46 (161)

® Szkota Konstruktorów

Trzecia klasa Szkoły Konstruktorów

Policz 168

Budujemy system zdalnego sterowania podczerwienią, gdzie odbiornikiem będzie układ TSOP1733. Chcemy zrealizować do tego prosty układ pilota - będzie to mikroprocesor sterujący tranzystorem, w którego kolektorze włączona będzie dioda IRED według idei z rysunku A. Będzie to nietypowe sterowanie i dioda IRED będzie zasilana krótkimi paczkami impulsów przebiegu prostokątnego 33kHz o wypełnieniu 50%, trwającymi maksymalne lms, o amplitudzie w najlepszym przypadku około 800mA.

Rys. A

^łt

^cx

LD271

PNP lub NPN

Impulsy prądu o częstotliwści 36kHz wypełnienie 50%

Zasilaniem będą trzy bateryjki AAA (LR03). Mogą to być zwykłe ogniwa cynkowo-węglowe o niedużej wydajności prądowej, a my chcemy, by prąd diody nadawczej był rzędu 800mA. Takie bateryjki nie dadzą tak dużego prądu. Aby zwiększyć wydajność prądową, planujemy włączyć równolegle do baterii kondensator lub zestaw kondensatorów elektrolitycznych. Będzie to dodatkowe źródło zasilania o dużej wydajności prądowej, potrzebnej na czas impulsu prądowego.

W ramach zadania Policz 168 należy

-    narysować schemat obwodu zasilania

-    obliczyć wartość kondensatora wspomagającego Cx.

Rozwiązania powinny być możliwie krótkie. Praca powinna zawierać zwięzły opis przebiegu obliczeń.

Nagrodami będą kity AVT lub książki, a najaktywniejsi uczestnicy są okresowo nagradzani bezpłatnymi prenumeratami EdW lub innego wybranego czasopisma AVT. Wszystkie rozwiązania nadsyłane w terminie 60 dni od ukazania się tego numeru EdW powinny mieć dopisek PoliczlóS (na kopercie, a w tytule maila dodatkowo nazwisko, np.: Połiczl68Jankowski). Z uwagi na specyfikę zadania, bardzo proszę o podawanie swojego wieku oraz miejsca nauki czy pracy. W e-mailach podawajcie też od razu swój adres pocztowy.

Zapraszam do rozwiązania tego zadania zarówno doświadczonych, jak i początkujących elektroników, którzy nie potrafią przeanalizować wszystkich subtelności układu. Można też jeszcze nadsyłać rozwiązania zadania Policzl67 z poprzedniego miesiąca.

Rozwiązanie zadania Policz 163

W EdW 9/2009 przedstawione było zadanie Policz 163, które brzmiało: W układzie potrzebne jest napięcie stabilizowane 12V Maksymalny pobór prądu wyniesie 400mA. Mamy pod ręką transformator o odpowiedniej mocy, ale według katalogu jego napięcie uzwojenia wtórnego wynosi 8V rysunek B. To za mało, żeby zastosować klasyczny prostownik mostkowy i uzyskać za stabilizatorem 12V Nie chcemy jednak kupować nowego transformatora i planujemy wykorzystać prostownik w postaci podwajacza napięcia.

W ramach zadania Policz 163 należy:

-    narysować schemat prostownika do współpracy tego transformatora ze stabilizatorem 12V

-    obliczyć wartości pojemności filtru.

Zadanie do najłatwiejszych wcale nie należało, ale też nie było bardzo trudne. Szacunkowe obliczenia można było przeprowadzić w prosty sposób. A bodaj najprostsze rozumo- R_ys_ g wanie jest takie: Jeśli na wyjściu ma być napięcie 12V, to w przypadku stabilizatorów LDO (Low Drop Out) na jego wejściu napięcie nie może spaść poniżej 13...13,5V.

Dla klasycznego stabilizatora 7812 podawana w katalogu wartość minimalnego spadku napięcia    (Dropout

Vo/tage) wynosi 2V, ale analiza krzywych na zamieszczonym tam wykresie wskazuje, że przy prądzie 400mA napięcie to może wynosić około

I, 6V, a nawet jeszcze mniej. Wtedy wymagane minimalne napięcie na wejściu stabilizatora wynosiłoby 13,4...14V.

Patrząc teraz od strony wejścia, pamiętamy, iż podawane w katalogach napięcie wyjściowe transformatora to wartość skuteczna napięcia zmiennego, mierzona przy nominalnym obciążeniu transformatora rezystorem.

Podana w zadaniu wartość 8V wskazuje więc, że napięcie szczytowe będzie około 1,41 razy większe, czyli wyniesie

II, 3V. To zdecydowanie za mało do uzyskania na wyjściu napięcia stabilizowanego 12Y.

~230V

Ale wystarczy zastosować podwajacz według rysunku C. Teoretycznie przy napięciu z transformatora o wartości skutecznej 8V, amplituda wynosi 11,3V, a amplituda między-szczytowa 22,6V, jednak z uwagi na spadek napięcia na diodach przy dużych impulsach prądu sumaryczne napięcie na kondensatorach sięgnie co najwyżej 2IV. Do tego dojdą tętnienia, jak ilustruje to rysunek D. Minimalne napięcie „w dolinach” przy stabilizatorze LDO nie może spaść poniżej wartości 14V, wymaganej do prawidłowej pracy stabilizatora 7812. To mogłoby świadczyć, że między szczyt owa amplituda tętnień mogłaby wynosić nawet 7V. Ale w praktyce tętnienia powinny być znacznie mniejsze, by nie pracować na granicy prawidłowego działania.

Ogólnie biorąc, czym większy kondensator filtrujący, tym mniejsze tętnienia. W przypadku układów prostowniczych, a ściślej ich kondensatorów filtrujących, najprościej jest skorzystać ze znanej zależności CU = It. Tak naprawdę, wzór CU = It, a raczej C*AU = It pozwala obliczyć spadek napięcia AU na kondensatorze o pojemności C, rozładowywanym niezmiennym prądem przez czas t, czyli według rysunku E.

My jednak po cichu przyjmujemy, że w układzie prostowniczym (rysunek F) kondensator jest ładowany bardzo krótkimi impulsami prądu do szczytowego napięcia przebiegu z transformatora, a w czasie t pomiędzy impulsami ładującymi jest rozładowywany niezmiennym prądem I, dlatego stosujemy powyższą prostą zależność.

Aby obliczyć potrzebną pojemność filtrującą, korzystamy z przekształconego wzoru:

C = It/AU

gdzie AU jest dopuszczalną miedzyszczytową amplitudą tętnień, I to prąd obciążenia. W obwodach sieci 50Hz za czas t w przypadku prostownika półokresowego uznaje się 20ms, przy prostowaniu dwupołówkowym (pełnookre-sowym) - 1 Oms.

My na rysunku C mamy podwajacz, składający się z dwóch prostowników jedno-

~8V

D1 Ua U1 UA1

W

7812

o

12V

C3

10^

■H

Rys. C

T4

D2

C4

10fiF

—O

Luty2010 Elektronika dla Wszystkich