• Ten serwis używa "ciasteczek" (cookies). Korzystając z niego, wyrażasz zgodę na użycie plików cookies. Learn more.
  • Szanowny Użytkowniku, serwisy w domenie modelarstwo.info wykorzystują pliki cookie by ułatwić korzystanie z naszych serwisów. Jeśli nie chcesz, by pliki cookies były zapisywane na Twoim dysku zmień ustawienia swojej przeglądarki.

Światła lokomotywy - mały przewodnik dla majsterkowiczów

#1
0. Wstęp.

W "przewodniku" przedstawię podstawy konstrukcji układów elektronicznych zapewniających poprawną pracę świateł czołowych (i ewentualnie końcowych) lokomotywy. Przeanalizujemy przypadek podstawowy: praca przy zasilaniu analogowym lub DCC, lokomotywa wyposażona w gniazdo 8-stykowe NEM652, w gnieździe zaślepka z dwiema diodami do jazdy analogowej albo dekoder DCC. Zajmiemy się tylko dwoma obwodami świateł - do jazdy do przodu i do tyłu, bez dodatków typu oddzielne włączanie świateł czerwonych z tyłu.

1. Odcinek pierwszy - jak to działa.

Dwa obwody świateł są podłączone do trzech przewodów, których kolory określa standard DCC. Niebieski - to biegun dodatni. Biały i żółty - to biegun ujemny odpowiednio dla świateł do jazdy w przód i w tył.
Przy zasilaniu analogowym zasilaniem świateł steruje zaślepka z dwiema diodami, w którą fabrycznie wyposażona jest lokomotywa, o ile nie kupiliśmy jej od razu z zamontowanym dekoderem. Podczas jazdy do przodu pomiędzy przewodem niebieskim i białym panuje napięcie od 0 do maksymalnego podawanego przez zasilacz, pomniejszone o spadek napięcia na diodzie zaślepki, czyli około 0.7 V. Przy jeździe do tyłu jest podobnie, ale tym razem napięcie występuje pomiędzy przewodem niebieskim i żółtym. Podczas jazdy do przodu różnica napięcć pomiędzy przewodem niebieskim i żółtym jest równa 0, analogicznie
dla jazy do tyłu i przewodu białego.
Przy pracy cyfrowej załączaniem ujemnego bieguna zasilania świateł steruje dekoder DCC. O ile Użytkownik nie zadecyduje inaczej, kiedy włączymy światła korzystając z funkcji FL, dekoder będzie włączał przepływ prądu przez przewód biały przy jeździe do przodu, a przez żółty przy jeździe do tyłu.

cdn. :)
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#2
2. W czym problem?

Cały kłopot w konstrukcji elektrycznej świateł polega na tym, że chcemy, żeby światła świeciły zawsze tak samo, niezależnie od napięcia zasilania, oraz żeby nie uległy uszkodzeniu.
Przy sterowaniu cyfrowym napięcie podawane do obwodów świateł może mieć wartość od 12 do 22 V (w praktyce od 12 do 15V). Przy sterowaniu "analogowym" albo mamy regulowane napięcie zasilania od 0 do 14V, albo wydaje nam się, że tak jest, a w rzeczywistości zasilacz podaje impulsy o napięciu 12..14V i regulowanej szerokości (tzw. PWM). Wygląda na to, że tak działa np. "myszka" Piko z zestawów startowych.
W przypadku DCC bez żadnych wysiłków światła będą świeciły niemal zawsze tak samo - w rzeczywistości z niewielkimi zmianami jasności przy zmianach napięcia w zakresie 12..15 V. Oczywiście możemy skonstruować układ, który te zmiany jasności wyeliminuje.
Przy sterowaniu analogowym zapewnienie stałej jasności świecenia jest znacznie trudniejsze z powodu dużych zmian napięcia zasilania.
W dalszym ciągu założymy, że interesuje nas świecenie świateł począwszy od pewnego napięcia minimalnego, np. 3 lub 5 V. Nie będziemy rozważali układów, które podwyższają napięcie zasilania wewnątrz lokomotywy ani zasilania świateł z baterii lub kondensatorów umieszczonych w lokomotywie.

3. Co nam świeci?

Jako źródeł światła możemy użyć w zasadzie trzech rodzajów elementów:
- żarówek na napięcie 12..16V, montowanych standardowo w większości modeli przez producentów
- żarówek niskonapięciowych o napięciu zasilania 1.5..3V
- diod elektroluminescencyjnych, czyli LED

W pierwszym przypadku światła będą działały dobrze w DCC i przy szybkiej jeździe "analogowej" bez żadnych dodatkowych układów. Z podobnym skutkiem można oświetlić model używając jednej lub kilku połączonych szeregowo LED, koniecznie z rezystorem szeregowym ograniczającym prąd, co robi obecnie wielu producentów modeli.
W drugim i trzecim przypadku - LED i żarówki niskonapięciowe - możemy uzyskać właściwe działanie świateł przy sterowaniu analogowym już przy małych prędkościach, ale wymaga to budowy układu zapewniającego stałą jasność świecenia.

Przypadek zastosowania żarówek 12..16V pominiemy jako trywialny, a w nieuchronnie nadchodzącym dalszym ciągu zajmiemy się tym, co naprawdę ciekawe, czyli zastosowaniem świecidełek niskonapięciowych - LED i mikrożarówek.
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#3
4. Czego trzeba, żeby świeciło dobrze?

Najpierw zdefiniujemy "dobrze" - znaczy to: z odpowiednią jasnością i bezpiecznie, tzn. tak, aby nie groziło to uszkodzeniem źródła światła z powodu przekroczenia dopuszczalnych wartości parametrów elektrycznych i cieplnych.

Żarówka jest odbiornikiem prądu spełniającym prawo Ohma, tzn. natężenie prądu płynącego przez nią jest wprost proporcjonalne do napięcia. Jeśli napięcie wzrośnie o 10%, natężenie wzrośnie też o 10%. Aby żarówka świeciła "dobrze", musi przez nią płynąć prąd o odpowiednim natężeniu, czyli o odbowiednim napięciu. Możemy więc skonstruować układ zapewniający stałe napięcie lub stałe natężenie prądu - oba rozwiązania będą działały jednakowo dobrze. Zwykle producent podaje dla żarówek wartość napięcia znamionowego, więc dość naturalne będzie skonstruowanie układu stabilizującego napięcie. W zastosowaniach modelarskich często chcemy, aby żarówka świeciła nieco ciemniej niż z pełną jasnością - uzyskujemy to przez obniżenie napięcia i natężenia prądu.

