Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΜΕΤΑΓΩΓΙΚΟΙ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΕΣ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

Σχετικά έγγραφα
Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΤΕΣ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΣΧΥΟΣ ΗΜΥ 444

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙO ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ

Ο πυκνωτής είναι μια διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικού φορτίου, επομένως και ηλεκτρικής ενέργειας.

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Το ιδανικό κύκλωμα LC του σχήματος εκτελεί αμείωτες ηλεκτρικές ταλαντώσεις, με περίοδο

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε

ΕΧΕΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΘΕΙ ΑΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΝΑ ΤΥΠΟ ΓΙΑ ΔΙΕΥΚΟΛΥΝΣΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΑΣ ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ ΣΤΗ ΠΡΟΣΠΑΘΕΙΑ ΣΑΣ ΚΙ 2014

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Άσκηση 10 Στοιχεία ηλεκτρονικής τεχνολογίας

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. 3 η ενότητα ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΑΘΗΤΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. ρ. Λάμπρος Μπισδούνης.

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 2η. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

Στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου αποθηκεύεται ενέργεια. Το μαγνητικό πεδίο έχει πυκνότητα ενέργειας.

στη θέση 1. Κάποια χρονική στιγμή μεταφέρουμε το διακόπτη από τη θέση 1 στη

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 4α. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

( ) = ( ) Ηλεκτρική Ισχύς. p t V I t t. cos cos 1 cos cos 2. p t V I t. το στιγμιαίο ρεύμα: όμως: Άρα θα είναι: Επειδή όμως: θα είναι τελικά:

DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ. 3 η ενότητα ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΜΕ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΑΘΗΤΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. ρ. Λάμπρος Μπισδούνης.

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

και συνδέει τον αριθμό των σπειρών του πρωτεύοντος και του

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΟΥ ΑΣΚΗΣΗ 1 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΜΕ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟ (ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΗ) ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ

PWM (Pulse Width Modulation) Διαμόρφωση εύρους παλμών

Το μηδέν και το τετράγωνο.

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

ΘΕΜΑ 1 ο (3 μονάδες):

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου Τα στοιχεία του Πυκνωτή και του Πηνίου

ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ Ι. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : FET (Τρανζίστορ επίδρασης πεδίου)

( ) Στοιχεία που αποθηκεύουν ενέργεια Ψ = N Φ. διαφορικές εξισώσεις. Πηνίο. μαγνητικό πεδίο. του πηνίου (κάθε. ένα πηνίο Ν σπειρών:

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 4β. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ Γ' ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ (ΚΥΚΛΟΥ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) 2007 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΟΜΑ Α Α

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 1η. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Το χρονικό διάστημα μέσα σε μια περίοδο που η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται ισούται με:

Ηλεκτρικές Μηχανές Βιομηχανικοί Αυτοματισμοί. Ημιανορθωτής. Πλήρης ανορθωτής

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΑΡΧΩΝ ΜΑΡΚΟΣ-ΤΖΑΓΚΑΡΑΚΗΣ ΓΙΑΝΝΗΣ-KΥΡΙΑΚΑΚΗΣ ΓΙΩΡΓΟΣ

Ηλεκτρικές Ταλαντώσεις 2ο Σετ Ασκήσεων - Φθινόπωρο 2012

[ i) 34V, 18V, 16V, -16V ii) 240W, - 96W, 144W, iii)14,4j, 96J/s ]

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΙ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ ΣΤΗ ΧΗΜΙΚΗ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ

Διατάξεις εκκίνησης κινητήρων ΣΡ

ΑΣΚΗΣΗ 6 Μέτρηση πραγματικής ηλεκτρικής ισχύος

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. ΘΕΜΑ 1 ο. 1) d 2) a 3) c 4) c. 5) a) Λ, b) Λ, c) Σ, d) Λ, e) Λ. ΘΕΜΑ 2 ο

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟΥΣ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥΣ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2014

ΑΣΚΗΣΗ 1 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΗΣ

2π 10 4 s,,,q=10 6 συν10 4 t,,,i= 10 2 ημ 10 4 t,,,i=± A,,, s,,,

Ένα σύστημα εκτελεί ελεύθερη ταλάντωση όταν διεγερθεί κατάλληλα και αφεθεί στη συνέχεια ελεύθερο να

