Odwrocona Charakterystyka Napięć: Definicja i Analiza
- Szczegóły
W elektrotechnice i elektronice, analiza obwodów elektrycznych wymaga znajomości podstawowych praw i zależności. Celem stosowania praw Ohma i Kirchhoffa jest wyznaczenie prądów i napięć w obwodach elektrycznych.
Aby zrozumieć podstawy analizy obwodów elektrycznych, niezbędna jest znajomość kilku wielkości fizycznych oraz ich oznaczeń i jednostek. Prąd (oznaczany literą “I”) - jednostką jest 1A (Amper) - określa przepływ ładunku elektrycznego o wartości 1C (Kulomb) przepływającego przez określony punkt obwodu w czasie 1s (sekundy).
W 1827 roku, niemiecki fizyk i matematyk Georg Simon Ohm, sformułował prawo fizyczne opisujące relację między prądem elektrycznym a napięciem elektrycznym i jest znane jako prawo Ohma, które mówi, że w stałej temperaturze prąd płynący przez przewodnik o rezystancji idealnej, jest wprost proporcjonalny do napięcia odłożonego na rezystancji tego przewodnika. Jednostką rezystancji jest 1Ω (Om) - gdy na zaciski rezystora o takiej wartości rezystancji podamy napięcie o wartości 1V, wówczas przez ten rezystor popłynie prąd wartości 1A.
Poza prawem Ohma, cennym narzędziem w rozwiązywaniu obwodów elektrycznych są prawa, których zastosowanie bierze pod uwagę topologię obwodu, czyli jego układ połączeń. Obok Georga Simona Ohma, na polu elektrotechniki teoretycznej kluczową rolę odegrał również inny niemiecki fizyk - Robert Gustav Kirchhoff, który w 1845 roku opracował prawa opisujące prąd i napięcie w obwodach elektrycznych o dowolnym stopniu rozbudowania, które współcześnie znane są jako prądowe prawo Kirchhoffa (oznaczane skrótem polskim PPK lub KCL - z ang. Kirchhoff Current Law) oraz napięciowe prawo Kirchhoffa (oznaczane polskim skrótem NPK lub KVL - z ang. Kirchhoff Voltage Law).
Prądowe prawo Kirchhoffa, znane też jako “pierwsze prawo Kirchhoffa” mówi, że algebraiczna suma prądów wpływających do węzła i wypływających z niego, jest równa zeru. Napięciowe prawo Kirchhoffa, znane też jako “drugie prawo Kirchhoffa” mówi, że algebraiczna suma spadków napięć na elementach oczka obwodu, jest równa sumie sił elektromotorycznych tego obwodu.
Przeczytaj także: Sterowniki i usterki ASUS K52J
Problemy z pomiarem prądu i napięcia przy odwróconej polaryzacji
O ile sam pomiar napięcia nie jest problematyczny (przy odwróconej polaryzacji po prostu nic nie zmierzę), o tyle nie bardzo wiem jak dobrze zmierzyć prąd. W przypadku odwróconej polaryzacji dojdzie do zwarcia wysokiego potencjału z AGND.
Układ odwróconego Step-Downa jako stabilizator napięcia
Przedstawiam więc układ odwróconego Step-Downa, ale w układzie stabilizatora napięcia. Taki układ jest dość prosty do wykonania. Spoiler: Występuje tu jednak problem z pomiarem napięcia wyjściowego, bo nie będzie ono już mogło być mierzone względem masy. Można użyć do tego układu na wzmacniaczu operacyjnym. Ja jednak zrezygnowałem z takiego rozwiązania gdyż wzmacniacz operacyjny może wprowadzać opóźnienia, które negatywnie wpłyną na pracę układu.
Działanie układu jest bardzo proste. Napięcie UBE wynosi klasycznie 0.7V. Z bazy będzie wypływał jedynie niewielki prąd zależny od odwrotności wzmocnienia tranzystora. W takim wypadku prąd w R11 będzie prawie równy prądowi R7. Taki układ pracuje jako taki powiedzmy "powielacz" napięcia. Gdy napięcie na R7 wzrośnie do np. Napięcia 5, 8V czy 10V będą konwertowane poprawnie.
Układ ma jednak pewną małą wadę. Mianowicie "powiela" napięcie jedynie z R7, a nie całe napięcie wyjściowe. Na szczęście w przypadku przetwornicy napięcia, napięcie wyjściowe jest zwykle stałe, a więc to przesunięcie napięcia nie będzie miało znaczenia.
Natomiast warto jeszcze wspomnieć o jednej małej wadzie takiego układu. Mianowicie napięcia UBE oraz napięcie diody Zenera będzie się zmieniało z temperaturą. Z racji że te dwa elementy są połączone szeregowo, współczynnik temperaturowy wyniesie -4.4mV/K. W niektórych zastosowaniach może to mieć znaczenie. Żeby uzyskać współczynnik temperaturowy zbliżony do 0, należało by użyć diody Zenera na napięcie 6.2V. Takie rozwiązanie sprawdzi się jednak tylko dla wysokich napięć wyjściowych. Muszą one być bowiem wyższe niż napięcie na diodzie Zenera i złączu B-E tranzystora, aby wystarczająco duża część napięcia mogła odłożyć się jeszcze na R7. Można przyjąć że na R7 powinna się odkładać co najmniej 1/3 całego napięcia wyjściowego.
Przeczytaj także: Zastosowanie wężyków do filtra osmozy
Rezystor R9 ma za zadanie zasilać diodę Zenera odpowiednim prądem. Bez niego dioda zasilała by się tylko prądem bazy tranzystora, a jak wcześniej pisałem jest on bardzo mały (jest to drobny ułamek prądów w R11 i R7, które swoją drogą też były by za małe dla diody Zenera).
Hazardy w układach cyfrowych
W układach cyfrowych występuje zjawisko hazardów, czyli chwilowo błędne stany wyjściowe. Hazardy są zjawiskiem powszechnym w sieciach. Dlatego w sieciach wprowadza się tzw. taktowanie.
Dodatkowe uwagi
Temperatura pracy wpływa również na pozostałe parametry układu, np. jej wzrost wydłuża czasy propagacji. Nie należy przeciążać wyjść elementów cyfrowych, gdyż prowadzi to do pogorszenia parametrów elementu cyfrowego.
Przeczytaj także: Odwrócona osmoza: Twój przewodnik
tags: #odwrocona #charakterystyka #napiec #definicja
