Transformatorul Funcțional

I. TEMA PROIECT

Se cere proiectarea unui transformator funcţional cu amplificator operaţional, care să aproximeze în trei segmente de dreaptă caracteristica neliniară dată în figura de mai jos.

Figura 1. Caracteristica de transfer dată

De asemenea, se cere să se proiecteze transformatorul monofazat, redresorul dublă alternanţă cu filtru capacitiv precum şi stabilizatorul de tensiune continuă în condiţiile următoare :

Pentru transformatorul de reţea :

• Tensiunea de ieşire din secundar Vs=22 Vac

• Curent maxim prin secundar Is=0,7 A

Pentru redresorul monofazat bialternanţă cu filtru capacitiv :

• Curentul mediu redresat maxim Iro = 0,7 A

• Tensiune medie redresată Vro = 20 V

• Căderea relativă de tensiune pe rezistenţa internă a redresorului =0,1

• Pulsaţia tensiunii redresate (egală cu amplitudinea componentei

nesinusoidale) Vrlm=Vro=0,2 0,8V0,7V

• Creşterea procentuală posibilă a tensiunii reţelei

• Tensiunea de deschidere a unei diode cu siliciu în conducţie directă

Vd = 0,45 V

• Numărul de alternanţe redresate m=2

Pentru dimensionarea stabilizatorului de tensiune cu circuit integrate de tip 78XX

se consideră:

• Valoarea tensiunii pe sarcină Vs = 18 V

• Curentul maxim necesar în sarcină Ismax = 0,5 A

• Variaţiile procentuale ale reţelei

• Gama temperaturilor mediului ambiant

Tamin=10C

Tamax=35C

• Mărimea riplului de ieşire Vosm < 10 mV

• Realizarea stabilizatorului se face cu două circuite integrate L7805

Pentru proiectarea transformatorului funcţional sunt necesare următoarele date iniţiale :

• Caracteristica de transfer care trebuie realizată este descrisă în figura 1.

• Eroarea relativă maximă admisă la aproximarea caracteristicii de transfer

prin segmente de dreaptă er=3%

• Rezistenţa de sarcină ce se va conecta la ieşirea transformatorului

funcţional Rs=10k

• Viteza de variaţie maximă a tensiunii de intrare este 0,5V/ms

II. SCHEMA BLOC

Figura 2. Schema bloc şi semnalele de ieşire corespunzătoare fiecărui bloc

Transformatorul de reţea este un dispozitiv ce se bazează pe fenomenul de inducţie magnetică şi anume primind o putere electrică sub intensitatea Ip şi tensiunea Up aplicată unui circuit primar, o redau sub intesitatea Is şi tensiunea Us la bornele circuitului secundar.

Redresorul monofazat bialtenanţă are rolul de a inversa altenanţele negative ale tensiunii altenative dată de transformatorul de reţea, rezultând o tensiune care conţine numai altenanţe pozitive. Această “inversare” a altenanţelor negative este realizată cu ajutorul punţii de diode redresoare.

Stabilizatorul de tensiune transformă tensiunea bialtenanţă dată de redresor într-o tensiune continuă, cât mai stabilă. Un stabilizator ideal de tensiune menţine tensiunea de ieşire constantă, în condiţiile în care variază tensiunea de intrare, sarcina şi temperatura. Practic, nu se poate realiza o caracteristică absolut orizontală. Apropierea de stabilizatorul ideal al montajelor reale depinde de circuitele folosite şi de complexitatea acestora.

Amplificatorul operaţional cu caracteristică de transfer neliniară, mai este denumit şi transformator funcţional, poate realiza o legătură între tensiunea de ieşire şi de intrare şi aproximează prin segmente o funcţie impusă. Dacă această funcţie prezintă o pantă monoton crescătoare sau descrescătoare şi este plasată într-una din perechile de cadrane I-II şi III-IV, ea poate fi aproximată cu ajutorul unui singur amplificator operaţional care include o reţea de rezistenţe şi diode. Altfel sunt necesare mai multe amplificatoare operaţionale şi reţele mai complicate.

III. PROIECTAREA

III.1. TRANSFORMATORUL DE REŢEA

Figura 3. Schema unui transformator cu o înfăşurare primară şi una secundară

Considerăm un transformator de reţea care are o înfăşurare primară şi una secundară. Neglijând pierderile inevitabile se poate considera că puterea intrată în primar este egală cu cea obţinută din secundar adică : UpIp=UsIs

Sau mai explicit : Up/Us = Is/Ip = np/ns unde np = nr. spire din primar

ns = nr. spire din secundar

După frecvenţa de lucru sunt :

- Transformatoare de radiofrecvenţă

- Transformatoare de frecvenţă intermediară

- Transformatoare de audiofrecvenţă

- transformatoare de cuplaj

- transformatoare de ieşire

- Transformatoare de frecvenţă industrială

- transformatoare de reţea

- autotransformatoare

- Transformatoare de impulsuri

Calculul transformatorului de reţea conţine etapele :

a) Transformatorul are o înfăşurare primară şi una secundară.

b) Puterea activă totală în secundar este :

Ps = Us * Is = 22 * 0,7 = 15,4 W

c) Puterea aparentă de primar