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Εισαγωγή στη Σχεδίαση Κυκλωμάτων RF

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Προαιρετική εργασία

5 η ενότητα ΑΝΑΤΡΟΦΟΔΟΤΗΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΝΙΣΧΥΤΕΣ

ΘΕΜΑ : ΒΑΣΙΚΕΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΕΣ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ. ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 1περίοδος

Ηλεκτρομαγνητισμός. Αυτεπαγωγή. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Α.3. Στην παρακάτω συνδεσμολογία οι τέσσερις αντιστάσεις R 1, R 2, R 3 και R 4 είναι διαφορετικές μεταξύ τους. Το ρεύμα Ι 3 δίνεται από τη σχέση:

ΛΥΣΕΙΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ «ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΙΙ» ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 23/06/2016 ΜΟΝΟ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΕΠΙ ΠΤΥΧΙΩ ΦΟΙΤΗΤΕΣ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ. Κυκλώστε τη σωστή απάντηση

Φ t Το επαγωγικό ρεύμα έχει τέτοια φορά ώστε το μαγνητικό του πεδίο να αντιτίθεται στην αιτία που το προκαλεί. E= N

3.1 Η δίοδος στο κύκλωμα. Στατική και δυναμική χαρακτηριστική

5. Τροφοδοτικά - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 1. Ανορθωµένη τάση Εξοµαλυµένη τάση Σταθεροποιηµένη τάση. Σχηµατικό διάγραµµα τροφοδοτικού

αυτ = dt dt = dt dt C dt C Ε = = = L du du du du + = = dt dt dt dt

1. Ιδανικό κύκλωμα LC εκτελεί ηλεκτρικές ταλαντώσεις και η χρονική εξίσωση του φορτίου του πυκνωτή

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Τελεστικός ενισχυτής

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΟΜΑ Α Α

Οδηγία: Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις Α1-Α4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΕΠΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟ

Relay Module. Relay. Στο πλαίσιο αυτής της προσπάθειας λοιπόν, ένα relay module είναι σχεδόν σίγουρο πως θα μας χρειαστεί.

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΘΥΡΙΣΤΟΡ 23/5/2017. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

DC-DC ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝ

2012 : (307) : , :

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

Θα τρέξουµε την εξοµοίωση τύπου Transient για συνολικό χρόνο 200 ms. Αν σχεδιάσουµε αρχικά τις τάσεις πάνω στα πηνία L1 και L2, µπορούµε να διαπιστώσο

ΣΤΟΧΟΙ : Ο μαθητής να μπορεί να :

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1η (ΘΕΡΙΝΑ) ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 21/10/12

Ιατρικά Ηλεκτρονικά. Χρήσιμοι Σύνδεσμοι. ΙΑΤΡΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ - ΔΙΑΛΕΞΗ 5γ. Σημειώσεις μαθήματος: E mail:

ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ (ΚΥΚΛΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ) 2011 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ΟΜΑ Α ΠΡΩΤΗ

HΛEKTΡOTEXNIA ΙΙ ΚΑΡΑΓΚΙΑΟΥΡΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ ΤΑΞΗ

HMY 102 Ανασκόπηση της μεταβατικής ανάλυσης Πρωτοτάξια κυκλώματα (RL και RC)

ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΙΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΙΣ

Ανάλυση Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 4

(μονάδες 5) A1.2 Κύκλωμα RLC σε σειρά τροφοδοτείται από εναλλασσόμενη τάση V=V 0 ημ ωt + και διαρρέεται. +. Τότε:

ΓΡΑΠΤΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΜΑΪΟΥ/ΙΟΥΝΙΟΥ 2014

Ηλεκτρονικά Ισχύος II

Εναλλασσόμενο ρεύμα και ταλάντωση.

α) = β) Α 1 = γ) δ) Μονάδες 5

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6. Σχ.6.1. Απλή συνδεσµολογία καθρέπτη ρεύµατος.

