Blocul de Alimentare

Pentru circuitul de alimentare, utilizam un transformator la intrare, care are infasurarea primara conectata la reteaua electrica de curent alternativ avand tensiunea de 230V. Transformatorul permite modificarea tensiunii de intrare la o valoare de iesire necesara circuitului ce trebuie alimentat. In solutia practica am ales un transformator cu priza mediana, ce are in secundar doua infasurari identice si care au cate un capat legat la priza mediana. La iesirea din transformator va fi conectata o punte redresoare.

Redresorul este format din cele patru diode redresoare ce sunt conectate in punte, astfel incat indiferent de polaritatea tensiunii de intrare, curentul care trece prin rezistenta de sarcina intotdeauna sa aiba acelasi sens. Pe durata alternantei pozitive a intrarii, diodele D1 si D3 sunt polarizate direct si curentul prin sarcina circula de la sursa prin dioda D1 si se intoarce inapoi la sursa prin dioda D3. Pe durata alternantei negative a intrarii, diodele D2 si D4 sunt polarizate direct si curentul prin sarcina circula de la sursa prin dioda D2 si se intoarce inapoi la sursa prin dioda D4.

Stiind ca tensiunea UCE necesara generatorului are o valore de 12V, tensiune pe dioda in conductie este constanta UD si are o valoare de 0.7V si acceptam un riplu ΔU cu valoarea de 2V, rezulta tensiunea de varf din secundarul transformatorului:

Tensiunea efectiva din secundarul transformatorului este:

Am ales o valoare standardizata pentru tensiunea din secundarul transformatorului de 12V.

Tensiunea continua pulsatorie obtinuta cu redresorul anterior, pentru a putea fi folosita la alimentarea circuitului electronic, ne trebuie o tensiune cat mai constanta. Pentru a realiza o astfel de tensiune utilizam filtre capacitive C1 si C2 care netezesc variatiile tensiunii. Stiind ca tensiunea de varf din secundarul transformatorului este U2vf = 15.4V, tranzistorul T1 de tipul BC238B functioneaza la un curent minim de 5mA si un curent maxim de 100mA, date luate din foaia de catalog a tranzistolui si dioda zener D5 de tipul PL12Z functioneaza la un curent maxim de 40mA, data luata din foaia de catalog a diodei zener. Astfel putem calcula cei doi condensatori necesari filtrarii, unde o semiperioada a retelei are valoarea de 10ms si tensiunea de varf a semnalului pe o semiperioada din generator U^o are valoarea de 5V:

Pentru tensiunea pozitiva unde este conectat tranzistorul T1, rezulta rezistenta echivalenta Rech1:

Din cele doua relatii rezulta calculul pentru condensatorul C1 :

In circuit am ales o valoarea a condesatorului C1 de 470μF.

Pentru tensiunea negativa unde este conectata dioda zener D5, rezulta rezistenta echivalenta Rech2:

Din cele doua relatii rezulta calculul pentru condensatorul C2 :

In circuit am ales o valoarea a condesatorului C2 de 220μF.

Pentru a avea o tensiunea constanta la bornele de intrare a generatorului vom utiliza stabilizatoare de tensiune.

Din date de proiectare avem impus ca rezistenta de sarcina minima RLmin = 200Ω si astfel adoptam la iesirea din generator o rezistenta Rgen = 250Ω. Stiind ca tensiunea de varf a semnalului pe o semiperioada din generator U^o are valoarea de 5V, rezulta curentul de iesire:

Curentul maxim a generatorului la borna pozitiva a blocului de alimentare este dat de relatia:

Unde IXR2206 este curentul maxim de alimentare a circuitul integrat XR2206 si IAO este curentul maxim de alimentare a amplificatorul operational LF256.

Curentul maxim a generatorului la borna negativa a blocului de alimentare este dat de relatia:

Pentru tensiune pozitiva am ales un stabilizator de tensiune liniar de tip serie cu tranzistor si protectie la scurtcircuit. Elementul activ este conectat in serie cu circuitul de sarcina si de aceea se numeste de tip serie. Dioda zener D6 impreuna cu rezistenta R1 formeaza o celula de stabilizator paralel care comanda tranzistorul T1. Tranzistoul T1 este conectat intr-o conexiune de tip repetor pe emitor si transmite pe emitor aproximativ aceeasi tensiune ca cea primita de pe baza. Protectia la scurtcircuit se comporta ca un senzor de curent format din rezistenta R2 care este conectata intra baza si emitorul tranzistorului T2. Tranzistorul T2 nu va influenta cu nimic functionarea stabilizatorului, atata timp cat valoarea curentul de iesire este foarte mica, iar pe rezistenta R2 apare o tensiune mai mica decat UT2, unde UT2 este tensiunea baza emitor a tranzistorului T2. Atunci cand valoarea curentul de iesire creste foarte mult, tensiunea pe rezistenta R2 va creste peste tensiunea UT2 si comanda deschiderea tranzistorului T2 care scurtcircuiteaza baza si emitorul tranzistorului T1 imediat. Astfel tranzistorul T2 in cazul unui scurtcircuit, blocheaza tranzistorul T1 si il protejeaza impotriva distrugerii.

