Jako obvykle předem upozorňuju - rozhodně nejsem "vědec přes napěťové reference" ani "držitel kulatého razítka" - takže mé konstrukce jsou jednoduché a "vědci i držitelé" jimi pravděpodobně budou hluboce opovrhovat - nemluvě o tom, že pokud to, co zde přečtete řeknete "panu docentovi" na VUT u zkoušky - patrně neprojdete -a já to "vašim" vysvětlovat nepojedu.
Takže minule jsme probírali královnu napěťových referencí - BandGap referenci, která je nezávislá na teplotě a proto 7805 dává pořád 5 voltů, přestože se z ní už skoro kouří. Proč jsem mluvil o tom, že nejsem vědec přes napěťové reference - jako mnoho jiných oblastí elektroniky - je tohle módní záležitost, kterou řeší moře lidí, kteří už 30 let nepostavili ani blikátko, takže budou složitě řešit stabilitu teplotní, napěťovou LOAD a LINE regulaci, šum, a kdoví co ještě - většinou se závěrem - problém je moc složitý pro amatéra - vykašlete se na to a běžte si koupit rádion k Vietnamcům a nerušte naše kruhy.
My jsme ale vidláci hloupí a nepotřebujeme milivoltovou stabilitu a mikrovoltový šum - nám stačí když třeba "virtuální zem" ultrazvukového zesilovače bude přilbližně stejná při napájení 5, 12 i 24 V. Takže na schémátku vidíte můj oblíbený zesilovač - a kde teda je ta reference ? Je označená modře - je to odpor a LEDka - úbytek napětí na LEDce je konstatní, s nízkým šumem, který je ještě filtrován pomocí C3, navíc LEDka slouží i jako kontrolka jestli "deska žije". Dvě funkce za jedny prachy - co více si můžeme přát. Proto jsem taky v TOMTO článečku varoval - nechte tam tu modrou LEDku !!
Mimochodem já LEDKy jako zdroje konstntního napětí přímo miluju, právě proto, že jsou za hubičku a ještě potěší barevným světlem. Mimochodem LED a úbytek napětí na ní je krásný příklad "kvantové fyziky v domácnosti", protože čím je vlnová délka světla kratší - tím mají fotony větší energii, tím je větší spád napětí na LEDce, takže IR LED mají spád kolem 1V, a pak napěťový spád roste pěkně v řadě - červená, žlutá, zelená, modrá / bílá, ultrafialová. Modré bílé a UV ledky mají spád 3-4V je tedy z čeno vybírat.
Jenom nepatrná poznámka - aby to nebylo tak jednoduché - světlo jde nejenom z LEDky ven ale svítí i z venku do LEDKy, proto LED jako referenční zdroj - může "chytat rušení" - zejména nepříjemné jsou úsporné zářivky blikotající na frekvencích 20-100kHz - které mohou "modulovat" napětí na LEDkách - takže držte elektroniku raději "ve stínu".
Dostáváme se k notoricky se vracející otázce - paralelních a sériových zdrojů - mezi kterými dle mně není žádný rozdíl. Vlevo "paralelní zdroj" protože stabilizující diody jsou paralelně se zátězí (která je zapojena taky mezi Vout a zem). Prostým doplněním emitorového sledovače na výstup (tranzistor Q1) se nám "paralelní" reference změní na "sériovou" protože proud nyní prochází tranzistorem, který je v sérii se zátěží.
Drobné poznámky - obyšejné diody, případně zapojené do série se dají použít jako zdroj konstatního napětí - mají ale tu nevýhodu, že zapojením do série se teplotní nestabilita i šum sčítají a navíc pozor na diody ve skleněném pouzdře - jsou stejně "fotocitlivé" jako LED.
Ještě jedna poznámka - co tam vpravo dělají ty "divně zapojené" kondenzátory. Kombinace R2, C2, a tranzistoru tvoří takzvaný "násobič kapacity" - obvod se chová tak jakoby kapacita C2 byla násobena proudovým zesílením tranzistoru a tedy byla minimálně 100x větší. Pro úplné hnidopichy je tam i C3, který zase potlačuje šum tranzistoru, který tam tranzistor přidá až za "násobičem kapacity".
Psal jsem na začátku, že zdroje konstatního napětí nemusí být navázané jenom na napětí země, ale mohou sloužit jako zdroj "rozdílového napětí" od jakéhokoliv jiného napětí. Na obrázku máte příklad - napětí na bázi tranzistoru je za všech okolností o 1,4V větší než napětí na vstupu - jelikož emitorový sledovač zase stejnosměrnou úroveň o 1,4V sníží - je stejnosměrné napětí na výstupu o 0,7V vyšší než na vstupu.
Viz obrázek - zelená křivka vstup - červená křívka výstup. Odpory R2 a R3 udrují obě diody minimálním proudem otevřené. Mimochodem pro tzv. "příčný proud" diodami platí obvyklé pravidlo, že by měl být alespoň 5x-10x větší než je proud do báze tranzistoru - což je zde splněno, protože vstupní odpor emitorového sledovače je R1 * Proudové zesílení tranzistoru - což je v našem případě kolem 200 kOhm.
Na úplný závěr rekapitulace - jaké jsou možnosti.
- Lze-li to používajte integrované stabilizátory typu 7805 nebo LM317, které krom kvalitní napěťové reference mají i proudovou a tepelnou ochranu. jejich nevýhodou, je že potřebují stabilizační kondenzátory, berou něco produdu a konstrukce s nimi je pro určíté účely příliš složitá.
- Obvody v bodě 1 bývají pomalé, proto pro speciální použití, malá napětí, "opření napětí o nějaký signál", atd. použivejte kvalitní integrované reference typu LM113, nebo TL431.
- Někdy je i toto "kanón na vrabce" - tak použijte Zenerovu diodu.
- Pro napětí pod 5V jsou zenerovy diody obtížně dostupné a drahé - pouužijte LEDKu - vyberte si podle barvy vhodné napětí.
- Pro napětí pod 1V se nedá použít ani LEDka - použijte obyčejné (nebo Schottkyho) diody v propustném směru.
- Pokud potřebujete úplně maximálně jednoduchý obvod - lze použít i úbytek napětí Báze-Emitor tranzistoru, který zároveň funguje jako zesilovací prvek v obvodu - viz pojednání o proudových pojistkách - které všechny byly tohoto typu.
Tím bych kapitolu zdrojů napětí považoval prozatím za vyčerpanou - což neznamená, že se nebudeme k nim vracet, kdykoliv to bude potřeba.
Zbývá už jenom tradiční rada pro brunety : Když se na Facebooku rozšíří zpráva, že bez nočníku na hlavě jste beznadějně OUT - můžete vzít jed na to, že všechny blodýny to okamžite poslechnou - ale co vy budete se k nim přidávat ?
U násobiče kapacity se obvod nechová tak, jako kdyby kapacita byla 100 x větší. Což zjistíte v okamžiku, kdy máte větší odběr a kapacita 100 x větší by zajistila vykrytí špiček z náboje uloženého v kondenzátoru, ale násobič kapacity to nezajistí, protože kde není skutečná kapacita ani čert nebere.
Násobič kapacity se chová pouze jako znásobená filtrační schopnost výstupního napětí, ale pouze pokud napájecí napětí neklesne pod potřebnou mez. Tam, kde by skutečná 100 x vyšší kapacita zajistila filtraci i potřebné vykrytí výpadků, tam to násobič kapacity dokázat nemůže.