Dioda świecąca jest tzw. odbiornikiem prądowym. Nie spełnia ona prawa Ohma - bardzo mała zmiana napięcia może powodować niewspółmiernie dużą zmianę natężenia. Aby dioda świeciła "dobrze" należy zagwarantować odpowiednie natężenie prądu. Jeżeli to zrobimy, napięcie na diodzie "ustali się samo" i nie musimy się o nie martwić. LED w małych obudowach są zwykle specyfikowane na natężenia od 10 do 30 mA. Przy takich natężeniach służą one do podświetlania (np. klawiatur w telefonach komórkowych). W modelach kolejowych na ogół wystarczy dużo mniejsze natężenie prądu - od 1 do 3 mA dla diod białych, niebieskich i zielonych, 3..7 mA dla zielonożółtych, żółtych, pomarańczowych i czerwonych. Większe natężenie powodowałoby zbyt jasne, nierealistyczne świecenie. W przeciwieństwie do żarówki, kolor świecenia LED prawie nie zależy od natężenia prądu. ("Prawie" robi czasem różnicę, ale nie w modelu kolejowym.)
LED zasilamy zawsze ze źródeł prądowych, czyli układów, które zapewniają w miarę stałe natężenie prądu, mało zależne od napięcia wejściowego i napięcia przewodzenia LED.
Podawane przez producentów LED napięcie przewodzenia stanowi wartość przybliżoną i orientacyjną. Wzrost napięcia na świecącej diodzie o kilka procent powoduje kiludziesięciokrotny wzrost natężenia prądu i - w konsekwencji - uszkodzenie diody. Napięcie przewodzenia zmienia się samo, np. pod wpływem temperatury. Wniosek: NIE WOLNO zasilać LED ze źródeł napięciowych, czyli takich, z jakimi mamy do czynienia na codzień - baterii, zasilaczy, wyjść dekoderów DCC. Ze źródła napięciowego zasilamy źródło prądowe, a z niego - LED.
Wypada również zauważyć, że LED przewodzi prąd tylko w jednym kieunku (i wskutek tego świeci). W przeciwieństwie do innych typów diod (nieświecących), LED bardzo nie lubi, kiedy przykłada się do niej napięcie w kierunku zaporowym. Odwrotne podłączenie LED do źródła o napięciu 5 V już grozi jej zniszczeniem. Należy więc uważać podczas montażu, aby się nie pomylić, ale również należy wziąć to pod uwagę przy projektowaniu układów, w których polaryzacja napięcia zasilającego może się zmieniać, czyli np. przy oświetlaniu lokomotywy działającej na prąd stały i nie wyposażonej w gniazdo dekodera z diodową zaślepką.
Na szczęście w naszych rozważaniach ograniczamy się do przypadków DCC i "DCC ready", a więc ten problem w zasadzie możemy pominąć (no, nie do końca, ale o tym później).

A, i jeszcze jedno: LED białe, fioletowe, niebieskie i zielone mogą być wrażliwe na ładunki statyczne, co oznacza, że niekiedy diodę można zniszczyć biorąc ją do ręki lub rzucając na dywan z tworzywa. Nie bawimy się LED i elektroniką wogóle w pomieszczeniu, w którym przeskakują nam iskry z dłoni do klamek i innych przedmiotów.

cdn., o ile kogoś to interesuje...
 

WM-MODEL

Znany użytkownik
Donator forum
FREMO Polska
#6
Blue napisał(a):
Żarówka jest odbiornikiem prądu spełniającym prawo Ohma, tzn. natężenie prądu płynącego przez nią jest wprost proporcjonalne do napięcia.
Żeby być tak całkiem w zgodzie z praktyką, to akurat żarówka jest typowym nieliniowym odbiornikiem prądu. Nieliniowość ta bierze się ze zmiany, a konkretnie ze wzrostem oporności włókna żarówki pod wpływem temperatury, ta zaś zależna jest od prądu płynącego przez żarówkę. Im większy prąd płynie przez żarówkę, tym włókno jaśniej świeci, czyli ma większą temperaturę i co za tym idzie -większą oporność.
Krzywa zależności napięcie-prąd dla żarówki ma wtedy taki mniej lub bardziej wykładniczy charakter, ale na pewno nie jest to zleżność wprost proporcjonalna.

Blue napisał(a):
Nie spełnia (LED) ona prawa Ohma...
Prawo Ohma zawsze jest spełnione, jeszcze chyba go nikt nie obalił :D a skoki płynącego prądu wywołane zmianami napięcia to pewnie wynik jakichś tam zjawisk w samej strukturze LEDa ;-)

Blue napisał(a):
NIE WOLNO zasilać LED ze źródeł napięciowych...
To dlaczego LEDy w lokomotywkach świecą sobie spokojnie, mimo że podłączone są do jakiegos tam źródła napięciowego :p
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#7
5. Gdy świecić ma więcej niż jedna sztuka...

...diody lub żarówki, trzeba je jakoś ze sobą połączyć. Mamy trzy możliwości:
- szeregowo kilka do jednego źródła
- równolegle kilka do jednego źródła
- niezależnie każda do własnego źródła, ze wspólnym zasilaniem źródeł.

Przy połączeniu szeregowym przez wszystkie odbiorniki płynie prąd o tym samym natężeniu, a jeśli odbiorniki są identyczne lub bardzo podobne - można przyjąć, że na każdym z nich odkłada się jednakowe napięcie. Łączne napięcie jest równe sumie spadków napięć.
Połączenie szeregowe daje w efekcie mały pobór prądu, ale wymaga odpowiednio dużego napięcia. W modelach kolejowych stanowi to problem w jednym przypadku - gdy mamy sterowanie analogowe i chcemy, aby światła działały już przy niskim napięciu w torach. W innych przypadkach, w tym przy sterowaniu DCC, połączenie szeregowe będzie najwygodniejsze. Można je stosować zarówno dla żarówek niskonapięciowych, jak i dla LED, z jednym wyjątkiem - raczej nie należy łączyć szeregowo diod różnych typów (w tym o różnych kolorach, np. białej z czerwoną), bo na ogół przy tym samym natężeniu prądu będą one świecić z różną jasnością, i któraś będzie zbyt jasna lub zbyt ciemna.
Szeregowo połączone LED możemy zasilać ze źródła prądowego, a żarówki - ze źródła prądowego lub napięciowego.

Przy połączeniu równoległym na wszystkich odbiornikach panuje to samo napięcie, a natężenie prądu zależy od odbiornika. Łączne natężenie prądu jest równe sumie natężeń na poszczególnych odbiornikach. Równolegle nie można łączyć diod świecących, bo rozpływ prądów będzie nierównomierny, co da w efekcie nierównomierne świecenie, na dłuższą metę grożące kolejnym uszkodzeniem wszystkich połączonych w ten sposób diod.
Jedyną zaletą połączenia równoległego, które można stosować WYŁĄCZNIE dla żarówek, jest możliwość pracy przy niskim napięciu, co ma znaczenie przy sterowaniu analogowym.

Co zrobić, gdy chcemy oświetlić model diodami przy sterowaniu analogowym? Należy użyć trzeciego połączenia - niezależnego, czyli inaczej - połączyć równolegle obwody złożone z pojedynczych LED i źródeł prądowych. To połączenie będzie również odpowiednie dla diod o różnych kolorach, np. białych z przodu lokomotywy i czerwonych z tyłu; w takim przypadku konstruujemy dwa obwody złożone z połączonych szeregowo diod, każdy dla innego koloru, i każdy obwód wyposażama we własne źródło prądowe.

