Obrázek   
Přihlášení
Uživatelské jméno:

Heslo:

Pamatovat si mne



Zapomenuté heslo

Nová registrace
Kam dále?
Hledání
Vzhled

(3 vzhledů)
Kdo je Online
18 uživatel(ů) je online (5 uživatel(ů) si prohlíží Články a povídání)

Uživatelé: 0
Hosté: 18

více...
Noví uživatelé
FERYAKT
FERYAKT
07.10.2019
Kolorka
Kolorka
24.09.2019
pospichal
pospichal
03.05.2019
Steppenwolf
Steppenwolf
15.03.2019
numitron
numitron
04.03.2019
vvrsek
vvrsek
31.01.2019
EMANUEL
EMANUEL
21.12.2018
kojaro
kojaro
16.12.2018
TothSt
TothSt
13.11.2018
Nyrenn
Nyrenn
06.10.2018
Kdo za co může
Administrátorka
Žirafka
Žirafka
Žirafička
Žirafička
Redaktoři
bernard
bernard
IvanH
IvanH
 
Emeritní
KatyH
KatyH

Elektronika - Jednoduché proudové nory

jako předzátěž pro stabilizátor
Napsal/a Žirafka v 29. 09. 2019 v 8:37 (přečtení 90×) Další články tohoto autora
Elektronika
     Před časem jsem zde popisovala upravený zdroj s třísvorkovým stabilizátorem napětí a v článku jsem se zmínila o tom, že potřebnou předzátěž je lépe vytvořit pomocí proudové nory než pomocí prostého rezistoru. A dneska se na několik jednoduchých proudových nor podíváme.

     V dalším textu budu předpokládat, že jako stabilizátor je použitý integrovaný obvod LM317. Pro jiné obvody je situace obdobná, jen je potřeba si hodnoty přizpůsobit tak, aby vyhovovaly pro daný obvod. Rozsah výstupního napětí budu uvažovat v plném základním rozsahu stabilizátoru, čili od 1,25 do 37 V a minimální výstupní proud 3,5 mA.

     Nejjednodušším řešením je opravdu jenom rezistor zapojený mezi výstupní svorku a zem, jak to vidíte na prvním obrázku.

Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 1 – rezistor jako proudová nora.


     Jak vidíte, jednodušší už to opravu být nemůže, nicméně za jednoduchost se platí nízkou účinností obvodu a zbytečnými ztrátami (což je totéž ).

     Pokud je minimální výstupní napětí 1,25 V a minimální výstupní proud 3,5 mA, je potřebný rezistor s odporem:

R = U / I = 1,25 / 0,0035 = 357 Ω čili použijeme odpor 330 Ω.
P = U x I = 1,25 x 0,0035 = 0,004 W

     Nicméně, když výstupní napětí zvýšíme, situace se trochu změní:

I = U / R = 10 / 330 = 30 mA
P = U x I = 10 x 0,03 = 0,3 W

I = 20 / 330 = 60 mA
P = 20 x 0,06 = 1,2 W

I = 30 / 330 = 90 mA
I = 30 x 0,09 = 2,7 W

I = 37 / 330 = 112 mA
P = 37 x 0,112 = 4,144 W

     A ty přibližně 4 watty zbytečně zatěžují zdroj a ohřívají vnitřek přístroje. Také mé ekologické já z toho není úplně nadšené. A ekonomické já také ne, protože watt k wattu, tím pádem watthodina k watthodině a rázem je z toho korunka ke korunce. Naštěstí se dá situace vyřešit výrazně lépe a přitom ne tak moc složitěji. Ve skutečnosti bude výkonová ztráta ještě o něco větší, protože vzniká nejenom na zatěžovacím odporu, ale zároveň i na regulačním tranzistoru stabilizátoru. Přesná velikost této ztráty závisí na velikosti vstupního a výstupního napětí a na proudu.


Proudová nora s tranzistory I


Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 2 – proudová nora s tranzistory.


     Na druhém obrázku je vidět zapojení jednoduché proudové nory se dvěma tranzistory a dvěma odpory. Funkce obvodu je velmi jednoduchá. Proudem přes R2 se otevírá tranzistor T2 následkem čehož vznikne na R3 úbytek napětí, který otevírá T1. Tím, jak se T1 otevírá, klesne budící proud tranzistoru T2 a ten se přivře, čímž dojde k poklesu napětí na R3 a následkem téhož se přivře T1 a opět se více otevře T2… výsledkem je stabilní stav obvodu, při kterém teče obvodem stále stejný proud. Pokud vám obvod intenzivně připomíná zdroj proudu, tak máte pravdu, je to zdroj proudu pro neuzemněnou zátěž a tu zde představuje „nulový odpor“ v kolektoru T2. Obvod je velmi jednoduchý, velmi spolehlivý a pro daný účel má velmi dobré parametry.

