Modul I - Ispravljaci

Javna ustanova

Mješovita srednja elektrotehnička škola Tuzla

Sejfudin Agić

Tuzla, septembar/rujan 2014.

PRAKTIČNA NASTAVA III – Modul I – Stabilisani izvori napajanja

1. STANDARDI ZA OZNAČAVANJE POLUPROVODNIČKIH ELEMENATA 1. 2. POLUPROVODNIČKE DIODE 4. 2. 1. Testiranje ispravnosti i polarizacije diode 6. 2.2. Strujno naponska karakteristika diode 7. 2.2.1. Statički i dinamički otpor diode 7. 2.2.2. Direktna i inverzna polarizacija diode 8. 2.3. I-U karakteristika Zener diode 9. 2.3.1. Direktna i inverzna polarizacija Zener diode 9. 2.4. Mrežni transformatori 9. 3. ISPRAVLJAČI 11. 3. 1. Filtriranje izlaznog napona 11. 3.1.1. Valovitost 12. 4. ISPRAVLJAČI BEZ STABILIZATORA 13. 4. 1. Poluvalni ispravljač - proračun 15. 4. 2. Punovalni ispravljač - proračun 17. 5. ISPRAVLJAČI SA STABILIZATOROM 20. 5.1. Stabilizatori napona 20. 5.2. Referentni element 21. 5.3. Stabilizator za Zener diodom 21. 5.4. Stabilizator sa jednim tranzistorom 23. 5.4.1. Primjer izpravljača sa Grecovim spojem 24. 5.5. Stabilizator sa dva tranzistora 25. 5.6. Stabilizatori za pojačavače 26. 5.7. Stabilizatorska integralan kola 31. 5.7.1. Stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda 32. 5.7.2. Stabilizatori podesivog napona sa tri izvoda 34. 5.7.3. Stabilizator 1,25-37V sa LM317 35. 6. POMOĆNA KOLA 37. 6. 1. Umanjivač napona 37. 6.2. Prekidači. Osigurači, LED diode 37. 6.3. Indikator preopterećenja 38. 6.4. Zvučni indikator 38. 6.5. R, C i diode na izlazu 39. 6.6. Elektronski osigurač 39. 7. PROFESIONALNI ISPRAVLJAČI 41. 7. 1. Ispravljač 0-30V sa IC723 41. 7.2. Školski ispravljač 0-30V sa OP-TL081 42. 7.2.1. Princip rada 42. 8. LITERATURA 46.

STANDARDI ZA OZNAČAVANJE POLUPROVODNIČKIH ELEMENATA

PRAKTIČNA NASTAVA: Modul I – Stabilisani izvori napajanja

1

Iako poluvodičke strukture imaju standardiziran način označavanja, tako da je iz oznake jasno o kojoj komponenti se radi, s obzirom na veliki broj komponenti najbolji način da odgonetnemo o kojoj komponenti se radi i sa kojim karakteristikama, je korištenje kataloških podataka. Na žalost, postoji veliki broj sistema označavanja poluvodičkih elemenata, a najčešće se koriste Europski, Američki i Japanski sistemi označavanja poluvodiča.

Format: dva slova, (opcija treće slovo), serijski broj (sufiks) Primjer: BC107, BZX12, AC109, BC547B. Prvo slovo označava materijal od kojeg je poluvodič izrađen, a značenje je sljedeće: A – germanij, B – silicij, C – galij-arsenid, D – indij-antimonid, R - poluvodiči bez ispravljačkog djelovanja (foto elementi). Drugo slovo označava primarnu upotrebu elemenata, a značenje je sljedeće: A – detektorske, ispravljačke i diode za miješanje; B – diode sa promjenjivim kapacitetom (varikap diode); C – NF tranzistori; D – NF tranzistori snage; E – tunel dioda; F – VF tranzistor; G – kombinirani elementi; H – elementi osjetljivi na magnetska polja; K – Hall modulatori i umnožitelji; L – VF tranzistori snage; N – Optokapler; P – elementi osjetljivi na radijacije, svjetlosni detektor; Q – elementi koji emitiraju radijacije, svjetlosno emitiranje; R – elementi za električnu kontrolu i okidanje, tiristor, dijak, UJT tranzistor; S – tranzistori male snage za prekidačke namjene; T – snažni prekidači i kontrolni elementi, tiristor, trijak; U – tranzistori za prekidačko napajanje X – diode za umnožavanje, varikap dioda; Y – ispravljačke diode i regulatori; Z – naponski stabilizatori i regulatori, zener dioda;

Opcionalno treće slovo označava da je komponenta namijenjena za industrijsku ili profesionalnu upotrebu. Obično su to slova W, X, Y i Z. Broj kao treći element oznake, označava registarski broj proizvoda i on može biti dvocifreni ili trocifreni. Često se iza broja nalazi i još jedno slovo, npr A, koje označava da se radi o jednoj od varijanti osnovnog tipa, koji se razlikuje po nekom parametru. Diode za stabilizaciju, ispravljačke diode i tiristori mogu imati dodatna slova i brojeve. Za zener diode često se iza oznake nalazi slovo koje označava toleranciju: A - 1%, B - 2%, C - 5%, D - 10% i E - 15%. Iza ove oznake slijedi broj koji označava nazivni radni napon. Decimalni zarez u ovoj oznaci je označen sa slovom V. Npr. BZY 93-C7V5 je oznaka diode za stabilizaciju, koja ima toleranciju 5% i predviđena je za radni napon 7,5V. Kod ispravljačkih dioda iza standardne oznake može se nalaziti jedan broj koji označava maksimalni inverzni napon npr. BYX34-500 je ispravljačka dioda sa inverznim naponom od 500V. Kod oznake za tiristore dodatni broj označava maksimalni inverzni napon.

Format: broj, slovo, serijski broj, (sufiks). Primjer: 2N2222A, 2N904, 1N4148. Američki proizvođači označavaju poluvodiče sa tri elementa. Prvi element je broj koji pokazuje broj PN spojeva. Broj 1 označava jedan PN spoj, odnosno to je oznaka za diode. Broj 2 označava dva PN spoja, odnosno tranzistore. Broj 3 označava tri PN spoja, odnosno tiristore. Drugi element je slovo N. Treći element je broj koji označava pod kojim je element registriran.



2

Često se iza broja nalaze i slova A, B, C, koja označavaju da se radi o varijanti osnovnog tipa tranzistora, koji se razlikuje po nekom parametru: A – malo pojačanje; B – srednje pojačanje; C – veliko pojačanje.

Format: broj, dva slova, serijski broj, (sufiks). Primjer: 2SC65, 2SC1213AC. Prvi element je broj koji pokazuje broj PN spojeva (1) ili tranzistor (2). Drugi element se sastoji od dva slova. Prvo slovo je S, koje označava da je to poluvodič. Drugo slovo ima sljedeće značenje:

A – PNP VF tranzistor; B – PNP NF tranzistor; C – NPN VF tranzistor; D – NPN NF tranzistor; F – element od silicija; H – tiristor; J – P kanalni unipolarni tranzistor; K – N kanalni unipolarni tranzistor. Treći element je broj pod kojim je registriran proizvod. Opcionalno se dodaje sufiks koji označava reviziju osnovnog modela elementa. Npr. 2SC65 je VF tranzistor NPN tipa, registarski broj 65. Kao što se vidi iako je označavanje poluvodičkih komponenti standardizirano s obzirom na veliki broj tih komponenti najbolji način je ipak korištenje kataloga, opisa komponenti u softverima ii internet. Na slikama 1.1 i 1.2 prikazani su oznake i kućišta poluprovodničkih komponenti.

Slika 1.1. Označavanje dioda



3

Slika 1.2. Kućišta nekih tipičnih tranzistora

POLUPROVODNIČKE DIODE


4

Diode su poluvodičke komponente sastavljene od PN spoja i imaju izvode anodu i katodu. Struja pozitivnog polariteta može teći samo u jednom smjeru, od anode prema katodi. U suprotnom smjeru struja neće teći kod idealne diode, dok u stvarnosti postoji mala struja od nekoliko *+ do nekoliko b+. Curenje je nepoželjno i što je manje to je bolje.

Pošto diode imaju određeni otpor, napon će lagano pasti kako struja teče kroz diodu. Tipični pad napona na diodi je 0,7V za silicijsku, a 0,3V za germanijsku diodu. Granični napon i struja se moraju uzeti u obzir, npr. kada se dioda koristi za ispravljanje, ona mora izdržati inverzni napon kako ne bi došlo do proboja diode.

Slika 2.1. Simboli različitih vrsta poluvodičkih dioda

Zavisnost struje diode o priključenom naponu, odnosno strujno-naponsku karakteristiku (U-I karakteristiku), opisuje Shocklyeyeva jednadžba:

Na strujno-naponskoj karakteristici postoje tri područja:

- područje zapiranja, - područje vođenja i - područje proboja.

Slika 2.2. Strujno naponska karakteristika diode

Napon koljena, koji se nekada naziva i napon uključenja diode, je onaj napon u području vođenja u kojem dioda naglo počinje voditi struju.

Napon koljena ovisi o materijalu izrade, te iznosi 0,7V za silicij, 0,3V za germanij, 1V za galij-arsenid i 0,2V za spoj metal-poluvodič.



5

Najvažniji podaci za poluvodičku diodu su: - Nominalna propusna (direktna) struja –IF je maksimalna dozvoljena trajna struja diode pri kojoj se ne prekorači dozvoljeno zagrijavanje pri nominalnim uvjetima hlađenja. - Nominalni propusni (direktni) napon –UF je pad napona na propusno polariziranoj diode pri nominalnoj propusnoj struji (0,3V za germanij, 0,7V za silicij).

- Nominalni nepropusni (zaporni) napon –UR je maksimalna vrijednost napona kojeg nepropusno polarizirana dioda može podnijeti trajno bez opasnosti da će nastupiti proboj. - Nominalna nepropusna (zaporna) struja –IR je struja koja teče kroz diodu pri nominalnom inverznom naponu –UR. - Brzina prekidanja –tRR maksimalno vrijeme oporavka kod nepropusne polarizacije.

Slika 2.3. Različiti oblici poluvodičkih dioda

Većina dioda ima valjkast oblik i tada je katoda označena sa prstenom, ukoliko to nije slučaj na tijelu diode je oznaka elektroda. Ako ne možemo nikako identificirati elektrode po natpisu ili obliku onda možemo to pokušati instrumentom. Spojimo + kraj instrumenta na elektrodu za koju pretpostavljamo da je anoda, a - kraj na katodu. Koristimo područje na instrumentu označeno znakom diode. Instrument će pokazati napon direktno polariziranog PN spoja (za Si diode oko 0,7V). Ukoliko pretpostavljeni smjer nije dobar instrument će pokazivati da ne može izmjeriti (.I), tada okrenemo polaritet diode i ako je dioda ispravna dobiti ćemo traženi napon.

Slika 2.4. Mjerenje napona direktno polariziranog PN spoja

Pored standardnih dioda postoje i mnoge specijalne diode kao što su: zener diode (Zenerove diode), LED diode, tunel diode, varikap diode itd. Mi ćemo koristiti zener diode i LED diode te ćemo ovdje dati osnovne karakteristike tih dioda. Zener diode isto tako imaju nelinearnu strujno-naponsku karakteristiku, pri čemu je ona identična običnoj diodi za direktnu polarizaciju a razlikuje se u dijelu inverzne polarizacije. Ta razlika je osnovna odlika karakteristike zener diode i ona se koristi upravo u ovom dijelu. Na slici 2.7 data je tipična karakteristika zener diode i naznačeni su osnovni 5arametric koji je određuju. Kao što vidimo bitan nam je:

- zenerov napon UZ, - radna struja u oblasti zenerovog napona I, - minimalna IZmin i maksimalna struja u oblasti

zenerovog napona IZmax, - dinamički otpor RZ.

Pored navedenih karakteristika koje su opisane na samom dijagramu važna je još disipacija snage. Ovaj podatak se nalazi u katalogu i o njemu treba voditi računa kada formiramo električne krugove sa zener diodama. Jednostavno vodimo računa da radna struja bude manja od maksimalne, a maksimalnu određujemo iz poznate disipacije snage prema jednadžbi:

Imax =P/UZ



6

Slika 2.5. Strujno naponska karakteristika zener diode

Kod označavanja zener dioda važan je raspored elektroda i on se označava na isti način kao kod običnih dioda, i važan je zenerov napon. Zenerov napon se obično ispisuje na tijelo diode u obliku 6V8 (6,8V), 12V (12V) itd.

Slika 2.6. Zener dioda male snage

LED dioda ima karakteristiku koja je po obliku ista kao kod ispravljačke diode pri čemu napon PN spoja u provodnom smjeru zavisi od tipa LED diode. On se kreće od 1,5V do 2V što zavisi od boje korištene diode. Kod LED dioda katoda se označava isječkom na tijelu. Mi ćemo uglavnom koristiti crvene, zelene i žute LED diode sa 5 mm razmaka među izvodima elektroda i radnom strujom od 10mA.

Slika 2.7. Ispitivanje ispravnosti diode pomoću analognog mjernog instrumenta



7

Kod analognog voltmetra koristi se ljestvica za manji otpor (do 2kΩ). Obična signalna dioda ili ispravljačka dioda treba pokazati mali otpor (tipično 2/3 ljestvice ili nekoliko stotina oma) u jednom smjeru, dok u drugom treba pokazati beskonačni otpor. Otpor ne bi trebao biti blizu 0Ω (kratki spoj) ili u prekidu u oba smjera. Germanijska dioda će pokazati niži otpor, zbog nižeg pada napona na njoj.