Skoro o łączeniu hordy świecidełek wiemy już wszystko, w następnych odcinkach zajmiemy się konstruowaniem źródeł napięciowych i prądowych służących do ich zasilania.

Z tego odcinka bajki należy natomiast zapamiętać, że:
- nie łączy się równolegle "gołych" diod świecących
- połączenie szeregowe jest wygodniejsze, o ile nie musimy zagwarantować pracy przy niskim napięciu zasilania.

cdn., ale nie wiem czy już wkrótce, czy dopiero po urlopie.
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#8
WM-MODEL napisał(a):
Żeby być tak całkiem w zgodzie z praktyką, to akurat żarówka jest typowym nieliniowym odbiornikiem prądu. Nieliniowość ta bierze się ze zmiany, a konkretnie ze wzrostem oporności włókna żarówki pod wpływem temperatury, ta zaś zależna jest od prądu płynącego przez żarówkę. Im większy prąd płynie przez żarówkę, tym włókno jaśniej świeci, czyli ma większą temperaturę i co za tym idzie -większą oporność.
Krzywa zależności napięcie-prąd dla żarówki ma wtedy taki mniej lub bardziej wykładniczy charakter, ale na pewno nie jest to zleżność wprost proporcjonalna.
Oczywiście masz rację, i nawet palce mnie świerzbiły, żeby to napisać, ale powstrzymałem się z litości przed początkującymi elektrykami, co by ich za bardzo nie wystraszyć. Możemy przyjąć, że żarówka, która świeci, jest liniowa. Nieliniowa będzie w chwili zaświecania, co przy pewnych typach żarówek stanowi nie lada problem i wymaga konstruowania układów "zapalających". Z "wykładniczym charakterem" zdecydowanie przesadziłeś - to raczej coś w rodzaju "potęgi trochę większej niż 1". Na szczęście w modelach kolejowych możemy te meandry pominąć.

WM-MODEL napisał(a):
Blue napisał(a):
Nie spełnia (LED) ona prawa Ohma...
Prawo Ohma zawsze jest spełnione, jeszcze chyba go nikt nie obalił :D a skoki płynącego prądu wywołane zmianami napięcia to pewnie wynik jakichś tam zjawisk w samej strukturze LEDa ;-)
Prawo Ohma wyraża się wzorkiem I = U/R. Jeśli przepływ prądu przez jakieś ciało daje się opisać tym wzorem, to popularnie mówimy, że dane ciało spełnia prawo Ohma.
W przypadku diod można z grubsza i niezbyt precyzyjnie przyjąć, że zależność ta jest podobna do I = exp(U), co nie ma wiele wspólnego z wzorem Ohma.

WM-MODEL napisał(a):
Blue napisał(a):
NIE WOLNO zasilać LED ze źródeł napięciowych...
To dlaczego LEDy w lokomotywkach świecą sobie spokojnie, mimo że podłączone są do jakiegos tam źródła napięciowego :p
Gdyby były podłączone do źródła napięciowego - poświeciłyby najwyżej z pół sekundy. Wierz mi, niechcący sprawdziem to nawet przedwczoraj na ślicznej ciepłobiałej diodzie, której zwłoki patrzą na mnie właśnie z wyrzutem swym matowym ślepkiem.
Kiedy do źródła napięciowego podłączysz szeregowo rezystor - robi się z tego coś w rodzaju źródła prądowego, o czym będzie w następnych odcinkach bajki.
 

WM-MODEL

Znany użytkownik
Donator forum
FREMO Polska
#9
Blue napisał(a):
...ale powstrzymałem się z litości przed początkującymi elektrykami,
Błąd, zdecydowany błąd :razz:
Weź jakąś ofiarę, która to zapamięta w dobrej wierze, potem jeszcze będzie powtarzać ;)

Blue napisał(a):
Jeśli przepływ prądu przez jakieś ciało daje się opisać tym wzorem, to popularnie mówimy, że dane ciało spełnia prawo Ohma.
Eeee... no... tu to za bardzo upraszczasz, prawem Ohma zawsze opiszesz przepływ prądu w czymś tam. Będzie zawsze spełnione, bez względu jakie zjawiska wejdą dodatkowo w paradę.
Myślę, że chciałeś napisać, że w LEDach nie ma jakiejś regularności dającej się ująć w regularną kreskę na wykresie, czy coś takiego ;)

Blue napisał(a):
Gdyby były podłączone do źródła napięciowego...
Kiedyś sie uczyłem, że generalnie źródło napięciowe to dwa zaciski, między którymi panuje różnica potencjałów, czyli popularnie napięcie.
Tak mi sie też wydaje, to też ze szkoły :D że aby cokolwiek zasilić (wymusić czy uzyskać przepływ prądu) musisz podłączyć to coś do źródła napięciowego: baterii, zasilacza czy czegoś tam innego.

A z opornikiem jako źródło prądowe, czyli czegoś wymuszającego stały przepływ prądu to takie... naciągane :D Przeciez działanie opornika polega na uzyskaniu spadku napięcia na nim, takiego, aby odbiornik (połączony z nim np. w szereg) pracował przy znamionowm napięciu, co za tym idzie, przy tym napięciu uzyskuje się znamionowy przepływ prądu.
I gdzie tu stabilizacja prądu? Spróbuj tylko zwiększyć napięcie zasilając LEDa!
Co prawda minimalne zmainy napięcia nie spowodują jakich bardzo drastycznych zmian prądu, ale zaś, aby nie znalazł się ktoś, kto powtórzy, że opornik to źródło prądowe :razz:

Trzeba być precyzyjnym, jak ten od Ty2 :LOL:
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#10
6. Źródło napięciowe

Wobec wątpliwości Szanownych Czytelników zaczniemy od definicji: żródło napięciowe - to taki idealny, nieistniejący element, który dostarcza stałego napięcia niezależnie od natężenia prądu, który wypływa ze źródła do odbiorników.
Idealne źródła napięciowe nie istnieją. W praktyce źródłem napięciowym nazywamy coś, co w ustalonym, użytkowym zakresie natężenia prądu utrzymuje w miarę stałe napięcie. "W miarę stałe" ma różne znaczenia, w zależności od zastosowania. Dla naszych potrzeb możemy przyjąć, że "w miarę stałe" oznacza "wahające się nie więcej niż o kilka procent". Źródłami napięciowymi są wszelkie zasilacze sieciowe oraz baterie i akumulatory używane w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. Jako ciekawostkę można podać, że bateryjki litowe (pastylki) zachowują własności źródła napięciowego tylko dla natężeń do ok. 1 mA, powyżej tej granicy nie utrzymują stałego napięcia.

Do czego przyda nam się źródło napięciowe w modelu? W zasadzie do dwóch celów:
- zasilania żarówek
- zasilania prymitywnych źródeł prądowych służących do zasilania LED, zwłaszcza, gdy mamy ich dużo w kilku obwodach.

Przy jednym lub dwóch obwodach LED albo gdy chcemy zrobić zasilanie LED naprawdę porządnie, możemy pominąć rozdział o źródłach napięciowych i zabrać się od razu za źródła prądowe.

