Jedná sa o stabilizovaný zdroj s nadprúdovou ochranou využívaný napríklad na napájanie operačných zosilňovačov.

ZOZNAM SÚČIASTOK

R1,R3-680R
R2-1R/5W
C1,C2,C3-2200 µF
C4,C6 -100nF
C5-100µF
L1,L2-1 mH
D1-D4,D7-1N4004
D5,-LED 
D6-LED
T1-BC557

IO1-LM7815
Po1-1A
DPS:(80x76mm)

POPIS ČINNOSTI

Tento zdroj obsahuje usmerňovač, nadprúdový obvod, filter a stabilizátor. Usmerňovač je napájaný z transformátora.

Kedže väčšina elektronických prístrojov je napájaná z domovej elektrickej siete so striedavým napätím 230 V/50 Hz, a na ich prevádzku je potrebné menšie jednosmerné napätie je potrebné najskôr napätie transformovať a následne usmerniť. Na výstupe je síce jednosmerné napätie avšak toto je pulzujúce s frekvenciou 100 hertzov. Takéto napätie je vhodné použiť na napájanie tyristorom ovládaných stmievačov. Z tohto dôvodu zaň zaraďujeme filter. Pre veľmi citlivé zariadenia (napr. zosilňovače) je potrebná ešte i stabilizácia napätia.

TRANSFORMÁTOR

je to netočivý elektrický stroj fungujúci na princípe elektromagnetickej indukcie. Obsahuje primárne a sekundárne vinutie, ktoré môže byť jedno- alebo trojfázové.

Vinutia je umiestnených tak, aby bola medzi nimi čo najväčšia vzájomná magnetická väzba. Kvôli zvýšeniu magnetickej väzby sa takmer vždy používa feromagnetické jadro, a často sú cievky navinuté jedna na druhej na spoločnej kostričke (vtedy sa podľa potreby rieši aj ich vzájomná elektrická izolácia dodatočnou izolačnou vrstvou). Transformátory pripájané na elektrickú rozvodnú sieť majú kvôli bezpečnosti vinutia ešte dodatočne prekryté ďalšou izolačnou vrstvou, prípadne sú zaliate do vhodnej zalievacej hmoty.
Cievka, ktorá je pripojená na zdroj napätia je nazývaná primárne vinutie, ostatné cievky sú nazývané sekundárne vinutie (vinutia). Vinutia majú niekedy vyvedené aj niektoré nekoncové body, ktoré sa nazývajú odbočky.
Analogicky k cievkam, napätie na primárnom/sekundárnom vinutí sa nazýva primárne/sekundárne napätie. Ak primárne napätie je väčšie ako sekundárne, hovorí sa o transformácii nadol, inak o transformácii nahor; pomer medzi primárnym a sekundárnym napätím sa nazýva transformačný pomer - tento závisí najmä od pomeru počtu závitov jednotlivých vinutí.
N1/N2=U1/U2=I2/I1

USMERŇOVAČ:

Existuje mnoho ich druhov. Toto zapojenie obsahuje usmerňovač tzv. Graetzov mostík.

Obsahuje 4 diódy. Je na ňom ubýtok napätia 1,2V(0,6 V pre 1 diodu a súčastne prúd vedú 2 diódy)

Pokiaľ je v bode a kladnejší potenciál ako v bode b , je medzi bodom a a elektrickou zemou napätie u₂ a prúd i_F tečie cez diódu D₁ a záťaž R_Z do elektrickej zemi. Samozrejme, keďže prúd v obvode musí vtekať do druhého uzla skutočného zdroja ( u nás je to transformátor ), musí prúd i_F ešte tiecť cez diódu D₂ do bodu b. Bod b je vďaka otvorenej dióde D₂ spojený s elektrickou zemou výstupného obvodu usmerňovača.
Pokiaľ je v bode b kladnejší potenciál ako v bode a , je medzi bodom b a elektrickou zemou napätie u₂’ a prúd i_F‘ tečie cez diódu D₃ a záťaž R_Z do elektrickej zemi. Podobne aj tu tečie prúd i_F’ ešte cez diódu D₄ do bodu a. Bod a je vďaka otvorenej dióde D₄ spojený s elektrickou zemou výstupného obvodu usmerňovača.
Na záťaži vzniká zodpovedajúce pulzujúce napätie, podobne ako tomu bolo u dvojcestného usmerňovača popísaného vyššie. Maximálna hodnota tohto napätia je len o niečo menšia ako u dvojcestného usmerňovača, pretože sú v činnosti vždy dve diódy v sérii ( teda úbytok napätia na diódach je dvojnásobný ) a aj z tohoto dôvodu má usmerňovač väčší vnútorný odpor.

