Vidlákovo elektro 47. Zdroje referenčního napětí 2.

7. července 2013 v 4:14 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Až vás budou zkoušet u tabule, tak se určitě budou ptát velice důležitě jaké máme zdroje referenčšního napětí a vy budete muset sypat z rukávu, že sériové a paralelní a kdoví jaké ještě, ale v principu to je zase dělení "na balony a koše" které nemá tak úplně význam.

Takže zdroje referenčního napětí se skládájí ze :
  • Samotné napěťové reference, která je zapojena do nenivertujícího vstupu diferenčního zesilovače
  • Diferenčního zesilovače, který porovnává napětí reference s výstupním napětím
  • Výkonového prvku, který je řízen diferenciálním zesilovačem.
  • Děliče výstupního napětí, který dělí výstupní napětí a dělený výstup posílá do invertujícího vstupu diferenčního zesilovače. .
A celá složitá klasifikace, za kterou se dostávají pětky vychází jenom z toho, že některé zdroje mají všechny výše uvedené bloky, ale některým zdrojům něco z toho chybí.
Bandgap reference
Takže začneme zprudka a ukážeme si napěťovou referenci typu BandGap, která má všechny komponenty.
Vysvětlení funkce : Na čipu je 9 zcela stejných tranzistorů v matici 3x3 - trazistor Q1 je ten prostřední a tranzistor Q2 je 8 ostatních spojených paralelně. Toto uspořádání je kvůli dokonalé tepelné vazbě. Díky shodným odporům R a díky tomu, že operační zesilovač udržuje na obou vstupech stejné napětí (z principu své funkce) je proud oběma větvemi stejný. Každým z tranzistorů Q2 teče jenom 1/8 proudu, proto má Q2 menší úbytek napětí báze emitor.
V takovém případě je napěťový rozdíl na odporu R2 daný rovnicí pro napětí baze emitor, které po všem odvozování je
R*T/q * ln (8)
kde R je boltzmannova konstanta T je teplota v kelvinech a q je náboj elektronu. Stejný proud, který teče přes R2 teče i přes oba odpory R a tudíž odporem R1 teče dvojnásobek tohoto proudu ergo na R1 je napětí
Ur1 = (2 * R1 / R2) * R*T/q * ln (8)
Takže napětí na výstupu je tvořeno součtem napětí na R1 a napětí Báze emitor tranzistoru Q1
Vtip je v tom, že napětí na R1 s teplotou roste (viz T ve vzorečku), zatímco napětí Ube tranzistoru Q1 s teplotou klesá - tudíž lze najít takový poměr mezi R1 a R2 kdy se obě napětí mění stejně, avšak opačným směrem a tím se vzájemně kompenzují - většinou pro široký rozsah teplot od -40 do 120. (Tedy teplotní rozsah čipů -40 - +105 st. C není náhodný)
Při takovém ideálním nastavení R1 a R2 se napětí Vout ustálí většinou na hodnotě 1,25 V což je napětí reference v LM317 (nikoliv náhodou) a taky je to úbytek napětí Báze Emitor tranzistoru pri teplotě absolutní nuly neboli -273 st. Celsia (taky nikoliv náhodou)

Vhodnou volbou R1/R2 se dají dělat i jiné triky - třeba teploměr LM35 / LM335 je zapojený zcela stejně, akorát má přídavný zesilovač a jeho napětí se mění přesně o 10 mV na stupeň a ukazuje absolutní teplotu takže jeho výstup při 20 st = 293 kelvinů = 2930 mV = 2,93 V.


Pro Rusofily mezi námi zde vysvětlující obrázek - pod šikmou čarou úbytek Ube nad čarou vzrůst napětí na R1. Jasné ?

Nepředpokládám, že byste takový zdroj referenčního napětí někdy stavěli, ale budete ho používat častěji než si myslíte, neboť zdroje v tomto stylu jsou v každém integrovaném stabilizátoru.

Když už jsme si vyjmenovali všechny součásti referenčního zdroje a řekli si, že klasifickace na "sériové a paralelní" je umělá. A zároveň jsme si ukázali referencí z nejsložitejších tak si pro dnešek na záver dáme referenci z nejjednodušších - zenerovu diodu.
Schémátko je primitivně jednoduché a princip je v tom, že dioda je zapojena v nepropustném směru, a je udělána tak, že při vhodném napětí se prorazí. Při průrazu může proud diodou vzrůst mnohonásobně aniž by se napětí na ní měnilo.
Viz obrázek - tím je způsobeno, že zenerova dioda může sloužit jako "paralelní" (protože je zapojena paralelně se spotřebičem napětí na Vout ) stabilizátor. Pokud se ptáte na teplotní vlastnosti - z fyzikální podstaty zenerových diod vyplývá, že ty s napětím průrazu okolo 5,6V jsou teplotně nejstabilnější.

Pro dnešek bych dal už jenom radu pro brunety a pokračování příště : Pokud pozorujete, že více než kabelky a lodičky vás začínají zajímat dupačky a plíny - je nejvyšší čas promluvit si s miláčkem - co dále se životem....
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama