Kursy • Poradniki • Inspirujące DIY • Forum
Po raz pierwszy w kursie elektroniki odchodzimy od podstawowych elementów elektronicznych, by zająć się bardziej złożonymi układami.
Istnieje ogrom układów scalonych, a każdy z nich ma inne przeznaczenie. W tym artykule zostaną opisane scalone stabilizatory napięcia.
Z dużym prawdopodobieństwem, gdy przeczytałeś, że w tej części nareszcie zajmiemy się układami scalonymi, pomyślałeś o elemencie podobnym do poniższego. To jest akurat popularny układ NE555, który opisujemy podczas II poziomu kursu elektroniki.
Przykładowy układ scalony: NE555
Łatwo jednak zapomnieć, że układy scalone mogą wyglądać inaczej. Nie muszą być czarnymi bloczkami z symetrycznie ułożonymi wyprowadzeniami. Układem scalonym nazywamy najczęściej dużą liczbę elementów biernych oraz czynnych, które są połączone w odpowiedni sposób i wykonują konkretne zadanie. Układ zbudowany z wielu elementów zamykany jest w małej obudowie, która pozwala na budowanie większych urządzeń z takich poręcznych „elektronicznych klocków”.
W tej części zajmiemy się stosunkowo prostymi układami scalonymi, czyli stabilizatorami napięcia. Do pracy potrzebują one najczęściej tylko trzech wyprowadzeń. Dlatego zamknięte zostały w obudowach innych od tych, które są przeważnie kojarzone z układami scalonymi.
Komplet elementów Gwarancja pomocy Wysyłka w 24h
Chcesz zrozumieć elektronikę? Zamów zestaw elementów do wykonania wszystkich ćwiczeń z kursu i przejdź do praktyki!
Zamów w Botland.com.pl »Taniej w pakiecie: Mistrz Elektroniki • Mistrz Majsterkowania
Jak sama nazwa wskazuje, chodzi o uzyskanie stabilnego napięcia stałego. Takiego, którego wartość nie zmienia się – niezależnie od temperatury, czasu, pobieranego prądu, umiejscowienia urządzenia itd. Zarówno baterie, akumulatory, jak i zasilacze sieciowe dostarczają napięcie, które jest określone tylko w pewnych granicach. Z kolei układy elektroniczne „lubią” pracować w niezmiennych warunkach, a do takich zalicza się stabilne zasilanie.
Prawidłowe zasilanie ogranicza możliwość wystąpienia błędów w działaniu urządzenia. Ponadto stabilizatorów można użyć w celu uzyskania kilku różnych napięć z jednego źródła.
Temat stabilnego zasilania pojawił się już na samym początku kursu, gdy była mowa o niechcianym oporze wewnętrznym baterii. Już wtedy wyraźnie było widać, że potrzebne są układy, które dostarczają naprawdę stabilne napięcie – niezależnie od chwilowego obciążenia.
Stabilizatory liniowe to układy, które działają na bardzo prostej zasadzie: na ich wejście podajemy jakieś napięcie ze źródła (np. z baterii), a one udostępniają na swoim wyjściu konkretne, stabilne napięcie, ale niższe od napięcia wejściowego.
Stabilizatory napięcia - skrót wideo »
Różnica między napięciem wejściowym a wyjściowym to tzw. dropout. Każdy stabilizator cechuje się minimalną wartością tego parametru konieczną do prawidłowej pracy (pojedyncze wolty lub setki miliwoltów).
Przykładowe małe układy scalone stabilizujące napięcie
Stabilizatory liniowe są tanie, proste w użyciu i niezawodne. Mają jednak dwie główne wady:
Wzór na traconą moc nie jest skomplikowany i wygląda następująco:
P = (Uwe − Uwy) * I, gdzie:
Każdy kojarzy takie pojęcie jak moc. Informacje na jej temat widzimy na wielu produktach między innymi na żarówkach i odkurzaczach.…... Czytaj dalej »
Moc jest tracona w postaci ciepła nagrzewającego obudowę stabilizatora, dlatego często elementy te mają konstrukcję ułatwiającą przykręcenie do nich radiatora, czyli elementu odprowadzającego ciepło. W rzeczywistości stabilizator pobiera niewielki prąd, potrzebny do działania jego wewnętrznych obwodów, dlatego pobierany prąd jest nieco większy niż oddawany do obciążenia.
Współczesne stabilizatory do pracy potrzebują tak małych prądów, że można je pominąć.
