+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Как выбрать последовательный резистор для стабилитрона

Во-первых, вы должны учитывать, что каждый (стабилитрон) диод имеет номинальную мощность. Из этой номинальной мощности вы можете рассчитать максимальный ток для диода. Например, если стабилитрон имеет максимальную номинальную мощность 1   W 1 W и номинальное напряжение 2   В 2 В максимальный ток через диод должен быть 0,5   0,5 , Если вы хотите подключить этот диод к источнику напряжения 5   В 5 В , тогда вам нужно что-то (резистор), который создаст падение напряжения 3   В 3 В :

R = 5   V — 2   В 0,5   = 6   Ω р знак равно 5 В — 2 В 0,5 знак равно 6 Ω

Номинальная мощность для этого резистора должна быть не менее п р = Я 2 R = 1,5   W п р знак равно я 2 р знак равно 1,5 W ,

Теперь вы хотите разместить нагрузку параллельно стабилитрону. Это уменьшит ток через диод, что приведет к снижению напряжения. Чтобы рассчитать точную рабочую точку, то есть падение напряжения на стабилитроне, нам нужно больше информации об этом диоде, например, его U U — я я статические характеристики.

Что касается таблицы диодов 1N4681, вы можете увидеть, что ее максимальное напряжение В Максимум = 2,52   В В Максимум знак равно 2,52 В и его минимальное напряжение В мин = 2,28   В В мин знак равно 2,28 В , Фактическое рабочее напряжение будет зависеть от тока через диод, который зависит от последовательного резистора, а также от нагрузки, параллельной диоду. Вы также можете увидеть, что максимальный ток я Максимум = 0,095   я Максимум знак равно 0,095 , Максимальное напряжение будет иметь место для максимального тока через диод. Также учтите, что номинальная мощность для 100   Ω 100 Ω резистор должен быть хотя бы 1   W 1 W ,

Я просмотрел вашу модель — все хорошо, кроме р S р S параметр в диоде. Измените этот параметр на 0   Ω 0 Ω и все будет хорошо. Для этого конкретного диода вы можете установить последовательный резистор на 80   Ω 80 Ω ,


Падение напряжения на стабилитроне в области напряжения пробоя можно аппроксимировать с помощью линейной функции следующим образом:

В D ( Я D ) = к я D + с В D ( я D ) знак равно К я D + с

где К К и с с параметры диода. Уравнение напряжения для системы выглядит следующим образом:

В S = Я R + V D ( — Я ) , я D = — Я , В S знак равно я р + В D ( — я ) , я D знак равно — я ,

где В S В S является источником напряжения, я я ток системы, и р р последовательный резистор Объединяя эти два уравнения, мы получаем U U — я я статические характеристики системы:

В S = Я ( R — k ) + c В S знак равно я ( р — К ) + с

Схемы и онлайн расчёт элементов регулируемых стабилизаторов напряжения

Онлайн расчёт элементов схем линейных стабилизаторов с фиксированным и
регулируемым выходным напряжением.

Для поддержания стабильной работы и сохранения заявленных параметров электрооборудования его питание в большинстве случаев должно осуществляться постоянным и неподконтрольным никаким внешним воздействиям напряжением. Как правило, эта функция возлагается на устройства, называемые стабилизатором напряжения.
Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрической энергии, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах при изменениях следующих величин: входного напряжения, сопротивления нагрузки, а также в идеале — температуры и иных внешних воздействий.

Ещё не так давно подобные узлы строились на стабилитронах и транзисторах, однако с появлением специализированных микросхем, необходимость в самостоятельном конструировании подобных схем скоротечно отпочковалась, ввиду очевидной простоты реализации стабилизаторов, выполненных на интегральных микросхемах. А зря!

Там, где значения коэффициента стабилизации Кст допустимо исчислять десятками, а не сотнями-тысячами, простейший параметрический стабилизатор не только имеет право на существование, но и выигрывает у своих интегральных собратьев по такому важному параметру, как чистота выходного напряжения и отсутствие импульсных помех в момент резкого изменения тока нагрузки.