Na digitalnom instrumentu, obično postoji područje za ispitivanje dioda. Silicijska dioda će pri tom pokazati 0,5V do 0,8V u propusnom smjeru i prekid u nepropusnom smjeru. Germanijeva dioda će pokazati manji napon, između 0,2V i 0,4V u propusnom smjeru. Većina dioda (99 od 100) su u kratkom spoju kada su neispravne.

Slika 2.8. Ispitivanje ispravnosti diode pomoću digitalnog mjernog instrumenta

Poluvodičke diode sastoje se od PN strukture, koja se pri priključenom naponu, ponaša kao električni ventil, odnosno posjeduje ispravljačka svojstva. Dioda je, dakle, neupravljivi ventil koji se u sklopu ponaša kao nelinearni aktivni otpor, a čija veličina otpornosti ovisi o polaritetu i veličini priključenog napona. Osnovna svojstva diode dana su njenom statičkom strujno-naponskom karakteristikom koja prikazuje zavisnost struje kroz diodu o priključenom naponu. Osnovni nazivni parametri diode jesu: - nazivna propusna struja IF - maksimalna dopuštena trajna struja diode pri kojoj se ne prekorači dopušteno zagrijavanje pri nazivnim uvjetima hlađenja. - nazivni propusni napon UF - pad napona na propusno polariziranoj diodi pri nazivnoj propusnoj struji. Za silicijske diode iznosi 0,75−1V, a za germanijske diode 0,3−0,6V.

- nazivni nepropusni ili zaporni napon UR maksimalna vrijednost napona kojeg može podnijeti nepropusno polarizirana dioda bez opasnosti od proboja. - nazivna nepropusna ili zaporna struja IR - struja koja teče kroz diodu kod zapornog napona UR.

U propusnom području kod nekog određenog napona UD na izvodima diode, kroz diodu teče neka struja ID. Time je određena statička radna točka diode, kao što je prikazano na slici 2.11. U statičkoj radnoj točki mogu se definirati statički otpor diode i dinamički otpor diode. Statički otpor diode određen je omjerom istosmjernog napona i struje u statičkoj radnoj točki T diode:



8

Dinamički otpor diode rd je otpor koji dioda kao nelinearni element predstavlja izmjeničnoj struji u nekoj radnoj točki T. On je definiran kao omjer male promjene napona ∆U oko radne točke i određene male promjene struje ∆I, koju je prouzrokovala promjena napona ∆U:

Za primjer na slici vrijednosti su:

Napon praga otvaranja diode je definiran kao napon u propusnom području pri kome struja kroz diodu iznosi 1% od maksimalne struje pri direktnoj polarizaciji diode.

Slika 2.9. Određivanje statičkog i dinamičkog otpora diode

Slika 2.10. Šema spoja za direktnu i inverznu polarizaciju diode



9

Zener dioda je dioda koja u radu koristi dio karakteristike koji odgovara inverznim naponima nešto većim od probojnog napona. Napon koji određuje radnu točku, zove se zenerov napon. Zener dioda se koristi za stabilizaciju istosmjernog napona, pa je potrebno da ima što strmiji dio karakteristike za inverzne napone veće od probojnog

napona. Pored toga kako radi u području električnog proboja, ova dioda mora biti građena od takvog poluvodiča da se u radnom području ne ošteti, tj. da je proces inverzibilan. Također se mora voditi računa da se ne prekorači maksimalno dozvoljena snaga discipacije. Zener diode izrađuju se od silicija sa povećanim postotkom primjesa u P i N području. Izrađuju se sa probojnim naponima od 3-150V.

Slika 2.11. Šema spoja za direktnu i inverznu polarizaciju zener diode

Slika 2.12. Šema spoja za inverznu polarizaciju zener diode

Pomoću mrežnog transformatora se mrežni napon efektivne vrijednosti 220 V pretvara u jedan ili više napona manjih veličina. Mrežni transformatori se proizvode u različitim oblicima i veličinama, nekoliko njih je prikazano na slici. Na slici 2.13-a je transformator snage 80 W koji ima primar i sekundar sa tri izvoda. Njegov električni simbol je prikazan na slici 2.14-a. Izvodi na sekundaru omogućuju upotrebu transformatora kad nam je potreban napon od 6, 9 ili 21 V. Ali moguće je dobiti i druge napone. Npr. napon između

priključaka 3 i 5 je 12 V, između 2 i 4 je 15 V, između 1 i 3 je 30 V, između 1 i 5 je 42 V itd.

Slika 2.13. Mrežni transformatori



10

Ako se ovaj transformator koristi u ispravljačima sa slika 4.1-d i 4.1-f, treba koristiti priključke 3, 4 i 5 (4 je srednji izvod) ili priključke 1, 2 i 5 (2 je srednji izvod).

Na slici 2.13-b je transformator koji ima dva zasebna sekundarna namotaja, njegov simbol je na slici 2.14-a. Ovaj transformator je moguće koristiti na više načina. Prvi je da se svaki sekundarni namotaj koristi za posebne svrhe, recimo gornji za ispravljač kojim se napajaju elektronska kola nekog uređaja a donji za ispravljač koji daje istosmjerni napon za električni motor u tom uređaju. Drugi način je da se sekundari spoje u seriju, slika 2.14-b, tako da se dobije dva puta veći sekundarni napon ili da se koristi kao transformator sa izvodom na sredini sekundara, slika 2.14-c.

Slika 2.14. Simboli mrežnih transformatora sa dva sekundara I, na kraju, ovaj transformator može da se koristi i tako što se sekundari vežu u paralelu, slika 2.14-d, tako da se dobije dva puta veća sekundarna struja. Pri svim ovim povezivanjima treba biti oprezan jer na slici 2.14-b moraju da se spoje završetak gornjeg (4) i početak donjeg (5) namotaja. Ako pogrešimo pa spojimo priključke (4) i (6) izlazni napon (3-5) će biti

jednak nuli. Na slici 2.14-c je takođe obavezno spojiti završetak gornjeg sa početkom donjeg kalema, inače ispravljač, ako transformator koristimo kao transformator s izvodom, neće dobro da radi. Najteže posljedice, ako se pogriješi, su pri spajanju prema slici 2.41-d. Na toj slici treba spojiti početak gornjeg sa početkom donjeg namotaja (3 i 5) i završetak gornjeg sa završetkom donjeg namotaja (4 i 6). Ako nije tako urađeno, dolazi do pregorjevanja transformatora. Zato, prvo izmjerite oba sekundara napona i uvjerite se da su oni istih veličina. Zatim spojite dva kraja za koje pretpostavljamo da su završeci namotaja i izmjerimo napon između druga dva kraja. Ako je ovaj napon jednak nuli, dobro smo pretpostavili. Spojimo i ta dva kraja i sve će biti u redu. Ako je napon dva puta veći od napona na jednom sekundaru, moraćemo da ponoviti eksperiment sve dok ne pronađemo koja dva kraja treba spojiti tako da napon između druga dva bude jednak nuli.

Slika 2.15. Simboli mrežnih transformatora Kada spojimo krajeve: US=0,71·U1=0,71·15=11 V Maksimalna struja sekundara treba da je 0,1 A ili veća, odnosno snaga transformatora treba da je jednaka ili veća od 1,1 W, ali zbog pada napona na diodama treba usvojiti transformator sa što većim sekundarnim naponom a, zbog gubitaka, i snaga bi trebalo da je veća, 1,5 W ili veća. Zbog navedenog za diode usvajamo 1N4001 čija je maksimalna struja 1A, a maksimalni inverzni napon je 50 V, što je znatno veće od potrebnih 30 V.

ISPRAVLJAČI


11

Ispravljač je elektronički sklop koji služi za pretvaranje (ispravljanje) izmjenične struje (napona) u istosmjernu. Najčešće se u ispravljačima koriste poluvodičke diode kao glavni elektronički elementi kojima se vrši ispravljanje. Osim dioda, koriste se i tiristori.

Pod ispravljanjem izmjenične struje (napona) u istosmjernu često se podrazumijeva i glađenje (filtraciju, smanjivanje valovitosti) izlaznog napona, te stabiliziranje napona. Često se u sklopu ispravljača nalazi i transformator koji smanjuje napon na pogodnu vrijednost (na primjer mrežnih 230 V na 15 V).

Slika 3.1. Primjer elektronske šeme ispravljača

Filtracija izlaznog napona se izvodi s raznim spojevima kondenzatora i zavojnica. Najjednostav-nija filtracija je provedena s jednim kondenzatorom paralelno spojenim na izlaz ispravljača, dok se za bolje karakteristike ispravljača mogu koristiti L, π ili T LC spojevi. Osnovne karakteristike ovakvih spojeva jest da su oni niskopropusni filtri, tako da se kondenzatori uvijek spajaju paralelno, a zavojnice serijski.

Najčešće se kao filtar koristi elektrolitski kondenzator spojen paralelno sa potrošačem. Za vrijeme pozitivne poluperiode kondenzator C se puni preko diode D, a za vrijeme negativne poluperiode kondenzator se prazni preko otpora R. Kondenzator ne dozvoljava velike varijacije napona na trošilu, na taj način što u sebi akumulira naboj i predaje ga potrošaču za vrijeme dok dioda ne propušta struju. Što je kapacitet kondenzatora veći to je i napon valovitosti manji. Napon valovitosti se definira kao razlika između maksimalne i minimalne vrijednosti ispravljenog napona.

Slika 3.2. Filtarski spojevi za glađenje ispravljenog napona

ISPRAVLJAČI


12

101102 Tabela 3.1. Osnovne karakteristike filtarskih spojeva. Približni izrazi, gdje je C [μF], R [Ω], L [mH]

Prilikom ispravljanja i filtriranja napona, nije u moguće u potpunosti potisnuti komponente izmjeničnog napona, tj. nije moguće dobiti idealni istosmjerni napon, već on ima neku valovitost. Valovitost je osciliranje vrijednosti napona oko srednje vrijednosti i definira se kao omjer vrijednosti između dva vrha i srednjeg napona. Valovitost ovisi o tipu ispravljača (bolja je, naravno, za punovalne ispravljače), upotrebljenom filtru, te opterećenju ispravljača.

Klasične primjene ispravljača su ispravljanje izmjeničnog mrežnog napona za elektroničke uređaje koji za svoj rad zahtijevaju istosmjerni napon. Ispravljač obično predstavlja drugi stupanj u realizaciji klasičnih istosmjernih napajanja - iza transformatora, a prije stabilizatora. Ispravljači se nalaze i kao samostalni uređaj, poznat pod nazivom adapter (AC/DC pretvarač).

Slika 3.3. Valni oblici napona na ispravljaču

ISPRAVLJAČI BEZ STABILIZATORA


13

Moderne elektroničke uređaje i sklopove široke potrošnje kao izvor napajanja koriste električnu mrežu. Da bi se ispunili određeni uvjeti koje zahtjeva neki uređaj kao što su stabilizirana jakost struje, stabilan napon nezavisno o: promjeni napona napajanja, opterećenja, temperature okoline i slično, postiže se različitim sklopovima za stabilizaciju i zaštitu. Takvi uređaji za napajanje zovu se ispravljački uređaji. Napajanje sklopova pomoću baterija i AKU baterija ima svoje prednosti, ali isto tako i svoje nedostatke pred ispravljačkim uređajima. Prednost baterija i AKU baterija pred ispravljačkim uređajima je jedino u tome što one bez obzira na stanje gradske mreže (napajanje), daju “svoj” napon, a nedostataka ima više, kao npr. baterija i AKU baterija daju napon i struju koju ne možemo regulirati, takav napon nema vremenski stalnu vrijednost pa se razmjerno brzo troše. No ispravljački uređaj može zadovoljiti sve ove uvjete koje baterije i AKU baterije ne mogu. On bez obzira na promjenu napajanja, opterećenja, temperature okoline daje stalnu vrijednost izlaznog napona, što znači da se izlazni napon treba stabilizirati. Sklopove pomoću kojih se izvodi stabilizacija ispravljačem dobivenog istosmjernog pulzirajučeg napona naziva se stabilizatorima i spaja ih se iza RC filtera u ispravljaču, a izvedena cjelina naziva se stabilizirani ispravljač. Za napajanje elektronskih uređaja energijom, neophodan je izvor istosmjerne struje. U tu svrhu, mogu da se koriste baterije ili akumulatori, ali je to vrlo neekonomično pa se, osim u prenosnim uređajima, izbjegava, a uređaji se, preko ispravljača, napajaju iz električne mreže. Efektivna vrijednost napona električne mreže, između bilo koje faze i nule, je 220 V, a između dvije faze 380 V. Zbog toga, pri radu na ispravljaču, treba biti oprezan jer posljedice nepažnje ili neznanja mogu da budu katastrofalne. Najsigurnija mjera predostrožnosti je da ispravljač, kada nešto radimo na njemu, uvijek isključimo iz mreže, tako što ćemo utikač izvući iz utičnice. Svi ispravljači, osim onih sasvim jednostavne konstrukcije, sastoje se od mrežnog transformatora, jedne ili više dioda, elektrolitskog kondenzatora i stabilizatora napona. Pored ovih osnovnih djelova, ispravljači mogu da imaju još neke elemente i sklopove koji ih čine upotrebljivim, sigurnijim, itd. Ispravljači bez stabilizatora se koriste u nekim elektronskim uređajima, ali su ovde obrađeni prvenstveno zbog toga što oni predstavljaju osnovni sklop svih pa i stabilisanih ispravljača.