Za predpokladu rovnakých vlastností diód D₁ až D₄ , môžeme pre maximálne hodnoty prúdov i_F a i_F’ písať :

Za odpor R_f je potrebné dosadiť hodnotu vypočítanú zo vzťahu :

kde R_D je vnútorný odpor diódy.

Strednú hodnotu usmerneného prúdu I₀ vypočítame podobne ako u dvojcestného usmerňovača pri sínusovom sekundárnom napätí zo vzťahu :

Maximálna hodnota usmerneného pulzujúceho napätia u_o pri nekonečne veľkom zaťažovacom odpore R_Z ( usmerňovač naprázdno ) sa rovná maximálnej hodnote napätia na sekundárnom vinutí transformátora U_2max , resp. U’_2max ( pri zanedbaní úbytku napútia na diódach.)
Stredná hodnota usmerneného napätia U₀ pri nekonečne veľkom zaťažovacom odpore R_Z zodpovedá maximálnej veľkosti strednej hodnoty usmerneného napätia naprázdno :

Ak záťažou R_Z prechádza prúd I_o je stredná hodnota usmerneného napätia U₀ daná vzťahom :

ktorý je rovnicou zaťažovacej charakteristiky mostíkového usmerňovača s odporovou záťažou RZ. Má priamkový priebeh.

FILTER:

Filtre v napájacích zdrojoch slúžia na zníženie veľkosti činiteľa zvlnenia na požadovanú úroveň potrebnú pre napájaný obvod."
Účinok filtra posudzujeme podľa veľkosti činiteľa vyhladenia j udávajúceho násobok zmenšenia amplitúdy 1. harmonickej daným filtrom (alebo aj činiteľa zvlnenia, ak úbytok jednosmerného napätia na filtri nie je veľký). Je daný vzťahom :

Ako filter sa môže použiť kondenzátor väčšej kapacity pripojený medzi výstup usmerňovača a zem alebo dolnopásmovú priepusť. Filter je pripojený paralelne k záťaži.
Princíp filtrácie spočíva v dobíjaní filtračného kondenzátora cez usmerňovacie diódy ak je

napätie zdroja väčšie ako napätie na kondenzátore a následnom vybíjaní kondenzátora cez záťaž, ak napätie zdroja poklesne pod napätie kondenzátora.
Čím väčšia je kapacita kondenzátora, tým lepšia je kvalita filtrácie.. Prílišné zväčšenia kapacity však vedie k neúmernému prúdovému namáhaniu diód (zvýšenie špičkového záverného napätia na diode). Preto sa pri vyšších nárokoch na filtráciu používajú dolnopásmové priepuste.

V tomto zapojený je použitá CLC dolnopásmová priepusť druhého rádu(t.j. Obsahuje 2 reakčné prvky: kondenzátor a cievku, na ktorých pri prechode striedavým prúdom vzniká reaktancia) a sú využívané ich vlastnosti prepúštať určitý druh napätia.
Ak na vstup privedieme napätie z usmerňovača- na výstupe je jednosmerné napätie s malým zvlnením závislé od veľkosti indukčnosti L a kapacity C , pretože cievka a druhý kondenzátor pôsobia ako

napäťový delič s deliacim pomerom približne Xl /Xc .Jednosmernú zložku napätia pri

ideálnych bezstratových prvkoch L a C filter prepustí bez útlmu. Lepšie potlačenie

striedavých zložiek napätia sa dosiahne zapojením niekoľkých takýchto článkov za

sebou.-reťazcovým filtrom

STABILIZÁTOR
Stabilizátory napätia sú elektronické obvody, ktoré sa používajú v napájacích zdrojoch napätia a slúžia na minimalizáciu veľkosti zvlnenia jednosmerného napätia a na udržanie jeho konštantnej hodnoty. Rozdeľujeme ich na parametrické ( riadené zo vstupu ) a na spätnoväzobné ( riadené z výstupu ). Parametrické stabilizátory využívajú na stabilizáciu napätia vhodnú VA charakteristiku niektorých elektronických súčiastok ( napr. Zenerovej diódy, usmerňovacej diódy, tlejivky a pod.) Spätnoväzobné sú riešené ako zložitejšie elektronické obvody.