Odebíraný proud se vypočítá takto: I = Ube / R [A; V, Ω]

Přičemž Ube je úbytek napětí na bázi tranzistoru T1 a R je velikost odporu R3.

Takže pro součástky podle schématu vychází proud I = 0,6 x 120 = 5 mA a tento proud se jen málo mění se změnou výstupního napětí stabilizátoru. Výkonová ztráta také velmi klesne:

P = 1,25 x 0,005 = 0,006 W
P = 37 x 0,005 = 0,185 W

     Zdálo by se, že obvod je téměř ideální, ale to není. Odebíraný proud se totiž mění se změnou výstupního napětí stabilizátoru a může za to proud tekoucí přes R2 do báze tranzistoru T2. Čím větší napětí, tím větší proud. Se zvyšováním odporu R2 se tento přídavný proud zmenšuje, ale zároveň se poněkud zhoršují regulační parametry obvodu. Proti samotnému odporu je však situace výrazně lepší, mařený výkon klesl z více než čtyř wattů na necelé dvě desetiny wattu a to je velice dobrý výsledek.


Proudová nora s tranzistory II


     Proudová nora podle předchozího oddílu je jednoduchá a pro daný účel dobrá, nicméně je možné její vlastnosti výrazně vylepšit a přitom to nestojí žádné náklady navíc. Řešení vidíte na třetím obrázku.

Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 3 – vylepšená nora s tranzistory.


     Změna je vlastně jenom v tom, že buzení tranzistoru T4 (původně T2) se nyní odebírá ze vstupního napětí stabilizátoru. Toto napětí je relativně stabilní a mění se málo, proto se také velmi málo mění i norou odebíraný proud. Nejlepších výsledků by se dosáhlo, kdyby toto napětí bylo také stabilizované, ale pro tento účel je to naprosto zbytečné. Vlastnosti obvodu se zlepší natolik, že údaj na displeji 3,5 místného ampérmetru se v celém rozsahu výstupních napětí, čili od 1,25 do 37 voltů, nezmění ani na posledním místě. Při změně vstupního napětí se proud mění, podobně jako u první verze nory.

     Výkonová ztráta nory je identická jako u předchozího řešení.

     Skoro by se dalo říci, jednodušší proudovou noru nelze sestavit, nicméně opak je pravdou. Opravdu to jde, jak si ukážeme v poslední části.


Proudová nora s obvodem LM334


     O existenci obvodu LM334 jsem věděla, ale nenapadlo mne jej pro tento účel použít. Až diskuse s jedním člověkem mne přiměla se podívat do katalogového listu obvodu a tam jsem zjistila, že za určitých podmínek je tento obvod schopen pracovat již od napětí 0,5 voltu a tak je pro použití jako předzátěž vlastně ideální. Schéma zapojení této nory je na posledním obrázku.

Kliknutím na obrázek otevřete nové okno s obrázkem v původní velikosti.
Obr. 4 – proudová nora s LM334.


     Celou noru tvoří jen jeden integrovaný obvod v pouzdru TO92 (velikost malého tranzistoru) a jeden odpor, kterým se nastavuje odebíraný proud. A to je vše. Obvod LM334 je velmi přesný, odebíraný proud se se změnou napětí téměř nemění. Mění se však s teplotou, však se LM334 dá použít i jako teplotní senzor, ale to platí i u předchozích obvodů a v daném případně tato změna nehraje roli.

     Odebíraný proud lze vypočítat pomocí tohoto zjednodušeného vzorce:

I = 67,7 mV/R (při 25°C)

S hodnotami podle čtvrtého obrázku je to pak:

I = 67,7 / 18 = 0,0037 mA

P = 1,25 x 0,0037 = 0,004 W
P = 37 x 0,0037 = 0,137 W

     Přesné vzorce a postupy, jak proud vypočítat, jsou obsažené v katalogovém listu obvodu.

     Jak je vidět, lze proudovou noru vytvořit opravdu jednoduše a přitom bude mít, pro toto použití, výborné parametry. Těch několik málo součástek navíc, proti prostému rezistoru, naprosto vyváží výkonovou ztrátu, zbytečně na rezistoru mařenou. Pokud se použije nora s obvodem LM334, je výsledný obvod dokonce menší, než potřebný minimálně 5W rezistor, který bude za provozu též značně zahřátý, na rozdíl od nory polovodičové, která bude mít, při těchto výkonech, teplotu okolí.

     Kterou noru tedy použít jako předzátěž? Je to vlastně jedno, všechny tři mají tak dobré parametry, že jich je jako předzátěže skoro škoda, takže ať se rozhodnete pro kteroukoli z nich, bude to dobrá volba. Část čtenářů jistě napadlo, že by se obvodů nory dala zapojit LED, která by pak indikovala zapnutí zdroje. Jistě by to šlo, LED se zapojí do kolektoru T2 nebo T4, ale je potřeba si uvědomit, že nora pak bude potřebovat vyšší napájecí napětí (o úbytek napětí na LED) a nebude fungovat od minimálního výstupního napětí stabilizátoru. Pokud ovšem stavíte zdroj s výstupním napětím od přibližně 3,5 voltu výše, lze noru využít i takto.