Давайте рассмотрим такие простейшие устройства стабилизаторов напряжения.

Рис.1 а) Простейшая схема     б) С эмиттерным повторителем     в) С регулируемым вых. напряжением

Схема стабилизатора напряжения, приведённая на Рис.1 а), используется в основном с устройствами, через которые не протекает существенных токов. От номинала резистора Rст зависит величина тока Iвх, протекающего как через стабилитрон, так и через нагрузку. Величина этого тока рассчитывается по формуле: Rст = (Uвх — Uст)/ Iвх,
а Iвх должен удовлетворять условию Iвх ≥ Iн. макс + Iст. мин, где I

н. макс — максимальный ток в нагрузке при заданном выходном напряжении, а Iст. мин — минимальный ток стабилизации стабилитрона, указанный в характеристиках полупроводника. В стабилитронах отечественных производителей параметр Iст. мин, как правило, задан в явном виде, у зарубежных может быть не указан вообще. Куда податься бедному еврею? Я бы рекомендовал в этом случае ориентироваться на значение тока из datasheet-ов «Izk» (значение при котором стабилитрон обладает максимальным импедансом) и увеличить эту величину в 2…3 раза. Хотя, по большому счёту, оптимальным (с точки зрения достижения максимальных параметров) током для стабилитрона является тестовый ток, при котором измеряются основные характеристики полупроводника.

Для наиболее эффективного выполнения своих задач стабилитрону довольно важно, чтобы мощность нагрузки не превышала мощности, рассеиваемой на полупроводнике. Поэтому если возникает потребность стабилизации напряжения в нагрузках, потребляющих значительную мощность, используется дополнительный усилитель тока — эмиттерный повторитель (Рис. 1 б)). В этом случае нагрузкой для стабилитрона является входное сопротивление повторителя Rвх ≈ Rн x (1 + β), т.е. ток нагрузки можно увеличить в β раз. Тут важно учитывать падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора, в связи с чем напряжение на выходе стабилизатора будет на 0,6…0,7 В (на 1,2…1,4 В для составного транзистора) меньше напряжения стабилизации стабилитрона

.

Установив параллельно стабилитрону переменный резистор (Рис.1 в)), возникает возможность изменять напряжение стабилизации в нагрузке от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона (за вычетом падения напряжения Uбэ на переходе транзистора). Естественно, что ток, протекающий через переменник, также необходимо учитывать, задаваясь его значением — не меньшим, чем входной ток эмиттерного повторителя.
Сдобрим пройденный материал калькулятором.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы компенсационных линейных стабилизаторов являются основой большинства интегральных микросхем, выполняющих функцию стабилизации напряжений и токов, и в простейшем виде могут быть выполнены на стабилитроне и паре транзисторов (Рис.2).


Рис.2 Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения

Здесь стабилитрон является источником опорного напряжения, а транзистор Т2 — устройством сравнения выходного напряжения, поступающего через резистивный делитель на его базу, с опорным значением напряжения на его эмиттере. Повысилось выходное напряжение, а вместе с ним напряжение на базе Т2, транзистор приоткрывается и притягивает напряжение на базе регулирующего транзистора Т1 к минусовой (земляной) шине, тем самым, уменьшая напряжение на его эмиттере, а соответственно и на выходе схемы. Снизилось выходное напряжение — всё то же самое, только наоборот.

Компенсационные стабилизаторы на транзисторах имеют более высокий коэффициент стабилизации по сравнению с устройствами, представленными на Рис.1, но в связи наличием обратной связи имеют и свои недостатки.
В связи с этим подробно останавливаться на них мы не будем, а перейдём сразу к интегральным стабилизаторам, имеющим похожий принцип действия, но значительно более сложным по структуре, обладающих более высокими характеристиками и при этом — очень простых и удобных в реализации.