Zasilacz "analogowy" jest dość paskudnym źródłem napięciowym, bo jego napięcie wyjściowe zmienia się w bardzo szerokich granicach (0..14V). Nieco lepiej, lecz też nie idealnie, wygląda wyjście funkcyjne dekodera DCC - 12..15V, chociaż norma dopuszcza i ponad 20V.
Jeśli zabieramy się za budowę źródła napięciowego w modelu, to zapewne z tego powodu, że mamy odbiorniki, które chcemy zasilić niskim napięciem, rzędu 1.5..6V.

Istnieje co najmniej kilka sposobów na budowę źródła napięciowego, które zasilane napięciem od x do 20V da nam na wyjściu stałe napięcie ze wspomnianego wyżej zakresu. Tutaj pokażemy tylko jeden najprostszy sposób i tylko dwa konkretne rozwiązania, bazujące na najtańszych i najłatwiej dostępnych elementach. Mowa o tzw. liniowym stabilizatorze napięcia, czyli układzie składającym się z tranzystora regulacyjnego i czegoś, co tym tranzystorem steruje. Tranzystor regulacyjny działa z grubsza tak, jak automatycznie regulowany rezystor, na którym wytracana jest różnica pomiędzy zmieniającym się napięciem wejściowym i stałym napięciem wyjściowym.
Stabilizator liniowy możemy zbudować z kilku elementów dyskretnych, jednak w pierwszej dekadzie XXI wieku łatwiej będzie użyć w tym celu gotowego układu scalonego. Układów takich są tysiące, przyjrzyjmy się więc tylko kilku najbardziej popularnym.
Układy serii 78xx są przeznaczone głównie do budowy prostych stabilizatorów o jednym z kilku ustalonych napięć wyjściowych. Dwie ostatnie cyfry w oznaczeniu określają napięcie wyjściowe, np. układy serii 7805 dają na wyjściu 5V, a 7806 - 6V. Za członem "78" może jeszcze występować litera, określająca maksymalną wydajność prądową i przy okazji typ obudowy. Brak litery - to 1A i obudowa TO-220, spora i dobrze odprowadzająca ciepło. Litera M - to 0,5A, obudowa DPAK, mniejsza ale podobna w kształcie do TO-220; litera L oznacza wersję 0.1A, występującą w dwóch obudowach. Do modeli wystarcza na ogół 0.1A czyli 100 mA, ale obudowy wersji L okrutnie się grzeją, dlatego o ile tylko mamy miejsce, powinniśmy użyć wersji M lub bez litery.
Układy 78xx mają trzy wyprowadzenia - wejście dodatniego napięcia zasilania, wyjście napięcia stabilizowanego oraz wspólną końcówkę bieguna ujemnego, połączoną również z metalową częścią obudowy służącą do odprowadzania ciepła.
Podłączenie 78xx jest bardzo proste (patrz schemat). Dobrze jest wyposażyć układ w dwa kondensatory jak na schemacie poniżej, chociaż akurat w zastosowaniach "kolejowych" bez nich też będzie działał.
Zalety 78xx - to bardzo niska cena - rzędu 1 zł, szeroki zakres napięć wejściowych - do 37V, czyli o wiele więcej, niż możemy spotkać na makiecie oraz odporność na nietypowe sytuacje (za wyjątkiem odwrotnego podłączenia +/- - wtedy odparowuje). Główną wadą jest to, że minimalny spadek napięcia niezbędnby do poprawnej pracy układu wynosi około 2V, co oznacza, że w celu uzyskania na wyjściu 5V musimy mieć na wejściu co najmniej 7V. Ta niemiła cecha nieco ogranicza zastosowanie układu przy sterowaniu "analogowym".

Jeśli zależy nam na tym, by nasze światła świeciły poprawnie już przy niskim napięciu zasilania - powinniśmy użyć nieco innego układu, tzw. stabilizatora o małym spadku napięcia, oznaczanego angielskim skrótem LDO. Istnieje wiele układów stabilizatorów LDO podobnych do 78xx - również z trzema końcówkami i analogicznie podłączanych. Ich zaleta w stosunku do 78xx jest oczywista, powinniśmy jednak pamiętać również o wadach, w tym:
- małej odporności na nietypowe sytuacje ("wysysanie" prądu z przodu stabilizatora)
- ograniczonym zakresie napięć wejściowych (musimy wybrać układ z dopuszczalnym napięciem min. 20V)
- wyższej cenie i gorszej dostępności
- niekiedy wyższym poborze prądu przez sam układ stabilizatora.

Odpowiednio ostrzeżeni udajemy się do sklepu elektronicznego i zamiast 78xx nabywamy np. układ typu LP2950 (z odpowiednią końcówką oznaczenia oznaczającą napięcie wyjściowe, np. -5.0) lub podobny - reszta pozostaje bez zmian.

Jeżeli nie możemy znaleźć gotowego układu stabilizatora o potrzebnym napięciu wyjściowym, używamy podobnego układu, w którym napięcie wyjściowe jest ustawianie przez użytkownika za pomocą dwóch rezystorów. (W zasadzie taką samą sztuczkę możemy zastosować w celu uzyskania napięcia np. 7 V ze stabilizatora "oficjalnie" nieregulowanego na 5V). Podobnie jak w przypadku stabilizatorów nieregulowanych, mamy tu całe mnóstwo układów, zarówno o wysokich spadkach napięć jak i LDO. Tutaj weźmiemy na warsztat jeden układ, który w porównaniu z innymi ma tę ciekawą własność, że można go równie łatwo użyć jako źródła napięciowego, jak i prądowego, o czym będzie mowa w następnym odcinku. Układ ten - to LM317, który, podobnie jak 78xx ma tylko trzy końcówki i występuje w kilku różnych obudowach. Używając LM317 możemy skonstruować stabilizator o napięciu wyjściowym od 1.2 V do przynajmniej 20 V. Napięcie wyjściowe ustalamy przy użyciu dwóch rezystorów. Producent sugeruje, by jeden z nich miał wartość 240 Ohm. Wartość drugiego dobieramy korzystając z przybliżonego wzoru:
R2 = 240 *(Uwy/1.25 - 1)
Wartość z wzoru uzyskujemy w Ohmach.

Podobnie jak w przypadku 78xx wypada użyć dwóch kondensatorów. Jeśli jednak je pominiemy - w naszym zastosowaniu tragedii nie będzie.

Dokładne opisy wymienionych układów wraz z przykładami ich zastosowania możemy znaleźć u ich producentów, np. National Semiconductor.

Do zapamiętania:
- ze źródła napięciowego nie zasilamy bezpośrednio diod świecących
- zanim złożymy układ musimy oszacować wydzielaną moc i zastanowić się nad odprowadzaniem ciepła (jeszcze o tym napiszę)
- każdy z opisanych układów jest wrażliwy na odwrotne podłączenie napięcia wejściowego.

cdn.
 

Załączniki

OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#11
7. Co to jest źródło prądowe i do czego się nadaje.