Vlastnosti stabilizátorov posudzujeme podľa základných technických požiadaviek, ktoré sa požadujú od stabilizovaných zdrojov. Tieto požiadavky sa týkajú nasledujúcich prevádzkových vlastností :

Stabilizácia, ktorá posudzuje stabilizátor z hľadiska jeho kvality. Najčastejšie sa posudzuje podľa činiteľa stabilizácie. Ten môže byť :

-Činiteľ stabilizácie K_SUU, ktorý udáva, koľko krát stabilizátor zmenšuje pomerné kolísanie napätia U₂ na výstupe stabilizátora voči pomernému kolísaniu napätia U₁ na jeho vstupe. Udáva sa pri konštantnej výstupnej záťaži R_Z. Teplota okolia má byť tiež konštantná a má mať vzťažnú hodnotu ( udanú technickou normou ). Vzťah pre výpočet jeho hodnoty je nasledovný : [-]

Najčastejšie sa berie zmena vstupného napätia ± 10 %.
-Činiteľ stabilizácie K_SUR, ktorý udáva, koľko krát stabilizátor zmenšuje pomerné kolísanie napätia U₂ na výstupe stabilizátora voči pomernému kolísaniu prúdu I₂ na jeho vstupe. Udáva sa pri konštantnom vstupnom napätí U₁ a teplote okolia, ktorá má vzťažnú hodnotu. Vzťah pre výpočet jeho hodnoty je nasledovný :

[-]

Tento činiteľ stabilizácie charakterizuje odozvu výstupného napätia U₂ na zmeny záťaže R_Z. V praxi sa často volí zmena ± 100 % z kľudového prúdu I₂ odoberaného zo stabilizátora. Prúd sa teda na výstupe stabilizátora mení od 0 ( stabilizátor naprázdno ) po I₂ a od I₂ po 2 × I₂ , ak to samotný zdroj energie dovoľuje.
-Stabilita ( stálosť ) je ďalšia prevádzková vlastnosť stabilizovaného zdroja. Týka sa najmä časovej a teplotnej stálosti napätia na výstupe zdroja.
-Časová stálosť ( drift ) sa udáva absolútnou alebo relatívnou zmenou výstupného napätia U₂ za určité časové obdobie, pri konštantnom vstupnom napätí U₁, konštantnej záťaži R _Z a pri stálej teplote okolia. Časové obdobie, pre tieto účely, sa veľmi často berie dĺžka trvania jednej pracovnej zmeny, t.j. 8 hodín. Moderné stabilizované zdroje majú časovú stálosť lepšiu ako 0,05 % /8 hodín. Vzťah pre výpočet jej hodnoty je nasledovny :

[ % /8 hod ; V, hod ]

U1 = konšt., J = 20 °C, Dt = t1 - t2 = 8 hodín, RZ = konšt.
-Teplotná stálosťsa udáva absolútnou alebo relatívnou zmenou výstupného napätia U₂, ktorá sa vzťahuje na zmenu okolitej teploty J o 1 K ( 1 °C ). Meria a udáva sa pri konštantnom vstupnom napätí U₁ a konštantnej záťaži R_Z. Vzťah pre výpočet jej hodnoty je nasledovny : [ % / K ; V, K ]

-Vnútorný odpor stabilizátora R_Tstu je pomer zmeny výstupného napätia DU₂ na výstupných svorkách stabilizátora ku zmene výstupného prúdu DI₂ pretekajúceho záťažou R_Z pri konštantnom vstupnom napätí U₁.

[W ; V, A]

Stabilizátory napätia musia mať R_Tstu veľmi malý, často niekoľko desiatok mW
Toto sú vymenované len základné vlastnosti stabilizovaných zdrojov. Je veľa ďalších vlastností, ktoré závisia od použitia daného zdroja a od použitej záťaže pripojenej na výstup zdroja. Napr., ak je ku stabilizátoru pripojená dynamická záťaž, ktorá pri svojej činnosti výrazne a veľmi rýchlo mení veľkosť odoberaného prúdu zo stabilizátora ( koncový výkonový zosilňovač ) , potom je žiadúce poznať aj veľkosť výstupnej impedancie stabilizátora v závislosti od frekvencie zmien odoberaného prúdu. Takýchto špecifických vlastností by bolo možné vymenovať omnoho viac.
Toto zapojenie obsahuje ako stabilizátor integrovaný obvod LM 7815. Tento obvod má 3 vývody: kladný pól, záporný pól a GND. Je dostupný s puzdrom TO-220, TO-220FP,
TO-220F, TO-3 a D2PAK. Slúži ako 1 A (amperový) regulátor kladného napätia.
NADPRÚDOVÝ OBVOD:

Nadprúdové obvody fungujú takto. Ak začne pretekať odporom R1 vyšší prúd, zväčší sa na ňom napätie a tým aj napätie na bázi tranzistora T1, ktorý sa pri cca 0,65 V otvorí a LED diódou D5 začne pretekať prúd. Veľkosť prúdu, pri ktorom začne dióda svietiť je daný veľkosťou odporu R3(R4) z Ohmovho zákona I = 0,65 / R3. R3 musí vydržať stratový výkon, a preto sú odpory R3 a R4 dimenzované na 5W. Skrat sa pozná tak, že svieti LED D5 a D7 nesvieti.