Ellära: transformator (Fysik/Universitet)

Du kan väl börja lite? Till exempel genom att fundera på hur det ser ut om lasten inte är inkopplad.

Det kan vara enklare om man delar upp uppgiften i mindre delproblem. Först måste du fundera på hur spänningen Uc kan komma att se ut, storlek och kurvform. Vissa antaganden ska nog göras om Uc's utseende för att göra uppgiften greppbar.

Kretsen till höger om likriktarbryggan bör kunna behandlas som likströmskretsar. Något värde på kondensatorn har inte heller angetts. Matningen från transformatorn blir då toppspänningen minus två diodspänningsfall.

Jan Ragnar skrev:
Kretsen till höger om likriktarbryggan bör kunna behandlas som likströmskretsar. Något värde på kondensatorn har inte heller angetts. Matningen från transformatorn blir då toppspänningen minus två diodspänningsfall.

Varför blir det två spänningsfall?

Jan Ragnar skrev:

Okej, så zenerdioden har inget framspänningsfall? Zenerdioden har väll som uppgift att stabilisera spänningen, men när börja den släppa igenom strömmen Iz? Asså den är ju riktad uppåt och Iz nedåt, så den borde väll inte släppa igenom strömmen nedåt? Och när den inte släpper igenom ström, är det då strömen går genom RL?

Med zenerdioden utnyttjar man en helt annan egenskap än i de fyra likriktardioderna i bryggan. Likriktardioderna utnyttjas i framspänningsriktningen (och blockerar helt i backspänningsriktningen), som du ser Jan-Ragnar har ritat. Det gör att kondensatorn C laddas upp med VDC, och C antas vara "tillräckligt" stor i förhållande till lasten så kan man betrakta spänningen över den att vara helt stabil.

Som du ser så utnyttjas då zenerdioden _enbart_ i dess backriktning och, som du säger, stabiliserar spänningen till lasten. Såklart har zenerdioden ett framspänningsfall också, men det utnyttjas inte till något eftersom vi kan betrakta, som Jan-Ragnar säger, denna delen av kretsen som en likströmskrets.

Men som står i uppgifttexten, för att zenerdioden ska stabilisera Uz till 12VDC på ett bra sätt, så måste det flyta en liten ström Iz genom zenerdioden i backriktningen. (Till skillnad från likriktardioderna i bryggan som är konstruerade att inte släppa minsta lilla ström i backriktningen, förrän vid en spänningsgräns som är mycket högre än u2topp. Och råkar backspänningen hos likriktardioderna ändå överstiga denna gräns så går likriktardioderna sönder. Alltså jätteviktigt att skilja på likriktardiodens och zenerdiodens funktion och konstruktion, för att kunna förstå hur kretsen fungerar)

Det är detta som uppgiften handlar om, att designa R så att strömmen i backrikningen på zenern inte blir för stor så att den eldar upp zenern. Och i andra ändläget, designa R så att Ir blir tillräckligt stor att kunna leverera maxström till lasten.

Så, baserat på vad du nu vet, fundera på Pieters fråga vad som händer om lasten inte drar någon ström alls (dvs inte är ansluten). Hur stor ström genom zenerdiodens backriktning kan man tillåta för att inte effekten i den ska överstiga 10W? Och vilket värdet måste R minst ha för att säkerställa det?

JohanF skrev:
Med zenerdioden utnyttjar man en helt annan egenskap än i de fyra likriktardioderna i bryggan. Likriktardioderna utnyttjas i framspänningsriktningen (och blockerar helt i backspänningsriktningen), som du ser Jan-Ragnar har ritat. Det gör att kondensatorn C laddas upp med VDC, och C antas vara "tillräckligt" stor i förhållande till lasten så kan man betrakta spänningen över den att vara helt stabil.

Som du ser så utnyttjas då zenerdioden _enbart_ i dess backriktning och, som du säger, stabiliserar spänningen till lasten. Såklart har zenerdioden ett framspänningsfall också, men det utnyttjas inte till något eftersom vi kan betrakta, som Jan-Ragnar säger, denna delen av kretsen som en likströmskrets.