     Možná někoho napadne, proč tomuto obvodu vlastně říkám proudová nora. Já vlastně ani nevím, znám toto označení docela dlouho a myslela jsem, že je to běžné označení. Nicméně jsem průzkumem mezi kamarády a známými zjistila, že to tak běžné označení není. U některých to došlo dokonce tak daleko, že si při spojení „proudová nora“ představují cosi erotického až pornografického. V angličtině se tento obvod označuje jako current sink, do češtiny se to často překládá jako aktivní zátěž nebo elektronická zátěž. Případně jako aktivní elektronická zátěž. Označení je to správné, nicméně dlouhé. Proudová nora se mi líbí o dost více.

Použitá literatura:

Katalogový list LM317
Katalogový list LM334
http://www.tajned.cz/2015/07/jednoduche-proudove-zdroje/


PS: Je zajímavé, že překladač od Googlu překládá current sink jako „aktuální dřez“
Hodnocení: 9,00 (3 hlasy) - Ohodnotit -
Formátovat pro tisk Poslat známému Vytvořit z článku PDF
Komentář je vlastnictvím svého autora. Vyjadřuje jeho názory, ne názory redakce nebo provozovatele webu či serveru.
Napsal/a Vlákno
host
Publikováno dne: 2.10.2019. 14:52  
 Odp: Jednoduché proudové nory
V elektronice jsem 60 roků, ale o noře slyším poprvé.
Doporučoval bych ten název nepoužívat.

Ale jinak jsou tyto stránky velmi dobré....
Žirafka
Publikováno dne: 2.10.2019. 22:33  
Administrátorka
Datum registrace: 04.05.2008
Bydliště: Ústecký kraj
Počet komentářů: 1078
 Odp: Jednoduché proudové nory
A jak tedy takový obvod nazývati? Opravdu "aktivní zátěží"?
EKKAR
Publikováno dne: 3.10.2019. 18:20   Aktualizováno dne:3.10.2019. 18:22
Přispěvatel
Datum registrace: 07.12.2008
Bydliště: v České Třebové
Počet komentářů: 163
 Odp: Jednoduché proudové nory
Sašo, dokud jsem si to nepřečetl tady na Žirafovinách, terminus technicus "proudová nora" byl i mně neznámej. Ale zapojení, který v souvislosti s takovým označením popisuješ znám dlouhý léta, dá se dneska už i říct skutečně desítky let - jsou naprosto běžný třeba v napájecích obvodech diferenciálních zesilovacích stupňů, který jako citlivej a přitom zároveň i relativně vysokoimpedanční vstup používají jak zesilovače nízkofrekvenční, tak třeba zesilovače měřicí nebo třeba osciloskopický - a vždycky je v popise uvedeno, že diferenciální pár (páry) je (jsou) napájen (y) ZE ZDROJE PROUDU - i když zapojení je vložený mezi diferenciální pár a zápornou napájecí větev neboli proud skutečně teče ze zesilovacího stupně do stabilizačního zapojení a až z něj pak následně do zdroje, takže naprosto přesně plní tvoji definici "proudový nory" - přesto je nazývaný "zdrojem proudu". Tyhle zapojení se totiž vyznačujou jednou základní vlastností - jako celek je lze označit jako dvojpól neboli jednobran a jako takový se zapojujou SÉRIOVĚ se zátěží a zdrojem - a protože v sériovým zapojení nezáleží na pořadí členů obvodu, je jedno, na kterou stranu zátěže je stabilizační "jednobran" zapojenej, jestli mezi kladnej pól a zátěž = do kladný napájecí větve, nebo mezi zátěž a zem případně zápornej pól napájení = do zemní respektive záporný napájecí větve. V obou případech je to "zdroj proudu v sérii se zátěží" ... A pokud se navrhne tak, aby on sám byl tou zátěží, protože ztrátovej výkon se rozptyluje na aktivním prvku právě toho zapojení, lze ho pak označovat "aktivní zátěží".
touch
Publikováno dne: 6.10.2019. 21:56  
 Odp: Jednoduché proudové nory
Já jsem se s pojmem proudová nora poprvé setkal na konci 80. let ve firemní literatuře Tesly Rožnov, a to v nějaké aplikační příručce k vybranýn integrovaným obvodům. Autoři tam zdůraznili, že tento pojem (nevymysleli) používají kvůli rozlišení, zda obvod konstantního proudu ve struktuře IO je zdrojem proudu nebo zátěží (se spotřebou konstantního proudu) - pro něj pak v textu použili proudová nora. Mně to přijde logické.

Obrázek Obrázek
ObrázekObrázekObrázekObrázekObrázek
Obrázek
Redakční systém XOOPS 2.5.10
Obsah © 2008-2019 Žirafoviny