Transcript:

Ιατρικά Ηλεκτρονικά Δρ. Π. Ασβεστάς Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Τ.Ε Χρήσιμοι Σύνδεσμοι Σημειώσεις μαθήματος: http://medisp.bme.teiath.gr/eclass/courses/tio127/ E mail: pasv@teiath.gr 2 1

Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Οι γραμμικοί σταθεροποιητές έχουν το σοβαρό μειονέκτημα ότι παρουσιάζουν χαμηλό συντελεστή απόδοσης ισχύος, με συνέπεια ένα μεγάλο ποσοστό της ισχύος εισόδου να μετατρέπεται σε θερμότητα στο στοιχείο. Το φαινόμενο αυτό γίνεται πιο έντονο, όταν υπάρχει μεγάλη διαφορά ανάμεσα στην τάση εισόδου και στην τάση εξόδου. Οι μεταγωγικοί σταθεροποιητές (switching regulators) έχουν καλύτερη απόδοση ισχύος από τους γραμμικούς σταθεροποιητές. Ο συντελεστής απόδοσης ισχύος φθάνει ή και ξεπερνάει το 90%. 3 Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Η λειτουργία των μεταγωγικών σταθεροποιητών σε γενικές γραμμέςέχειωςεξής: Ένα τρανζίστορ που λειτουργεί ως ς ανοιγοκλείνει περιοδικά με συχνότητα 10 khz ή μεγαλύτερη. Όταν το τρανζίστορ άγει (ς κλειστός), η τάση εισόδου συνδέεται σε ένα πηνίο. Το ρεύμα στο πηνίο αυξάνει γραμμικά με αποτέλεσμα να αυξάνει και η ενέργεια που αποθηκεύεται σε αυτό. Όταν το τρανζίστορ παύει να άγει (ς ανοικτός), το πηνίο αποσυνδέεται από την τάση εισόδου και η αποθηκευμένη ενέργεια σε αυτό αποδίδεται σε έναν πυκνωτή, ο οποίος εξομαλύνει την τάση εξόδου. 4 2

Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Το ποσοστό του χρόνου που το τρανζίστορ άγει σε μία περίοδο καθορίζει την τιμή της τάσης εξόδου. Για να σταθεροποιηθεί η τάση εξόδου σε μία συγκεκριμένη τιμή, η τιμή της συγκρίνεται κάθε φορά με την επιθυμητή τιμή. Εάν υπάρχει διαφοροποίηση ανάμεσα στην πραγματική και στην επιθυμητή τιμή της τάσης εξόδου, τότε είτε μεταβάλλεται η συχνότητα με την οποία άγει το τρανζίστορ, ή προσαρμόζεται ανάλογα ο χρόνος κατά τον οποίο άγει το τρανζίστορ σε μία περίοδο ώστε να εξαλειφθεί η διαφορά. 5 Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Οι μεταγωγικοί σταθεροποιητές μπορούν να λειτουργήσουν με τρεις τρόπους: Υποβιβασμός τάσης (step down (buck) converter): η τάση εξόδου είναι μικρότερη από την τάση εισόδου. Ανύψωση τάσης (step up (boost) converter): η τάση εξόδου είναι μεγαλύτερη από την τάση εισόδου. Αντιστροφή τάσης (inverting converter): η τάση εξόδου έχει αντίθετη πολικότητα από την τάση εισόδου και μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη (κατ απόλυτη τιμή) από αυτή. 6 3

Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Οι μεταγωγικοί σταθεροποιητές παρουσιάζουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: Μεγαλύτερη απόδοση ισχύος: το τρανζίστορ δεν άγει συνεχώς όπως συμβαίνει στους γραμμικούς σταθεροποιητές, αλλά περιοδικά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα λιγότερη ισχύς να χάνεται στο τρανζίστορ ως θερμότητα. Επιτυγχάνεται ανύψωση τάσης: μπορούμε να τροφοδοτήσουμε ένακύκλωμαπουλειτουργείμε5vαπόμίαμπαταρία1,5v. Τα τροφοδοτικά που χρησιμοποιούν μεταγωγικούς σταθεροποιητές είναι λιγότερο ογκώδη. Αυτό οφείλεται στο ότι χρησιμοποιούν μετασχηματιστές που λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες (π.χ. 10 khz), οπότε το μέγεθος των μετασχηματιστών αυτών είναι μικρό. Έχουν το μειονέκτημα ότι λόγω της μεταγωγικής φύσης τους παρουσιάζουν κυματισμό στην έξοδο. 7 Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Σύγκριση τροφοδοτικών Τροφοδοτικό με γραμμικό σταθεροποιητή Τροφοδοτικό με μεταγωγικό σταθεροποιητή 8 Πηγή: P. Horowitz and W. Hill, The Art of Electronics, 3 rd Edition, Cambridge University Press, New York, 2015. 4

Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Πηνίο Καθώς οι μεταγωγικοί σταθεροποιητές χρησιμοποιούν πηνία, είναι χρήσιμο να γίνει μία σύντομη ανασκόπηση των βασικών ιδιοτήτων τους. Το ρεύμα ( ) και η τάση ( ) στα άκρα ενός πηνίου με συντελεστή αυτεπαγωγής συνδέονται με την ακόλουθη σχέση: Δηλαδή, η τάση προκύπτει από τη χρονική παράγωγο του ρεύματος. Επομένως, με βάση τις ιδιότητες των παραγώγων: Εάν ένα πηνίο διαρρέεται με σταθερό ρεύμα, η τάση στα άκρα του θα είναι μηδέν. Εάν εφαρμοστεί μία σταθερή τάση στα άκρα ενός πηνίου, το ρεύμα θα αυξάνει γραμμικά με τον χρόνο. 9 Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Πηνίο Ένα πηνίο αποθηκεύει ενέργεια ( ) μετημορφήμαγνητικού πεδίου: 1 2 Μία άλλη βασική ιδιότητα ενός πηνίου είναι ότι αντιστέκεται σε οποιαδήποτε αιφνίδια αλλαγή του ρεύματός του. Συγκεκριμένα, εάν ένα πηνίο διαρρέεται από σταθερό ρεύμα και για κάποιο λόγο το ρεύμα αυτό τείνει να αλλάξει (αυξηθεί ή μειωθεί), τότε το πηνίο θα αλλάξει την τάση στα άκρα του ώστε να αντισταθμίσει την επιχειρούμενη αυτή αλλαγή (νόμος του Lenz). 10 5

Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Πηνίο Γιαναγίνειπιοκατανοητήη τελευταία ιδιότητα, έστω το κύκλωμα που δείχνει η εικόνα. Ο ς είναι ανοιχτός και ρέει ένα σταθερό ρεύμα μέσω του πηνίου και της αντίστασης. 11 Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Πηνίο Έστω ότι ο ς κλείνει, αυτό έχει ως αποτέλεσμα να τείνει να αυξηθεί το ρεύμα, A καθώς πλέον συνδέεται παράλληλα και η. Τη στιγμή που κλείνει ο ς, το πηνίο θα μειώσει την τάση στο σημείο A, προσπαθώντας να διατηρήσει το ρεύμα σταθερό. Με την πάροδο του χρόνου, το ρεύμα και η τάση θα σταθεροποιηθούν στις τελικές τους τιμές. 12 6

Μεταγωγικοί Σταθεροποιητές Πηνίο Έστω ότι ο ς ανοίγει, αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μειωθεί το ρεύμα, καθώς A πλέον υπάρχει μόνο μία αντίσταση. Τη στιγμή που ανοίγει ο ς, το πηνίο θα αυξήσει την τάση στο σημείο A, προσπαθώντας να διατηρήσει το ρεύμα σταθερό. Με την πάροδο του χρόνου, το ρεύμα και η τάση θα σταθεροποιηθούν στις τελικές τους τιμές. 13 Η γενική δομή ενός σταθεροποιητή υποβιβασμού τάσης (buck converter) που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Περιλαμβάνει ένα πηνίο, μία δίοδο Schottky, έναν πυκνωτή και έναν (υλοποιημένο με τρανζίστορ), ο οποίος ελέγχεται από κατάλληλο κύκλωμα με βάση την τιμή της τάσης εξόδου. Ο ς ανοιγοκλείνει με περίοδο. 14 7