Na slici 4.1 je šest električnih kola koja prikazuju šest različitih ispravljača. Koji će od njih biti praktično iskorišćen, to zavisi od krajnje cjene ispravljača, od toga kakve karakteristike ispravljač treba da ima kao i od toga koje i kakve komponente su na raspolaganju. Na slici 4.1-a je električna šema najjednostavnijeg ispravljača koji se sastoji od samo tri komponente: mrežnog transformatora MT, usmjerivačke diode D i elektrolitskog kondenzatora C. Na primarni namotaj mrežnog transformatora priključen je mrežni napon od 220 V, a na sekundarnom namotaju se dobija neki znatno manji napon US. Dioda provodi samo za vrijeme poluperioda kada je napon na gornjem kraju sekundara veći od napona na donjem kraju tj. samo za vrijeme kada je napon na anodi diode veći od napona na katodi. Struja diode teče kroz kondenzator C i puni ga, pa se na njemu javlja pozitivan napon U1 koji se “protivi” struji. Ako poluperiodi mrežnog napona kada je napon na gornjem kraju sekundara veći od napona na donjem kraju nezovemo pozitivnom, onda može da se kaže da dioda provodi za vrijeme djelova pozitivnih poluperioda mrežnog napona, odnosno za vrijeme kada je ulazni napon veći od napona na kondenzatoru. Struja diode je, znači, u obliku povorke pozitivnih impulsa. Ako je ispravljač u praznom hodu, a to znači ako na njegov izlaz nije priključen nikakav potrošač, izlazni istosmjerni napon ispravljačaje 1,41 puta veći od efektivne vrijednosti napona na sekundaru transformatora: U1=1,41·US. Npr. ako je napon na sekundaru transformatora Us=8V istosmjerni napon na izlazu ispravljača sa slike 4. 1-a je:

U1 =8·1,41=11,28 V. Ali čim se na ispravljač priključi potrošač ovaj napon će se, zbog pada napona na otpornosti žice kojom je namotan sekundar kao i pada na diodi, smanjiti i to smanjenje će biti utoliko veće u koliko je struja potrošača veća. O stabilizaciji ovog napona biće riječi kasnije. Na slici 4.1-b je prikazana električna šema ispravljača u udvostručavajućem (poluvalnom) spoju. Za vrijeme pozitivnih poluperioda naizmjeničnog napona US, provodi gornja dioda koja puni gornji kondenzator. Za vrijeme negativnih poluperioda, provodi donja dioda koja puni donji kondenzator. Istosmjerni naponi na kondenzatorima se sabiraju pa je izlazni napon dva puta veci nego u slučaju ispravljača sa slike 4.1-a.



14

Slika 4. 1. Prosta elektronska ispravljačka kola

Npr. ako je efektivna vrijednost sekundarnog napona jednakog US=8V tada je izlazni napon jednak:

U1 =8·1,41·2=22,56 V Ovaj ispravljač može da se koristi u slučaju kada mrežni transformator, koji nam je na raspolaganju, nema dovoljno veliki sekundarni napon. U oba opisana ispravljača ostvaruje se tzv. jednostrano - poluvalno ispravljanje, usmjeravanje. Za vrijeme pozitivnih poluperioda sekundarnog napona, provode gornja desna i donja lijeva dioda, a za vrijeme negativnih poluperioda – gornja lijeva i donja desna. U oba slučaja struje protiču u istom smjeru kroz kondenzator C i pune ga. Istosmjerni izlazni napon je i sada 1,41 puta veći od napona na sekundaru transformatora ali je stabilniji nego u slučaju jednostranog ispravljanja sa slike 4.1-a i 4.1-b.

Umjesto četiri posebne diode, moguće je koristiti Grecov usmjerač o kome će kasnije biti više riječi. Dvostrano usmjeravanje može da se ostvari i sa dvije diode ali je tada potreban transformator sa izvodom na sredini sekundara transformatora slika 4.1-d. za vrijeme pozitivnih poluperioda provodi gornja a za vrijeme negativnih donja dioda. U oba slučaja struje teku u istom smjeru kroz kondenzator C i pune ga. Istosmjerni napon na kondenzatoru je 1,41 puta veći od naizmjeničnog napona na jednoj polovini sekundara, ali je stabilniji od istosmjernog napona koji se dobija jednostranim ispravljanjem. Šeme sa slike 4.1-c i 4.1-d se vrlo često koriste u ispravljačima predviđenim za napajanje manjih prenosnih radio-prijemnika, kasetofona, vokmena i sličnih elektronskih uređaja manje snage. Obično su smješteni u male plastične kutije iz kojih izlaze dva mesingana šiljka pomoću kojih se ispravljač priključuje direktno na mrežnu prikljkučnicu.



15

Neki elektronski uređaji, kao npr. audio pojačavači velike snage, zahtjevaju dva ista istosmjerna napona od kojih je jedan pozitivan a drugi negativan u odnosu na masu. U takvim urđajima se koriste ispravljači sa slike 4.1-e i 4.1-f. Priključak koji se povezuje sa masom urđaja obilježen je nulom. U kolu na slici 4.1-e je jednostrano a u kolu na slici 4.1-f dvostrano usmjeravanje. Izvod na sekundaru transformatora je na sredini. Pri motanju transformatora sa slike 4.1-f, između primarnog i sekundarnog namotaja namotana je i tanka bakarna traka koja predstavlja Faradejev kavez koji sprečava da električne smetnje iz mreže, preko ispravljača, prodru u uređaj koji je priključen na ispravljač.

Provodnik koji je spojen sa ovom trakom se povezuje sa uzemljenjem na utikač sa uzemljenjem.

Kako smo već rekli poluvalni ispravljač (engl. halfwave rectifier) je sklop koji služi za propuštanje samo jedne poluperiode izmjeničnog napona. Tipičan predstavnik poluvalnih ispravljača je samo jedna dioda spojena serijski s trošilom. Budući da propušta samo jednu poluperiodu ulaznog izmjeničnog napona, učinkovitost ovakvog sklopa je manja od 50%.

Slika 4.2. Poluvalni ispravljač

Najjednostavniji poluvalni ispravljač se sastoji od elementa sa ispravljačkim svojstvom - poluvodička dioda i mrežnog transformatora. Na izlaz ispravljača spojen je potrošač R. Za vrijeme pozitivne poluperiode, u sekundarnom krugu će teći struja određena naponom sekundara i otporom potrošača. Struja teče jer je dioda direktno polarizirana tj. anoda je na višem potencijalu od katode. Kad nastupi negativna poluperioda tada je dioda nepropusno polarizirana tj. katoda je na višem

potencijalu u odnosu na anodu, pa neće teći struja u sekundarnom krugu. Kako dioda provodi samo za vrijeme jedne poluperiode to ovakav ispravljač nazivamo poluvalni ispravljač. Ovaj ispravljač ne možemo upotrijebiti za napajanje elektroničkih uređaja koji zahtijevaju konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, čiji je zadatak da je što moguće više smanje trenutne promjene poluvalno ispravljenog napona.

Slika 4.3. Šema poluvalnog ispravljača za vježbu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom



16

a) napon na izvoru b) napon nakon diode

c) napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potrošaču

Slika 4.4. Valni oblici napona kod poluvalnog ispravljača.

Sa slika 4.2 i 4.4 vidimo da napon postoji samo za vrijeme pozitivne poluperiode, tj. kad je dioda propusno polarizirana. Vrijednost napona na potrošaču je umanjena u odnosu na napon generatora za pad napona na diodi (0,7V). Za vrijeme negativne poluperiode dioda je inverzno polarizirana (jako veliki otpor diode) pa je napon na potrošaču jednak nuli to jest sav napon izvora je na diodi. Zbog toga moramo voditi računa da maksimalni napon izvora bude manji od maksimalno dozvoljenog inverznog napona diode. Zbog lakšeg proračuna pretpostavit će se da je dioda idealna (nema pada napona na diodi), što znači da je Um = UPm. Također dopuštena vrijednost napona zaporne polarizacije diode mora biti veća od Um. Napon na potrošaču je:

gdje je ω=2π/T. Srednja vrijednost ispravljenog napona (istosmjerna komponenta) data je izrazom:

Efektivna vrijednost napona na potrošaču je data izrazom:

Napon na potrošaču može se izraziti:

gdje je uPv napon valovitosti na potrošaču. Kako je efektivna vrijednost nesinusoidalnih veličina jednaka drugom korijenu sume kvadrata vrijednosti pojedinih komponenti:

efektivna vrijednost valovitosti je:

Kod ispravljača napona kvaliteta istosmjernog napona se mjeri faktorom valovitosti (engl. ripple factor) koji je jednak omjeru efektivne vrijednosti napona valovitosti i srednje vrijednosti napona, mjerenih na potrošaču:

Poboljšanje oblika izlaznog napona, povećanje istosmjerne komponente uz smanjenje valovitosti, postiže se postupkom filtriranja (glađenja) ispravljenog napona.



17

Slika 4.5. Mjerenje napona valovitosti na osciloskopu Iznos napona valovitosti Urippp možemo očitati na osciloskopu (mjeren od vrha do vrha) ili izračunati prema izrazu:

gdje je frip frekvencija napona valovitosti koja za poluvalni ispravljač iznosi 50 Hz, a za punovalni ispravljač 100 Hz. Za ispravljače moguće je definirati i faktor ispravljanja (engl. ratio of retification) koji je jednak omjeru srednje snage prema ukupnoj snazi predanoj potrošaču:

Već je poznato da je punovalni ispravljač (engl. fullwave rectifier) sklop koji služi za propuštanje obje poluperiode izmjeničnog napona, ali tako da pozitivnu poluperiodu propusti, a negativnu fazno pomakne za 180°tj. promijeni joj predznak napona. Punovalni ispravljač može biti realiziran s dvije diode i transformatorom s dva sekundarna namotaja (slika 4.6). Prilikom pozitivne poluperiode, na gornjem namotaju je također pozitivna poluperioda, pa vodi dioda D1, dok u drugom slučaju, kada je negativna poluperioda, voditi će dioda D2. Tako se osigurava punovalno ispravljanje izmjeničnog napona. Najjednostavniji punovalni ispravljač se sastoji od elementa sa ispravljačkim svojstvom - četiri poluvodičke diode vezane u mosnom spoju (Graetzov-om spoju) i mrežnog transformatora (slika 4.7). Na izlaz ispravljača spojen je potrošač R. Za vrijeme pozitivne poluperiode vode diode D1 i D2. Kad nastupi negativna poluperioda tada vode diode D3 i D4. Kroz potrošač R teče ispravljena struja za vrijeme obje poluperiode pa se ovaj ispravljač naziva punovalni ispravljač.

Slika 4.6. Punovalni ispravljač sa dvije diode i transformatorom sa srednjim izvodom

Slika 4.7. Punovalni ispravljač u mosnom spoju



18

Slika 4.8. Šema punovalnog ispravljača za vježbu, bez kondenzatora i sa kondenzatorom

Ovaj ispravljač možemo upotrijebiti za napajanje elektroničkih uređaja koji zahtijevaju konstantnu vrijednost istosmjernog napona. Da bi poboljšali oblik dobivenog istosmjernog napona, iza diode ubacujemo filtarske elemente, čiji je zadatak da je što moguće više smanje trenutne

promjene punovalno ispravljenog napona. Na slici 4.9 je prikazan oblik signala na generatoru (AC izvoru) i napon na potrošaču R. Amplituda ispravljenog napona je manja od amplitude signala AC izvora za pad napona na dvije direktno polarizirane diode (2 · 0,7=1,4V).

a) razlika napona izvora i napona nakon dioda b) napon nakon punovalnog ispravljača

c) filtrirani napon nakon kondenzatora d) usporedba napona izvora i napona na potrošaču

Slika 4.9. Valni oblici napona kod punovalnog ispravljača

Napon na potrošaču, zanemarujući pad napona na diodama, je:

Srednja komponenta ispravljenog napona (istosmjerna komponenta), uz zanemariv pad napona na diodama iznosi:

gdje je:

Efektivna vrijednost napona valovitosti je:



19

Faktor valovitosti (engl. ripple factor) iznosi:

Kao i kod poluvalnih ispravljača iznos napona valovitosti Urippp možemo očitati na osciloskopu

(mjeren od vrha do vrha) ili izračunati prema izrazu:

gdje jefrip frekvencija napona valovitosti koja za punovalni ispravljač iznosi 100 Hz (u općem slučaju frekvencija valovitosti je dvostruko veća od frekvencije mreže na koju je punovalni ispravljač spojen).

ISPRAVLJAČI SA STABILIZATOROM


20

Kao što je to već napomenuto, istosmjerni napon U1 na izlazu ispravljača sa slike 4.1 i 4.2 nije stabilan i ima veličinu kao šo je na slikama samo kada na ispravljač nije priključen nikakav potrošač. Čim se na ispravljač priključi potrošač, dolazi do smanjenja izlaznog napona. Pri malim strujama potrošača (5 do 10 puta manjim od maksimalne struje sekundara), smanjenje izlaznog napona može da se toleriše jer nema velikog uticaja na rad uređaja koji se napaja iz potrošača. Ali ako potrošač vuče veću struju, smanjenje izlaznog napona U1 je suviše veliko i nemože da se toleriše. U takvim slučajevima se ispravljačima sa slike 4.1 dodaju stabilizatori istosmjernog napona pomoću kojih se ostvaruje da je istosmjerni napon na izlazu iz ispravljača konstantan i ne zavisi ni od veličine struje potrošača, a ni od mogućih promjena mrežnog napona.

