98
Elektronika – součástky a obvody, principy a příklady
Pro stanovení SU neuvažujeme zdroj ∆ivýst, který nahradíme konstantním zatěžovacím odporem RZ a výsledný NLO pak odpovídá obr. 4.39c). Odtud lze již snadno stanovit 𝑆𝑆𝑆𝑆𝐼𝐼𝐼𝐼 =
Δ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑣𝑣𝑣𝑣ý𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 ⋅ Δ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑣𝑣𝑣𝑣ý𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = = 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 , Δ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑣𝑣𝑣𝑣ý𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 Δ𝑖𝑖𝑖𝑖𝑣𝑣𝑣𝑣ý𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
𝑆𝑆𝑆𝑆𝑈𝑈𝑈𝑈 =
𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 ||𝑅𝑅𝑅𝑅𝑍𝑍𝑍𝑍 𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 Δ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑣𝑣𝑣𝑣𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = ≅ , Δ𝑢𝑢𝑢𝑢𝑣𝑣𝑣𝑣ý𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 ||𝑅𝑅𝑅𝑅𝑍𝑍𝑍𝑍 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑
(4.16)
kde jsme uvažovali rd << RZ. Ze vzorce pro SI je patrné, že kvalita stabilizace je tím vyšší, čím nižší je hodnota diferenciálního odporu rd za kolenem V-A charakteristiky ZD, tj. čím je tato část charakteristiky „kolmější“ na osu napětí. Je proto snahou výrobců, aby hodnota rd, která je udávána v katalogu, byla co nejmenší (pro malé UZ je v řádu jednotek Ω). Ze vzorce pro SU je patrné, že stabilizátor snižuje zvlnění vstupního napětí, a to tím více, čím větší je poměr omezovacího odporu R a diferenciálního odporu rd. Z hlediska ∆uvst a ∆uvýst se totiž jedná o dělič napětí, kde prakticky vždy platí R > rd.
Příklad 4.7 Navrhněte stabilizátor se Zenerovou diodou z obr. 4.38, je-li požadováno výstupní napětí Uss = 10 V a výstupní proud Ivýst = 20 mA, jehož kolísání je +/–5 mA. Možnost úplného odpojení zátěže neuvažujte. Určete hodnotu Su. Řešení Zenerovu diodu zvolíme pro pracovní bod UZ = 10 V a IZ = 10 mA. IZ volíme jako dvojnásobek kolísání proudu pro spolehlivé nastavení pracovního bodu do oblasti malého diferenciálního odporu. Z katalogu zvolíme ZD tak, aby měla mezní proud nejméně 15 mA, popř. mezní ztrátový výkon alespoň P = UZ.IZ = 10.0,015 = 0,15 W. Tomu odpovídá např. dioda BZX83V010 s Pmax = 0,5 W a rd = 5,2 Ω. Hodnotu odporu rezistoru R stanovíme z úbytku napětí UR, který volíme jako kompromis mezi dosažením určité hodnoty činitele napěťové stabilizace SU a účinností. Malý odpor R by znamenal nižší hodnotu napětí U0 a malý SU, zatímco velký odpor R by vedl na potřebu vyšší hodnoty napětí U0 , a tedy i na velkou výkonovou ztrátu na rezistoru R. Zvolíme proto např. UR = 25 % Uss = 2,5 V. Odtud vyplývá vstupní ss napětí stabilizátoru 𝑈𝑈𝑈𝑈0 = 𝑈𝑈𝑈𝑈𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝑈𝑈𝑈𝑈𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 = 2,5 + 10 = 12,5 [𝑉𝑉𝑉𝑉] a 𝑅𝑅𝑅𝑅 =
𝑈𝑈𝑈𝑈𝑅𝑅𝑅𝑅 𝑈𝑈𝑈𝑈𝑅𝑅𝑅𝑅 2,5 = = = 83 [Ω] 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑅𝑅𝑅𝑅 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑍𝑍𝑍𝑍𝑍𝑍𝑍𝑍 + 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑍𝑍𝑍𝑍 0,01 + 0,02
Z katalogu zvolíme rezistor 82 Ω z řady jmenovitých hodnot E12 takový, který snese ztrátový výkon PR = R.IR2 = 82.0,032 = 0,07W. 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑈𝑈𝑈𝑈 =
𝑅𝑅𝑅𝑅 + 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 82 + 5,2 = = 16,8 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑𝑑𝑑 5,2
Ukázka elektronické knihy, UID: KOS506884