Powersupply Redigeret

Transkript

1 3/-8 Powersupply En Trafo eller transformer, som den rettelig hedder, - kan tegnes som flg. Skitse: N N Primær Sekundær U U Primær Sekundær Primær siden af trafoen tilsluttes nettet. Den vekslende sinus-spænding skaber en vekslende strøm, som skaber et vekslende magnetfelt i jernkernen. Magnetfeltet går også gennem den sekundære vikling. Og der skabes heri en vekslende spænding. Sekundærspændingen er også en sinusformet. Magnetfelter: Ladninger i bevægelse vil producere et magnetfelt. Dvs. at om hver elektron, der spinner om sig selv, vil der være et magnetfelt. Men er spinnet i et materiale ikke ordnet i samme retning, vil materialet udadtil være umagnetisk, fordi alle små magneter ophæver hinanden. Også elektroner, der er i orbit ( kredsløb ) om en kerne, vil give et magnetfelt. Igen ophæves magnetfeltet, hvis ikke der er orden på omløbsretningerne. Og endelig optræder der et magnetfelt omkring en leder hvori der løber en strøm. Elektroners hastighed i en ledning: Elektroners hastighed er ikke uendelig, - ligesom vand i et vandrør har en endelig hastighed. Vandet oplever en modstand. Hastigheden på kernernes vibrationer og deres elektroners random varmebevægelser er ret stor. Vist i størrelsesordenen 6 meter pr sek. Men elektroners hastighed fremad i en ledning, er ikke særlig stor. Og ved vekselstrøm vil elektronerne konstant ændre retning, og stadig ikke bevæge sig ret langt frem og tilbage. Side af 55

2 3/-8 Her regnes med et eksempel, hvor der bruges en 6 W glødepære. Der regnes med jævnspænding, og der bruges en mm kobbertråd: P = U I [W = V A] eller I = P U [A = W V ] Strømmen bliver: 6 3 =,6 [A] Ampere svarer til at der passerer en ladning på Columb forbi et tværsnit af ledningen pr sekund. Ladningen pr elektron: e =,6-9 [Columb]. Dvs. der løber,6,6 9 =,65 8 elektroner gennem et tværsnit af ledningen pr. sekund.. Lednings-diameteren hen til pæren er i dette tilfælde så tyk, at tværsnitsarealet er mm. I kobber er der 8,46 8 mobile elektroner pr m 3. ( Tabelværdi! ) Dvs., at der i mm af trådens længde er 8, = 8,46 9 frie elektroner. Dvs. elektronerne der løber til pæren i sekund fylder:,65 8 8,46 9 =,9 mm. Altså løber alle elektronerne i tråden,9 mm fremad hvert sekund. Altså, hvis det havde været jævnstrøm! Omregnet bliver det til 6,9 cm / time. Det er altså ikke elektronernes hastighed, der gør glødetråden varm, men et lille bidrag fra hver af det enorme antal elektroners kinetiske energi. Kilde: Altså: Side af 55

3 3/-8 Løber der en strøm i en leder, vil elektronerne foretage varme-svingninger i alle retninger, men vil pga. den spænding, der er påtrykt lederen, løbe mest i én retning. Dog ikke særlig hurtig. Langt under mm pr sek. for en mm leder med en strøm på Ampere. Elektronerne vil derved producere et magnetfelt der går højre om lederen set i strømmens retning. Hvorfor det er sådan er der ingen der ved!!! Tommelfingerregel: Grib om en strømførende leder med højre hånd, med tommelfingeren i strømmens retning. Magnetfeltet er da givet ved de øvrige fingres retning. Dvs. at feltet går højre om en strømførende leder. Obs. Magnetfeltet er homogent, og magnetfeltlinier findes ikke. De bruges blot til at vise magnetfeltets vej og tæthed. En Elektron, der roterer, skaber lille magnetfelt. Side 3 af 55

4 3/-8 Vikles en leder op til en spole, vil magnetfeltet fra flere ledere adderes og derved blive stærkere. Her set på en anden måde, med tættere vindinger: Jo flere vindinger, jo kraftigere vil magnetfelt være ved samme strøm. En prik skal tolkes som spidsen af den pil, der viser strømmens retning, krydset fjerene på pilen. Magnetisk modstand. Er der jern i feltliniernes vej, vil der opstå et meget kraftigere magnetfelt, idet jern er en mindre modstand for magnetfelter end luft. Eller en bedre leder for magnetfelt. Energien i magnetfeltet i en spole er givet ved formlen: i er strømmen. E L i L er spolens selvinduktionskoffetient og måles i Henry. L siger noget om hvordan vindingerne er udformet, om antal vindinger, om der er jern i spolen, osv. Altså spolens evne til at modstå ændringer i dens magnetfelt. Det betyder, at der er opmagasineret energi i et magnetfelt. Og at magnetfeltet ikke kan skabes og bortskaffes på no time. Se fx: Opgave: Side 4 af 55

5 3/-8 Overvej, hvordan en spole med en RWire på.5 Ohm, og L = mh, forbundet i parallel med en 47 uf kondensator opladt til 5 Volt kan simuleres. Simuler! Forklar! Kondensatorens energiindhold kan beregnes af: E C U Oscillations-Frekvensen kan beregnes som den frekvens, hvor X X C L Altså Isoleres f, fås, f f C L f LC 4.KV + IC= V.5 V L mh C 47n -4.KV s ms 4ms 6ms 8ms ms V(:) Time Forklar: Er der tale om ideelle komponenter med nul Ohms viklingsmodstand, og med modstandsfri tilledninger, ville energien skvulpe frem og tilbage mellem spolen og kondensatoren forever. Ændret magnetfelt i en spole. Man kan ikke momentant ændre magnetfeltet i en spole. ( ligesom man ikke momentant kan ændre en Kadetts hastighed ). Ændres magnetfeltet i en spole, vil spolen generere en spænding for at forsøge at opretholde et konstant magnetfelt. Ligesom det vil føles som om bilen vil modsætte sig hastighedsændringer. Det kaldes inerti. Side 5 af 55