Έστω το χρονικό διάστημα (μέσα σε μία περίοδο) που ο ς είναι ανοικτός (δεν διέρχεται ρεύμα από αυτόν) και το χρονικό διάστημα που ο ς είναι κλειστός (ρέει ρεύμα). Προφανώς, ισχύει ότι: Ορίζουμε ως κύκλο εργασίας (duty cycle) ( ) το ποσοστό του χρόνου που ο ς είναι κλειστός: Ισχύει επίσης ότι: 1 15 Έστω ότι ο ς κλείνει για χρονικό διάστημα,τότε: η δίοδος είναι ανάστροφα πολωμένη αναπτύσσεται τάση στα άκρα του πηνίου, η οποία προκαλεί ένα ρεύμα που αυξάνει γραμμικά με τον χρόνο 16 8

Έστω ότι ο ς ανοίγει για χρονικό διάστημα,τότε λόγω του νόμου του Lenz, η τάση στο σημείο Α θα αρχίσει να πέφτει, μέχρι να γίνει αρνητική και να αρχίσει να άγει η δίοδος. Πλέον, υπάρχει ροή ρεύματος μέσω της διόδου Schottky και του πηνίου. A 17 ΑγνοώνταςτηνπτώσητάσηςσταάκρατηςδιόδουSchottky, θα αναπτυχθεί τάση στα άκρα του πηνίου, μειώνοντας το ρεύμα από τη μέγιστη τιμή. Η προηγούμενη διαδικασία επαναλαμβάνεται συνεχώς με περίοδο. A 18 9

Η μέση τάση στα άκρα του πηνίου θα πρέπει να είναι μηδέν, γιατί διαφορετικά το ρεύμα του θα αύξανε συνεχώς (λόγω της σχέσης ). Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το πηνίο έχει τάση στα άκρα του για χρονικό διάστημα και τάση για χρονικό διάστημα. Ημέσητάσηείναι καιπρέπεινα ισούται με μηδέν, δηλαδή: 0 19 Επομένως, επιλέγοντας κατάλληλα τον κύκλο εργασίας, ητάση εξόδου μπορεί να ρυθμιστεί σε οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 0 V και. Η υψηλή απόδοση των σταθεροποιητών αυτών έγκειται στο γεγονός ότι τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται (πηνίο, δίοδος Shottky και τρανζίστορ) έχουν χαμηλή κατανάλωση ισχύος. Ειδικά για το τρανζίστορ (που είναι η μεγάλη πηγή κατανάλωσης ισχύος στους γραμμικούς σταθεροποιητές) ισχύει ότι: Όταν είναι κλειστό (άγει) η τάση στα άκρα του είναι θεωρητικά μηδέν. Όταν είναι ανοικτό (δεν άγει) το ρεύμα που το διαρρέει είναι μηδέν. Επομένως, ανά πάσα χρονική στιγμή η κατανάλωση ισχύος στο τρανζίστορ είναι θεωρητικά μηδενική. Στην πράξη, βέβαια δεν είναι ακριβώς μηδέν, αλλά σίγουρα πολύ μικρότερη σε σχέση με την περίπτωση των γραμμικών σταθεροποιητών. 20 10

Παράδειγμα Έστω ένας μεταγωγικός σταθεροποιητής υποβιβασμού τάσης με τάση εισόδου 9 V. Έστω ότι το τρανζίστορ του σταθεροποιητή ανοιγοκλείνει με συχνότητα 10 khz. 1) Πόσο πρέπει να είναι ο κύκλος εργασίας ώστε η τάση εξόδου να είναι 6 V; 2) Για πόσο χρόνο άγει το τρανζίστορ του σταθεροποιητή; Λύση 1) Είναι 0,66. 2) Καθώς, η συχνότητα είναι 10 khz, η περίοδος θα είναι 100. Άρατοτρανζίστοράγειγια 66. 21 Το κύκλωμα που ελέγχει την κατάσταση του (τρανζίστορ) αποτελείται από: Έναν διαιρέτη τάσης που παράγει ένα τμήμα της τάσης εξόδου. Έναν συγκριτή που συγκρίνει την τάση από τον διαιρέτη με μία σταθερή τάση αναφοράς ( ). Έναν ταλαντωτή που ανάλογα με την έξοδο του συγκριτή παράγει κατάλληλη τετραγωνική κυματομορφή που ανοιγοκλείνει το τρανζίστορ με τον σωστό κύκλο εργασίας. Ταλαντωτής 22 11