Źródło prądowe - to taki idealny, nieistniejący układ, który dostarcza prądu o stałym natężeniu, niezależnie od obciążenia. Podobnie jak w przypadku źródła napięciowego, w praktyce będziemy uznawali za źródło prądowe układ, który przy ograniczonych zmianach obciążenia będzie utrzymywał prawie stałe natężenie prądu na podłączonym do niego odbiorniku.
Źródło prądowe jest dobrym układem do zasilania:
- pojedynczej żarówki lub diody świecącej
- łańcucha takich samych żarówek lub diod świecących połączonych szeregowo.

Źródło prądowe nie nadaje się do zasilania żarówek połączonych równolegle.
LED nigdy nie łączymy równolegle, więc do zasilania połączonych równolegle LED nie nadaje się żadne źródło ;)

Skoro już tak długo straszymy - wypada wreszcie wyjaśnić dlaczego nie łączymy równolegle LED i dlaczego nie zasilamy połączonych równolegle żarówek ze źródła prądowego.

Źródło prądowe wymusza stałe natężenie prądu. Jeżeli jeden z dołączonych do niego równolegle odbiorników ulegnie uszkodzeniu lub zostanie odłączony - cały prąd zostanie "wpuszczony" w pozostałe odbiorniki, co zwykle stanie się przyczyną ich uszkodzenia. W przypadku dwóch żarówek po uszkodzeniu pierwszej prąd płynący przez drugą wzrośnie dwukrotnie (napięcie też). Krótki błysk - i po żarówce.

Z diodami świecącymi jest jeszcze ciekawiej. Oczywiście przypadek opisany powyżej wygląda tak samo dla LED, ale w złośliwym przypadku zepsucie wszystkich połączonych równolegle diod może nastąpić całkowicie samoczynnie, bez początkowego losowego uszkodzenia pierwszej diody (co zresztą w przypadku LED byłoby bardzo mało prawdopodobne).

W zakresie roboczym natężenie prądu LED bardzo silnie (nieliniowo, prawie wykładniczo) zależy od napięcia. Przy tym samym napięciu dwie diody tego samego typu mogą mieć nieco różne natężenie prądu. Co gorsze - natężenie to przy ustalonym napięciu zależy również od temperatury diody; im wyższa temperatura - tym większe natężenie prądu.
Na równolegle połączonych diodach panuje to samo napięcie. Ponieważ nawet takie same diody nie są zupełnie identyczne, przez którąś z nich płynie nieco większy prąd niż przez pozostałe. Dioda ta rozgrzewa się więc bardziej, a kiedy bardziej się rozgrzewa - natężenie prądu płynącego przez nią rośnie - "odbiera" ona prąd pozostałym diodom, bo suma natężeń jest stała. W końcu ściąga na siebie cały prąd i ulega uszkodzeniu. Potem to samo następuje dla pozostałych diod, aż do uszkodzenia ostatniej.
Oczywiście to powyżej - to tzw. "czarny scenariusz", który nie musi się zdarzyć i na ogół się nie zdarza. Dobry projekt powinien być jednak odporny na czarne scenariusze.

W następnych odcinkach - o źródłach z rezystorami i "prawdziwych" źródłach prądowych.
 

cyruss

Aktywny użytkownik
FREMO Polska
KKMK
#12
Tak dla ścisłości: domyślnie przyjmuje się że prawo Ohma "spełnia" opornik o stałej wartości oporności. Żarówka "nie spełnia" prawa Ohma ponieważ oporność włókna jest zależna od jego temperatury a ta znów zależy od prądu płynacego przez nie. Dlatego prąd żarówki nie jest liniową funkcją napięcia na niej. Wykres przypomina mało skuteczny stabilizator prądu.
A tak naprawdę to prawo Ohma jest spełnione dla każdego punktu charakterystyki żarówki z osobna, a nie dla całej ch-ki (także i LED) bo ta jest nieprostoliniowa.
Strumień świetlny żarówki (ilość światła) zależy od bodajże kwadratu napięcia.
Trwałość żarówki to znowu funkcja z "kolanem", ostro opadająca po przekroczeniu mniej więcej 110% napięcia znamionowego. Dlatego lepiej (dla żarówki) stabilizować jej napięcie, nie prąd. Chyba że to żarówki dobrej jakości, o powtarzalnych parametrach. Przy halogenach dochodzi jeszcze spadek trwałości przy obniżeniu napięcia, no ale w lokach halogenów nie używamy. Trwałość żarówki zasilanej prądem stałym, szczególnie przy napięciach wyższych, jest też mniejsza niż przy napięciu przemiennym o tej samej wartości skutecznej (też makiet nie dotyczy).
Żarówka jest projektowana na określone napięcie i tylko przy nim pracuje OK. Cena miniżarówki jest proporcjonalna do dokładności jej wykonania. I teraz już wiemy dlaczego miniantronics jest trwalsza od conrada.
Z LED jest prościej: producent podaje znamionowy prąd i znamionową trwałość. Dobry producent podaje spadek generowanego strumienia świetlnego po okresie znamionowej trwałości. Bo degradacja struktury półprzewodnikowej postępuje przy każdym prądzie.
Można zmusić LED do świecenia przy prądzie 2, 5, 10 razy większym od znamionowego, o ile nie przepalą się doprowadzenia struktury. Tyle że degeneracja postąpi szybciej i światła będzie z czasem coraz mniej. A współczesne LED wystarczająco swiecą już przy kilku mA, nie potrzeba katalogowych 20...
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#13
8. Źródła z rezystorami