6 3/-8 Her ses grafer og formler. Øges spændingen over spolen, ( og dens vindingsmodstand ), vil strømmen i spolen øges. Kilde: Øges strømmen i spolen, øges også magnetfeltet. Spolen vil kæmpe imod ændringen. Som en Kadett. Formindskes spændingen og strømmen, vil spolen også kæmpe imod dette. Reelt er det vel nok sådan, at det er energien i magnetfeltet, der ændres, og det kan ikke gøres gratis. Fuldstændig som en bil i bevægelse. Det koster energi ( benzin ), at få bilen op i hastighed, hvor den så har energien gemt i Kinetisk energi. Hvis spolen var modstandsløs, altså en ideel spole, ville selv en ganske lille påtrykt spænding med tiden skabe en meget stor magnetfelt og strøm!! Strømmens opvoksning, også kaldet strømmens rejsning, ville kun være afhængig af spolens selvinduktion i Henry. Tilsvarende en kondensator. Selv en ganske lille konstant strøm tilført en kondensator, vil med tiden opbygge en stor spænding. Kun bestemt af kondensatorens kapacitet i Farad. AC-spænding I Stikkontakten er der AC, 3 Volt, 5 Hz. Den ene ledning er stel, eller nul! Den anden er den, der er spændingsførende. Her bør der være en ren sinus. Sinus ens spænding svinger mellem plus og minus med en frekvens på 5 Hz. Man kalder det en AC-spænding, Alternerende Current. Peak-spænding er helt oppe på 35 Volt, men angives normalt ved dens effektivværdi, også kaldet RMS-værdi, som kommer af Root Mean Square, som betyder kvadratroden af middelværdien i anden potens. AC-spændingens effektivværdi kan beregnes af: Eks: V 6, 97V RMS peak RMSværdi Peakværdi Side 6 af 55

7 3/-8 Sættes en 3 V AC til en modstand, vil modstanden blive lige så varm, som hvis den tilsluttes en 3 Volt DC. Også selv om AC-spændingen er nul nogle gange, men til gengæld er spidsværdierne helt oppe på 3 35 Volt. Se separat kompendium for mere om RMS-værdier. Om transformatorer: Normalt opereres med vindingstallet for primærspolen (N ) og sekundærspolen (N ). Ikke med de tilhørende induktiviteter. Mellem primærspændingen (U ) og sekundærspændingen (U ) er sammenhængen: U : U = N : N Induktiviteten er proportional med kvadratet af det tilhørende vindingstal. Det gælder altså, at: L L = N Dermed angives også transformerens transformeringsforhold: N U U = L L Hvis L = 3.8 H og L = 56 mh fås transformeringsforholdet til: U : U = 7,54 : Ofte er der ikke perfekt kobling mellem Primær og Sekundær. For at tage højde for dette, kan man indregne en Koblingsfaktor mellem (ingen kobling) og (perfekt kobling). Koblingsfaktoren bestemmer størrelsen af transformerens modinduktivitet M. Det gælder for koblingsfaktoren mellem to induktiviteter, L og L, at: K= M / (L. L ) / Jernkerne: Side 7 af 55

8 3/-8 En jernkerne nedsætter eller formindsker modstanden mod magnetisk felt, eller magnetisk flux, som det også kaldes. Dvs. der opstår meget større magnetfelt rundt i jernkernen, pga. jernet. Jern er en meget bedre leder for magnetfelt end luft. Kernen laves lamineret, med elektriske adskilte lameller, for at der ikke skal induceres elektriske strømme i selve jernet, og opvarme det hver gang magnetfeltet ændres. Billederne viser udformningen af jernkernepladerne. De sættes sammen som vist til højre, med et lille lag elektrisk isolering imellem. Side 8 af 55

9 3/-8 Hvirvelstrømme! Grunden til at jern opvarmes, er, at der ved vekslende magnetfelt skabes hvirvelstrømme i jernet. Fra Maxwell s ligninger haves: Et ændrende magnetfelt vil skabe et elektrisk felt. Og et elektrisk felt, der ændres, vil skabe et magnetfelt. Ringkerne transformer: En ringkernetransformer er viklet på en rund kerne. Herved holdes det meste af magnetfeltet indenfor spolen, - og man undgår tab, og man undgår at forurene omgivelserne med magnetfelt!! Simulering af transformere: Opgave: Find en transformer, eller kort trafo, med navnet XFRM_LINEAR i biblioteket / Analog. Og en Vsin / Source, og opbyg følgende kredsløb: Side 9 af 55

10 3/-8 I Orcad er spoler ideelle, dvs. spolernes vindinger er uden modstand. Derfor skal der indsættes vindingsmodstande, for at strømmene ikke skal blive uendelig store. VOFF = VAMPL = 35 FREQ = 5 V Rspole Uprimar V XFRM_Linear TX R3 Usekundar V k Sinusgeneratoren indstilles på 5 Hz og 35 Volt. Det er den peak-værdi, der svarer til 3 Volt RMS, som der er i stikkontakterne. Også Trafoen skal indstilles. Der skal indstilles, hvilken andel af det primære magnetfelt, der når sekundærviklingen, for at inducere en spænding her. Ved en ideel trafo er koblingen %, eller COUPLING lig, som er default. Dobbeltklik på trafoen, for at åbne dens spreadsheet. Rul hen og i første omgang indstilles følgende spoleværdier: Grafen ser således ud! Udgangsspændingen er næsten på højde med Uin! 4V V Ændring af sekundær spænding. Primærspolens selvinduktion L skal angives, fx til L = mh. L skal herefter beregnes. Der ønskes fx et omsætningsforhold = U/U = :, altså Uout = 3/ = 3 Volt RMS. Der gælder, L= (omsætningsforhold) gange L -4V s ms 4ms 6ms V(UPRIMAR) V(USEKUNDAR) Time L mh Sekundærinduktiviteten er herefter: L mh omsforhold Side af 55

11 3/-8 Indstil disse værdier: Grafen ser nu således ud! 4V V -4V s ms 4ms 6ms 8ms ms V(UPRIMAR) V(USEKUNDAR) Time Transformatorkobling: R Tx R4 D VOFF = VAMPL = 3 FREQ = 5 V V DN448 V k V Simpel transformatorkobling, simuleret i Pspice. De ohm skal fungere som trådens modstand. Ellers ville strømmen blive uendelig stor! og Pspice ville melde fejl. Opgave: Simuler ovenstående kredsløb med ORCAD. For at få realistiske resultater, dobbeltklik på transformeren. Dette åbner dets spreadsheet, hvor parametre kan ændres. Lav fx L_Value, der står for den primære spole, om til mh, og L_value ( sekundær spolen ) om til.5 mh På flg. Graf vises Uin og Uout. Side af 55

12 3/-8 4V V -4V ms 5ms ms V(:) V(R:) V(R4:) Time Her er graferne uden de 3 Volt AC. Herved er det lettere at iagttage Uout. V V -V ms 5ms ms V(:) V(R4:) Time Efter dioden ses følgende spænding. V V -V ms 5ms ms V(:) Time Kredsløbet forsynes med en ladekondensator, til at afgive ladninger til det kredsløb, der forsynes fra transformatoren i dårlige tider, dvs. i de negative halvperioder. Side af 55