Stabilizatori su dio istosmjernih izvora napajanja. Nakon transformiranja, ispravljanja i filtriranja izmjeničnog mrežnog napona, na izlazu ispravljača dobiva se ispravljeni napon. Taj se napon sastoji od istosmjerne komponente i male izmjenične komponente napona valovitosti, koja je posljedica nesavršenog filtriranja ispravljenog napona. Istosmjerna komponenta može se mijenjati zbog promjene mrežnog napona i promjene opterećenja. Zadatak stabilizatora je svesti te promjene na minimum. Također stabilizator dodatno prigušuje izmjeničnu komponentu napona valovitosti. Stabilizator se može prikazati blok-šemom na slici 5.1.

Slika 5.1. Blok šema stabilizatora napona

Ulazni napon stabilizatora uul je izlazni napon ispravljača i sadrži promjenjivu istosmjernu komponentu napona Uul i izmjenični napon valovitosti uulv. Na izlaz stabilizatora priključuje se realno trošilo, koje se nadomjesti promjenjivim otporom RT. Nijedan stabilizator nije idealan i napon na njegovom izlazu mijenja se s promjenom radnih uvjeta: ulazni napon, struja trošila i temperatura. Osnovne osobine stabilizatora napona jesu:

- područje vrijednosti napona koji se može dovesti na ulaz a da izlazni napon ostane u zadanim granicama, - vrijednost izlaznoga napona, - dopušteno odstupanje izlaznoga napona, - vrijednost struje kojom se može opteretiti stabilizator, tj. izlazna struja.

Učinkovitost stabilizatora napona iskazuje se pomoću sljedećih parametara:

- faktor stabilizacije, - izlazni otpor,

- temperaturni koeficijent, - faktor potiskivanja brujanja.

Faktor stabilizacije je omjer promjene izlaznoga napona i promjene ulaznoga napona koja uzrokuje promjenu izlaznoga napona uz stalnu vrijednost struje opterećenja i temperature okoline:

Prema gornjoj definiciji, za dobar stabilizator faktor stabilizacije treba biti što manji broj kako bi za određenu promjenu ulaznoga napona bila što manja promjena izlaznoga. Stoga se ponekad faktor stabilizacije definira kao omjer promjene ulaznoga napona i njome izazvane promjene izlaznoga napona. U tom slučaju faktor stabilizacije mora biti što veći broj. 111

112



21

Osnovni element stabilizatora je referentni element. To je element na kojem se uspostavlja stalni napon, po mogućnosti neovisan o radnim uvjetima kao što su promjena struje, temperature i slično. Kao jednostavan, ali vrlo djelotvoran referentni element u stabilizatorima se najčešće koristi zenerova dioda.

To je pn-dioda koja radi u području proboja, kako je to prikazano na slici 5.2. U proboju, probojni zenerov napon UZ praktički je stalan i vrlo se malo mijenja sa strujom. Zenerova dioda koristi se pri zapornoj polarizaciji i zenerov napon UZ suprotnog je polariteta od polariteta propusno polarizirane diode Up. Iz istih je razloga smjer struje zenerove diode IZ suprotan smjeru struje propusno polarizirane diode ID.

Slika 5.2. Simbol i strujno-naponska karakteristika zener diode

Zenerove diode označuju se posebnim električkim simbolom, prikazanim na slici 5.2. Izvode se za niz različitih napona. Uz zenerov napon, bitan parametar zenerove diode je dinamički otpor:

definiran kao recipročna vrijednost nagiba karakteristike u području proboja. Dinamički otpor treba biti što manji. Temperaturni koeficijent zenerove diode ukazuje kako se i koliko mijenja zenerov napon s promjenom temperature. Zenerove diode su najčešće diode s lavinskim probojem, pa je temperaturni koeficijent pozitivan, što znači da zenerov napon raste s temperaturom. Ima i zenerovih dioda, koje su temperaturno kompenzirane. Njihov je temperaturni koeficijent znatno smanjen. Za ispravan rad diode kao referentnog elementa kroz zenerovu diodu mora teći minimalna struja IZmin dovoljno velika da se izbjegne koljeno karakteristike u proboju i da se dosegne zenerov napon. Maksimalna struja zenerove diode IZmax_l ograničena je maksimalnom disipacijom snage PZmax, koja ovisi o izvedbi diode, tipu kućišta i eventualno dodanim hladnjakom.

Najjednostavnija izvedba stabilizatora prikazana je na slici 5.3. Na ulaz stabilizatora dovodi se nestabilizirani napon iz ispravljača označen uul. Na izlaz se priključuje trošilo promjenjivog otpora RT. Između ulaza i izlaza stabilizatora spojen je otpornik R1, a paralelno izlazu spojena je zenerova dioda Z.

Slika 5.3. Stabilizator sa zenerovom diodom Da bi se na zenerovoj diodi uspostavio zenerov napon UZ istosmjerni ulazni napon UUL mora biti veći od izlaznog stabiliziranog napona. Zenerov napon



22

ujedno je i izlazni napon UIZ stabilizatora. Razlika ulaznog i izlaznog napona je na otporniku R1. Padom napona na otporniku R1 određena je struja I1 kroz taj otpornik

Struja I1 dijeli se na struju zenerove diode IZ i izlaznu struju trošila IIZ

pri čemu je struja trošila

Princip stabilizacije je održavanje izlaznog napona stabilnim, tj. što manje ovisnim o promjeni radnih uvjeta kao što su promjena ulaznog napona ili promjena otpora trošila. Ako se promijeni ulazni napon, promijenit će se pad napona na otporniku R1 a time i njegova struja I1. Zenerova dioda održava stalni napon UZ, a time i stalni izlazni napon UIZ. Ako se nije promijenio otpor trošila RT, nije s promijenila ni njegova struja. U tom se slučaju struja zenerove diode IZ mijenja s promjenom struje I1. Izlazni napon ostat će nepromijenjen u onolikoj mjeri koliko se napon zenerove diode UZ ne mijenja s promjenom struje IZ. Ukoliko se uz nepromijenjeni ulazni napon promijeni trošilo, tj. njegov otpor RT, uz stalni napon UIZ=UZ promijeniti će se izlazna struja IZ. Kako se nije promijenio pad napona na otporniku R1, nije se promijenila ni struja I1, tako da se izlazna struja IIZ mijenja na račun promjene struja zenerove diode IZ. Promjenom radnih uvjeta mijenja se struja zenerove diode IZ. Pri projektiranju stabilizatora treba osigurati da uz poznate promjene ulaznog napona UUL i otpora trošila RT struja zenerove diode ostane u intervalu IZmin<IZ<IZmax, gdje je IZmin minimalna struja određena koljenom karakteristike diode, a IZmax je maksimalna struja određena maksimalnom dozvoljenom disipacijom snage. Osiguravanje struje zenerove diode potrebne za ispravan rad stabilizatora postiže se podešavanjem iznosa otpora R1. Ponovimo princip rada još jedanput ali bez velike matematike. Stabilizator sa Zener diodom je najjednostavniji stabilizator istosmjernog napona ali se praktično

koristi samo ako potrošač vuče malu (do 10 mA) istosmjernu struju. Posmatrajmo ponovo električna šema stabilizatora sa Zener diodom sa slike 5.3 koja je ponovno prikazana u nekoliko praktičnih varijanti na slici 5.4-a.

Slika 5.4. Stabilizatori sa Zener diodom



23

U1 je istosmjerni nestabilisani napon koji se dovodi sa nekog od ispravljača sa slike 4.1, a sa Rp je obilježen potrošač kroz koji teče struja IP. Izlazni stabilisani napon Ust je jednak Zenerovom naponu diode Uz. Otpornost otpornika R se računa po obrascu:

Npr. ako je U1=13 V, Uz=6 V, Iz=8 mA i IP=3 mA, otpornost je R=(13-6)/(0,008+0,003)=640 Ω. Ako podaci o strujama nisu poznati, ali se zna struja IP nije veća od 10 mA, treba probati sa otpornikom otpornosti više stotina oma (recimo 680Ω) pa ako uređaj normalno radi a dioda se ne grije, sve je uredu. Ako se dioda grije, treba probati sa otpornikom veće otpornosti a ako napon Ust nije stabilan i jednak Uz, treba probati sa otpornikom manje otpornosti. Snaga otpornika je dioda čiji je Zenerov napon jednak naponu napajanja kola koje je priključeno na stabilizator. Ako je potrebni istosmjerni napon Ust veći od Zenerovog napona diode koja je na raspolaganju, tada na red sa Zener didom može da se veže obična ispravljačka dioda (slika 5.4-b). Ako je to silicijumska dioda, izlazni napon će biti veći od Zenerovog napona za 0,7 V ako je germanijumska biće veći za 0,2 V. Ako dodamo još jednu diodu Ust će biti veći za 1,4 V, odnosno za 0,4 V. Za dobijanje vrlo malih stabilisanih napona mogu da se koriste ispravljačke diode umjesto odgovarajuće Zenerove diode. Kao primjer, na slici 5.4-c je prikazan stabilizator sa tri diode čiji je izlazni napon 2,1 V (Si diode) ili 0,6 V (Ge diode).

Slika 5.5. Serijski tranzistorski stabilizator napona

U stabilizatoru sa zenerovom diodom dioda je jako opterećena. Budući da se stabilizatori projektiraju za veće izlazne struje, velika struja teče i kroz diodu uvjetujući na njoj veliku disipaciju snage. Disipacija snage diode znatno se smanjuje u serijskom tranzistorskom stabilizatoru prikazanom na slici 5.5. Stabilizator se zove serijski, jer je element koji služi za stabilizaciju, bipolarni tranzistor, spojen u seriju s izlaznim priključcima. Tranzistor prati i preuzima na sebe promjene ulaznog napona i opterećenja na izlazu, pri čemu se na izlazu održava stabilan napon. Istosmjerni izlazni napon stabilizatora manji je od napona zenerove diode za napon spoja baza-emiter tranzistora:

Napon UBE malo se mijenja sa strujom i jednak je naponu koljena propusno polariziranog spoja baza-emiter. Ulazni napon UUL mora biti veći od napona zenerove diode UZ, kako bi dioda radila u području proboja. Razlika ulaznog napona UUL i napona zenerove diode UZ uspostavlja pad napona na otporniku R1, kojim se regulira struja tog otpornika

Pad napona na otporniku R1 zaporno polarizira spoj kolektor-baza tranzistora i osigurava njegov rad u normalnom aktivnom području. Struja I1 dijeli se na struju zenerove diode i baznu struju tranzistora

Izlazna struja je emiterska struja tranzistora i za rad tranzistora u normalnom aktivnom području vrijedi

pa se za izlazni napon može pisati

Rad serijskog tranzistorskog stabilizatora sličan je radu stabilizatora sa zenerovom diodom. Dobar rad ovisi o nepromjenjivosti napona UZ i UBE sa strujama zenerove diode IZ i bazne struje tranzistora IB. Pri promjeni ulaznog napona UUL mijenja se struja I1. Ako se ne mijenja otpor trošila RT, uz stalan izlazni



24

napon UIZ=UZ-UBE ne mijenja se izlazna struja IIZ, ne mijenja se ni bazna struja tranzistora IB, pa promjenu struje I1 preuzima zenerova dioda. Promjena otpora trošila mijenja izlaznu struju IZ, a s njom i baznu struju tranzistora IB. Ako se pri tome ne mijenja ulazni napon UUL, uz stalni napon UZ ne mijenja se ni struja I1. Bazna struja tranzistora mijenja se na račun promjene struje zenerove diode. Promjenom radnih uvjeta mijenja se struja zenerove diode IZ. Uz poznate promjene ulaznog napona UUL i otpora trošila RT za ispravan rad stabilizatora treba osigurati da struja zenerove diode ne bude manja od struje IZmin određene naponom koljena probojne karakteristike, niti veća od struje IZmax, određena maksimalnom dozvoljenom disipacijom snage. U serijskom tranzistorskom stabilizatoru tranzistor preuzima disipaciju snage. Izlazna struja je emiterska struja tranzistora. Zenerova dioda spojena je u krug baze i kroz nju teče praktički β puta manja struja u odnosu na struju koja teče kroz zenerovu diodu u stabilizatoru sa zenerovom diodom. To je bitna prednost. Uloga zenerove diode u stabilizatoru je održavanje referentnog napona, što se lakše postiže ako dioda radi s manjim snagama i manje se grije. Ovaj stabilizator, prikazana ponovo na slici 2.3 je pogodan za ugrađivanje u neki uređaj. U1 je istosmjerni napon koji daje neki od ispravljača sa slike 4.1, a Ust je stabilisan istosmjerni napon kojim se napaja uređaj. Za dobar rad stabilizatora potrebno je da napon U1 bude za nekoliko volti (recimo 5) veći od Ust, mada može da bude i veći. T je bilo koji NPN tranzistor čija je maksimalna dozvoljena kolektorska struja (Icmax) jednaka ili ili veća od maksimalne struje (Ip) koju vuče uređaj priključen na izlaz stabilizatora. Snaga disipacije tranzistora treba da je jednaka ili veća od od:

Pc= (U1-Ust)·Ip. Oni kojima podaci o tranzistorima nisu dostupni mogu da isprobaju šemu sa bilo kojim NPN tranzistorom (recimo BC286) pa, akoje napon Ust stabilan i uređaj priključen na ispravljač normalno radi, a tranzistor T se ne zagrijava mnogo, sve je uredu. Ako se tranzistor pregrijava, treba probati sa nekim tranzistorom veće snage (BD135, BD235, 2N3055, itd.). Zenerova dioda treba da ima napon (Uz) koji je za oko 0, 7 V veći od potrebnog izlaznog napona Ust. Otpornost otpornika R se računa po obrascu:

gdje je: Iz - struja Zener diode a

IB - struja baze tranzistora. Oni koji ne vole računanje, ili vole ali nemaju potrebne podatke, mogu otpornost R odrediti eksperimentom. Stavimo otpornik od 680Ω i uključimo uređaj koji treba da napajamo na izlaz stabilizatora. Ako je napon Ust stabilan a dioda Z se ne grije, sve je uredu. Ako se dioda grije, probamo sa otpornikom manje otpornosti a ako Ust nije stabilan, probamo sa otpornikom manje otpornosti. Snaga otpornika je 1/4W ili veća.

