabilizace kvalitnější. Z odpovídajících změn napětí a proudu v okolí pracovního bodu lze určit i dynamický odpor diody v pracovním bodě : Kvalita stabilizace bude tím vyšší, čím bude dynamický odpor menší. Toto je nejzřetelnější z průběhu VA-charakteristiky. Čím je strmější, tím je r[D] menší. Diody s malým stabilizačním napětím (do cca 10V) mají charakteristiku strmější ve srovnání s diodami pro vyšší napětí (>18V). Proto se stabilizační diody pro vyšší napětí obvykle vytváří sériovým spojením diod pro nižší napětí. Dosahuje se tím také menší teplotní závislosti.