13 3/-8 Opgave: Simuler følgende kredsløb. I stedet for en transformer bruges en VSin. VOFF = VAMPL = 7 FREQ = 5 Upeak V D3 DN4 V V C u Uout 5 Uout, er,7 Volt under Upeak. Det ses, at Uout ikke er vandret. Der er Ripple. Spændingen falder jo når der bruges ladninger fra kondensatoren i de perioder, der ikke leveres strøm fra trafoen. V V -V ms 5ms 5ms V(UPEAK) V(UOUT) Time Det ses, at det er en meget kort del af tiden, der oplades på kondensatoren!! Ripplespændingen er uønsket i strømforsyninger. Det skulle jo helst være en ren DC, der skal føres til det efterfølgende kredsløb. Følgende er et udtryk for Uripple: Ripplen fremkommer fordi der sker en kort opladning, og i den negative periode en afladning af kondensatoren gennem belastningsmodstanden. t U Ripple U Peak U Peak e R C Belastning Formlen kan reduceres til: t U Ripple U Peak e t er afladetid, Tau er tidskonstanten, der udgøres af ladekondensatoren og belastningsmodstanden. Hvis der ses bort fra en kort opladetid, er t = /5 [s] ( ved enkeltensretning ). t For at ripplen ikke skal blive for stor, ønskes t << RC. Dvs. at RC Side 3 af 55

14 3/-8 Fra matematik kendes, at e x ~ x for x << Derfor fås: Nu kan () omformes til: Altså: e t U U ~ Ripple Ripple t t U Peak U t U Peak Peak t Afladetiden t ~ periodetiden T, fordi opladetiden er meget kort. Derfor fås: U Ripple U Peak T R C Eks: Rbelastning = 5 Ohm svarende til ma Upeak = 5 Volt T = msek. URipple ,4 V Ripplespændingen er uønsket. Kredsløbet kunne forbedres med en større kondensator, eller der kunne trækkes mindre strøm. Men! I startøjeblikket kan der optræde ret store startstrømme. Kondensatoren er jo afladet, og udgør derfor en kortslutning for trafoen. Jo større kondensator, jo større startstrøm, den kan fx være 35 [A]! Derfor kræves en TRÆG sikring, hvis der er en foran! Evt. kan der indsættes en ohms modstand i serie med dioden. Dobbelt ensretning: Der er forskellige andre koblingsmuligheder: Nogle benytter en sekundærvikling med midterudtag. Den primære vikling er ikke tegnet med i det følgende! Side 4 af 55

15 3/-8 DN4 D4 L L Vout Dette kredsløb udnytter kun spolerne halvt!! Og det kræver midterudtag på trafoen: Men ripplen er halveret, og ripplens frekvens er Hz. D5 DN4 Simuleringsopgave: Transformer bygget med spolen L fra biblioteket / Analog D VOFF = VAMPL = 35 FREQ = 5 V Uprimar V R3 Lprim 6H Lsek 5mH Lsek DN4 V R4 K K K_Linear COUPLING = L = Lprim L = Lsek L3 = Lsek 5mH D3 DN4 Opbyg en trafo med spolen L/ Analog. De 3 spoler hedder fx L, L og L3. Omdøb L til Lprim, L til Lsek, og L3 til Lsek. Placer en koblingskomponent K_Linear / Analog. Den angiver, hvilke spoler, der skal kobles magnetisk. Dobbelklik på K_Linear, K et i firkanten. Navngiv nu som vist til højre: Diodebro: Side 5 af 55

16 3/-8 Denne ensretter-kobling kaldes en Graez-kobling, eller blot en Diodebro. Udgangsspændingen er på Hz. Ripplen formindskes, idet der oftere sker opladning, eller rettere, afladningen varer kortere tid. Formlen for ribble-spændingen bliver: L Vout plus U Grafen for Uout ser således ud! V Ripple 3 U,4 Peak RC 8V 4V V -4V s 5ms ms 5ms ms 5ms 3ms 35ms 4ms 45ms 5ms 55ms 6ms V(Uout) Time Opgave Simuler følgende kredsløb. Generatoren symboliserer transformatoren. Iagttag ripplen på Uout. Mål også den strøm, der optages fra generatoren. Gør kondensatoren større, og se igen på strømmen fra generatoren. Forklar. D D4 VOFF = VAMPL = FREQ = 5 V DN4 D3 DN4 D Uout V DN4 DN4 C u k Grafen for ripplespændingen ser ud som følgende: Riplen er på Hz. Side 6 af 55

17 3/-8 V V 8V 6V 4V V V s 5ms ms 5ms ms 5ms 3ms 35ms 4ms 45ms 5ms 55ms 6ms V(Uout) Time Eksempel på Split supply: Dette Kredsløb giver split supply. Løsningen kræver en transformer med midterudtag. L L Vout plus Vout minus Ovenstående transformer kan simuleres med to generatorer i serie: VOFF = VAMPL = FREQ = 5 V V Uplus VOFF = VAMPL = FREQ = 5 V V Uminus V Zero Crossing Detector Forklar Side 7 af 55

18 3/-8 Brum-filter Følgende kan begrænse ripplen: Det kaldes også et brum-filter! L3 Spændingsstabilisering: Den afgivne spænding for de ovenstående eksempler er alle afhængig af trafoen, og den strøm, der trækkes fra den af belastningen. Men vha. forskellige komponenter kan den afgivne spænding stabiliseres. Der er flere måder! Principdiagram for en stabilisering: Hvis trykket bliver for stor på udgangen til højre, vil ballonen trykke på stangen, som vipper og trykker ned og klemmer røret, hvorved flowet begrænses. Der indstiller sig en ligevægt. Flow Ballon Zenerstabilisering: En Zenerdiode virker som en slags dæmning for vandet ved en å. Bliver vandstanden for høj, løber vandet over, og vandstanden kan ikke blive højere. Her er det sådan, at bliver spændingen for høj over Zenerdioden, leder den så meget, at spændingen netop er den værdi, der er stemplet på dioden. Spændingen over zenerdioden kan altså ikke blive større end den værdi, der er stemplet på dioden. Zenerdioder fås til mange forskellige spændinger. Uout kan ikke blive større end Zenerspændingen. Uin Men hvis zenerdioden bliver for varm, ødelægges den. Den effekt der afsættes i den kan regnes af = U I [Watt] R Uout Med dette stabiliseringskredsløb kan der imidlertid let opstå problemer. Izener er afhængig af Ibelastning. Forsvinder Ibelastning, bliver Izener for stor og bliver varm, og ødelægges! Stel Zdiode Stel Side 8 af 55

19 3/-8 Uzener er ikke % konstant, men afhængig af Izener. Spændingen er ikke % stiv. Opgave: Simuler ovenstående kredsløb: Varier Uin fra til Volt. Det kan fx gøres ved at bruge en VPWL. Mål Uout. Zenerdioden i ORCAD hedder DN75 / EVAL Grafer for Uzener vist for forskellige zenerdioder: Ideelle zenerdioder ville have en lodret graf!! Ret beset burde graferne være tegnet i 3. kvadrant. Og i. kvadrant ville være almindelig diode-graf. U Zener [Volt] Her en skitse, der tydelig viser anvendelsen af zenerdioder. Ved hvilke spændinger vil lysdioderne lyse?? Kilde: Side 9 af 55