Slika 5.6. Stabilizator sa Zener diodom i serijskim tranzistorom

Kapacitivnost kondenzatora C je od 10 do nekoliko 100 µF, a radni napon kondenzatora je veći od U1.

Ispravljač radi u skladu sa narodnom izrekom “koliko para-toliko muzike”. On jeste i jeftin i jednostavan ali izlazni napon ispravljača nije stabilan, mijenja se i pri promjeni napona mreže i pri promjeni struje koju elektronski uređaj “vuče” iz ispravljača. Na slici 5.7 je data električna šema jedne prostije i zato jeftine verzije ispravljača, čiji izlazni napon je stabilisan i nezavisan od promjena napona mreže i promjena struje potrošača. Maksimalna izlazna struja je oko 100mA, što je dovoljno za napajanje prenosnih radio-prijemnika, vokmena i sličnih uređaja, ali još uvijek nedovoljno za napajanje robusnijih elektronskih uređaja.



25

Slika 5.7. Prosti ispravljač sa grezom i stabilizacijom

Komponente ovog ispravljača su: 1. mrežni transformator MT sa sekundarnim

naponom bilo koje vrijednosti u granicama od 9 - 14 V i maksimalnom strujom sekundara od 0,1 A,

2. Grecov ispravljač sa radnim naponom od 40 V ili većim, i maksimalnom strujom od nekoliko stotina miliampera. Upotrebljeni ispravljač ima oznaku B40C800 iz koje se vidi da mu je maksimalni radni napon 40 V a maksimalna struja 800 mA. Umjesto ovog Greca, mogu da se koriste i četiri posebne diode 1N4001,

3. elektrolitski kondenzator C1 kapacitivnosti 1000 µF i radnim naponom jednakim ili većim od dvostruke vrijednosti napona sekundara,

4. bilo koji tranzistor NPN tipa, koji može da izdrži struju od 100 mA kao što su BC286, BC211, itd. Za veće struje, na tranzistor treba nataknuti i hladnjak u obliku rebrastog prstena,

5. Zener dioda za napon od oko 9 V. Na slici je obilježena sa BZ9 ali može da bude i ZPD9.1, ZPY9.1, ZD9.1 itd. Katoda je označena prstenom na tjelu diode. Sa ovom diodom, izlazni napon će biti oko 8,5 V, što je dovoljno za uređaj koji se napajaju iz baterije od 9 V. Ako nam je potreban manji izlazni napon, recimo 3, 4, 5, 6, 7.5 V, zamjenimo diodu BZ9 drugom diodom čiji Zenerov napon ima vrijednosti izlaznog napona. Npr. za izlazni napon od 4,5 V treba koristiti diodu ZPD5.1 ili neku drugu u čijoj se oznaci pojavljuje i brojka 5.1,

6. elektolitski kondenzator C2 čiji radni napon treba daje veći od izlaznog napona. Radni napon ovog kondenzatora treba da bude jednak radnom naponu kondenzatora C1, jer na njemu može da se pojavi napon sa izlaza usmjerača ako tranzistor “probije”,

7. Otpornik R snage 0,25 W ili veće.

Izgled štampane pločice je moguće napraviti u nekom od softvera tako da je pločica znatno manjih dimenzija, što treba uraditi ako se ispravljač smješta u neki drugi uređaj u kome ima malo slobodnog prostora.

Stabilizator sa slike 5.5, sa tranzistorom BC286, daje dobre rezultate za struje potrošača do 10mA ili nešto veće ako tranzistor ima hladnjak i ako je napon U1 veći od Ust za samo nekoliko volti. Za struje veće od 100mA trebalo bi koristiti snažniji tranzistor ali je bolje ako se koriste dva tranzistora u Darlingtonovom spoju. Takvo rješenje je prikazano na slici 5.8.

Slika 5.8. Stabilizator sa zener diodom i dva tranzistora u Darlingtonovom spoju

Kao što se vidi, to je stabilizator sa slike 5.7 kome je dodat snažan tranzistor T2. To, za struje reda ampera, može da bude BD235, 2N3055, itd. dok T1 može da bude BC286 ili neki drugi NPN tranzistor.



26

Zapazimo da je sada izlazni napon Ust manji od Zenerovog napona Uz za oko 1,4 V. To znači da na šemi sa slike 2.4 treba koristiti Zener diodu čiji je napon za 1,4 V veći od napona Ust. Maksimalna kolektorska struja tranzistora T2 treba da jednaka ili veća od potrebne struje ispravljača, a maksimalna kolektorska struja T1 je manja ove vrijednosti onoliko puta koliki je koeficijent strujnog pojačanja tranzistora T2. Snaga tranzistora je jednaka proizvodu njihove kolektorske struje i razlike napona (U1-Ust). Na primjer, ako struja ispravljača treba da bude 4 A, maksimalna kolektorska struja T2 treba da je tolika,

ili veća. Ako je koeficijent strujnog pojačanja T2 jedna 40, tada kroz T1 teče struja 4A/40=100mA, pa njegova maksimalna kolektorska struja treba da je 100mA, ili veća. Koeficijent strujnog pojačanja tranzistora T1 treba da je što veći. Snaga T2 treba da je jednaka ili veća od 4·(U1-Ust), a snaga T1 da je jednaka ili veća od 0,1·(U1-Ust). Na primjer, za U1=17V i Ust=12V pomenute snage su 20W i 0,5W. Kao primjer za vježbu odredite izlazne vrijednosti napona stabilizatora sa tranzistorima prikazanim na slikama 5.9 i 5.10.

Slika 5.9. Šema serijskog tranzistorskog stabilizatora za vježbu

Slika 5.10. Punovalni ispravljač sa serijskim tranzistorskim stabilizatorom napona

Možemo svoju konstrukciju "oplemeniti" dodavanjem stabilizacije napona pozitivne i negativne grane napajanja, kao na slici 5.11.

Stabilizatori za ovu svrhu se u osnovi ni po čemu bitno ne razlikuju od standardnih rješenja. Postoji veliki broj dobrih rješenja pa je nemoguće da sva ovdje predstavimo.



27

Slika 5.11. Punovalni ispravljač za pozitivne i negativne napone

Zato pogledajmo nekoliko rješenja koja će zadovoljiti većinu potreba. Objasnimo “dvostruki stabilizator” za nešto manje zahtjeve i u jednoj od najjednostavnijih formi sa slike 5.11. Ovaj jednostavan sklop radi sasvim lijepo ako je dobro dimenzionisan. Izlazni napon je određen naponom korištene Zener diode i biće za nekih 0,7V manji od njega zbog pada napona na spoju B-E rednog tranzistora. Budući da su ovde korišteni Darlington tranzistori koji se sastoje praktično od pobudnog i izlaznog tranzistora u istom kućištu, treba računati na pad napona kroz dva spoja B-E pa će izlazni napon biti 1,2-1,4V manji od napona Zenerice. Pravi napon će biti oko 45,5V. Korišteni su Darlington tranzistori (MJ3001 i MJ2501) jer imaju mnogo veće strujno pojačanje od običnih bipolarnih što je u ovom spoju važno. Ako serijski tranzistori treba da "kontrolišu" kroz sebe struju od recimo 5A, klasični bipolarni tranzistori sa nekim prosječnim strujnim pojačanjem reda 20-80 će tražiti 250-600mA struje baze da bi to odradili. Tako velika struja bi dakle morala da se propusti i kroz Zenericu što sa standardnim tipovima nije moguće. Dakle, treba nam tranzistor sa mnogo većim strujnim pojačanjem i rješenje su upravo Darlington tranzistori koji u ovoj klasi snage i kolektorske struje obično imaju strujno pojačanje β ≈1000 pa će za regulaciju kolektorske struje od 5A tražiti struju baze od 5A:1000=5mA. Zener diodi treba takođe obezbjediti nekih 3-5mA pa se iz zbira te dve struje može izračunati vrijednost otpornika kroz koji te dvije struje prolaze.

Korišteni transformator je imao 2x40V na sekundaru, pa je napon na glavnim elektrolitima u mirovanju 1,4 puta veći od napona sekundara tj. oko 56V (u svakoj grani razumije se). Pad napona na otporniku će dakle biti: Ulazni napon - napon Zenerice a to je 56V-47V=9V. Odatle se vrijednost otpornika računa po Omovom zakonu kao:

9V: 0,01A=900Ω. Možemo uzeti prvu veću ili manju standardnu vrijednost tj. 820Ω ili 1kΩ. Za situacije u kojima je važno da stabilizacija a i ostale karakteristike budu što bolje, neophodne su određene modifikacije koje šemu čine malo komplikovanijom. Elektronska šema jednog takvog dvostrukog stabilizatora za izlazni napon od 55V je na slici 5.12. Očigledno, ista šema uz izvjeesne manje izmene vrijednosti komponenata je sasvim primenjljiva za bilo koji drugi napon. Nema tu ničeg posebnog niti specifičnog jer ova i slične šeme se rade već dosta dugo pa nema potrebe izmišljati "nauku". Za praktičnu upotrebu je bitno voditi računa o nekoliko stvari: oba serijska tranzistora (BD249/250) je potrebno hladiti mada zahtjevi nisu veliki jer je kod dobro dizajniranog ispravljača disipacija na njima relativno mala.



28

Slika 5.12. Dvostruki ispravljač za više napone (55V) Ako na izlazu treba da se dobije stabilisan napon od 55V znači da ulazni napon na glavnim elektrolitima nikada nebi smio da pada ispod 60V jer je serijskim tranzistorima za dobru stabilizaciju potrebno (u bilo kom momentu) barem 3-5V razlike ulaznog i izlaznog napona. Ne zaboravimo da se to uglavnom odnosi na momente kada je potrošnja najveća pa će napon na glavnim elektrolitima biti viši kada pojačalo miruje tj. nema signala pa "vuče" samo mirnu struju. Najmanji napon neopterećenog sekundara koji zadovoljava je oko 2x46-48V AC jer će na elektrolitima u mirovanju tada biti oko 1,4 puta veći istosmjerni napon tj. oko 64-67V. Ako su transformator i glavni elektroliti dobro dimenzionisani, neće na njima ni kod najvećih struja napon padati ispod nekih 60V što zadovoljava raniji uslov. Disipacija na serijskim tranzistorima je najveća kada je struja kroz njih najveća i ako pojačalo "vuče" recimo 5A pri razlici ulaznog i izlaznog napona od 5V (60V-55V=5V) disipacija že biti oko 25W što će izabrani serijski tranzistori lako podnijeti čak i sa manjim hladnjacima.

Postoje pojačala kod kojih se za napajanje koriste dva različita napona, jedan niži ali za veću struju i njime se napajaju izlazni tranzistori ili FET-ovi, i drugi koji je obično višeg napona za nekih 5 do 10V ali za mnogo manju struju jer se njime obično napajaju svi predstepeni u tom pojačalu, a svi oni zajedno rijetko kada će tražiti više od 20-30mA ili možda do 50mA najviše. Za dobijanje ovakva dva odvojena napajanja se koriste uglavnom tri praktična rješenja.

- Ili se za taj viši pomoćni napon male struje nabavlja zaseban mali transformator i radi relativno klasičan ispravljač-stabilizator,

- ili se prilikom naručivanja ili pravljenja glavnog transformatora uradi i pomoćni namotaj tankom žicom za ovaj viši napon,

- ili se koristi sistem umnožavanja napona kojim se napon postojećeg snaznog sekundara koji se već koristi za izlazne tranzistore, umnođava (najcesce udvaja) i posle dodatno stabilise.

Ovo je sigurno ekonomski najisplatljivije rješenje mada je ipak za nijansu lošije od prva dva. Jedno rješenje iz treće varijante dato na slici 5.13.



29

Slika 5.13. Dvostruki stabilizator različitih napona (i struja)

Od ovako dobijenog napona ne možemo očekivati mnogo struje a na sreću za ovu namjenu nije ni potrebna. U ovom konkretnom slučaju taj pomoćni napon je trebalo da bude stabilisanih 48V pa su iza

ovih 60V slijedila dva mala stabilizatora da svaku granu "spuste" i stabilišu na potreban napon. Jedno od rješenja je dato i na slici 5.14.

