Stabilizator (elektronika)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Stabilizatorukład elektroniczny, którego zadaniem jest utrzymywanie na wyjściu stałego napięcia (stabilizator napięcia) lub prądu (stabilizator prądu) niezależnie od obciążenia układu i wahań napięcia zasilającego. Oprócz najczęściej spotykanych stabilizatorów napięcia (prądu) stałego istnieją również stabilizatory napięcia (prądu) przemiennego. W praktyce stabilizatory prądu buduje się w oparciu o stabilizatory napięcia.

Andrzej Dominik Borkowski (ur. 4 sierpnia 1932 w Poznaniu, zm. 25 czerwca 2014 w Warszawie) – polski działacz partyjny i państwowy, poseł na Sejm PRL VIII kadencji (1980–1981). Filtr jest to fragment obwodu elektrycznego lub obwodu elektronicznego odpowiedzialny za przepuszczanie lub blokowanie sygnałów o określonym zakresie częstotliwości lub zawierającego określone harmoniczne.

W stabilizatorach stosowane są zwykle obwody ujemnego sprzężenia zwrotnego, w których następuje porównanie napięcia wyjściowego z wzorcowym źródłem napięcia (o bardzo dużej stałości). W wyniku porównania powstaje sygnał sterujący, który wpływa na element regulacyjny tak, aby przeciwdziałać niepożądanym zmianom napięcia na wyjściu.

Sprawność – skalarna bezwymiarowa wielkość fizyczna określająca w jakim stopniu urządzenie, organizm lub proces przekształca energię występującą w jednej postaci w energię w innej postaci, stosunek wartości wielkości wydawanej przez układ do wartości tej samej wielkości dostarczanej do tego samego układu.Układ scalony LM317 jest nastawnym scalonym stabilizatorem napięcia dodatniego. Został skonstruowany przez Roberta C. Dobkina i Roberta J. Widlara w roku 1970 podczas ich pracy w firmie National Semiconductor.

Stabilizatory dzielą się na dwie grupy: stabilizatory liniowe (o regulacji ciągłej) i stabilizatory impulsowe.

Stabilizatory liniowe napięcia (prądu) stałego[ | edytuj kod]

Stabilizatory liniowe na napięcie 5 V: po lewej 7805 (obudowa TO-220, Iout = 1 A), po prawej 78L05 (obudowa TO-92, Iout = 100 mA)

Początkowo stosowane były stabilizatory liniowe oparte na elementach dyskretnych (lampy, diody Zenera, tranzystory). Z czasem wyparły je stabilizatory w postaci układów scalonych, charakteryzujące się znacznie lepszymi parametrami. Praktycznie wszystkie produkowane obecnie stabilizatory liniowe mają wbudowane obwody ograniczające prąd wyjściowy podczas przeciążenia, a także przy nadmiernym wzroście temperatury struktury krzemowej.

Prąd przemienny (ang. alternating current, AC) – charakterystyczny przypadek prądu elektrycznego okresowo zmiennego, w którym wartości chwilowe podlegają zmianom w powtarzalny, okresowy sposób, z określoną częstotliwością. Wartości chwilowe natężenia prądu przemiennego przyjmują naprzemiennie wartości dodatnie i ujemne (stąd nazwa przemienny). Najczęściej pożądanym jest, aby wartość średnia całookresowa (tzn. składowa stała) wynosiła zero.Om (Ω) – jednostka rezystancji w układzie SI (jednostka pochodna układu SI). Nazwa om pochodzi od nazwiska niemieckiego fizyka Georga Ohma.