20 3/-8 Variabel Zenerdiode: Kilde her: Transistor-regulering. Denne kobling er bedre. Q Her er det en transistor, der får en konstant basisspænding. Uout kan ikke blive større end Ubasis minus,7 Volt. Uin R Uout Zdiode Stel Stel Transistorens basis holdes på en bestemt spænding. Hvis Uout falder, fx pga. øget belastningsstrøm, leder basis-emitterstrækningen mere, og der fyldes efter med ladninger fra Collektor. Transistoren er koblet som emitterfølger. Uout = Uzener minus,7 Volt. D3 Q Eks: Uout = 5,,7 = 4,4 Volt. Uin Peak = 6 Volt RMS = 8,5 Volt peak. Der bruges enkeltensretning. Uin u C Dzener R Uout 5. Stel Stel Efter dioden er der : 8,5,7 = 7,8 Volt. Hvis Ilast trækker Uzener ned under 5, Volt, kan Zenerdioden ikke holde Ubasis konstant!! Max ripple = 7,8 5, =,7 Volt. U Ripple U R Peak Belastning T C RBelastn. U U Peak Ripple T C Side af 55

21 3/-8 Belastningsmodstanden skal altså være større end R Last 7,8, I max = 5,,7 76mA 58 Variabel udgangsspænding: Q Dette kredsløb muliggør en variabel udgangsspænding. Vha. potmeteret kan Ubasis justeres!! R Uout Zener 5. Stel Q Q R Uout Skal der bruges større udgangsstrøm kunne dette kredsløb bruges: Her er det en mindre transistor, der leverer basisstrøm til en effekttransistor. Zener 5. R4 Stel En effekttransistor, fx N355 kræver en forholdsvis stor basisstrøm. Den har måske kun en forstærkning på omkring 5!! FeedBack, Lukket sløjfe, Regulator. I de ovenstående eksempler er der ingen feedback. Dvs. at hvis der belastes kraftigt, - dvs. med en stor strøm vil Uout falde lidt. R7 Q R5 Uout Måles imidlertid på udgangsspændingen som fx med denne kobling, kan der opnås en mere stabil udgangsspænding. Zener Q R6 Kredsløb har feedback: Dvs. at hvis Uout falder, leder Q mindre, og stjæler mindre strøm fra Q. Uref Stel Opgave: Simuler ovenstående kredsløb. Sæt fx Uin til Volt. Uout kan så belastes med en strøm. Fx en IPWL. Det, der er interessant, er, hvor god og stabil en spænding, kredsløbet kan levere. Side af 55

22 3/-8 = K, R7 = 6,8K, R5 = 4,7K, R6 = K. Zenerdioden er en DN75. Ovenstående kredsløb igen, men nu med strømbegrænsning tilføjet. Hvis strømmen gennem R8 bliver for stor, vil spændingsfaldet over R8 komme op på,7 Volt. Dette er nok til at Q3 leder, og den vil så stjæle basis-strøm fra Q. Herved begrænses udgangsstrømmen. Der bør sættes en basismodstand foran Q3. VCC Q3 R8 k R7 Zenerdiode Q Q R5 R6 Uout Evt. kan der sættes en potmeter over R8, og føre midtersignalet til basis på Q3. Herved kan strømbegrænsningen gøres variabel. Princip-diagram med stor forstærkning. Udgangsspændingen holdes konstant!! Q U OPAMP - R5 Uout Dette kredsløb viser en Powersupply med en OPAMP som regulator. R5 og R6 kan erstattes af en potmeter! Zener Uref OUT + R6 Kredsløbet kan dog let gå i sving! Men det viser princippet i nogle af de integrerede spændingsregulator-kredse, der findes. Stel Integrerede spændingsregulatorer. Der findes et stort antal IC ere, der er beregnet til powersupply. Fx LM785 eller LM78 fra National. De vil, hvis de får mindst 3 Volt mere på indgangen, levere en konstant spænding på hhv. 5 og Volt på udgangen. De skal have mindst 3 Volt mere ind, end det, de skal levere ud! Diagram: Der skal placeres to induktionsfattige kondensatorer på nf tæt ved kredsen for at hindre evt. selvsving! Tommelfingerregel for dimensionering: u C C3 n LM78xx 3 IN OUT n C4 C5 u Uout Stel I-trafo skal vælges til ~,5 gange Iout max. Side af 55

23 3/-8 Ladelytten vælges til ~ uf pr. Amp. LM78xx familien består af kredse, der kan give flere forskellige faste udgangsspændinger. xx kan fx være: 5, 6, 8, 9,,, 5, 8, 4, hvor tallet angiver udgangsspændingen. 785 kan levere op til Amp. Men man må være opmærksom på effektafsætningen i den. P = (U In U Out ) I En udgave af regulatorerne, der hedder 78Lxx kan kun håndtere ma. L står for Lowpower!! Regulatorerne skal have mindst ca. 3 volt at arbejde med. Dvs. at Delta Uregulator ~ 3 Volt. Dvs. at spændingen før regulatoren ikke må falde til lavere spænding end Uout plus 3 Volt i bunden af rippelspændingen!! Eksempel: For ovenstående kredsløb koblet på 4 brokoblede dioder, og en transformator uden midterudtag findes: Eks: Iout =,5 A, Uout = Volt. Trafo U AC RMS U out U Re gulator U Ripple U diode U ripple U R out Belastn T C C,5 3 Som tommelfingerregel skal C være uf pr Amp, altså vælges her uf. Herefter kan ripplen udregnes til 5 Volt. Trafoens udgangsspænding skal altså mindst være ca. Utrafo 3 5,4 5 V Altså skal vælges en 5 Volts trafo, og den skal kunne levere,5 A gange,5 =,75 Ampere uden at blive for varm. Ladelytten skal kunne holde til en spænding på % = 7 Volt. Altså vælges mindst en 35 Volt kondensator. Side 3 af 55

24 3/-8 Opgave: Undersøg databladet for LM78 Orcad Simulering: Opbyg dette kredsløb. V4 Uin V til 5 V Pspice/opamp U UC785C IN OUT GND 3 V R6 k 5V V 5V V s.s.s.3s.4s.5s.6s.7s.8s.9s.s V(UIN) V(R6:) Time LM37 Kredsen LM37 er et alternativ til LM78xx. Den er beregnet som en variabel spændingsregulator. Et kredsløb kan se ud som følgende: LM37 VCC C u C n R VIN ADJ VOUT 3 4 n C3 Uout C4 u 4k7 Side 4 af 55