Przykładowy stabilizator jest dołączony do naszego zestawu i nosi oznaczenie 7805. Na obudowie mogą występować różne prefiksy (np. LM lub KA) albo sufiksy, ale zasadniczy jest rdzeń. Należy on do całej rodziny stabilizatorów 78xx, gdzie dwie ostatnie cyfry oznaczają ustaloną wartość napięcia. Tutaj 05 należy interpretować jako 5 V.
Opisywany stabilizator cechuje się następującymi właściwościami:
Równie popularna jest seria 78Lxx, która ma prąd wyjściowy ograniczony do 100 mA. Oferowana jest w mniejszych obudowach, bez możliwości dołączenia dodatkowego chłodzenia.
Sprawdźmy, czy ten układ faktycznie potrafi stabilizować napięcie. W tym celu wykorzystamy poniższy układ. Jak widać, jest on bardzo prosty: stabilizator, dwa kondensatory 100 nF, bateria 9 V oraz multimetr ustawiony jako woltomierz (diody zostawiamy na później).
Schemat ideowy układu ze stabilizatorem
Wszystkie niezbędne elementy potrzebne do stabilizacji znajdują się wewnątrz małej obudowy z trzema wyprowadzeniami. Między zacisk wejścia (IN) a masę (GND) włącza się zasilanie, a obciążenie (zasilany układ) między zacisk wyjściowy (OUT) i masę.
Wyprowadzenia stabilizatora LM7805
Kondensatory są konieczne z dwóch powodów. Po pierwsze umożliwiają prawidłową pracę tego układu, ponieważ ich obecność jest wymagana przez producenta. Po drugie służą filtracji ewentualnych zakłóceń. Ich wartości (przynajmniej przy takim projekcie) nie są jednak krytyczne. Dla przypomnienia: więcej informacji o kondensatorach znaleźć można w czwartej części kursu elektroniki.
Komplet elementów Gwarancja pomocy Wysyłka w 24h
Chcesz zrozumieć elektronikę? Zamów zestaw elementów do wykonania wszystkich ćwiczeń z kursu i przejdź do praktyki!
Zamów w Botland.com.pl »Taniej w pakiecie: Mistrz Elektroniki • Mistrz Majsterkowania
Zmontowany na płytce stykowej układ wygląda tak jak na poniższym zdjęciu. Nie dodawaj na razie diod i rezystorów (zajmiemy się nimi później). Teraz zależy nam jedynie na zmierzeniu napięcia, które pojawi się na wyjściu nieobciążonego stabilizatora.
Odwrotne podłączenie zasilania może uszkodzić stabilizator! Sprawdź na wcześniejszej grafice, gdzie dokładnie znajduje się wejście i wyjście.
Minimalny dropout tego układu to 2 V, czyli na jego wejście należy podać minimum 5 V + 2 V = 7 V. Do zestawu dołączona jest bateria 9 V, zatem nada się do tego idealnie. Po podłączeniu układu możemy odczytać informacje z miernika:
Napięcie zmierzone woltomierzem powinno być zbliżone do 5 V. Teraz zobaczmy, jak zachowuje się napięcie wyjściowe po dodaniu obciążenia. Użyjemy dwóch diod wraz z rezystorami ograniczającymi prąd. Kolor świecenia jest nieistotny – chodzi tylko o to, aby pobierać z wyjścia prąd.
W tym celu należy rozbudować układ na płytce stykowej tak, jak wskazywał schemat:
Sprawdźmy, jak bardzo zmieniło się napięcie wyjściowe:
Pomiar napięcia na obciążonym wyjściu LM7805
W testowanym przypadku napięcie nie drgnęło nawet o 0,01 V, a przecież pobierany z wyjścia prąd wzrósł od (prawie) zera do około 20 mA. Pamiętasz, jaki efekt był opisany w części trzeciej kursu? Opór wewnętrzny źródła zasilającego powodował zmianę napięcia. Tutaj zmiana nie występuje, stąd można wysnuć ważny wniosek:
Stabilizatory można traktować (niemal) jak idealne źródło napięciowe (ze znikomo małą rezystancją wewnętrzną). Dzieje się tak, gdyż zawarty w strukturze układ regulacyjny porównuje aktualne napięcie na wyjściu z napięciem referencyjnym i koryguje napięcie wyjściowe.
Napięcie 5 V jest bardzo popularne w technice cyfrowej, dlatego warto znać ten niedrogi i pożyteczny układ. To właśnie takim napięciem będziesz zasilał większość swoich przyszłych projektów (np. tych, które działają z Arduino).