Stabilizatory liniowe można podzielić na cztery grupy:

  • stabilizatory napięć dodatnich o ustalonym napięciu,
  • stabilizatory napięć ujemnych o ustalonym napięciu,
  • stabilizatory napięć dodatnich o napięciu ustalanym przez użytkownika,
  • stabilizatory napięć ujemnych o napięciu ustalanym przez użytkownika.
  • Większość stabilizatorów liniowych jest budowana w formie układów trzykońcówkowych. Obecnie nie używa się już w popularnym sprzęcie stabilizatorów w drogich, metalowych obudowach TO-3, a tylko plastikowych TO-220 i TO-92. Na schematach elektronicznych wejście stabilizatora jest oznaczane INPUT, IN lub I, wyjście – OUTPUT, OUT lub O, a masa – GROUND lub GND. W przypadku stabilizatorów o napięciu ustalanym przez użytkownika zamiast masy występuje wejście sterujące – ADJUST lub ADJ.

    Tranzystor – trójelektrodowy (rzadko czteroelektrodowy) półprzewodnikowy element elektroniczny, posiadający zdolność wzmacniania sygnału elektrycznego. Nazwa urządzenia wywodzi się od słów transkonduktancja (transconductance) z "półprzewodnikowym" przyrostkiem -stor jak w warystor (varistor).Przekształtnik podwyższający napięcie (ang. boost converter, step-up converter) - rodzaj przerywacza impulsowego prądu stałego, którego zadaniem jest przekształcanie stałego napięcia wejściowego DC na wyższe napięcie wyjściowe DC.

    Najpopularniejsze stabilizatory napięć dodatnich pochodzą z serii 78XX, a napięć ujemnych – 79XX, gdzie dwie ostatnie cyfry określają napięcie wyjściowe. W środku oznaczenia może pojawić się dodatkowa litera informująca o maksymalnym prądzie pracy: L – 0,1 A, M – 0,5 A, bez litery – 1 A lub 1,5 A, S – 2 A, T – 3 A. Przykładowo LM78L05 ma napięcie wyjściowe 5 V i prąd do 0,1 A, a LM79M15 – napięcie -15 V i prąd 0,5 A. Stabilizatory serii 78XX są produkowane na maksymalnie 24 V, i analogicznie seria 79XX na maksymalnie -24 V, więc większe liczby są wykorzystywane do oznaczania napięcia wyjściowego, z częścią dziesiętną np. stabilizator 7852 ma napięcie 5,2 V, a 7885 – 8,5 V.

    Kondensator – jest to element elektryczny (elektroniczny), zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem.Rezystancja (opór elektryczny, opór czynny, oporność, oporność czynna) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą zespolonej impedancji.

    Wśród stabilizatorów o napięciu dobieranym przez użytkownika najczęściej używane są układy LM317 (napięcia dodatnie) i LM337 (napięcia ujemne).

    Parametry[ | edytuj kod]

    Zasilacz transformatorowy ze stabilizatorem liniowym. Na wejściu i wyjściu stabilizatora znajdują się kondensatory filtrujące napięcie wejściowe oraz przeciwdziałające wzbudzeniu się układu.
    Schemat prostego stabilizatora o zadanym napięciu.
    Schemat prostego stabilizatora o regulowanym napięciu.

    Najważniejsze parametry stabilizatorów liniowych to:

    Źródło napięciowe – element aktywny obwodu, stosowany w elektronice; idealny model źródła napięcia elektrycznego, który charakteryzuje wyłącznie napięcie na zaciskach (nie uwzględnia się np. rezystancji wewnętrznej). Takie źródło wymusza określone napięcie na węzłach obwodu elektrycznego, napięcie to nie zależy od prądu obciążenia.Tolerancja w sensie technologicznym to maksymalne, dopuszczalne odstępstwo od określonych parametrów technicznych, w trakcie produkcji danego urządzenia.
  • Nominalne napięcie wyjściowe Uout i jego tolerancja (maksymalnie 5%, ale zwykle mniej).
  • Maksymalny prąd wyjściowy Iout. Każdy stabilizator zawiera obwody ograniczające prąd do pewnej ustalonej wartości, zwykle z zakresu od 100 mA do 10 A. Podawany w katalogach prąd wyjściowy jest wartością umowną. W rzeczywistości maksymalny prąd może być inny: zdecydowanie większy przy niskich temperaturach struktury, a niższy przy dużych napięciach pomiędzy wejściem a wyjściem.
  • Zakres dopuszczalnych zmian napięcia wejściowego od Uinmin do Uinmax.
  • Minimalny spadek napięcia pomiędzy wyjściem a wejściem stabilizatora, potrzebny do właściwej stabilizacji napięcia wyjściowego (ang. dropout voltage), oznaczany UDO. Przy projektowaniu układu trzeba zwrócić uwagę, że najgorszych warunkach pracy, czyli przy obniżonym o 10% napięciu sieci energetycznej i maksymalnym prądzie obciążenia, chwilowe napięcie na wejściu stabilizatora musi być wyższe od wymaganego napięcia wyjściowego co najmniej o wartość UDO. Jeśli napięcie wejściowe zbytnio się obniży, stabilizator przestanie spełniać swoje zadanie i na jego wyjściu pojawiać się będzie napięcie niższe od zakładanego, co przy zasilaniu napięciem z tętnieniem odpowiada występowaniu tętnieniu na wyjściu, które może być równe tętnieniom na wejściu. Można przyjąć, że dla większości stabilizatorów napięcie UDO wynosi 3 V.
    Istnieje też specjalny rodzaj stabilizatorów, oznaczanych w katalogach LDO (ang. Low Drop Out), które mogą pracować przy napięciu UDO rzędu 0,2...1 V (np. układy serii LM2940, LM3940, LM78D, TS4274, LD1085, LF00AB, KA378, LM1086, L4940).
  • Współczynnik stabilizacji napięciowej (ang. line regulation), który jest wyrażony jako stosunek zmiany napięcia wyjściowego do zmiany napięcia wejściowego: Im mniejsza jego wartość, tym lepiej. Niekiedy podaje się pokrewny parametr – tłumienie tętnień (100...120 Hz) wyrażane w decybelach.
  • Współczynnik stabilizacji prądowej (ang. load regulation), który jest wyrażony jako stosunek zmiany prądu wyjściowego do zmiany prądu wejściowego. Im mniejsza jego wartość, tym lepiej.
  • Rezystancja wyjściowa, określona wzorem: . Rezystancja wyjściowa stabilizatorów z rodziny 78XX dla częstotliwości poniżej 1 kHz wynosi zazwyczaj kilkadziesiąt miliomów lub mniej. Oznacza to, że przy zmianie prądu o 1 A napięcie obniży się nie więcej niż o kilkadziesiąt miliwoltów.
  • Moc strat – jest to maksymalna moc, która może być rozproszona przez stabilizator w postaci ciepła, określona wzorem: gdzie to różnica napięć między wejściem a wyjściem stabilizatora, a IL to prąd płynący przez obciążenie. Stabilizator w małej plastikowej obudowie TO-92 może rozproszyć ok. 500 mW, stabilizator w obudowie TO-220 bez radiatora – około 1 W, stabilizator w obudowie TO-220 z radiatorem – 5..30 W, w zależności od rezystancji termicznej między strukturą a obudową i rezystancji termicznej radiatora.
  • Sprawność energetyczna – stosunek mocy oddawanej do odbiornika do mocy pobieranej ze źródła zasilania. Sprawność jest wyrażana w procentach i określana wzorem:
    .
    Stabilizatory liniowe charakteryzują się generalnie niska sprawnością energetyczną. Sprawność stabilizatorow szeregowych jest zależna od napięcia wejściowego i wyjściowego stabilizatora i spada wraz ze wzrostem różnicy tych napięć. W przypadkach jednak gdy roznica ta nie jest duża – sprawność może osiągać wysokie wartości.
  • Prąd spoczynkowy stabilizatora – prąd pobierany przez sam stabilizator. Zazwyczaj wynosi 3...6 mA, ale w przypadku starszych stabilizatorów LDO przy małej różnicy napięć między wejściem a wyjściem UIO prąd spoczynkowy może wzrastać nawet do 100 mA. Przykładem jest stabilizator L4940, w którym szeregowym elementem regulacyjnym jest tranzystor PNP, potrzebujący znacznego prądu bazy dla osiągnięcia małego napięcia nasycenia UCE. W stabilizatorach LDO nowej generacji elementem regulacyjnym jest tranzystor polowy MOSFET P, dzięki czemu prąd spoczynkowy jest stały i wynosi kilka do kilkudziesięciu mikroamperów.
  • Separacja galwaniczna (bariera galwaniczna, izolacja galwaniczna) – izolacja między co najmniej dwoma blokami funkcyjnymi systemu elektrycznego tak, aby prąd elektryczny nie przepływał bezpośrednio z jednego bloku do drugiego. Energia i informacje mogą być nadal wymieniane między blokami za pomocą sprzężenia optycznego, indukcyjnego, pojemnościowego, za pomocą fal elektromagnetycznych lub akustycznych (np. dzięki piezoelektryczności). Izolacja galwaniczna jest stosowana wtedy, gdy dwa lub więcej układów elektrycznych mają wymieniać informacje lub energię, ale ich masy elektryczne są na różnych potencjałach .Układ elektroniczny lub obwód elektroniczny – zbiór elementów elektronicznych dyskretnych lub scalonych połączonych elektrycznie tak, aby realizowały określoną funkcję.


