SERWIS ELEKTRONIKI

Sprawdzenie toru sprzê¿enia zwrotnego w zasilaczu
ki steruj¹cej to 10 mA, lecz w kierunku ujemnym tylko 50 µA. To
parametry dopuszczalne, tzn. których przekroczenie grozi uszkodzeniem
elementu. Parametry typowe s¹ nastêpuj¹ce.
Pr¹d polaryzacji wyprowadzenia REF to 3.8 µA (wersja „V”
– 2µA). Dewiacja napiêcia REF w zakresie temperatury 0°C
do +70°C = 5mV. Dewiacja napiêcia REF ze zmian¹ napiêcia
anoda-katoda (w szerokim zakresie 10 ÷ 40V) to (typowo) 1mV/
V (max – 2.2mV/V). Wzmocnienie elementu (w otwartej pêtli),
które wi¹¿e siê z tym parametrem to 50 ÷ 60 dB. Odnoœnie
charakterystyki temperaturowej warto dodaæ, i¿ jest ona p³aska
w okolicy 50°C, w „okolicy” tej temperatury zwykle element
ten pracuje. Szereg dalszych parametrów i charakterystyk mo¿na
odnaleŸæ w katalogu. Tutaj zwrócimy uwagê tylko na kilka z
nich. Pr¹d (up³ywnoœæ) obwodu katody (w stanie elementu
wy³¹czonego) to typowo 1nA (max 1µA) przy najmniej korzystnych
warunkach termicznych i maksymalnym napiêciu
katody. Impedancja dynamiczna, zaskakuj¹ca = 0.2 Ω (max =
0.5 Ω). Impedancja ta mierzona jest w warunkach zwartej katody
z bramk¹ i przy pr¹dzie anodowym w zakresie 1 ÷ 100
mA. Aby element „431” wykazywa³ podane wy¿ej wzmocnienie
i impedancjê dynamiczn¹, musi pracowaæ z pr¹dem powy-
¿ej 1mA. Dopiero powy¿ej tej wartoœci (choæ typowo jest to
ju¿ przy pr¹dzie 0.4 mA) punkt pracy wchodzi na bardzo strom¹
czêœæ charakterystyki. Podany parametr impedancji dynamicznej
zachowany jest do czêstotliwoœci ok. 100 kHz, poczym doœæ
stromo wzrasta. Charakterystyka czêstotliwoœciowa, z uwagi
na typowe zastosowanie elementu, jest bardzo wa¿na. Z koniecznoœci
ograniczania objêtoœci prezentowanego materia³u,
zrezygnowano z pe³nych danych. Powiedzmy tylko, i¿ pierwszy
biegun za³amania charakterystyki wzmocnienia pojawia siê
ok. czêstotliwoœci 1 kHz. Charakterystyka opada z nachyleniem
20 dB/dekadê a¿ do ok. 5 MHz, co zapewnia „bezpieczny”
kszta³t charakterystyki fazowej.
Uzupe³nieniem danych odczytanych z katalogu niech bêdzie
najprostsza aplikacja, czyli jako dioda Zenera. Katoda zwarta z
bramk¹ stanowi katodê, drugie wyprowadzenie pozostaje Anod¹.
To element o dwu wyprowadzeniach, precyzyjna dioda Zenera o
napiêciu progowym 2.5V. „Kolano” jest jednak znacznie ostrzejsze
ani¿eli w zwyk³ej zenerce, co wraz ze stabilnoœci¹ Ÿród³a REF
stanowi o wiêkszej precyzji „shunt regulatora” (regulator równoleg³y;
shunt = bocznik), a stromoœæ charakterystyki o ni¿szej
impedancji dynamicznej (na poziomie 0.2 Ω).