Существует два типа подобных интегральных микросхем: регулируемые стабилизаторы напряжения и стабилизаторы с фиксированным значением выходного напряжения. Во втором случае схема стабилизатора приобретает неприлично примитивный вид, незаслуживающий какого-то серьёзного обсуждения.
В случае же стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением, схема всё ещё остаётся достаточно простой, но требует некоторых умственных манипуляций, связанных с расчётом резистивного делителя для получения требуемого выходного напряжения.

Типовая схема включения большинства регулируемых микросхем приведена на Рис.3.


Рис.3

Формула для расчёта выходного напряжения имеет вид Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2,
причём номинал сопротивления R1, как правило, задаётся производителем микросхемы для достижения наилучших параметров выходных характеристик.

Отдельные бойцы для снижения пульсаций ставят дополнительные электролиты значительных величин параллельно резистору R2. Оно, конечно, бойцы эти герои, но зачем же стулья ломать?

Любое резкое увеличение тока нагрузки, приводящее к снижению выходного напряжения, не сможет моментально отработаться схемой автоматической регулировки из-за задержки в цепи обратной связи, обусловленной данным конденсатором, а это в значительной степени снизит быстродействие устройства.
И если для статических нагрузок параметр быстродействия стабилизатора по барабану, то для динамических (к примеру, таких как УНЧ) — очень даже немаловажен. Поэтому — либо эти электролиты вообще не нужны, либо (если их настоятельно рекомендует Datasheet) ставить конденсаторы небольших номиналов в строгом соответствии с рекомендациями производителя.

Для начала — справочная таблица с основными техническими характеристиками наиболее часто используемых интегральных стабилизаторов с регулировкой выходного напряжения.

Приведённая ниже таблица позволяет рассчитать номиналы резисторов делителя некоторых популярных типов микросхем регулируемых стабилизаторов, представленных разными производителями.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОСХЕМ — СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ


Если не хотите, чтобы вдруг «раздался мощный пук» — послеживайте за полярностью включения конденсатора С2. Она должна совпадать с полярностью входного (выходного) напряжения.

Отдельно хочу остановиться на МИКРОМОЩНЫХ СТАБИЛИЗАТОРАХ С МАЛЫМ СОБСТВЕННЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ.

Такого рода стабилизаторы окажутся совсем не лишними в хозяйстве, так как смогут обеспечить такой важнейший показатель радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием, как экономичность входящих в её состав узлов.

Здесь выбор интегральных микросхем заметно беднее, а цены, как правило, заметно ощутимей, чем на аналоги со стандартным потреблением, поэтому начну я с простой, но проверенной временем схемы на дискретных элементах.


Рис.2

Чем хорош КТ315 в данном включении?
На обратно смещённом переходе КТ315 при напряжении 6 — 7,5В, в зависимости от экземпляра транзистора, возникает электрический (не побоюсь этого слова) пробой, что позволяет использовать его в качестве стабилитрона на эту-же самую величину напряжения пробоя. При этом транзистор в таком включении, в отличие от многих промышленных стабилитронов, хорошо работает и при малых токах стабилизации, порядка 100 мкА.

Из относительно гуманных по цене интегральных стабилизаторов с малым собственным потреблением, могу порекомендовать LP2950, LP2951, LM2931, LM2936 и им подобные.

 

  Тип  U вх макс 
   В
І вых макс 
   А
І вых мин 
  мА
U вых мин 
   В
U вых макс 
   В
  КР142ЕН11  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН12   40    1,5    10    1,2    37 
  КР142ЕН18  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН22   35    5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22А   35    7,5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22Б   35    10    10    1,25    34 
  LT1083   35    7,5    10    1,2    34 
  LT1084   35    5    10    1,2    34 
  LT1085   35    3    10    1,2    34 
  LM117   40    1,5    5    1,2    37 
  LM137  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM138   35    5    10    1,2    32 
  LM150   35    5    10    1,2    33 
  LM217   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317LZ   40    0,1    5    1,2    37 
  LM337  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM337LZ  -40    0,1    10   -1,2   -37 
  LM338   35    5    10    1,2    32 
  LM350   35    3    10    1,2    33 
  TL783   126    0,7    0,1    1,25    125 

Стабилитрон. Особенности практического применения. — Радиомастер инфо

Рассказано о назначении и применении стабилитронов, как проверить их исправность и основные параметры, чем и как можно заменить.