Men som står i uppgifttexten, för att zenerdioden ska stabilisera Uz till 12VDC på ett bra sätt, så måste det flyta en liten ström Iz genom zenerdioden i backriktningen. (Till skillnad från likriktardioderna i bryggan som är konstruerade att inte släppa minsta lilla ström i backriktningen, förrän vid en spänningsgräns som är mycket högre än u2topp. Och råkar backspänningen hos likriktardioderna ändå överstiga denna gräns så går likriktardioderna sönder. Alltså jätteviktigt att skilja på likriktardiodens och zenerdiodens funktion och konstruktion, för att kunna förstå hur kretsen fungerar)

Det är detta som uppgiften handlar om, att designa R så att strömmen i backrikningen på zenern inte blir för stor så att den eldar upp zenern. Och i andra ändläget, designa R så att Ir blir tillräckligt stor att kunna leverera maxström till lasten.

Så, baserat på vad du nu vet, fundera på Pieters fråga vad som händer om lasten inte drar någon ström alls (dvs inte är ansluten). Hur stor ström genom zenerdiodens backriktning kan man tillåta för att inte effekten i den ska överstiga 10W? Och vilket värdet måste R minst ha för att säkerställa det?

Jaha tack för förklaringen, nu börjar det nog klarna lite. Så zenerdioden kan släppa igenom lite ström i backriktningen, till skillnad från likriktardioderna.

Är lasten inte ansluten är $I_{L} = 0$ . Och då går väll all ström genom zenerdioden i dess backriktning.

För att effekten i zenerdioden inte ska överstiga 10 W, får strömmen max vara $I_{z, m a x} = \frac{P_{z, m a x}}{U_{z}} = \frac{10}{12} = 0, 83 A$ i backriktningen.

R måste därmed begränsa strömmen till max 0,83 A. Spänningen över R är väll (med potential-tänk) $U_{c} - U_{z}$ .

Detta bär väll ge en nedre gräns för R på (om det var toppspänningen minus två spänningsfall för kondensatorns spänning) $R_{m i n} = \frac{U_{R}}{I_{z, m a x}} = \frac{U_{c} - U_{z}}{I_{z, m a x}} = \frac{(23 \sqrt{2} - 2 \cdot 0, 7) - 12}{0, 83} = 23 Ω$

Man kan säga att zenerdioden är konstruerad för att kunna tåla att släppa igenom lite ström i backriktningen, för att kunna stabilisera backspänningen till zenerspänningen. Likriktardioden är istället ofta konstruerad för att kunna switcha snabbt (ställa om från att blocka i backriktningen till att leda i framriktningen), och att ha en så litet framspänningsfall som möjligt eftersom som du ser i uppgiften, litet framspänningsfall ger större Udc samt mindre effektförluster.

Det betyder att med $R = 23 Ω$ blir $I_{z, m a x} = 0.83 A$ . Det resistorvärdet fungerar även med maxlast $I_{L, m a x} = 0.5 A$ , eller hur? Men vilket blir då det största värde som man kan använda på R för att både last och zener ska få tillräcklig ström för att fungera?

JohanF skrev:
Man kan säga att zenerdioden är konstruerad för att kunna tåla att släppa igenom lite ström i backriktningen, för att kunna stabilisera backspänningen till zenerspänningen. Likriktardioden är istället ofta konstruerad för att kunna switcha snabbt (ställa om från att blocka i backriktningen till att leda i framriktningen), och att ha en så litet framspänningsfall som möjligt eftersom som du ser i uppgiften, litet framspänningsfall ger större Udc samt mindre effektförluster.

Det betyder att med $R = 23 Ω$ blir $I_{z, m a x} = 0.83 A$ . Det resistorvärdet fungerar även med maxlast $I_{L, m a x} = 0.5 A$ , eller hur? Men vilket blir då det största värde som man kan använda på R för att både last och zener ska få tillräcklig ström för att fungera?

Det största värdet på R borde då bli $R_{m a x} = \frac{U_{c} - U_{z}}{I_{z, m i n} + I_{L, m a x}} = \frac{31, 1 - 12}{100 * 10^{- 3} + 500 * 10^{- 3}} = 32 Ω$