Slika 5.14. Dvostruki stabilizator za pomoćno napajanje



30

Očigledno, isti ovakav stabilizator se može koristiti i kada se pomoćno napajanje dobija iz zasebnog transformatora ili zasebnog namotaja na glavnom transformatoru. Stabilizacija pomoćnog napajanja se može izvesti i sa standardnim 1Amp fiksnim ili promenjljivim integrisanim stabilizatorima kao što su recimo oni iz 78**/79** serije ili LM317/LM337 tipa. Ta tema je detaljnije obrađena u narednom poglavlju. U tom slučaju će zbog viših ulaznih i izlaznih napona nego što ta kola mogu da podnesu, biti neophodno da se njihovi izvodi koji normalno idu na masu, "podignu" od mase pomoću neke Zener diode odgovarajućeg napona. Takođe moraamo pri tome paziti da na ulaz ne dovedemo prevelik napon jer recimo stabilizator 7824 za 24V može na ulazu podneti najviše 36V a nikada ne treba ići preblizu tih granica. Ako u seriju sa GND izvodom od 7824 stavimo Zenericu od 24V, dobićemo na izlazu stabilisanih +48V ali ulazni napon ne smije biti veći od oko 55-57V jer će tada na zenerici biti 24V a na ulazu stabilizatora (u odnosu na njegovu masu) oko 31-

33V. Neka od tih rješenja se nalaze u slijedećem poglavlju. Jedna od velikih "boljki" kod snažnih audio stepena je i zaštita zajedničkih izlaznih tranzistora ili MOSFET-ova od pregorjevanja uslijed prevelike struje, a što može nastati iz različitih razloga. Puno puta smo čuli da su izlazni elementi "najbrži i najskuplji osigurači" što će reći - kakav god osigurač da stavimo, u momentu kvara će MNOGO prije njih već pregorjeti izlazni tranzistori ili FET-ovi. Dakle, dobra zaštita je podjednako važna i kod dugotrajnog rada pojačala štiteći ga u toku njegovog radnog vijeka ali je takođe važna i vrlo korisna za samograditelja u fazi testiranja novih tek završenih projekata jer je tada nemoguće znati hoće li kod prvog uključenja sve biti kako treba ili ne. Dakle, treba nam nešto što će biti pouzdanije i, što je najvažnije, mnogo brže od klasičnih osigurača da bi na tom mestu imalo neku svrhu i stvarno bilo sposobno da zaštiti sklopove koje napaja. Na slici 5.15 imamo dvostruki elektronski osigurač koji je moguće kontinualno podesiti da "isključuje" pri strujama od nekih 100mA pa do 4-6A.

Slika 5.15. Dvostruki elektronski osigurač

Za potrebe ugradnje u samo pojačalo treba koristiti trimere od 25k, a za potrebe eksperimenata je bolje

umjesto trimera predvidjeti na tom mkestu klasičan potenciometar (i to tandem tj. stereo) da bi se često



31

podešavanje moglo komfornije i jednostavnije obavljati jednim "dugmetom". Kao i klasični osigurač i ovaj ima samo dva kontakta, ali za razliku od klasićnog, kod njega nije svejedno kako se okrene!!! Mora uvek biti vezan baš ovako kao na šemi! Ako se u toku rada ovakav osigurač aktivira, treba na minut-dva iskljućiti pojačalo pa onda ponovo uključiti. Ako je sve OK sa pojačalom tj. ako se osigurač aktivirao zbog nekog pika signala a ne zbog pokušaja pregorjevanja neke komponente, pojačalo će nastaviti sa normalnim radom jer se ovaj osigurač sam resetuje kada se isprazne glavni elektroliti u ispravljaču. Komponente se gotovo ne griju u toku rada osim glavnih serijskih tranzistora TIP35C/36C, i otpornika od 0,3oma i 2k7, ali i to je vrlo umjereno. Ipak serijski tranzistori bi trebali da budu na omanjim hladnjacima ili pričvršćeni negde na limu kutije ali tada svakako pazeći da su od kutije dobro izolovani jer im se na kolektorima nalazi pun napon napajanja! Iza ovih osigurača ne treba da se u izlaznim stepenima nalaze nikakvi kondenzatori jer može izazvati nestabilnosti. U radu se elektronski osigurač ponaša vrlo slično klasičnom tj. sve do granicne struje na koju je podešen on će bez većeg slabljenja (pad napona od ulaza do izlaza nije veći od 1,6V i dosta je stalan) propustati ulazni napon a pri prekoračenju će vrlo naglo prekinuti provođenje bas kao i kad pregori osigurač, samo što će to uraditi toliko brzo kako to samo poluprovodnici mogu a ne sporo kao klasičan osigurač. Ako se koristi kao zaštita na stolu za testiranje novih samogradnji, zgodno mu je dodati mogućnost ručnog momentalnog resetovanja da ne bi svaki put kad "izbaci" morali sve da isključujemo i čekamo da se sam resetuje. Da bi to postigli treba ubaciti izmedju tačaka A i B kao i A' i B' dodatak nacrtan u gornjem desnom uglu šeme.

Postoji veliki broj različitih tipova integriranih stabilizatora. Mogu se svrstati u četiri skupine: stabilizatori opće namjene, stabilizatori stalnoga izlaznog napona s tri izvoda, stabilizatori podesivoga izlaznog napona s tri i četiri izvoda i impulsni stabilizatori. Stabilizatori opće namjene (engl. general purpose precision multi-terminal regulators), mogu poslužiti za gradnju velikog broja različitih izvedbi

stabiliziranih izvora napona napajanja. Ulazni napon može im se kretati u širokom rasponu, a dodavanjem vanjskih elemenata može se dobiti izlazni napon također u širokom rasponu. Kao primjer može se navesti integrirani sklop poznat pod oznakom 723. Stabilizatori stalnoga izlaznog napona s tri izvoda (engl. fixed voltage three-terminal) daju na izlazu stalan napon određene vrijednosti. Proizvode se serije s različitim iznosima koji se najčešće upotrebljavaju. Kod stabilizatora podesivoga izlaznog napona s tri i četiri izvoda (engl. adjustable voltage three and four terminal) iznos izlaznoga napona određuje se vrijednostima otpora dijelila koje se dodaje izvana. Kod serijskih stabilizatora napona serijski element (tranzistor) djeluje kao promjenljivi otpor koji na sebe preuzima promjene ulaznog napona. Zavisno o razlici ulaznoga i izlaznog napona te struji opterećenja na serijskom tranzistoru može doći do znatnog utroška snage (engl. power disipation). Stoga je stupanj iskoristivosti (odnos snage predane trošilu i snage privedene iz izvora, engl. efficiency) kod serijskih stabilizatora vrlo nizak, često ispod 20%. Primjenom impulsnih stabilizatora napona (engl. switching regulators) moguće je smanjiti utrošak snage na serijskom tranzistoru te ga učiniti gotovo neovisnim o razlici ulaznoga i izlaznog napona i tako povećati stupanj iskoristivosti iznad 75%. Osnovne karakteristične veličine integriranih izvedbi stabilizatora jesu: - područje vrijednosti ulaznih napona (engl. input

voltage range), - vrijednosti napona koje se mogu dobiti na

izlazu (engl. output voltage range), - moguća odstupanja izlaznoga napona (engl.

Output voltage tolerance), - vrijednost struje kojom se može opteretiti

stabilizator, tj. izlazna struja (engl. output current),

- naponski faktor stabilizacije (engl. line regulation),

- opteretni faktor stabilizacije, (engl. load regulation),

- temperaturni koeficijent (engl. temperature coefficient of output voltage) i

- faktor potiskivanja brujanja (engl. ripple rejection).

Naponski faktor stabilizacije je promjena izlaznoga napona uz zadanu promjenu ulaznoga napona. Iskazuje se u milivoltima ili postotku promjene izlaznoga napona.



32

Opteretni faktor stabilizacije je promjena izlaznoga napona uz zadanu promjenu struje trošila. Iskazuje se također u milivoltima ili postotku promjene izlaznoga napona. Temperaturni koeficijent i faktor potiskivanja napona brujanja definiraju se na isti način kao kod serijskoga tranzistorskog stabilizatora.

Kao tipični predstavnici stabilizatora stalnog napona s tri izvoda mogu se uzeti stabilizatori serije 78XX za pozitivne vrijednosti, odnosno 79XX za negativne vrijednosti. Veličinu izlaznog napona označavaju znamenke XX. Izlazi tih stabilizatora mogu se opteretiti strujom od 1A. Kod većih opterećenja djeluje unutrašnja zaštita.

Slika 5.16. Integrirani stabilizatori stalnog napona sa tri izvoda

Slika 5.17. Osnovni spojevi stabilizatora serije 78xx i 79xx

Stabilizatori imaju ugrađenu zaštitu od preopterećenja a maksimalni dozvoljeni ulazni napon je 35V. Naravno da ulazni napon mora biti veći od izlaznog (stabiliziranog) napona i to u granicama od 1V do 5V (ovo su minimalne vrijednosti a ovise o stabilizatoru tj. njegovu izlaznom naponu. Umjesto slova xx pojednini proizvodi nose vrijednost napona na koji se stabilizira. Osnovni spoj je prikazan na slici 5.17. Njihova osnovna primjena je u Istosmjernim napajanjima. Pošto se izlazi mogu opteretiti maksimalnom strujom do 1A problemi se javljaju kod jačih trošila koji zahtjevaju stabilan radni napon. Na slijedeće dvije slike su prikazana dva spoja koja mogu izvući veću struju.

Slika 5.18. Paralelni spoj stabilizatora za veće struje

Na slici 5.18 izlazna struja će se moći povećati za onoliko puta koliko ima spojenih stabilizatora paralelno.

Slika 5.19. Spoj stabilizatora za veće struje

Na slici 5.19 izlazna struja je jednaka izrazu:

!!"# = ℎ!"(!!"# −!!"!!)

gdje je: Ireg struja na izlazu stabilizatora,



33

hfe faktor strujnog pojačanja tranzistora T, Ube napon između baze i emitera (0,7V) i Imax željena struja na izlazu. Dakle, vrijednost otpornika R određuje izlaznu struju. Međutim u takvom spoju tranzistor T nije zaštićen u slučaju kratko spajanja izlaza. Za takve situacije je predložen sljedeći spoj:

Slika 5.20. Stabilizator sa zaštitom od kratkog spoja

Otpornik R1 se dobije prema izrazu:

!! =!!"!!!

gdje je: Ube2 napon između baze i emitera T2 a Ic maksimalna dopuštena kolektorska struja T1.

Slika 5.21. Stabilizatorski simetrični izvor za napajanje operacionih pojačavača

Pošto su stabilizatori serije 78xx stabiliziraju pozitivan, serije 79xx negativan napon kombinacijom tih dvaju može se dobiti stabilizator simetričnog napajanja koje koristimo za napajanje operacijskih pojačala Osim za regulatore napona stabilizatore ovih serija možemo koristiti i kao regulatore struje. To je prikazano na slici 5.22. Struja izlaza je regulirana na iznos određen formulom:

! =!!!!

gdje je: Ui stabilizirani napon stabilizatora

Slika 5.22. Regulator struje sa 78xx Slijedi lista nekih stabilizator napon serije 78xx:

7805 5 7806 6 7808 8 7885 8,5 7809 9 7810 10 7812 12 7815 15 7818 18 7824 24

Slijedi lista nekih stabilizator napon serije 79xx:

7905 -5 7906 -6 7908 -8 7985 -8,5 7909 -9 7910 -10 7912 -12 7915 -15 7918 -18 7924 -24

Stabilizatori serija 78xx i 79xx nose i strujne oznake koje se stavljaju prije nazivnog izlaznog napona Oznake za izlaznu struju:

- L <0,1A - Bez oznake <1A - S <5A

Postoje i stabilizatori podesivog napona. Klasičan primjer je LM117. Njihov izlazni napon se podešava pomoću otpornog djelila prema slici 5.23. Izlazni napon je određen prema formuli:

!! = 1,25 ∙ (1 +!!!!)

Da bi bili postignuti što bolji rezultati potrebno je za R1 i R2 uzeti što je moguće veće vrijednosti.



34

Slika 5.23. Regulator podesivog napona sa kolom LM117

Zadnji u ovom predstavljanju stabilizatorima su iz serije 78G i 79G. Oni imaju četiri izvoda, tri nužna (ulaz, zajednčki i izlaz) te dodatni upravljački. Taj dodatni se spaja na naponsko dijelilo. Opet se 78G upotrebljava za pozitivne a 79G za negativne napone. Spajanje je prema slici 5.24.

Slika 5.24. Regulator napona sa kolom 78G

Izlazni napon dobije prema relaciji:

!! = !! ∙ 1 +!!!!

gdje je: Uk konstanta i iznosi 5V za seriju 78G te -2,23 za seriju 79G.

Slika 5.26. Punovalni ispravljač sa integriranim stabilizatorom napona LM317

Izlazni napon integriranih stabilizatora podesivog napona s tri izvoda ovisi o vrijednostima izvana dodanih otpornika:

Uref je napon koji vlada između izvoda integriranog sklopa na koje se spaja otpornik R1. Za sklop s oznakom LM317 Uref iznosi 1,25 V. IADJ je struja koja iz integriranog sklopa teče kroz otpor R2. Tipična vrijednost za tu struju je 50 μA.



35

Slika 5.25. Integrirani stabilizator podesivog napona s tri izvoda

(LM317) Dopušteni ulazni napon sklopa LM317 je 35 V. radi smanjenja utjecaja prijelaznih pojava dodaju se paralelno ulazu i izlazu kondenzatori kapaciteta nekoliko stotina nanofarada.

Ovo je ispravljač za raznovrsnu primjenu. Napon mu se podešava trimer potenciometrom sa malenom odvrtkom. Zastićen je od kratkog spoja. Automatski se isključuje kod pregrijavanja. Sada pogledajmo kako je moguće napraviti ispravljač sa IC kolom LM317. Posle popularnog stabilizatora 723 došla je serija fiksnih stabilizatora 78xx i 79xx, pa dolazi i promjenljivi stabilizator LM317 za pozitivnu i LM337 za negativnu granu ispravljača. Ima ih više vrsta, a u zavisnosti od struje koju mogu da daju. Prije svega tu je "mali" LM317L za struju od 100 mA, u kućištu TO-92. Za njim slijedi LM317H za 500 mA, a u kućištu TO-39. Ova verzija je već postala rijetka. Najpopularnija verzija je LM317T za struju 1.5A, u kućištu TO-220. Takođe, imamo i LM317K, koji je u metalnom kućištu, tipa TO-3, koji takođe daje struju od 1.5A. Ustvari, LM317T je poboljšana verzija LM317K (slika 5.27).