25 3/-8 LM37 giver en udgangsspændingen, der er,5 Volt højere end dens Uadjust. Det giver følgende ligninger: I R Uout R og I,5 Sættes de to strømme lig hinanden, og der løses for Uout, fås følgende formel: U out R,5 Opgave: Kontroller ligningerne, og kontroller reduktionen af dem Kondensatorerne på nf er obligatoriske for at undgå, at regulatoren går i selvsving. Simuler Passer beregningen af Uout?? V4 Uin V til 5 V Pspice/opamp U LM37K 3 IN OUT ADJ R8 R7 k V R6 k Dette kredsløb er taget fra datablad: Bemærk de obligatoriske kondensatorer tæt ved regulatoren. Det er obligatorisk med afkoblingskondensatorer tæt ved IC-en for at forhindre selvsving. Pinlayout: Se applikations på: Side 5 af 55

26 3/-8 Powersupply eksempel. Følgende er et kredsløbseksempel på en powersupply. Hvis der justeres for højt op på Uout, går T ON, og giver større indgangsspænding til regulatoren LM37. Justeres så ned igen, ville der blive for stor et spændingsfald over IC, som derfor ville blive varm, og derfor skal den ved lave udgangsspændinger helst ikke have så stor indgangsspænding. Analyser kredsløbet: Soft Start Regulator Dette kredsløb er en Soft Start regulator VCC U VIN LM37 VOUT 3 Uout Det tager noget tid inden C bliver ladet op gennem R og R3. Dvs. Q s basis holdes lav i starten, og den stiger langsomt. Dermed holdes også Adjust på LM37 lav i starten, hvorfor out også stiger langsomt! C n ADJ k7 Q BC557 R 47 R3 5K6 D C Er switch-on-tiden for langsom, kan C gøres mindre! uf 5 V Opgave: Opbyg ovenstående på Fumlebrædt. ( Og simuler med ORCAD). Lav Journal. Side 6 af 55

27 3/-8 Hvordan kan man lave soft dæmpning?? Boostning af en 78xx VCC uf Q 3,3 Ohm C C uf MJ955 U 3 VIN VOUT 78XX C4 n C3 n Uout Skal der leveres større strøm end fx LM78 kan klare, dvs. fx Ampere, kan kredsløbet udbygges som følgende med en A kraft-transistor til at hjælpe. Når der trækkes så meget strøm på Uout, at spændingsfaldet over når op på,7 Volt, begynder Q at lede, og leverer så resten af strømmen. Det sker,7 ved en strøm på I ma 3,3 Boostning af 78 med parallelle kredse! I dette kredsløb er der brugt to 78 spændingsgeneratorer. De er koblet i parallel for at der kan trækkes mere end A fra det samlede kredsløb. Hver 78 kan iflg. datablad kun levere A. >= 5 V 78 78,93 V,5 V I,47 Ohm R I,47 Ohm I I I =,5 A Rlast Desværre kan man ikke regne med, at 78xx er % ens. Fx kunne man forestille sig, at den ene giver,93 V og den anden,5 Volt på udgangen. Kobles de bare i parallel, vil den, der leverer den laveste spænding - tro, at udgangsspændingen er for høj, og vil derfor ikke levere noget. For at undgå, at den ene ingen strøm leverer, og den anden for meget, monteres en lille seriemodstand i hver udgang. Kredsløbet ser ud som ovenfor: Side 7 af 55

28 3/-8 I =,5 A På diagramform ser det således ud: R I det følgende beregnes på, hvor stor strøm, de enkelte generatorer leverer.,93 Vdc V,47 Ohm,47 Ohm V,5 Vdc Omformes diagrammet til Nortonækvivalenter, fås: IN,93/,47 RN,47 Ohm IN,5/,47 RN,47 Ohm Disse samles til følgende : IN (,93 +,5 ) /,47 RN,47 / Ohm Rth I =,5 A og omformes igen til Thevenin Uth,47 / Ohm,99 Volt Uth findes som ((,93 +,5 ) /,47 ) * (,47/ ) Spændingsfaldet over Rth kan nu findes: Delta U = I * R, =,5 *,35 =,355. Dvs.,99,355 =,6375 Volt. Udgangsspændingen er nu kendt i det oprindelige kredsløb, og det er til at finde de forskellige strømme: Side 8 af 55

29 3/-8 78,93 V I,47 Ohm I I =,5 A >= 5 V 78,5 V R I I,6375 V Rlast,47 Ohm I findes som (,93,6375 ) /,47 =,63 Amp, og I som (,5,6375 ) /,47 =,8776 Amp. Tilsammen leverer de to generatorer,5 A! Simuleres ovenstående kredsløb i ORCAD, og der beregnes Bias-spændinger findes følgende :: mA.93V V.93Vdc 6.3mA V R mA.5V.5Vdc 877.7mA.64V.5Adc I.5A V Opgave: Beregn ved hjælp af Thevenin og Norton omformninger 3 stk parallelforbundne LM78. De giver hhv.,98 V,,99 V og,3 V. Hver serieforbindes med en,33 ohm i udgangen. Strømforbruget er A. Hvad leverer hver generator?? Kontrolsimuler med Orcad. Diverse kredsløb: Modulation af udgangsspænding: Side 9 af 55

30 3/-8 Uout falder, hvis lysintensiteten stiger. Uout stiger ved stigende lysintensitet- Remote shutdown. Boostning med kortslutningssikring. Typisk +/- regulator kredsløb. Boostning af negativ regulator. 5 Volt med 5 Ampere strømbegrænsning. Side 3 af 55

31 3/-8 V Out = R 4 R Low Voltage Drop Regulatorer, kaldet LDO. ( low Drop Output ) Den normale LM78xx kræver ca. 3 volt højere spænding på input + evt. ripple, end udgangsspændingen for at kunne regulere. Men der findes også typer med lavere spændingstab. Her et par eksempler på princip-opbygning: 3 Volt drop, til,5 Volt Drop,3 til,6 Volt drop Kilde: Og flere eksempler: Side 3 af 55

32 3/-8 Ud over disse findes efterhånden også udgaver, der arbejder efter Switch Mode-princippet. Herom senere! TS94 Dropout voltage Output current up to A Blybatteri-lader med LM37. Næste kredsløb kan bruges som lader til bly-accumulatorer. Accumulatorer må ikke lades blot ved at påtrykke en spænding, for så kunne ladestrømmen blive for stor og ødelægge batteriet. Man skal styre både på spændingen og den maksimale ladestrøm. Udgangs-spændingen stilles på R5, og den maksimale ladestrøm styres af R. Side 3 af 55