    Podstrony: 1 [2] [3]




    Warto wiedzieć że... beta

    Tranzystor bipolarny (dawniej: tranzystor warstwowy, tranzystor złączowy) to odmiana tranzystora, półprzewodnikowy element elektroniczny, mający zdolność wzmacniania sygnału. Zbudowany jest z trzech warstw półprzewodnika o różnym typie przewodnictwa. Charakteryzuje się tym, że niewielki prąd płynący pomiędzy dwiema jego elektrodami (nazywanymi bazą i emiterem) steruje większym prądem płynącym między emiterem, a trzecią elektrodą (nazywaną kolektorem).
    Transformator (z łac. transformare – przekształcać) – maszyna elektryczna służąca do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. Zwykle zmieniane jest równocześnie napięcie elektryczne (wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie).
    Moc – skalarna wielkość fizyczna określająca pracę wykonaną w jednostce czasu przez układ fizyczny. Z definicji, moc określa wzór:
    Rezystancja termiczna – wielkość fizyczna reprezentująca opór, jaki stawia dana materia przenoszeniu ciepła (energii cieplnej) pomiędzy dwoma punktami. Jest to wielkość addytywna. Wielkość ta jest istotna w układach elektronicznych, w których kluczową sprawą jest odprowadzanie ciepła, aby elementy się nie przegrzewały.
    Dioda Zenera (inaczej: stabilistor) – odmiana diody półprzewodnikowej, której głównym parametrem jest napięcie przebicia złącza p-n. Po przekroczeniu napięcia przebicia ma miejsce nagły, gwałtowny wzrost prądu. W kierunku przewodzenia (anoda spolaryzowana dodatnio względem katody) zachowuje się jak normalna dioda, natomiast przy polaryzacji zaporowej (katoda spolaryzowana dodatnio względem anody) może przewodzić prąd po przekroczeniu określonego napięcia na złączu, zwanego napięciem przebicia. Przy niewielkich napięciach (do ok. 5 V) podstawową rolę odgrywa zjawisko Zenera, w zakresie od 5 do 7 V zjawisko Zenera i przebicie lawinowe, a powyżej 7 V – wyłącznie przebicie lawinowe. Napięcie przebicia jest praktycznie niezależne od płynącego prądu i zmienia się bardzo nieznacznie nawet przy dużych zmianach prądu przebicia (dioda posiada w tym stanie niewielką oporność dynamiczną).
    Buck converter (ang. step-down, bucking) - przekształtnik impulsowy prądu stałego na prąd stały o niższym napięciu, o wyjściu nieizolowanym od wejścia.
    Ten artykuł dotyczy zasilaczy impulsowych stosowanych w komputerach kompatybilnych z IBM PC. Istnieje wiele rodzajów zasilaczy przeznaczonych do innych komputerów.

    Reklama