50ohm-contents-dl/contents/sections/spanningsstabilisering.md

I varje radioapparat finns en eller flera spänningsstabiliseringar, eftersom ingångsspänningen, framför allt hos ackumulatordrivna apparater, kan variera och känsliga delar, till exempel oscillatorer, då skulle ändra sin frekvens.

Spänningsstabilisering finns i 3 varianter:

1. Koppling med zenerdiod
2. Linjära spänningsregulatorer
3. Fasta spänningsregulatorer i en integrerad krets

Kopplingen med zenerdiod (jfr figur [ref:a_stab_z_diode]) är en mycket enkel koppling för att stabilisera utspänningen, eftersom zenerdioden kan hålla utspänningen stabil inom vissa gränser.

Zenerdioden används alltid med ett förkopplat motstånd och i backriktningen (-U_Z). Zenerdioder med genombrottsspänning U_Z från \qty{5}{\volt} har en mycket brant karakteristik (jfr figur [ref:a_z_diode_kennlinie]) och lämpar sig därför mycket väl för spänningsstabilisering. Kopplingens verkningsgrad är mycket låg, eftersom förlusterna i förkopplingsmotståndet R_V och i zenerdioden måste beaktas.

[picture:323:a_stab_z_diode:Spänningsstabilisering med zenerdiod] [picture:862:a_z_diode_kennlinie:Karakteristik för en zenerdiod]

Lösningen på en sådan uppgift är något mer omfattande. Först bestäms uteffekten ur lastresistansen och lastströmmen. Därefter beräknas den upptagna ineffekten ur matningsspänningen och summan av lastström och zenerdiodström. Verkningsgraden blir sedan förhållandet mellan avgiven och upptagen effekt.

---

Linjära spänningsregulatorer stabiliserar utspänningen genom att en effekttransistor används som variabelt motstånd och tillsammans med lastmotståndet bildar en spänningsdelare.

[picture:1079:a_diskrete_pannungsstabilisierung:Diskret uppbyggd spänningsstabilisering]

I figuren visas en diskret spänningsstabilisering med serietransistor. Via en zenerdiod skapas en referensspänning på \qty{5,6}{\volt} vid transistorns bas. Emitterpotentialen är i driftläge hos en kiseltransistor ungefär \qty{0,6}{\volt} lägre än baspotentialen. Den reglerade utspänningen ligger då på ungefär \qty{5}{\volt}.

Lastströmmen flyter också genom transistorn, som därför blir mycket varm vid hög ström. De så kallade serietransistorerna sitter därför alltid på en kylfläns i linjärt reglerade spänningsstabiliseringar.

[photo:246:a_Längstransistor 2N3055 auf Kühlkörper:Serietransistorn i ett linjärt reglerat nätaggregat måste tåla stora förlusteffekter och monteras därför på en kylfläns.]

Förlusteffekten P_V ges av skillnaden P_{\mathrm{in}} - P_{\mathrm{out}}. Tillsammans med effektformeln P = U \cdot I kan förlusteffekten beräknas.

Hos linjära spänningsregulatorer är verkningsgraden på grund av principen ofta mycket låg. Den kan beräknas med den kända formeln ovan, \eta = \frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}}.

---

Vid sidan av zenerdiod och linjär spänningsregulator finns också fasta spänningsregulatorer i en integrerad krets. Fasta spänningsregulatorer arbetar som linjära spänningsregulatorer med serietransistor och innehåller en mycket noggrann spänningsreferens tillsammans med en optimal elektronisk reglering. Även om ingångsspänningen varierar kraftigt (t.ex. \qty{\pm 2}{\volt}) kan spänningsändringen på lastsidan bara mätas i millivoltområdet. Kondensatorerna på båda sidor om den fasta spänningsregulatorn måste väljas enligt tillverkarens anvisningar, annars kan oönskade svängningar uppstå i kopplingens regleregenskaper.

[picture:200:a_Festspannungsregler:Fast spänningsregulator]

---

En fast spänningsregulator håller sin utspänning i stort sett konstant så länge ingångsspänningen ligger tillräckligt över utspänningen. Utspänningen förblir därför nästan oförändrad även om ingångsspänningen varierar.

För att den interna regleringen ska fungera optimalt måste ingångsspänningen hos standardregulatorer (t.ex. typ 7812 för en fast spänning på $\qty{12}{\volt}$) vara ca $\qty{3}{\volt}$ högre än utspänningen, alltså minst $\qty{15}{\volt}$. Det finns fasta spänningsregulatorer där ingångsspänningen bara behöver vara $\qty{1}{\volt}$ högre än utspänningen. Dessa regulatorer kallas low-drop-regulatorer (LDO).

---

För nästa beräkning använder vi på nytt det kända sambandet: Den fasta spänningsregulatorns förlusteffekt P_V ges av skillnaden mellan P_{\mathrm{in}} och P_{\mathrm{out}}.

Lösningen börjar med beräkningen av lastströmmen $I_L$. Observera: Strömmen i den fasta spänningsregulatorns jordledning är försumbart liten och beaktas därför inte. [photo:245:a_Festspannungsregler:Fasta spänningsregulatorer för $\qty{5}{\volt}$, $\qty{12}{\volt}$ och $\qty{9}{\volt}$ på kylfläns]