33 3/-8 Blyakkumulatorer oplades til mellem,7 og,45 Volt per celle. Spændingen er afhængig af omgivelses-temperaturen. Op til 4 V, A Ucc C C U LM37 IN OUT ADJ 3 C3 n R3 Uout Strømmen må max være en tiendedel af mærkestrømmen, forstået på den måde, at en 7, Ah akku kan lades med max,7 [A]. Lades med,7 Volt pr celle, kan der lades uendeligt!! uf 4 V n BC4- Q Ohm R,56 Ohm R4 47 R5 Ovenfor er vist en lader for 6 Volt. Ved Volt skal R4 og R5 være ca. -5 ohm. Indgangsspændingen skal være mindst 3 Volt mere end udgangsspændingen. Laderegulator med L Dette kredsløb er opbygget omkring en L. L regulerer både på strøm og spænding. Uout, ben 5, bliver kun,45 Volt højere end den spænding, kredsen måler på ben. Dvs. at bestemmer den maximale strøm, der leveres. UCC uf C C 33 nf In D N448 Feed back Gnd 3 L Out U 5 4 R3 R 8 Ohm Ohm K uf C3 D N4 R4 47 U out Gnd Ladestrømmen kan beregnes med formlen ligge i intervallet,38 til,5 Volt. Udgangsspændingen, der lades op til, beregnes af: I Out,45.,45 er en typisk værdi, der dog kan R Out U Out R3 R4,77 R Side 33 af 55

34 3/-8 De,77 Volt er en typisk værdi. Værdien kan ligge i området fra,64 til,86 Volt. Kredsen ser således ud Blokdiagram over indmaden i kredsen. For applications se: Efterhånden som akkumulatoren bliver ladet op, falder den strøm, den optager. Er akkumulatoren helt opladet, er ladestrømmen faldet til fx % af Amperetimer-værdien. Dvs. fx % af 7, Ah, altså 7 ma. Den maksimale ladestrøm en blyakkumulator kan tåle at lades med er -3 % af AmpereTimertallet. Er der således tale om en 7, Ah batteri, må max ladestrøm være 7 ma til 6 ma. Afh. af type. Normalt må der lades med / C, hvor C står for kapaciteten 7, Ah, altså 7 ma. L skal have køleplade for ikke at blive for varm. L skal selv have et spændingsfald på mindst -3 Volt over sig, for at kunne regulere. Opgave: Undersøg databladet for L. Find applikationer! Udvid dernæst diagrammet, således, at der ved hjælp af en komparator og lysdioder angives, at ladeforløbet er i gang, eller er færdigt!! Side 34 af 55

35 3/-8 Eksempel på et ladekredsløb fra Elector. Boostning af L Side 35 af 55

36 3/-8 Batterilader fra Volt Bil-lighter stik. Hvis Ubasis/Q bliver større end ca.,6 Volt, stjæles basisstrøm fra Q3. Herved begrænses lade-strømmen til NiCacellerne. BC557B Q 8 D4 LED R k R3 4k7 Q BC547B + Volt Q3 TIP SW SW ROTARY P-5W 5 Strømmene der kan vælges er ca. ma, 6 ma, 3 ma og 4 ma. R4 56 R5 R6 4,7 R7,5 Forklar, hvornår LED, D4, lyser! Volt DN4 D3 Bat_plus Bat_minus Til NiCd Batteri Powersupply med backup: Til nogle kredsløb ønskes ikke afbrydelse af strømmen i tilfælde af net-udfald. Her kan følgende kredsløb bruges! Dette kredsløb kunne også bruges til Volt. Ved hjælp af og R får Q basisstrøm. Dvs. Q trækker strøm fra basis på Q, og Q leder. Der er meget lav spændingsfald fra emitter til collector så Uout svarer næsten til Uin. VCC 5 Volt 5,6k R k R3 k Q BC337 DN4 Q BC37 D C u R4 k Nica celle Uout Forsvinder forsyningsspændingen, lukker Q og dermed også Q. Uout forsynes følgelig fra NiCacellen gennem dioden D. Dette giver dog et lille spændingsfald. Gennem R4 opretholdes fuld ladning på batteriet!! Side 36 af 55

37 I Powersupply Redigeret 3/-8 Der kunne sættes en 785 efter kredsløbet, således at der stadig opretholdes 5 Volt fx til en Microcontroller, hvis forsyningsspændingen forsvinder. Ucc D DN4 Ladelyt uf D DN4 Nica celle C uf 78L5 n Uout Konstantstrømsregulator. VCC C u C n LM37 VIN VOUT ADJ 3, Ohm W Uout Den strøm, der kan trækkes ud af Uout, er bestemt af. LM37 sætter på dens udgang en spænding, der er,5 Volt højere end dens referencespænding på ADJ. Dvs. der ligger,5 Volt over, og det giver her en strøm på,5 I Out Ampere, Det kræver selvfølgelig, at der er tilstrækkelig høj indgangsspænding til at drive strømmen!! Med en anden modstand kan kredsløbet bruges til at oplade NiCa-celler. Opgave! Simuler følgende kredsløb. V4 til 5 V Uin Pspice/opamp U LM37K 3 IN OUT ADJ 4.7 R6 Lader for NiCd / NiMH batterier: Side 37 af 55

38 3/-8 UCC Plus Nica-celler C4 uf 3 LED Lav Strøm! IC VIN VOUT ADJ LM37/CYL 6,8 Ohm D Q BC547 R4 8 Ohm bestemmer ladestrømmen. Kredsløbet kan forsynes fra en net-adapter. Den lader ikke særlig hurtig. Strømmen er kun / af batterikapaciteten. Ladeforløbet tager til 4 timer. Nikkel-Metal Hydrid batterier har ingen memory effekt. En NiMH celle kan tåle ladning med viste kredsløb i timer. ( Kilde: Elektor Electronics, 7-8/ ) Penlight batterier, (AA) har normalt en kapacitet på 5 til 8 mah, så opladning må ikke ske med større strøm end ca. 5 ma. Det benævnes normalt / C, altså en tiendedel af kapaciteten. Lades kun celle, er 4,5 Volt nok. Skal flere celler lades, serieforbindes de, men så skal forsyningsspændingen også forøges. Der skal bruges ca.,5 V pr celle, plus mindst 3 Volt spændingsfald til ladekredsløbet!! R4 regulerer strømmen i lysdioden. Lysdioden skal være Low Current type, hvis R4 er 8 Ohm. Opgave: Beregn R4 for Iled = ma Simpel Batterilader Her en simpel batterilader. Forklar! = R-...5W R = See Diagram C = uf-35v D = N47 D = 3mm. LED Q = BD35 J = DC Input Socket Side 38 af 55

39 3/-8 Strømbegrænset 6 Volt lader. Max strøm indstilles med R3. Når der løber en strøm gennem den, der opbygger,7 Volt, ca. begynder transistoren at lede. Strømmen bliver ca.,6 Amp ved Ohm. Elektronisk shutdown regulator Digitalt programmeret udgangsspænding Når transistoren leder, trækkes Adj. Ned på næsten Volt. Derfor kan udgangen kun komme op på,5 Volt R sætter Max Vout. Forklar kredsløbet! Slow turn on 5 Volt regulator. Side 39 af 55