Slika 5.27. Tipovi i raspored izvoda LM 317

Izlazni napon je kod svih isti. Minimalni je 1.25V a maksimalni je 37V. Taj napon se dobija regulacijom trimer potenciometra P1. Pad napona na stabilizatoru je oko 3V. To znači da napon od 10V možemo dobiti iz ispravljača sa transformatorom od 13V. Druga stvar koju smo zapazili je da se kod pune struje opterećenja ne može dobiti veći napon nego što je napon transformatora umanjen za par volti. To govorimo zato, jer je napon na elektrolitu C1, za 1.41 (korjen iz 2) puta veći nego na transformatoru. Za univerzalni ispravljač najbolje je uzeti transformator sa dva sekundara. Recimo transformator od 2x12V ili 2x15V, struje od 1A. Tako korištenjem tog duplog transformatora rješavamo problem. Kada nam treba izlazni napon do 15-tak V idemo sa izmjeničnim naponom 12V ili 15V, sa jednog sekundara. Za napone od 15 pa do 35 V idemo sa duplim naponom, odnosno sabiramo oba sekundara, sa 24V ili 30V. Zato treba predvidjeti poseban prekidač, koji se vidi na čemi kod sekundara trafoa. Transformator nije u spisku potebnih komponenti. Treba upotrebiti transformator prema svojim potrebama i mogućnostima, ili ovaj stabilizator ugradite u svoj postojeći ispravljač ili neki uređaj. Radi indikacije rada, predviđena je LED dioda D5, koja se preko otpornika R1, spaja u električno kolo. Na taj način smo sigurni da li je ispravljač uključen iii nije. Kolo LM317T se kod punog opterećenja dosta grije. Taj višak temperature mora se absorbovati dobrim hladnjakom. To nije neki mali hladnjak. To je sigurno desetak centimetara najmanje. Stabilizatorsko kolo se montira direktno na hladnjak, naravno uz malo silikonske paste da bi se ostvario bolji termički spoj hladnjaka sa IC kolom. Sadržaj kompleta dijelova: D1, D2, D3, D4, diode 1N4007 - 4 D5, Led dioda - 1 IC, stablizator LM317T - 1 P, Trimer potenciometar, veliki, 10 KΩ - 1 Ručica trimer potenciometra - 1 C1,C4, Višeslojni kondenzator, 100nF (obilježen sa 104) - 2 C2, Elektrolitski kondenzator, 1000μF, 35 V - 1 C3, Elektrolitski kondenzator, 10μF, 35 V - 1 C5, Elektrolitski kondenzator, 471lF, 35V - 1 R1, Otpornik, ugljeni, 1/4W, 1.2kΩ (braon-crvena-crvena-zlatna) - 1 R2, Otpornik, ugljeni, 1/4W, 270Ω(crvena-ljubičasta-braon-zlatna).



36

Slika 5.28. Elektronska šema ispravljača sa LM 317

STABILISANI ISPRAVLJAČI


37

U ovom dijelu su opisana razna električna kola koja ispravljače čine korisnijim i štite, kako ispravljač tako i uređaj koji se iz ispravljača napaja, od preopterećenja, oštećenja i sl. Neka od njih mogu da se dodaju ispravljačima predviđenim za ugrađivanje u elektronske uređaje ali je većina njih predviđena za dodavanje ispravljačima laboratorijskog tipa koji se koristi pri izradi, testiranju i servisiranju različitih uređaja.

Ako se na šemi sa slike 6.1 koristi kondenzator kapacitivnosti nekoliko stotina mkrofarada, izlazni napon Uiz je stabilniji od ulaznog napona U1 ali to kolo nije stabilizator u pravom smislu te riječi. Bolje ga je zvati umanjivač napona.

Slika 6.1. Umanjivač napona

Njega možemo koristiti u slučajevima kada neki potrošač treba da priključiti na izvor koji daje napon koji je znatno veći od potrebnog. Recimo, kolo sa slike 2.1 možetmo koristiti kada na izvor istosmjernog napona od 12V (automobilski akumulator) želimo priključiti radio-prijemnik, kasetofon, ili neki drugi uređaj koji se napaja iz baterije od, 7,5 V. Akumulator se, vodeći računa o polaritetu, priključi na voltmetar a zatim se klizač potenciometra pomjera nagore dok se izlazni napon ne podesi na 7,5 V. Potenciometar je linearan, otpornosti 5kΩ. Pri većim strujama potrošača, koristi se potenciometar manje otpornosti (recimo 1kΩ) a ako su veliki i struja potrošača i ulazni napon, potenciometar treba da je žičani

Vrlo jednostavni ispravljači bez stabilizatora, koji se najčešće prave po šemi na slici 4.1-c ili 4.1-d, obično nemaju ni jedna od elemenata iz naslova ovog poglavlja. Oni mogu da budu stalno priključeni na mrežni napon, a prekidanje napajanja se vrši na uređaju koji se nalazi iz ispravljača. Ali ako pravimo neki složeniji ispravljač laboratorijskog tipa, oni su obavezni.

Slika 6.2. Povezivanje prekidača, osigurača i LED diode

Povezivanje prekidača, osigurača i indikatorske diode može da se ostvari prema šemi na slici 6.2. Na slici je prikazan jednostavan jednostrani ispravljač ali se komponente o kojima je riječ na isti način vezuju i kod ostalih ispravljača. Osigurač treba da je za napon od 220 V, a struja pregorjevanja/treba da mu je:

gdje je: Us - sekundarni napon u V, a Ismax - maksimalna struja u A koju sekundar može da izdrži.

Npr. ako je Ismax=1A, Us=20V, tada je struja pri kojoj osigurač pregorjeva:

I=1,1·20·1/220=0,1A.

Prekidač može da bude dvostruki, kao na slici, ili jednostruki pri čemu se donji kraj primarnog



38

namotaja vezuje direktno najedan kraj kabla kojim se ispravljač priključuje na mrežni napon. U oba slučaja, prekidač je za 220 V sa strujom koja je veća od struje Is. Svijetleća dioda (LED), koja služi kao optički indikator uključenosti ispravljača, se, obavezno sa zaštitnim otpornikom R, priključuje paralelno filterskom kondenzatoru. Struja pri kojoj dioda normalno svijetli između 5mA i 10mA, što zavisi od otpornosti otpornika R. Veličina otpornosti R je u granicama od 100Ω do 10kΩ, optimalna vrijednost se lako nalazi eksperimentom. Za početak, vežemo otpornik od jednog kilooma pa ako dioda svijetli suviše jako stavimo otpornik veće otpornosti, a ako je svijetlost slaba-otpornik manje otpornosti.

Kada se ispravljač koristi pri popravci nekog uređaja ili pri ekspermentisanju, može da se desi da taj uređaj uslijed prevelike sturje koju, zato što je neispravan, vuče iz ispravljača bude još više oštećen. U takvim i sličnim slučajevima, kolo koje paljenjem LED diode upozorava da je struja veća od neke unapred zadate vrijednosti može da bude vrlo korisno. Na slici 6.3. takvo jedno kolo sačinjavaju R1, R2 i Rsc. Ono radi na isti način kao i kolo za ograničavanje struje. Otpornost otpornika Rsc se računa po obrascu:

u kome je I-struja ispravljača pri kojoj LED dioda treba da zasvjetli.

U nekim situacijama paljenje diode iz indikatora opisanog u prošlom poglavlju može da ostane neprimjećeno. Za takve slučajeve možemo u ispravljač ugraditi uređaj koji, će ako struja poraste iznad neke zadate vrijednosti, glasno da “zasvira” i upozori nas da nešto nije kako valja. Kompletna električna šema takvog jednog uređaja data je na slici 6.3. T2 i T3, zajedno sa otpornikom 47k, kondenzatorom 50n i zvučnikom sačinjavaju relaksacioni oscilator koji proizvodi zvuk učestanosti:

Dok je struja manja od vrijednosti I=0,7/Rsc, tranzistor T1 je zakočen pa oscilira ne radi jer je odvojen od pozitivnog kraja ispravljača. Kada struja poraste na vrijednostpri kojoj je napon na Rsc jednak 0,7V, T1 se otvara, oscilator dobija napajanje i pojavljuje se zvuk. Otpornost otpornika Rsc se računa po obrascu:

Slika 6.3. Zvučni indikator preopterećenja ispravljača Vrlo je korisno ako instrument na izlazu ispravljača možete da koristite i za pokazivanje izlazne struje. Vezivanje se ostvaruje prema slici tako da je Rsc otpornik koji je ubačen između pozitivnog izlaznog kraja ispravljača i buksne na prednjoj ploči kutije u kojoj je ispravljač. Njegova otpornost zavisi od otpornosti instrumenata i treba da je što manja, recimo nekoliko Ω. Kao preklopnik za izbor vrste mjerenja (napona ili struje) može da posluži i „klip-klap” prekidač, koji ima četiri priključka. Podešavanje instrumenta za mjerenje izlaznog napona se vrši pomoću trimera TP2, na način opisan u prethodnom odjeljku. Na sličan način, pomoću TP1, se vrši i podešavanje za mjerenje izlazne struje. Preklopnik se stavi u gornji položaj, TP1 na maksimum a na izlaz se priključe opteretni otpornik Rp i ampermetar A1. Ako



39

je maksimalna struja ispravljača recimo 1,2 A, prvo, mjenjajući izlazni napon, podesite da A1 pokazuje 1,2A a zatim, pomoću TP2, podesite maksimalno skretanje na instrumentu A. Ako je otpornost otpornika R=5Ω, tada će potrebni izlazni napon biti Uiz=5·1,2=6V, ali to nam nije važno jer ćemo izlazni napon povećavati dok A1 ne pokaže struju od 1,2 A. Skalu ćemo baždariti na već opisani način.

Većina elektrolitskih kondenzatora ima dovoljno malu unutrašnju otpornost tako da kada im se kratko spojevi krajevi strujni impuls može da ima amplitudu od čak 20A. Taj impuls, mada vrlo kratkotrajan, može da bude poguban za integrisano kolo koje može biti uništeno. Kada se ispravljač priključuje na potrošač koji na svom ulazu ima i elektrolitski kondenzator (Cp na slici 6.4-a), ovaj kondenzator se napuni pri

uključenju ispravljača. Kada se ispravljač isključi, napon na njegovom ulazu U1 se smanji na nulu i kondenzator Cp se, ako nema diode D1, isprazni kroz integrisano kolo i uništi ga. Ali, kad postoji diosda D1, pražnjenje se obavlja kroz nju i kolo ostaje čitavo. Ako u stabilizatoru postoji i kondenzator C3, koji poboljšava perfomanse stabilizatora, dodaje se i dio da D2, iz istih razloga kao i D1. Ako je potrebno da se, pri isključivanju ispravljača, izlazni napon Ust brzo smanji na nulu, kolu treba, prema slici 6.4-b, dodati i otpotrnik R. To važi za sve opisane stabilizatore. Za brže opadanje izlaznog napona treba koristiti otpornike manje otpornosti. Korisno je ako se na izlaz stabilizatora, prema slici 6.4-b, veže i keramički kondenzator kapacitivnosti 100nF, koji predstavlja kratak spoj za VF smetnje koje iz mreže, preko ispravljača, mogu da prodru na uređaj koji se napaja iz ispravljača. Taj kondenzator može i da zaštiti integrisano kolo od oštećenja koje može da se javi ako kolo ima tendenciju da proosciluje.

Slika 6.4. a) Zaštita kola 317 od kapacitivnog opterećenja, b) korisno, ali nije obavezno

U poglavlju 6.2 bilo je riječi o topljivom osiguraču koji, kada struja ispravljača postane veća od neke zadate vrijednosti, pregorjeva, prekida kolo, i ti me sprečava oštećenje ispravljača ili uređaja koji se iz tog ispravljača napaja. Poslije toga, pregorjeli osigurač treba zamjeniti novim, a to ima svoju cijenu i što se tiče kupovine i što se tiče vremena. Mnogo bolje rješenje je elektronski osigurač koji se, kada “pregori”, “mijenja” jednostavnim pritiskom na taster prekidač. Električna šema takvog osigurača prikazana je na slici 6.5.

Tačke +a i -a se priključuju na izlaz ispravljača, a potrošač Rp na izlazu. LED dioda (npr. crvene boje) nije indikatorska dioda, već jedna od komponenata kola koja se montira direktno na štampanu pločicu. Ona sa otpornikom R1 obrazuje stabilizator istosmjernog napona koji se vodi na bazu T1. Tranzistor T2 je, zapravo, jedno jednostavno integrisano kolo koje se sastoji od dva tranzistora u Darlingtonovom spoju i dva otpornika i jedne diode, koji nisu nacrtani. Tiristor Th je blokiran, pa je napon na bazi T2 (tačka 3) znatno veći napon na emitoru (tačka 1) i T2 je u zasićenju. To znači da je otpornost između njegovog kolektora i emitera (između tačaka 2 i 1) vrlo mala, oko 1Ω. Od tačke +a, preko potrošača, tranzistora T2 i otpornika Rsc, do tačke –a, teče struja potrošača. Ali ako ta struja, iz bilo kog razloga, poraste na



40

vrijednost pri kojoj je pad napona na otporniku Rsc jednak 0,6V, tiristor postaje provodan, otpornost, a time i napon, između tačke 3 i tačke 1 se smanjuje i tranzistor T2 se zakoči, a osigurač je pregorio. Kada se uzrok porasta struje otkloni, a on je, vjerovatno, u potrošaču, pritisne tasterski prekidač S, tiristor se zakoči, T2 ponovo postaje provodan i osigurač je spreman za rad.

