Tema 11 - Surse de alimentare pentru circuite el 11 - Surse de alimentare pentru...fixe (etaloane de

download Tema 11 - Surse de alimentare pentru circuite el 11 - Surse de alimentare pentru...fixe (etaloane de

of 7

  • date post

    30-Aug-2019
  • Category

    Documents

  • view

    7
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Tema 11 - Surse de alimentare pentru circuite el 11 - Surse de alimentare pentru...fixe (etaloane de

  • Msurri n electronic note de curs pentru uzul studenilor

    1/7

    4. Surse de alimentare pentru instrumente i circuite electronice n instrumentele i circuitele electronice sunt necesare tensiuni continue i alternative pentru fixarea unor niveluri fixe ale unor forme de und standard sau polarizarea dispozitivelor electronice integrate pentru ca acestea s poat funciona. Aceste tensiuni sunt furnizate de surse de referin, generatoare de semnale i surse de alimentare. Alimentarea circuitelor electronice (inclusiv a aparatelor electronice de msurare) se poate face din surse independente de curent continuu, cu durata de via limitat, ntre care cele electrochimice sunt proponderente, din surse semi-dependente, precum aa-numitele celule solare sau cele cu conversie termic, ori din surse staionare, conectate la reeaua electric de distribuie casnic sau industrial. Msurile de tensiune aparin acelorai tipuri. n experimentele de laborator, sursele de tensiune electrochimice pentru stabilirea unor niveluri fixe (etaloane de tensiune) au fost folosite pn n al treilea sfert al secolului trecut. Elementul normal Clark, cu tensiunea nominal UClark = 1,434V la 15C, avea structura din fig.1. Polul pozitiv era din mercur (Hg), n contact cu past de sulfat de mercur (Hg2SO4). Polul negativ era din zinc, n contact direct cu soluia de sulfat de zinc (ZnSO4). Tensiunea nominal a elementului normal Clark variaz cu temperatura conform relaiei:

    Uo() = 1,434 - 0,0012 (C - 15) [V].

    Fig.1. Elementul normal Clark

    18 ani mai trziu, elementul normal Clark a fost nlocuit, ca etalon de tensiune, cu elementul normal Weston, cu tensiunea nominal UWeston = 1,019V, aproape independent de temperatur (n domeniul de lucru). Structura elementului normal Weston (fig.2) este aproape identic elementului normal Clark, singura diferen fiind nlocuirea zincului cu cadmiu i a sulfatului de zinc cu sulfatul de cadmiu. Dou vase comunicante etane conin soluie saturat de sulfat de cadmiu i electrozii pozitiv din mercur, respectiv negativ din amalgam de cadmiu, de la care se preiau potenialele cu terminale din platin. Electrodul din mercur este acoperit cu sulfat de mercur (past depolarizant).

    Fig.2. Elementul normal Weston

  • Msurri n electronic note de curs pentru uzul studenilor

    2/7

    Fig.3. Structura intern a elementului normal Weston

    Fig.4. Aspectul extern al elementului normal Weston

    Aceste etaloane de tensiune au dezavantajul instabilitii electrice i mecanice. Suprasarcinile, scurtcircuitarea accidental a bornelor sau chiar simpla rsturnare sau micare brusc le face inutilizabile n msurrile de precizie pe perioade de mai multe ore, pn la restabilirea diluiei i echilibrului electrochimic. Un nlocuitor preios al elementelor normale electrochimice - ca etaloane de tensiune - este etalonul de tensiune cu diode Zenner (fig.5), care aproximeaz tensiunea nominal a elementului normal Weston la a patra cifr semnificativ: U0=1,019V.

    Fig.5. Etalonul de tensiune cu diode Zenner fabricat de IMB

    Etalonul se alimenteaz la reeaua monofazat, incluznd un transformator cobortor, un redresor bialternan cu filtru capacitiv i dou stabilizatoare parametrice cascadate, ultimul debitnd pe un divizor rezistiv cu tensiunea de ieire 1,0190V.

  • Msurri n electronic note de curs pentru uzul studenilor

    3/7

    Fig.6. Schema intern a etalonului de tensiune cu diode Zenner fabricat de INMB

    Coeficientul de variaie cu temperatura a tensiunii de ieire a etalonului are valoarea sub 10-4/C. Avantajul fundamental al etalonului electronic este indestructibilitatea lui prin scurtcircuitarea bornelor. Fiind vorba de un circuit elementar cu diode stabilizatoare, scurtcircuitarea bornelor nu aduce nici un prejudiciu diodelor stabilizatoare, ci nclzete suplimentar rezistoarele de balast R1, R2. Aceste rezistoare sunt dimensionate prudent, supranclzirea lor este nesemnificativ iar pericolul de disfuncionalitate prin scurtcircuit este eliminat.