Kiedy chcemy ograniczyć napięcie lub natężenie prądu w odbiorniku, najczęściej łączymy go szeregowo z rezystorem. Źródło zasilania wraz z szeregowym rezystorem tworzy układ, którego własności elektryczne leżą gdzieś pomiędzy źródłem napięciowym i źródłem prądowym.
Układ złożony ze źródła, które można w przybliżeniu uznać za napięciowe (czyli zasilania naszej kolejki) oraz rezystora szeregowego zapewnia zasilanie odbiornika prądem o napięciu i natężeniu zmieniającymi się w pewnych granicach. Im większa wartość rezystora i im mniejsze wahania napięcia zasilającego - tym układ staje się bardziej podobny do źródła prądowego. Rozumując "w drugą stronę" - jeśli chcemy, aby układ z
rezystorem zachowywał się jak źródło prądowe, wartość rezystora powinna być duża, co z kolei oznacza, że spadek napięcia na rezystorze powinen być duży, czyli napięcie na odbiorniku powinno być znacznie mniejsze niż napięcie zasilające. To zaś implikuje, że na rezystorze będzie wydzielana spora moc, która nie dość, że będzie marnowana, to jeszcze może powodować silne podgrzanie rezystora i jego otoczenia. O mocach i cieple napiszę później, na razie przejdźmy do zasad, schematów i obliczeń.
Jeżeli układ z rezystorem jest zasilany ze stałego napięcia, to przy stabilnym odbiorniku zachowuje się on jak całkiem przyzwoite źródło prądowe.
Zacznijmy od przypadku najprostszego - załóżmy, że światła są zasilane z napięcia stabilizowanego (np. przez stabilizator z układem serii 78xx). Możemy przyjąć, że napięcie zasilania jest stałe i rezystor służy do obniżenia napięcia i jednocześnie ograniczenia prądu płynącego przz odbiornik. Wartość rezystora wyliczamy z wzoru R = (Uz - Uf)/If.
Uz - to napięcie zasilania (uzyskane za stablizatorem)
Uf - napięcie przewodzenia naszego źródła światła. Należy je przyjąć wg. danych producenta. Jeśli nie mamy danych katalogowych dla diod świecących - możemy przyjąć ok. 2V dla czerwonych, 2.2V dla pomarańczowych, żółtych i żółtozielonych, 3V dla zielonych "prawdziwych", niebieskich, fioletowych, białych i różowych (producenci podają ok. 3.3V przy 20 mA, ale przy natężeniach "kolejkowych" będzie to nieco mniej).
If - prąd przewodzenia. Dla małych LED maksymalny prąd jest specyfikowany zwykle na 20mA, ale w praktyce dla modeli kolejowych lokomotywy wystarcza 2..5 mA dla diod białych, niebieskich i zielonych oraz 5..10 mA dla pozostałych.
Wstawiając do wzoru natężenie If w Amperach (czyli np. 0.005) uzyskujemy R w Ohmach; wstawiając natężenie w miliamperach uzyskujemy R w kiloohmach.
Przykład: biała LED zasilana ze stabilizatora 7805, natężenie prądu 3 mA
R = (5-3)/0.003 = 667 Ohm; najbliższa wartość z szeregu 5% to 680 Ohm.
Na ogół nie jest jednak aż tak prosto - często z przodu mamy napięcie niestabilizowane i rezystor musimy dobrać tak, aby dioda świeciła z rozsądną jasnością w szerszym zakresie napięć. W takim przypadku wyliczamy dwie wartości rezystora. Pierwszą obliczamy przyjmując typowe, najczęściej występujące napięcie i planowane natężenie prądu. Drugą - przyjmując największą możliwą wartość napięcia zasilania i maksymalne dozwolone natężenie (dla małych LED zwykle 20 mA, czyli 0.02 A). Ta druga wartość określa minimalną rezystancję. Jeśli pierwsza wyliczona wartość jest mniejsza od drugiej - przyjmujemy drugą.
Im bardziej obie wartości różnią się od siebie - tym większych zmian jasności świecenia można się spodziewać przy wahaniach napięcia.
Jeśli przez jeden rezystor chcemy zasilić kilka LED połączonych szeregowo - jako Uf we wzorze przyjmujemy sumę napięć przewodzenia diod, czyli napięcie przewodzenia jednej diody mnożone przez liczbę diod. Takie połączenie zwiększa wahania jasności świecenia przy zmiennym napięciu wejściowym.
Możemy oczywiście równocześnie zasilać kilka diod niezależnie, czyli każdą prze jej własny rezystor. Wadą takiego połączenia będzie zwiększony pobór prądu.

Na koniec odcinka przypomnienie:
- Nie zasilamy przez jeden wspólny rezystor diod świecących połączonych równolegle.
- W zasadzie nie łączymy szeregowo diod różnych typów.

I jeszcze postscriptum: Istnieją diody białe o napięciu przewodzenia ok. 2.5V, ale póki co nie da się ich kupić w normalnym sklepie.

W następnym odcinku będzie o tym, co tygrysy lubią najbardziej, czyli o źródłach prądowych.
 
OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#14
Cyrrus: czy to nie jest przypadkiem tak, że zasilając żarówkę ze źródła prądowego ograniczamy możliwość uszkodzenia wskutek impulsu prądowego przy zimnym włóknie? Specjalistą od żarówek nie jestem, ale na zdrowy rozum to właśnie tak powinno wyglądać.
 
OP
OP
B
#15
9. Źródła prądowe.

W tym odcinku zostaną przedstawione trzy przykłady budowy źródeł prądowych, które są najlepszym sposobem na sterowanie świeceniem diod i nienajgorszym na sterowanie żarówkami.
Oczywiście istnieje mnóstwo gotowych źródeł prądowych jak i sposobów na budowę własnego źródła. Trzy przedstawione poniżej są tanie, proste i w miarę przeglądowe.

9.1 Źródło z układem LM317
Układ LM317 jest w zasadzie regulowanym stabilizatorem napięcia, jednak jego dość szczególna budowa wewnętrzna sprawia, że łatwo zamienić go w stabilizator natężenia prądu. W uproszczeniu można powiedzieć, że działanie układu LM317 polega na utrzymywaniu stałego napięcia 1.25 V pomiędzy wyjściem i wejściem sterującym ADJ. Natężenie prądu wypływającego z wyjścia ADJ jest na tyle małe małe, że dla naszych celów możemy przyjąć, że jego wartość jest równa 0. Stosując LM317 jako stabilizator napięcia dołączamy odbiornik do wyjścia OUT, a jednocześnie do tego wyjścia dołączamy dzielnik napięcia, który powoduje powstanie pomiędzy OUT i ADJ różnicy napięć 1.25V. Jeśli chcemy użyć układu LM317 jako stabilizatora natężenia prądu, używamy połączenia z rysunku poniżej. Należy zwrócić uwagę, że odbiornik jest w tym przypadku włączony pomiędzy wyprowadzenie ADJ (a nie OUT) i ujemny biegun zasilania albo pomiędzy dodatni biegun zasilania i wejście stabilizatora. Zamiast dwóch rezystorów używamy tylko jednego, włączonego pomiędzy OUT i ADJ. Na tym rezystorze układ LM317 „pilnuje” napięcia 1.25V. W przybliżeniu możemy przyjąć, że natężenie prądu płynącego przez odbiornik jest równe natężeniu prądu płynącego przez rezystor i wynosi If = 1.25V/R, czyli jest odwrotnie proporcjonalne do wartości rezystora. Aby obliczyć wartość rezystora dla zadanego natężenie prądu używamy wzoru R = 1.25/If.
Przykładowo, jeżeli chcemy uzyskać natężenie prądu równe 5 mA, obliczamy:
R = 1.25/0.005 = 250 Ohm (Bliskie wartości z szeregu 5% to 240 lub 270 Ohm.)

Zalety rozwiązania z LM317 – to niewysoka cena i prostota konstrukcji (wymagany tylko jeden rezystor). Główna wada – to wynikający z konstrukcji układu znaczny minimalny spadek napięcia pomiędzy IN i OUT, wynoszący około 2V, co wraz ze spadkiem na rezystorze regulacyjnym równym 1.25 V daje 3.25V – o tyle napięcie wejściowe musi być wyższe od napięcia na odbiorniku. Inna wada to to, że układ LM317 nie nadaje się do stabilizowania prądów poniżej 5 mA.

Źródło prądowe z LM317 dobrze spisuje się przy sterowaniu DCC, nieco gorzej przy analogowym (przy zasilaniu pojedynczej białej LED zaczyna działać przy napięciu wejściowym ok. 6V).