Slika 6.5. Elektronski osigurač

Otpornost i snaga otpornika Rsc se računa po obrascima:

Gdje je: I - struja pri kojoj osigurač pregorijeva. Npr. ako je I=1A, tada je Rsc=0,6 Ω, a P=1W (prva vrijednost veća od 0,6 W). Optička indikacija “pregorjevanja” osigurača može da se ostvari tako što se između tačaka + i – vežu otpornik i druga LED dioda (npr. zelena). Ona svijetli dok je sve u redu, a isključuje se kada osigurač “pregori”.



41

Slika 7.1. Kompletna šema ispravljača sa IC 723

Ovaj ispravljač je visokokvalitetni istosmjerni izvor napajanja sa kontinualno promjenljivim i stabiliziranim izlazom koji se može mijenjati u opsegu 0 – 30 V. Izvor također ima mogućnost strujne kontrolom od nekoliko mA (2mA) do maksimalno 3 A, koliko izvor može dati. Pored toga izvor omogućava strujnu zaštitu od kratkog spoja na izlazu.

Slika 7.2. Izgled ispravljača sa hladnjacima

Slika 7.3. Spajanje tranzistora 2N3055 na hladnjak

Slika 7.4. Sniženje izlaznog napona ispod 7V

Slika 7.5. Spajanje jednog instrumenta sa prekidačem A-V Tehničke karakteristike ispravljača su: - ulazni izmjenični napon 24 V, - ulazna struja 3 A (max) - izlazni istosmjerni napon 0 – 30 V s

podešavanjem,



42

- izlazna struja 2 mA – 3 A s podešavanjem, - varijacija izlaznog napona 0.01 % max.

Prednosti ovog ispravljača nad prethodno predstavljenim su:

- male dimenzije, jednostavna konstrukcija i rukovanje,

- jednostavno podešavanje naponskog izlaza, - vizuelna indikacija prekoračenja struje, - kompletna zaštita ispravljača od prenapona

i kratkih spojeva.

Na slici 7.6 je predstavljena električna šema školskog ispravljača.

Slika 7.6. Električna šema školskog ispravljača 0-30V

Ulaz ispravljača je vezan u tačkama 1 – 2 na sekundar transformatora 24V/3A. Kvalitet izalnog napona i struje ispravljača zavisi od kvaliteta upotrebljenog transformatora. Napon iz transformatroa se dovodi na dioni most sastavljen od 4 diode D1-D4. Dobiveni ispravljeni napon se filftrira filtrom formiranim od kondenzatora C1 i otpornika R1. Za kontrolu naponskog nivoa se koriste se operacioni pojačavači TL081, koji obezbjeđuju referentni napon potreban za stabilan rad ispravljača. Referentni naponski nivo je generiran na izlazu operacionog pojačavača U1. Strujna stabilizacija se obezbjeđuje diodom D8, koja je Zener diode 5,6 V i omogućava temperaturnu stabilizaciju. Napon na izlazu U1 se postepeneo povećava dok se diode D8 ne uključi. Kad se to dogodi struja se stabilizira i referentni Zenerov napon pojavljuje na otporniku R5. Struja kroz neinvertirajući izlaz operacionog pojačavača prolazi kroz R5 i R6 i ako su oni iste vrijednosti na njima će biti isti naponski nivoi. Naponski nivo, koji se pojavljuje na izlazu operacionog pojačavača (pin 6 od U1) je 11,2V, što

je tačno dvostruki Zenerov referentni napon. Pojačavač U2 ima približno konstantan faktor pojačanja prema formuli: A=(R11+R12)/R11. Na izlazu U2 referentni nivo od 11,2 V je približno povećana na 33V. Trimer RV1 i otpornik R10 se koriste za kontrolu naponskog izlaza tako da se on može reducirati na 0V, ako je potrebno i ako dozvoljava tolerancija ostalih uporebljenih komponenti. Druga prednost ovog izvora je strujna zaštita koja funkcionira na slijedeći način. Otpornik R7, koji je serijski vezan na izlazu, detektuje naponske promjene. Inetegralno kolo odgovorno za ovu funkciju je U3. Invertirajući ulaz U3 reagira na napon 0V preko otpornika R21. U isto vrijeme invertirajući ulaz ovog integralnog kola može se naštimati na bilo koji naponski nivo potenciometrom P2. P2 je setovan tako da se izlaz iz integralnog kola održava na 1 V. Zato što se izlaz održava konstantnim i izlazni napon se ne mijenja te je struje konstantna. Ako je pak naponski pad na R7 veći od 1V, U3 se aktivira i stabilizira struju. Slijedi nekoliko korisnih savjeta i zapažanja u vezi sa konstruisanjem samog ispravljača. Prije svega treba napraviti pločicu. Izbor odgovarajuće metode u izradi pločice je veoma važan jer može reducirati moguće greške u radu



43

uređaja. Preporučljivo je koristiti foto postupak za izradu štampane pločice prema slici 7.7. Potrebno je

zaštititi pločicu od oksidacije.

Slika 7.7. Izgled štampane ploče ispravljača (12,5x8,7 cm)

Slika 7.8. Izgled pločice i raspored komponenti

Lemljenje komponenti na pločicu je težak zadataki ali ako se poštuje nekoliko jednostavnih pravila ne bi trebalo biti problema: - lemilica ne bi trebala biti snage veće od 25W,

- sve površine za lemljenje i vrh lemilice trebe držati čistim. Za to se mogu nabaviti posebne spužve kojima se s vremena lemovi i vrh mogu čistiti,

- ne koristite šmirgl papir za čišćenje,



44

- ako je vrh lemilice veoma zaprljan zamijenimo ga,

- koristimo provjeren i siguran lem, jer na tržištu se može naći lem veoma dobrog kvaliteta koji omogućava jednostavno lemljenje pri radu,

- ne koristiti i pastu za lemljenje ako je već uključena u lem jer previše paste može dovesti do problema u funkcioniranju uređaja,

- ako mislite da vam treba dodatna pasta onda po završetku rada pločicu pažljivo i temeljito očistiti.

Da bi lemljenje komponenti bilo olakšano dat je raspored komponenta kao na slici 7.8. Osim lemljenja komponenti na pločici potrebno je dodati i nekoliko vanjskih elemenata. Za njih su predviđena i označena odogovarajuća mjesta na pločici. Na odgovarajuće brojčane pozicije – pinove treba priključiti slijedeće komponente:

- 1 i 2 izmjenični ulaz sa sekundara transformatora,

- 3 (+) i 4 (-) istosmjerni izlaz, - 5, 10 i 12 potenciometar P1 za regulaciju

napona, - 6, 11 i 13 potenciometar P2 za regulaciju struje, - 7 (E), 8 (B) i 9 (C) snažnog tranzistora Q4, - LED diodu D12 treba smjestiti na prednju ploču

panela tako da bude vidljiva i pinovi za nju nisu

označeni. Na slici 7.9 je prikazan raspored pinova za priključenje.

Slika 7.9. Priključenje vanjskih komponenti

Kad završimo sa lemljenjem vanjskih komponenti treba vrlo pažljivo provjeriti veze i očistiti pločicu od zaostalog lema. Može se desiti da postoje mostovi između bakarnih veza koji će prouzrokovati kratke spojeve. Da bi se olakšalo lemljenje nekih poluprovodničkih komponenti dat je raspored njihovih elektroda na slici 7.10.

Slika 7.10. Raspored elektroda IC i tranzistora Kad je sve provjereno može se uključiti transformator na ulazu, a zatim istosmjerni voltmetar na izlazu. Ne smije se dodirivati bilo koji dio uređaja jer je pod naponom. Voltmetar treba da mjeri napon između 0-30 V, promjenom otpora potenciometra P1, odnosno svakak promejna položaja osovine potenciometra treba izazavati odgovarajuću naponsku promjenu. Kad smo sigurni da je tu svu u redu uključimo



45

potenciometar P2 i LED diode će zasvijetliti što je znak da funkcionira i strujna zaštita. Ako želimo da izlaz tačno pokazuje opseg između 0 i 30 V onda stavimo P1 na minimum, a pomoću trimera RV1 na izlaznom voltmetru postavimo 0 V. Ako za naše potrebe nije dovoljno dobar analogni voltmetar možemo koristiti digitalni koji omogućava preciznija mjerenja. Ako uređaj ne funkcionira provjerimo slijedeće: - da nisu ostali mostovo od lema između

bakarnih veza. - provjerimo ponovo kako ste spojili vanjske

elemente, - da slučajno komponenta nije zalamljena na

pogrešno mjesto ili nediostaje koja veza, - da neka komponenta nije pogrešno polarisana, - da izmjenični naponski izvor ima odgovarajući

napon, - da neka komponenta nije pregorjela ili je

uništena na neki drugi način. Lista komponenti upotrebljenih u uređaju je: R1 = 2,2 Ω 1W R2 = 82 Ω 1/4W R3 = 220 Ω 1/4W R4 = 4,7 KΩ 1/4W R5, R6, R13, R20, R21 = 10 KΩ 1/4W R7 = 0,47 Ω 5W R8, R11 = 27 KΩ 1/4W R9, R19 = 2,2 KΩ 1/4W

R10 = 270 KΩ 1/4W R12, R18 = 56KΩ 1/4W R14 = 1,5 KΩ 1/4W R15, R16 = 1 KΩ 1/4W R17 = 33 Ω 1/4W R22 = 3,9 KΩ 1/4W RV1 = 100K trimer P1, P2 = 10K Ω linearni ponteciometar C1 = 3300 uF/50V electrolitski C2, C3 = 47uF/50V electrolitski C4 = 100nF poliester C5 = 200nF poliester C6 = 100pF keramički C7 = 10uF/50V electrolitski C8 = 330pF keramički C9 = 100pF keramički D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diode 2A - RAX GI837U D5, D6 = 1N4148 D7, D8 = 5,6V Zener D9, D10 = 1N4148 D11 = 1N4001 dioda 1A D12 = LED dioda Q1 = BC548, NPN tranzistor ili BC547 Q2 = 2N2219 NPN tranzistor Q3 = BC557, PNP tranzistor ili BC327 Q4 = 2N3055 NPN snažni tranzistor U1, U2, U3 = TL081, operacioni pojačavač Na slici 7.11 je prikazan kompletan ispravljač prije stavljanja u kućište.

Slika 7.11. Ispravljač prije stavljanja u kućište

LITERATURA


46

1. Stojan Ristić, Elektronske komponenete, Elektronski fakultet Niš, Niš 2010. 2. Jasmina Kotur, Stanko Paunović, Analogni elektronički sklopovi, Zagreb 2009. 3. Nediljka Furčić, Elektronički sklopovi, Neodidacta doo Zagreb, Zagreb 2008. 4. Sejfudin Agić, Elektronika za III razred, JUMS Elektrotehnička škola Tuzla, Tuzla 2005. godina. 5. Sejfudin Agić, Praktična nastava za III razred, JUMS Elektrotehnička škola Tuzla, Tuzla 2009. 6. Jasmina Omerdić, Impulsna Elektronika III razred, JUMS Elektrotehnička škola Tuzla, Tuzla 2007. 7. Mensur Šakić, ELECTRONIC WORKBENCH, MultiSim 9, Sarajevo 2007 8. T. Brodić, Analogna integrisana elektronika, Svjetlost, Sarajevo 1989. 9. Praktična elektronika, Časopis za elektronike, brojevi 1,2 i 3, ETŠ Nikola Tesla, Beograd, 1998 10. Sejfudin Agić, Tehnika telekomunikacija za III elektrotehničke škole, Interna skripta, JUMS

Elektrotehnička škola Tuzla, školska 2006/2007 11. Sejfudin Agić, Komunikaciona VF tehnika za završne razrede elektrotehničke škole, Interna skripta,

JUMS Elektrotehnička škola Tuzla, školska 2006/2007 12. Vojin Cvekić, Elektronika II, Linearna elektronika, Naučna knjiga Beograd, Beograd 1987. 13. Vojin Cvekić, Elektronika I, Poluprovodnička elektronika, Naučna knjiga Beograd, Beograd 1986. 14. Ratko Opačić, Elektronika II, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva Beograd, Beograd 1996. 15. Senad Četović i ostali, Osnovi elektronike, telekomunikacija i automatike, Svjetlost, Sarajevo,1989. 16. I. Modlic, B. Modlic, Visokofrekvencijska elektronika, Školska knjiga Zagreb, 1982. 17. Praktična elektronika, Časopis za elektronike, ETŠ Nikola Tesla, Beograd, 1998. 18. Slavoljub Marjanović, Elektronika, diskretna i integrisana analogna kola, Naučna knjiga, Beograd,

1981. 19. Spasoje Tešić, Integrisana digitalana elektronika, Naučna knjiga, Beograd 1981. 20. L.W.Turner, Electronic Engineers Reference Book, Newnes-Butterworth, London, 1976. 21. Katalog firme Intel, Component Data Catalog, Santa Clara, 1998. 22. Katalog firme Motorola, Analog Devices, Data-Acquisitio Databook, Norwood, 1982. 23. C. Jung, The New Penguin Dictionary of Electronics, London 1985. 24. P. Obradović, Telekomunikacioni vodovi, Beograd, 1990. 25. International Telecommunication Union, Radio-relay systems, 1994. 26. International Telecommunication Union, Fixed-satelite service, 1994. 27. Z. Smrkić, Mikrotalasna elektronika, Školska knjiga, zagreb, 1986. 28. D.F. Stout Handbook of Operational Amplifier CD (McGraw-Hill, 1976, ISBN 007061797X ) pp.1–11. 29. www.ni.com/multisim 30. http://www.kelm.ftn.uns.ac.rs/literatura/ 31. www.diyaudio.com 32. www.elektronika.ba 33. www.sound.westhost.com 34. www.bhtelecom.ba

Documents

Modul I - Ispravljaci