Na początku artykułu napisane było, że układy scalone są przydatnymi „klockami” w małej obudowie. Poniżej, w ramach ciekawostki, widoczny jest schemat wnętrza stabilizatora 7805 – jest to wycinek jego noty katalogowej. Czy poznajesz już wszystkie elementy?
Wnętrze stabilizatora 7805 z noty katalogowej
Spokojnie... nie będziemy zajmować się analizą działania tego układu – możemy się cieszyć, że ktoś inny zrobił to za nas! Oczywiście tranzystory i rezystory znajdujące się wewnątrz układów scalonych są znacznie mniejsze od używanych przez nas elementów. Nikt nie „upchnąłby” w małym LM7805 tylu elementów w standardowych obudowach.
Naucz się czytania i analizowania not katalogowych! Sprawdź nasz e-book, w którym omówiliśmy dokumentacje 5 popularnych elementów elektronicznych (również tego stabilizatora). Jeśli podoba Ci się ten kurs, to ten materiał będzie równie ciekawy. Sprawdź szczegóły »
Mimo takich zalet jak niska cena czy prostota stabilizatory liniowe cieszą się dzisiaj mniejszą popularnością niż kiedyś. Dzieje się tak, ponieważ coraz większą rolę odgrywa redukcja mocy pobieranej przez układ, zwłaszcza przy zasilaniu bateryjnym. Ponadto czasami zachodzi potrzeba wytworzenia napięcia wyższego niż to, które oferuje źródło napięcia zasilania.
Stabilizatorów impulsowych można znaleźć setki, jeśli nie tysiące, lecz bazują one w większości na prostym zjawisku fizycznym: samoindukcji.
Idea wykorzystania samoindukcji jest prosta: jeżeli przez cewkę przepuszczamy prąd, a potem nagle go odłączamy, to wygeneruje ona na swoich zaciskach napięcie. Jeżeli cały układ zostanie skonfigurowany tak, aby generowane napięcie dodawało się do zasilającego, uzyskamy przetwornicę podwyższającą napięcie. Jeżeli napięcie wytwarzane przez odłączaną cewkę będzie się odejmowało od zasilającego, to uzyskamy układ obniżający napięcie. Specjalizowany układ scalony porównuje napięcie wyjściowe z wartością zadaną i odpowiednio steruje przełączaniem cewki.
Przykładowa przetwornica DC/DC
W trakcie tego kursu podstaw elektroniki nie omawiamy dokładniej przetwornic impulsowych – więcej informacji na ten temat znaleźć można podczas wykonywania ćwiczeń z kursu elektroniki, poziom II:
Przetwornice impulsowe to coraz popularniejszy sposób zasilania urządzeń elektronicznych. Jedną z ich zalet jest opcja podnoszenia napięcia.... Czytaj dalej »
Szukając odpowiedniego stabilizatora, można się natknąć na określenia, które dla osób nieobeznanych w temacie są niezrozumiałe. Oto słowniczek najczęściej używanych skrótów:
W tej części kursu poznałeś jeden z wielu typów układów scalonych, do których należą stabilizatory napięcia. Mają one niebagatelne znaczenie w elektronice. Stabilizatory takie w praktyce są np. używane w naszym kursie programowania Arduino oraz w kursie budowy robotów.
Zanim przejdziesz dalej, upewnij się, że rozumiesz działanie stabilizatorów i potrafisz wykorzystać je w praktyce. Wszystkie ćwiczenia wykonasz dzięki elementom, które znajdują się w naszych zestawach. W kolejnej części kursu zajmiemy się przekaźnikami, przy okazji wykorzystamy również stabilizator!
Aktualna wersja kursu: Damian Szymański, ilustracje: Piotr Adamczyk. Pierwsza wersja: Michał Kurzela. Schematy montażowe zostały wykonane przy częściowym wykorzystaniu oprogramowania Fritzing (oraz własnych bibliotek elementów). Zakaz kopiowania treści kursów oraz grafik bez zgody FORBOT.pl
Data ostatniego sprawdzenia lub aktualizacji tego wpisu: 15.11.2024.
7805, kursElektroniki, ldo, stabilizator, stabilizatory
Dołącz do 20 tysięcy osób, które otrzymują powiadomienia o nowych artykułach! Zapisz się, a otrzymasz PDF-y ze ściągami (m.in. na temat mocy, tranzystorów, diod i schematów) oraz listę inspirujących DIY z Arduino i RPi.
Trwa ładowanie komentarzy...