9.2 Źródła tranzystorowe
Źródło prądowe o bardzo dobrych dla zastosowań kolejkowych własnościach można zbudować z dwóch tranzystorów lub tranzystora i jednej lub dwóch diod. Schematy takich źródeł przedstawia rysunek. Do budowy źródła można użyć dowolnych tranzystorów bipolarnych małej mocy, np. typu BC547.
Pierwszy rodzaj źródła składa się z tranzystora i elementu zapewniającego stałe napięcie bazy. Elementem tym może być dioda Zenera na na napięcie 1..2 V, czerwona lub podczerwona dioda LED albo połączone szeregowo dwie dowolne, zwykłe diody krzemowe małej mocy (np. 1N4148). „Górny” rezystor służy do spolaryzowania bazy tranzystora – dobór wartości przedstawiam poniżej, przy opisie drugiego wariantu źródła. „Dolny” rezystor określa natężenie prądu źródła. Jego wartość rezystora określamy z przybliżonego wzoru R = (Ub – Ube)/If, w którym Ub jest napięciem bazy (ok. 1.3 V dla dwóch diod krzemowych, 1.2 V dla podczerwonej LED), Ube = 0.65 V. Przykład: dla źródła z dwiema diodami krzemowymi, które ma dostarczać prądu o natężeniu 5 mA wartość rezystora wynosi (1.3 – 0.65) / 0.005 = 130 Ohm.

Druga odmiana źródła składa się z dwóch tranzystorów npn (tak samo działające źródło można zbudować z dwóch tranzystorów pnp, zamieniając bieguny zasilania). Działanie źródła jest następujące: tranzystor „górny” jest włączany prądem płynącym przez rezystor podłączony pomiędzy napięciem dodatnim i bazą. Rezystor „dolny” jest dobrany tak, aby przy nominalnym natężeniu prądu odkładało się na nim napięcie 0.65..0.7 V. Wzrost natężenia prądu powoduje wzrost napięcia na tym rezystorze i włączenie „dolnego” tranzystora, co z kolei powoduje spadek napięcia na bazie tranzystora „górnego” i „wyłączanie”go. W stanie stabilnym „górny” tranzystor pozostaje „częściowo włączony” i w ten sposób reguluje natężenie prądu.
Jeżeli pominiemy niewielkie prądy płynące w układzie źródła tranzystorowego, obliczenie elementów tego źródła wygląda następująco:
Zaczynamy od określenia natężenia prądu, który ma płynąć przez odbiornik. Wartość rezystora „dolnego” obliczamy z wzoru R = Ube / If, gdzie:
Ube jest napięciem przewodzenia złącza baza – emiter tranzystora, zwykle ok. 0.65V (taką wartość można bezpiecznie przyjąć dla niemal wszystkich tranzystorów krzemowych małej mocy).
If – to zadane natężenie prądu płynącego przez odbiornik.
Przykład: dla natężenia 10 mA mamy R = 0.65 / 0.01 = 65 Ohm (najbliższa wartość z szeregu – 68 Ohm).
Wartość rezystora „górnego” szacujemy z zależności R <= (Uzmin – 2*Ube) * h21e / If
Wzór na pierwszy rzut oka może przerazić, w praktyce obliczenia są b. proste. Uzmin – to najmniejsze napięcie zasilania układu, przy którym źródło ma poprawnie działać. Napięcie to nie może być mniejsze niż napięcie na odbiorniku + 0.8V. Czynnik 2*Ube możemy przyjąć jako 1.3V. h21e jest indywidualnym parametrem tranzystora. Dla typowych niskoprądowych tranzystorów ma on wartość od 50 do 250; możemy bezpiecznie przyjąć wartość 50. Wzór przyjmuje więc postać:
R <= (Uzmin – 1.3) * 50 / If
Obliczenie górnego rezystora dla źródła dostarczającego prądu 10 mA do pojedynczej białej diody i sterowania DCC wygląda następująco:
Przyjmujemy minimalne napięcie zasilania 12 V. Maksymalna wartość R2 wynosi (12 – 1.3) * 50 / 0.01 = 53500 Ohm, czyli 53.5 kOhm. Przyjmujemy nieco mniejszą wartość z szeregu, np. 47 kOhm. W zasadzie równie dobrze możemy tu użyć rezystora 10, 15 lub 22 kOhm.
Przy źródle, które ma pracować w szerokim zakresie napięć zasilania, możemy napotkać pewien problem. Przeliczmy raz jeszcze powyższy przykład, ale przy założeniu, że mamy sterowanie analogowe i chcemy, aby dioda świeciła przy jak najmniejszym napięciu. Minimalne napięcie zasilania będzie wynosiło 3 + 1.3 V, czyli ok. 4.3 V minimalna wartość R2 wynosi 15 kOhm. Co się stanie, gdy napięcie zasilania wzrośnie do 16 V? Przez R2 może popłynąć prąd rzędu 1 mA, co w złośliwym przypadku spowoduje spadek prądu diody o ok. 1 mA. Jak widać nasze źródło idealne nie jest, ale do potrzeb modelarskich powinno wystarczyć.

9.3. Scalone źródła tranzystorowe
Istnieją również gotowe układy scalone zawierające kompletne źródła tranzystorowe w miniaturowych obudowach. Przykładowe układy tego rodzaju to seria BCR1xx firmy Infineon. Układy są bardzo proste w użyciu i niedrogie, ich wadą jest ustalone natężenie prądu wyjściowego, które może być zwiększone, ale nie zmniejszone przy użyciu rezystora zewnętrznego. Są produkowane wersje o natężeniach prądu 10 i 20 mA. Układy te nadają się więc raczej do sterowania oświetleniem modeli budynków, a nie do lokomotyw, gdzie potrzebujemy niewielkich natężeń prądu, aby nie świeciła cała obudowa.

W następnym odcinku - o cieple, które może nam coś popsuć.
 