Ανύψωση Τάσης Το μεγάλο πλεονέκτημα των μεταγωγικών σταθεροποιητών είναι ότι μπορούν να παράγουν τάση εξόδου μεγαλύτερη από την τάση εισόδου ( ). Ένας σταθεροποιητής ανύψωσης τάσης (boost converter) περιλαμβάνει πάλι ένα πηνίο, μία δίοδο Schottky, έναν πυκνωτή και έναν (υλοποιημένο με τρανζίστορ), ο οποίος ανοιγοκλείνει με περίοδο. 23 Ανύψωση Τάσης Η ανάλυση είναι παρόμοια με πριν. Έστω ότι ο ς κλείνει για χρονικό διάστημα,τότεθααναπτυχθείτάση σταάκρατουπηνίουπροκαλώνταςγραμμικήαύξησητου ρεύματος του πηνίου. Το ρεύμα ρέει από την πηγή τάσης, στο πηνίο και καταλήγει στηγηαναφοράς. 24 12

Ανύψωση Τάσης Έστω ότι ο ς ανοίγει για χρονικό διάστημα,τότε λόγω του νόμου του Lenz, η τάση στο σημείο Β θα αρχίσει να αυξάνει, μέχρι να αρχίσει να άγει η δίοδος. ΑγνοώνταςτηνπτώσητάσηςσταάκρατηςδιόδουSchottky, θα αναπτυχθεί τάση στα άκρα του πηνίου και το ρεύμα αρχίσει να μειώνεται. Η ροή του ρεύματος είναι από την πηγή τάσης, στο πηνίο, στη δίοδο, στον πυκνωτή και καταλήγει στη γη αναφοράς. Β 25 Ανύψωση Τάσης Μετοίδιοεπιχείρημαμεπριν,δηλαδήότιημέσητάσηστα άκρα του πηνίου θα πρέπει να είναι μηδέν, γιατί διαφορετικά το ρεύμα του θα αύξανε συνεχώς, προκύπτει ότι: 0 1 26 13

Ανύψωση Τάσης Παράδειγμα Πόσο πρέπει να είναι ο κύκλος εργασίας σε ένα boost converter ώστε να παραχθεί τάσης εξόδου 5 V για τάση εισόδου 1,5 V. Λύση Είναι 1 1, 0,7. 27 Αντιστροφή Τάσης Τέλος, η αντιστροφή τάσης μπορεί να επιτευχθεί με το επόμενο κύκλωμα (negative buck boost). Έστω ότι ο ς κλείνει για χρονικό διάστημα,τότε θα αναπτυχθεί τάση στα άκρα του πηνίου προκαλώντας γραμμική αύξηση του ρεύματος του πηνίου. Το ρεύμα ρέει από την πηγή τάσης, τον, το πηνίο και καταλήγει στη γη αναφοράς. 28 14

Αντιστροφή Τάσης Έστω ότι ο ς ανοίγει για χρονικό διάστημα,τότελόγω του νόμου του Lenz, η τάση στο σημείο Γ μειώνεται μέχρι να αρχίσει να άγει η δίοδος. Το ρεύμα ρέει από τον πυκνωτή, στη δίοδο, στο πηνίο και καταλήγει στηγηαναφοράς. Αγνοώντας την πτώση τάσης στα άκρα της διόδου Schottky, θα αναπτυχθεί τάση στα άκρα του πηνίου και το ρεύμα θα αρχίσει να μειώνεται. Γ 29 Αντιστροφή Τάσης Απαιτώντας μηδενική μέση τάση στα άκρα του πηνίου, θα έχουμε ότι: 0 /Τ /Τ Εάν 0,5, τότε η τάση εξόδου θα είναι μεγαλύτερη κατά απόλυτη τιμή από την τάση εισόδου ( ). Εάν 0,5, τότε η τάση εξόδου θα είναι μικρότερη κατά απόλυτη τιμή από την τάση εισόδου ( ). 30 15