Mimo prostoty tej aplikacji, nale¿y nie zapominaæ, i¿ jednak
w odró¿nieniu od zwyk³ej diody Zenera obwód „shunt regulatora”
z „431” mimo wszystko stabilizuje napiêcie w oparciu
o pracê pêtli ujemnego sprzê¿enia zwrotnego. To ona
„wzmacnia” stromoœæ charakterystyki. A wiêc, taki uk³ad mo¿e
siê wzbudziæ, mo¿e byæ niestabilny. Faktycznie, aby zapobiec
oscylacjom wymagany jest równoleg³y kondensator o pojemnoœci
co najmniej 3.3 µF. Rysunek 6 a i b pokazuje pracê „431”
jako dioda Zenera. Powy¿szy opis odwo³uje siê do rysunku 6a,
na rys.6b pokazano aplikacjê o programowanym napiêciu za-
³amania charakterystyki. Elementami „programuj¹cymi” s¹ rezystory
R1 i R2. Napiêcie wyjœciowe ustali siê na poziomie
U REF × (R1+R2)/R2. Aby tak skonstruowane Ÿród³o napiêcia
mia³o nisk¹ impedancjê wyjœciow¹, element „431” musi pracowaæ
z pr¹dem co najmniej 1mA. To musi zapewniaæ rezystor
R. To charakterystyczna „trudnoœæ” wszystkich stabilizatorów
równoleg³ych (wad jest wiêcej, dlatego czêœciej spotykamy sta-
40 SERWIS ELEKTRONIKI 4/2007
bilizatory szeregowe, a zastosowanie równoleg³ych ogranicza
siê do obwodów ma³ych pr¹dów, niskich mocy). Pr¹d rezystora
R musi zapewniaæ odpowiedni¹ „nadwy¿kê” w pe³nym zakresie
napiêcia wejœciowego i pr¹du wyjœciowego. To nie trudno
zapewniæ, lecz mo¿e prowadziæ do nie akceptowalnej mocy
(w „431”) w „drugim skrajnym” zakresie warunków pracy (V IN
= max, I OUT = min). Dodajmy jeszcze, i¿ „431” spolaryzowany
wstecznie zachowuje siê jak zwyk³a dioda, co tym bardziej
usprawiedliwia nazwanie go (sterowan¹) diod¹ Zenera.
a) 2.5V
Vin
U
GND
Vin
U
WE
GND
REF
b) programowane napięcie
2.5V × (R1+R2)/R2
WE
R
R
R1
Rys. 6. „...431” w podstawowej aplikacji - dioda Zenera
(shunt regulator)
Na koniec, garœæ uwag odnoœnie elementów zewnêtrznych
najbardziej typowej aplikacji w torze sprzê¿enia zwrotnego
przetwornicy napiêcia, pokazanej na rysunku 1.
Napiêcie wyjœciowe ustalone jest (jedynie) rezystorami R3
i R4 oraz napiêciem UREF „431”. Niewielk¹ poprawkê (do wzoru
UREF × (R3 + R4)/R4) wnosi pr¹d polaryzacji bramki. Nale-
¿y dodaæ iloczyn IPOL × R3 (a czy R4 niema w tym zakresie
znaczenia?). Przy typowej wartoœci rezystancji na poziomie
10 kΩ, owa poprawka stanowi ok. 40 mV, a wiêc zwykle jest
zaniedbywalna.
Wartoœci rezystorów R1, R2. Jako, ¿e transoptor sterowany
jest pr¹dowo, mog³oby tych oporów nie byæ. R1 stanowi jednak
ograniczenie pr¹du katody „431” oraz ustala punkt pracy
na jego charakterystyce napiêciowo pr¹dowej. Stosowanie R2
wynika z podanego wy¿ej warunku, wymogu minimalnego pr¹du
anodowego (ok. 0.5 mA), aby punkt pracy znalaz³ siê na
wystarczaj¹co stromej czêœci charakterystyki nawet wtedy, gdy
do zera spada pr¹d diody w transoptorze. Jako, ¿e dioda ta ma
zwykle napiêcie progowe na poziomie 1.1V, przez R2 pop³ynie
0.5mA gdy bêdzie to rezystancja 2.2 kΩ. Taki te¿ zwykle
rezystor w tym miejscu znajdziemy. Zakres R1 mieœci siê w
szerokich granicach, zale¿nie od napiêcia zasilania (nie koniecznie
napiêcia objêtego pêtl¹ sprzê¿enia zwrotnego) strony wtórnej
obwodu.
R5 i C1 to lokalna pêtla sprzê¿enia zwrotnego w obrêbie
„431”. Stosowanie tych elementów wp³ywa na zachowanie dynamiczne
ca³ej pêtli feedback-u w zasilaczu, która jest znacznie
bardziej skomplikowana od podanej wy¿ej charakterystyki
czêstotliwoœciowej samego „431”. „Zabieg” ma na celu ustabilizowanie
pêtli z zachowaniem jej „szybkiej” reakcji. Czêsto w
tym miejscu jest sam kondensator. Wnosi on biegun (czêsto
dominuj¹cy) do charakterystyki czêstotliwoœciowej. Jeœli, jest
tak¿e rezystor (R5), wnosi dodatkowe „zero” „wyci¹gaj¹ce”
charakterystykê fazow¹ w zakresie wy¿szych czêstotliwoœci (tj.
czêstotliwoœci bliskich przeciêciu osi „jednoœci” 0dB).
}
K
Iref
A
CL
K
REF A
R2
Vout
U
WY
GND
CL
U
Vout
WY
GND