Załączniki

OP
OP
B

Blue

Użytkownik
#16
10. Uwaga na ciepło!
Działanie wszystkich opisanych wcześniej układów polega na wytracaniu zbędnej energii w jakimś elemencie elektronicznym – rezystorze, tranzystorze lub układzie scalonym. Wytracana energia zamienia się w ciepło i powoduje wzrost temperatury elementu oraz jego otoczenia. Konstruując układ zasilający oświetlenie musimy zadbać o to, aby wydzielone ciepło nie spowodowało uszkodzenia samego elementu, na którym się ono wydziela ani otoczenia (np. obudowy lokomotywy lub wagonu). Każdy element elektroniczny jest scharakteryzowany przez producenta pod względem maksymalnej wydzielanej mocy. Parametr ten jednak odpowiada określonym warunkom chłodzenia, które są trudne lub niemożliwe do osiągnięcia we wnętrzu modelu kolejowego, w którym na ogół trudno jest zapewnić swobodny przepływ powietrza oraz dużą powierzchnię metalu służącą do rozpraszania ciepła. Zwykle więc będziemy skazani na słabe chłodzenie, a co za tym idzie – musimy dobrać elementy układu w taki sposób, aby przy niewydolnym chłodzeniu ich temperatura była umiarkowana.
Zacznijmy od oszacowania wytracanej mocy. Możemy ją oszacować w przybliżeniu z wzoru P = U*If, w którym U jest napięciem wytracanym, a If – natężeniem prądu odbiornika. Oszacowanie jest przybliżone, gdyż w obliczeniach pominięto natężenie prądu zasilającego sam układ stabilizatora. Napięcie wytracane – to różnica pomiędzy napięciem zasilania i napięciem na odbiorniku. Do obliczeń powinniśmy przyjąć maksymalną wartość napięcia zasilającego i minimalną dla odbiornika. Przykładowo dla zasilania DCC i pojedynczej żarówki 1.5 V/50 mA moc wytracana wyniesie 19.5 * 0.05, czyli około 1 W, gdyż maksymalne napięcie w systemie DCCdla skali H0 wynosi 22 V (czyli do 21 V za mostkiem prostowniczym dekodera). Przy szeregowym połączeniu trzech białych LED pracujących przy natężeniu prądu 5 mA uzyskamy moc traconą (19 – 9) * 0.005, czyli 50 mW. Mając oszacowaną wartość mocy traconej w stabilizatorze możemy zastanowić się nad nagrzewaniem. W praktyce można przyjąć, że nawet najmniejszy element elektroniczny wytrzyma bez nadmiernego nagrzewania moc rzędu 50 mW. Powyżej tej granicy powinniśmy zastanowić się nad rodzajem obudowy elementu oraz sposobami odprowadzenia ciepła. Przy mocach rzędu 100..150 mW wystarczy, że wybierzemy element w nieco większej obudowie, np. rezystor o mocy znamionowej 0.25W lub większej lub stabilizator w obudowie typu TO-223. Powyżej tych mocy powinniśmy użyć elementów w obudowach większych, np. rezystorów o mocy znamionowej min. 1 W lub stabilizatora w obudowie TO-220 (np. podstawowa wersja układu 7805). Jednak nawet w takim przypadku temperatura elementu może już osiągnąć poziom powodujący uszkodzenie plastikowej obudowy modelu.
W przypadku układów przewidzianych do pracy w wąskim zakresie napięć zasilania możemy przed stabilizatorem włączyć szeregowo rezystor, na którym wytracimy część mocy, dzięki czemu sam stabilizator scalony będzie grzał się mniej. Rezystor musi być dobrany tak, aby przy minimalnym napięciu roboczym za rezystorem panowało napięcie gwarantujące poprawną pracę stabilizatora scalonego.
Przykład: zasilamy żarówkę 3V o natężeniu prądu 50 mA ze stabilizatora LM317. Przyjmijmy, że na wejściu stabilizatora mamy napięcie od 12 do 16V. Moc wydzielana na samym stabilizatorze dochodzi więc do (16-3)*0.05=0.65W, co powoduje znaczne wydzielanie ciepła. W celu zmniejszenia nagrzewania przed stabilizatorem umieszczamy rezystor. Jego maksymalna rezystancja musi gwarantować, że napięcie na wejściu stabilizatora przy minimalnym napięciu wejściowym nie spadnie poniżej 5V. Obliczamy (12-5)/0.05 = 140 Ohm; najbliższa mniejsza wartość z szeregu 10% to 120 Ohm. Przy największym napięciu wejściowym na wejściu stabilizatora panuje napięcie 16V – 0.05*120=10V. Na rezystorze wydzieli się wtedy się moc 6*0.05=0.3 W, a na stabilizatorze (10-3)*0.05 = 0.35 W. Powinniśmy użyć sporego rezystora, o mocy znamionowej 1 lub 2 W. W taki sposób zamiast jednego silnie rozgrzanego elementu będziemy mieli dwa, za to grzejące się słabiej.
 

robertjanczak

Nowy użytkownik
#18
No i wszystko byloby cacy, gdyby nie fakt ,iz sam przewodnik zasluguje na ogolna sciepe wsrod uzytkownikow, bo wiedzy w nim nie brakuje, ale p.Sz.Kolegow- docelowym byloby przedstawienie schematu na diody, czy tez mieszanego, z oznaczeniem elementow /nr-y/ i jak to sie ma w stosunku do rzeczywistosci. Pamietam, ze zaczelo sie wszystko od schematu jakiegos Czecha ,z diodami i rezystorami, patrzac na ogol calego zdarzenia jestem dzis tak samo glupi jak owego dnia ze wspomnianym schematem.Sprawa cala bylaby o wiele prostrza gdyby ktos po sprawdzeniu na "wlasnej-wlasnym" loku nie tyle co potwierdzil dzialanie, co udostepnil
wiadomosc ,gdzie kupil elementy i ile kosztuja. Sam Tworca podrecznika zadal sobie wiele trudu w wytlumaczeniu samego dzialania i niebezpieczenstw zwiazanych z konstrukcja. Niestety brak jest tu wiadomosi ,co laika intryguje najbardziej, slowem jak to odtworzyc we wslasnym zakersie i czegos nie popsuc- co jak sie mowi tlumaczenie "jak chlop krowie na rowie" byloby bardziej pomocne. Wspomniec wypada ,ze byloby dla wielu bardziej pomocnym stworzenie malego zestawu elementow i udostepieniu do kupna z naliczeniem pracy w to wlozonej. Chetnie kupilbym takie zestawy ,a nawet promowal na rynku hiszpanskim, gdzie byle glupota kosztuje fortune, a w sklepch z elementami elek. rozmawiaja "po chinsku".
Pozdrawiam Kolegow.
 

PawelMa

Nowy użytkownik
#20
Artykuł faktycznie świetny.
robertjanczak napisał(a):
byloby dla wielu bardziej pomocnym stworzenie malego zestawu elementow i udostepieniu do kupna z naliczeniem pracy w to wlozonej. Chetnie kupilbym takie zestawy ,a nawet promowal na rynku hiszpanskim, gdzie byle glupota kosztuje fortune, a w sklepch z elementami elek. rozmawiaja "po chinsku".
Nie wiem, czy miałoby sens robienie jakichś zestawów. Koszt przesyłki - nawet w Polsce - byłby większy niż same elementy: są one powszechnie dostępne w każdym sklepie elektronicznym. Najdroższy jest chyba LM317 - w Polsce ok. 2 zł, w Niemczech kilkadziesiąt eurocentów, nie sądzę, żeby w Hiszpanii był droższy.
A w hiszpańskim sklepie jak pokażesz schemat czy listę elementów, to na pewno zrozumieją.
Jeśli ktoś nie potrafi czy nie chce wytrawić sobie płytki, to może przyciąć sobie płytkę uniwersalną odpowiedniej wielkości. A np. wersja ze stabilizatorem LM317 to raptem 2 elementy, więc można połączyć nawet na "pajączka". Więcej lutowania będzie i tak przy podłączeniu do LEDów, do "masy" i "plusa".
 

Podobne wątki