Tranzistoul T2 de tipul BC337 functioneaza la un curent maxim de 800mA, data luata din foaia de catalog a tranzistorului.

Rezistenta R2 se calculeaza astfel:

Unde UT2 = 0.7V si IT1max este curentu maxim de functionare al tranzistorului T1.

Pentru rezistenta R2 am ales o valoare standardizata de 6.8Ω.

In acest circuit dioda zener D6 este defapt circuitul integrat de tipul TL431 care are tensiunea de referinta Uref = 2V si curentul de referinta Iref ≤ 4μA si functioneaza la un curent minim IZmin = 0.5mA si un curent maxim IZmax = 100mA, date luate din foaia de catalog a circuitului integrat.

Pentru o functionare corecta a stabilizatorului prin circuitul integrat D6 trebuie sa circule un curent iZ intre limitele IZmin si IZmax.

Din aceste doua relatii rezulta:

Rezistenta R1 rezulta din calculul:

Pentru R1 am ales o valoare standardizata de 10kΩ.

Calculand curentul prin circuitul integrat D6, rezulta:

Din acest calcul, reulta ca valoarea rezistentei R1 este optima pentru functionarea corecta a stabilizatorului.

Stiind ca tensiunea pozitiva UCC necesara generatorului are o valore de 12V si tensiunea de referinta Uref = 2V a circuitului integrat D6, rezulta valorile rezistentelor R3 si R4 din calculele:

Pentru R3 alegem valoarea de 10kΩ si pentru R4 valoare de 2.6kΩ. Verificam cu aceste valori, egalitatea de mai sus si rezulta:

Pentru tensiunea negativa am ales un stabilizator de tensiune parametric cu dioda zener. Elementul activ este conectat in paralel cu iesirea stabilizatorului si de aceea se numeste de tip paralel. In cazul in care tensiunea U2vf creste peste tensiunea diodei zener D5 aceasta se deschide si impiedica cresterea tensiunii de iesire UEE sa creasca peste valoarea tensiunii Zenner. Rezistenta R5 area rolul de a limita curentul care intra prin dioda zener D5, pentru a impiedica distrugerea acesteia.

Calculul rezistentei R5 este:

Unde UEE este tensiunea de la iesirea stabilizatorului si are o valore de -12V.

Pentru rezistenta R5 alegem o valoare standardizata de 100Ω.

Aparitia tensiunii de -12V si totodata functionarea generatorului este avertizata de dioda electroluminiscenta, LED care functioneza pentru un curent de 16mA. Curentul prin aceasta dioda, este limitat de rezistenta R6, care reiese din calculul:

deci R6 are valoarea de 750 Ω.

Amplificatorul operational LF256

Am ales amplificatorul operational LF256, avand dat in foaie de catalog SR = 12V/μs si banda GBP = 5MHz. Pentru circuitul nostru, amplificatorul operational trebuie sa il verificam la efectul benzii finite cat si cel al SR (viteza de crestere).

Figura, schema circuitului integrat (urmeaza sa o desenez pe calculator dupa ce vedem ce mai schimbam la ea)

Amplificarea in bucla inchisa este:

Pentru ca circuitul realizat cu AO sa prelucreze fara distorsiuni semnalul de intrare a carei frecventa maxima este fmax, trebuie sa fie satisfacute simultan inegalitatile:

Pentru reproducerea corecta a semnalului de tip treapta, trebuie sa fie satisfacute simultan inegalitatile:

Frecventa pentru banda la 3MHz in bucla inchisa este:

Frecventa maxima de lucru limitata de SR este:

Unde SR este luat din foaia de catalog a amplificatorului operational si U0 este valoarea amplitudinii necesare la iesire U0 = 8V.

Am impus ca valoarea frecventei maxime sa fie 200kHz, se observa din calculele anterioare ca sunt satisfacute simultan inegalitatile:

Stiind ca pentru frecventa de 100kHz, perioada semnalului este T = 10μs, iar o semiperioada este T/2 = 5μs. Atunci penutr o frecventa de 200kHz perioada semnalului devine T = 5 μs, iar o semiperioada devine T/2 = 2.5μs.

Timpul de crestere in care amplitudinea semnalului se modifica intre 10% si 90% din valoarea finala este:

Timpul de crestere datorat efectului de SR este:

Stiind ca o semiperioada are valoarea de 2.5μs, se observa din calculele anterioare ca sunt satisfacute simultan inegalitatile:

Ambele conditii fiind satisfacute, reiese ca amplificatorul operational este optim pentru acest circuit.