    Fig.7. Etalon de tensiune cu diode Zenner - aspect interior

    Referinele de tensiune - circuite integrate specializate - sunt etaloane de tensiune folosite n instrumentaia modern. n esen acestea sunt stabilizatoare de tensiune de nalt calitate, cu performane deosebite, destinate nlocuirii elementelor normale de tip electrochimic. Referinele de tensiune se utilizeaz la convertoarele analog-numerice i numeric-analogice, la voltmetrele difereniale, la contoarele de energie electric i termic i la alte instrumente la care mrimile de referin pot fi substituite prin tensiuni echivalente. Referinele de tensiune sunt produse de toi mari productori de circuite integrate analogice (Analog Devices, Texas Instruments, SGS Thomson, Fairchild, etc.). Rolul lor este de a furniza o tensiune continu constant indiferent de variaiile tensiunii de intrare, ale impedanei sarcinii, temperaturii ambiante, presiunii, umiditii, cmpurilor magnetice, de trecerea timpului i de ali factori de mediu. O referin de tensiune integrat are schema echivalent de mai jos.

    Fig.7. Schema intern echivalent a referinei de tensiune integrate AD589

  • Msurri n electronic note de curs pentru uzul studenilor

    4/7

    Utilizarea unei referine de tensiune presupune un circuit simplu, similar stabilizatorului parametric cu dioda Zenner:

    Fig.8. Circuit elementar pentru utilizarea unei referine de tensiune

    Sursele de alimentare pot fi de tensiune constant i de curent constant. Sursele de tensiune ideale pstreaz tensiunea la borne constant indiferent de sarcin, adic au rezisten intern nul i putere infinit. Pentru sursele reale se definete puterea nominal, ca produs ntre valorile curentului mediu i tensiunii medii (VA sau W, n c.c.). Ct timp puterea absorbit de sarcin de la surs se menine n domeniul nominal, cderea de tensiune pe rezistena intern a sursei se menine i ea n limitele admisibile precizate n specificaiile tehnice ale sursei respective. Exemplu: pentru o surs de tensiune constant cu puterea nominal 100VA cderea de tensiune pe rezistena intern nu depete 20mV pentru o sarcin mai mic de 50VA. Sursele de tensiune constant actuale pot fi liniare sau n comutaie. Sursele liniare au structura generic din fig.6 incluznd un transformator cobortor, un redresor, un filtru i un circuit de stabilizare cu tensiune de ieire reglabil, complementat de un circuit de limitare a curentului de ieire (protecie la supracurent, deasemenea reglabil).

    Fig.9. Structura intern a unei surse electronice de tensiune constant stabilizat

    La ieirea filtrului tensiunea are o component continu i una alternativ. Evident, la o surs de alimentare de c.c. intereseaz numai componenta continu, cea alternativ fiind nedorit. Parametrul care caracterizeaz calitatea filtrului de a rejecta componenta alternativ a tensiunii de alimentare se numete factor de ondulaie.

    100~

    ccU

    U= (%)

    Pentru redresoarele monoalternan frecvena componentei alternative este chiar frecvena reelei, iar pentru redresoarele bialternan - dublul frecvenei reelei. Ca urmare, pentru o aceeai valoare a capacitii filtrului, aceeai sarcin i aceeai putere a transformatorului, factorul de ondulaie al redresoarelor bialternan este de 2 ori maimic dect la variantele monoalterna. mbuntirea performanelor nsemn micorarea factorului de ondulaie, care se poate realiza fie prin mrirea capacitii condensatorului de filtrare, fie prin utilizarea unor circuite electronice precum multiplicatorul de capacitate sau stabilizatorul cu amplificator de eroare. Limitarea curentului de ieire este benefic att pentru surs ct i pentru sarcin, evitnd deprecierea sau distrugerea acestora prin efectul termic al curentului de suprasarcin sau de scurtcircuit. O surs de tensiune forat n regim de limitare de curent se comport ca o surs de curent, care limiteaz curentul prin sarcin la o valoare prescris. Acest lucru nseamn c indiferent ct

  • Msurri n electronic note de curs pentru uzul studenilor

    5/7

    scade rezistena sarcinii, sursa va scdea tensiunea de ieire pn la valoarea necesar astfel inct curentul prin sarcin s nu depeasc limita prescris. La limit, nici curentul de scurtcircuit (cu rezistena de sarcin nul) nu depete limta prescris. n principiu, astfel de surse de tensiune constant sunt bine protejate la suprasarcini pe ieire i nu pot fi deteriorate sau distruse prin scurtcircuite, ns pot fi sensibile la supratensiuni pe ieire, datorate autoinduciei sarcinilor inductive n regimuri de comutaie sau n regimurile tranzitorii asociate ntreruperii curentului. Specificaiile cele mai importante ale surselor de tensiune constant sunt: - tensiunea nominal de alimentare i gama de lucru (exp: 220Vca +10%, -15%); - puterea nominal (exp: 100VA); - domeniul tensiunilor i curenilor de ieire (exp: 2 x 0...24Vcc / 0...500mA); - factorul de stabilizare a tensiunii de ieire cu sarcina (exp: 10V/mA); - factorul de stabilizare a tensiunii de ieire cu tensiunea reelei (exp: 10V/V) n gama de lucru. Stabilizatoare liniare cu dispozitiv de control serie Structura generic a unei surse stabilizate de tensiune continu este reprezentat n fig.10.

    Fig.10. Stabilizatorul elementar

    Sursele de tensiune pot fi: - simple, unipolare, cu o singur tensiune de ieire variabil; - duble, unipolare, cu dou tensiuni de ieire independente r