40 3/-8 Variabel Split-Supply, plus nul - minus supply. Kredsløb for en splitsupply strømforsyning.. Zenerdioderne kan udskiftes med lysdioder. 8 Volt D3 U VIN ADJ LM37 VOUT C k uf P 5K 3 R3 4 Ohm Uout til 5 Volt C3 uf Røde lysdioder har en ret stejl graf for deres gennemgangsspæn -ding på omkring Volt. -8 Volt uf C Zener,,4 V D4 Zener,,4 V R k U ADJ P 5K 3 VIN VOUT 4 Ohm R4 C4 uf Uout, til - 5 V LM337 Vha den negative spænding på P kan udgangsspændingen justeres helt ned til Volt. Uout for P LM37 er U out,5 R3 Zenerdioderne kan evt. erstattes af røde lysdioder, der har et spændingsfald på ca.,6 Volt. De skal vendes med lederetningen nedad! LM337 er modstykket til LM37. Den bruges i den negative del! Regulatorerne skal køles. Side 4 af 55

41 3/-8 Switch Mode Regulator. De nyeste powersupply bruger Switch-Mode princippet. De er langt mere effektive, dvs. mere tabsfri. Fx 9 % effektivitet. Der bliver ikke brugt transistorer til at begrænse ladningsmængderne, der ledes til udgangen. Der er ingen spændingsfald over transistoren, der ganget med strømmen jo giver effektafsætning, og dermed tab i form af varme. Der brændes ikke energi af i fx DeltaUregulator. Alle Switch Mode regulatorer arbejder ud fra princippet, at: Det er ikke muligt, momentant at ændre strømmen i en spole. Opgave: Simuler opladning af spole og den spænding, den afgiver ved afbrydelse af strømmen. Se evt. næste kredsløb: Generatoren er en Vpulse. Den genererer et pulserende signal, der kan defineres med følgende! V er lav spænding, fx Volt V er høj, fx V TD er delaytime fx p TR er Risetime fx u TF er Falltime fx u PW er HØJ-tiden PER er tiden for en hel periode. Vdc V V = V = TD = p TR = u TF = u PW =.5m PER = m k V Vpulse R R3 k Relæ L mh Rspole Q V QN Kredsløbet viser hvad der sker, når en spole afbrydes. Spolen genererer en høj nok spænding, til at strømmen gennem spolen momentant kan fortsætte - lige efter afbrydelsen. Spændingen kan blive så høj, at den kan ødelægge en transistor! I ovenstående kredsløb vil spændingen på Collector på Q bestemmes af strømmen gennem R. Side 4 af 55

42 3/-8 Opgave: Erstat R med en diode, Dn448 Dernæst en diode i serie med en zenerdiode: Forklar! D DN448 D DN448 D DN75 Switch Mode kredse arbejder med en ret høj frekvens, fx 5 KHz. Regulatoren tænder en strøm på OUT. Den lille spole lades op med strøm eller med magnetfelt, hvorefter der slukkes igen. VCC C Feed Back Switch Mode Regulator VIN OUT 4 5 FB ON/OFF LM575 L3 D uh Zener C Uout Strømmen gennem L3 kan ikke momentant ændres, men energien i spolen skal jo aflades! Dvs. strømmen fortsætter efter afbrydelse. Derfor må strømmen blive trukket op gennem D gennem spolen, - og oplade C. Dette gentages fx 5. gange pr sekund. Regulatoren er styret af feed back en fra Uout. Dvs. at hvis Uout er blevet for høj, sendes mindre strøm ud til L3. LM575 har indbygget Termisk Shutdown! dvs. at hvis den bliver for varm, lukker den ned, for ikke at blive overophedet. Eksempel: Switch Mode Princippet er vist i følgende diagram! Det er blokdiagrammet fra en SGS L96 Side 4 af 55

43 3/-8 Trekant Spænding VCC fx. 7,5 til 5 Volt R5 k 5Vdc Uref R4 k U - OUT + OPAMP U9 - OUT + OPAMP R3 k8 C n Q L4 75uH D C uf Uout OP-ampen U måler og forstærker spændingen på Uout. Bliver Uout højere, falder Uout på OPAMP ens udgang. Denne spænding føres til Komparatoren U9 s indgang. Her sammenlignes spændingen med en trekantspænding, med fx 5 KHz. Udgangen tænder eller slukker transistoren Q, der så switcher strømmen ned til spolen. Altså, stiger Uout, falder Uin på komparatorens non inv. indgang. Transistoren er pulsbreddemoduleret.!! Blokdiagram for LM575 Kilde: Switch mode kan bruges til at regulere en spænding ned, op, eller fx fra en positiv spænding til en negativ. Hovedprincipper: Navn Funktion Eksempel Side 43 af 55

44 3/-8 Step down Forward, Buck Ned-transformering af en spænding. fra fx til 5 Volt Step Up Boost Optransformering af en spænding fra fx 5 Volt til Volt Inverting Flyback Invertering af en spænding Fra fx V til Volt. Basic Step down, Buck, switching regulator. Uout < Uin. VCC SW L 75uH Uout SWitch Kontrol D C uf Switchen styres af en Variabel Puls Bredde Oscillator Når switchen er ON, løber en strøm ned mod Uout gennem L. Når switchen afbryder, kommer strømmen op gennem D, gennem spolen og over i kondensatoren C, - indtil energien i spolen er opbrugt. U Out t T on UCC, Uout = Dutycycle * Uin. Opgave: Simuler følgende kredsløb: Brug generatoren Vpulse Side 44 af 55

45 3/-8 Spole Q QN396 L V Vdc V R k mh 33 C u Rlast k V = V = TD = p TR = u TF = u PW =.5m PER =.m V D DN4 Basic Step Up, Boost, switching regulator. Uout > Uin VCC L 75uH D Uout SW C uf SWitch Kontrol Når switchen er ON, stiger magnetfeltet i spolen. Når switchen er off, fortsætter strømmen gennem D og over i kondensator C. Også selvom den skal løbe op ad bakke, dvs. mod en højere spænding. U Out T UCC t, On U I out in D, D står for Dutyfactor Jo kortere ton jo større IL og jo højere UOut. Opgave: Simuler følgende kredsløb: Brug generatoren Vpulse Side 45 af 55

46 3/-8 Spole Vdc V V = L mh V = TD = p TR = u TF = u PW =.5m PER =.m V R k 33 Q D DN4 QN C u V Rlast k Ny: Gaflet kredsløb: Her er der brugt en spændingsstyret switch I stedet for en switchtransistor Basic Inverting, Buck-boost, switching regulator. Uout er negativ. SWitch Kontrol VCC SW D Uout L 75uH C uf Side 46 af 55

47 3/-8 Når switchen er ON, løber strømmen ned gennem spolen, og oplader den med magnetfelt. Når switchen går OFF, kan strømmen ikke blot stoppe, men fortsætter, og slæber ladninger ud af C gennem D. U U out in D D Switchen for alle kredsløb udgøres af transistorer. Opgave Simuler følgende kredsløb: Brug generatoren Vpulse R Q V Vdc QN396 k V V = V = V TD = p mh L TR = u TF = u Spole PW =.5m PER =.m 33 D DN4 C u Rlast k Eksempel på opbygning af et kredsløb med en switch mode regulator. Side 47 af 55

48 3/-8 Et eksempel på opbygning af et selv-oscillerende Switch-mode kredsløb til en hvid LED. Uin ca. 5 til Volt Iled ca. ma Kilde: SW-mode supply til lysdioder. Søg nettet efter 785 switching regulator replacements. Side 48 af 55

49 3/-8 Ladningspumpe: Spændingskonvertering, hvor der anvendes en ladningspumpe. Dette kredsløb giver næsten gange indgangsspændingen på udgangen. Uin D DN4 D DN4 Uout 3 U NAND C u C n k Skal der kunne trækkes noget effekt fra udgangen, skal den strøm, der kan håndteres af Nandgaten være betydelig større. Fx kunne bruges et par transistorer koblet som Push Pull. Opgave: Simuler ovenstående kredsløb med ORCAD. Der skal bruges en generator, der hedder Vpulse. Simuleringskredsløbet er vist herunder: Undersøg for forskellige belastningsmodstande. Prøv med en 47 Ohm. Forklar! C3 u F Vpulse giver en pulserende spænding. V er lav spænding V er høj TD er delaytime TR er Risetime TF er Falltime PW er HØJ-tiden PER er tiden for en hel periode. Vdc V D DN4 V = V = TD = u TR = u TF = u PW = 5u PER = m V D DN4 C u V C u V Belastnings modstand Og næste kredsløb giver ca. 4 gange Uin på udgangen, dog minus 5 diodespændingsfald.! Den strøm, der kan trækkes, er ikke særlig stor. Side 49 af 55

50 3/-8 Uin D DN4 D DN4 D3 DN4 D4 DN4 D5 DN4 Uout 3 U NAND C u C4 u C5 u C6 u C n k 3 U NAND C3 u F Følgende giver ca. samme negative spænding ud, som Uin er positiv! Fælles for ladningspumperne er, at der skal en hurtigløbende oscillator til. Og at der ikke kan trækkes ret meget energi fra udgangen. Kredsløbet kan fx bruges til en negativ Back Plane spænding til visse flydende krystal-displays. Uin 3 C n U NAND k D DN4 C u D7 DN4 C3 u F Uout Negativ Supply direkte fra Nettet. Skal et ikke særligt strømkrævende kredsløb forsynes med strøm, kan det ske direkte fra nettet uden transformator. Man skal dog være fuldstændig klar over, at hele kredsløbet er berøringsfarligt. Selv der, hvor der er angivet. Stikproppen kan jo være vendt i stikket. Dvs. der kan være fase direkte på det, man tror der er nul i ens kredsløb. Kredsløbet vil dog stadig virke!! Princippet bruges fx i udendørs bevægelses-detektorer, i fugtstyrede badeværelsesventilatorer osv. Side 5 af 55

51 3/-8 For at begrænse strømmen fra fasen til elektronikken kan man sætte en modstand i serie. Et kredsløb kunne se ud som dette: Fase D Dioden D leder kun i fasens positive halvdel. begrænser strømmen ned gennem Zenerdioden. Over Zenerdioden vil der være max Volt, og C fungerer som ladningslager, der kan afgive strøm til det tilkoblede kredsløb i fasens negative perioder. K, 3 W D V Uout, Volt C 47 uf, 6 Volt Men der vil være for stor energiafsætning i modstanden. Den vil blive ret varm. Derfor benyttes i stedet en kondensator til at begrænse strømmen. f C Modstanden i en kondensator regnes som Fordi strøm og spænding ikke er i fase i kondensatoren, den er jo 9 grader forskudt, - er energiafsætningen i den nul. Dvs. at den ikke bliver varm!! Dette vises på grafen til højre. Strøm og spænding er forskudt 9 grader. X C Effekten P er lig U gange I. Som det ses, er effekten både positiv og negativ, altså i gennemsnit integreret - lig nul. Derfor afsættes ingen energi i kondensatoren. Side 5 af 55

52 3/-8 Fase Et kredsløb med en kondensator som modstand kunne se således ud : 47 nf 63 V D N45 Ohm, / W C3 R Meg D, N45 D3 V Uout, Volt C4 uf, 6 Volt Kondensatoren C3 s størrelse angiver strømmen, der løber ned gennem zenerdioden og ud til det tilkoblede kredsløbs forbrug. Bliver den for stor, afsættes der meget energi i Zenerdioden. Kredsløbet er berøringsfarlig. Det er ikke nødvendig, at det er fasen, der er monteret, hvor der er angivet Fase. Fase og nul kan være byttet i stikproppen, uden problemer. Men Altså Livsfare!! R s formål er at aflade C3 når man tager kredsløbet fra nettet, så man ikke risikerer at få et rap over fingrene. Opgave: Forklar strømmens vej ved forsyningsspændingens positive og negative halvbølger. Udgangsspændingen i ovenstående kredsløb har lidt ripple. Den er ikke konstant. Fase Ohm, W Dette kan afhjælpes med dette kredsløb: 47 nf 63 V C R 56 K D, N47 78L5 Uout, 5Volt D3 V C uf, 6 Volt C3 n Side 5 af 55

53 3/-8 Fase I dette kredsløb er der anvendt en diodebro, så begge halvperioder af fasen benyttes til at give bidrag til ladningerne i C. 47 nf 63 V Ohm, W C R 56 K D D, N47 78L5 D Uout, 5Volt D3 D4 D3 V C uf, 6 Volt C3 n BROKOBLING Obs, Separat STEL Opgave: Simuler følgende kredsløb: Hvilken spænding kan måles på udgangen? Fase Fase Netspænding VOFF = VAMPL = 3 FREQ = 5 V C 47n R 56k D DN4 D9 D V D5 D6 V D3 D7 C u R3 k D4 D8 4 x DN4 4 x DN75 Kredsløbene der fødes direkte fra nettet kan strømføde alle typer elektroniske kredsløb, blot de ikke er særligt strømkrævende. Fx CMOS-kredsløb, uc-kredsløb mm. Det har ikke betydning, om stikproppen vendes. Side 53 af 55

54 3/-8 3 Volt LED-Lampe: Med dette kredsløb kan man bygge en LEDlampe. C3 leverer strøm til LED ene når powersupply ens spænding er mindre end ca. 45 Volt. (ca. 3 volt pr diode ) R sikrer en mere konstant strøm gennem dioderne. VAC 3 V VAC Meg C n, 4 V - + D 3 4 BRIDGE R 56 Ohm C3 4u7, 63 V D LED D6 LED 5 x Hvide LED Eksempel på en net-spænding-viser. Side 54 af 55

55 3/-8 Her et eksempel på, at en uc er forsynet direkte fra nettet uden trafo. Men vær opmærksom på berøringsfaren!! Kilde: Side 55 af 55