Сердцем практически любого стабилизатора напряжения является стабилитрон. Его основная функция поддерживать постоянное напряжение на выходе при изменении напряжения на входе. Информации на эту тему очень много. Я постараюсь ее систематизировать и подать максимально коротко, только то, что нужно для практики.

На схемах обозначаются так:

Выглядят, в основном, вот так:

Стабилитрон — специально изготовленный диод с особой воль-амперной характеристикой. Показать ее и пояснить нужно обязательно, для понимания принципа работы. Вот как она выглядит для обычного стабилитрона, например, Д814:

Когда на анод подают плюс, а на катод минус, то стабилитрон ведет себя как обычный диод. На рисунке прямая ветвь. При возрастании напряжения ток растет. Когда плюс подают на катод, а минус на анод, т.е. включают в обратном направлении, то характеристика стабилитрона, зависимость тока через него от приложенного напряжения, тоже кардинально меняется. Это хорошо видно по форме обратной ветви характеристики. Когда напряжение на стабилитроне достигает напряжения пробоя, cтабилитрон пробивается, но не перегорает, так как ток через него ограничен резистором. Этот резистор называется балластным.  Если не будет этого резистора, или его номинал подобран не правильно, то стабилитрон выйдет из строя. Величина сопротивления этого резистора подбирается таким образом, чтобы в диапазоне изменения входных напряжений ток через стабилитрон не выходил за допустимые для данного стабилитрона пределы Iст min Iст max. При этом напряжение на стабилитроне остается постоянным и равно напряжению стабилизации. Его величина для каждого типа стабилитрона своя. У двуханодных стабилитронов прямая ветвь такая же как и обратная только расположена справа вверху. В схемах двуханодный стабилитрон можно включать независимо от полярности входного напряжения. Это удобно для ограничения переменного напряжения по амплитуде.

Типовая схема включения стабилитрона на конкретном примере:

Параметры стабилитрона КС182 указаны в справочнике:

Напряжение стабилизации стабилитрона 8,2В. При этом ток стабилизации может изменяться от 3мА до 17мА.

Как правило, в расчетах рекомендуют брать минимальное напряжение на входе в 1,5 раза выше напряжения стабилизации. Получаем 12,3 В. Максимальное примем исходя из допустимого разброса напряжения сети 20%. Получаем 14,73 В. Номинал резистора по закону Ома можно посчитать вручную, но в интернете много онлайн калькуляторов для решения таких задач, например, вот этот:

При таких заданных параметрах получим ток в нагрузке от 0 до 12 мА, что соответствует максимальной мощности 0,1 Вт.

Сопротивление балластного резистора 340 Ом, его мощность 0,125 Вт.

Мощность стабилитрона 0,156 Вт.

Мощность, рассеиваемая на резисторе и стабилитроне, составляет в сумме 0,28 Вт. При этом мощность в нагрузке 0,1 Вт. КПД получается 36%. При больших мощностях это не рационально.

Теперь основные моменты из практики.

  1. Как проверить исправность стабилитрона? Обычный стабилитрон проверяется как диод, т.е. прозванивается мультиметром и должен обладать односторонне проводимостью. Другое дело, стабилитрон двухстронний (или двуханодный) или стабилитрон с защитным диодом. Их прозвонить как диод не удастся. Они показывают обрыв в обе стороны. Проверяются только по методике, указанной в следующем пункте.
  2. Проверка напряжения стабилизации. Перед проверкой нужно определиться с мощностью стабилитрона. Это можно сделать по внешнему виду. Если стабилитрон малых размеров и выводы тонкие, то это малая мощность с током стабилизации от 3 до 20 мА. Если корпус чуть больше и выводы толще, то это средняя мощность и ток стабилизации до 90 мА. Ну а мощный стабилитрон имеет большие размеры и возможность установки на радиатор. У него ток стабилизации до ампера и выше.

Есть еще одна особенность. Чем выше напряжение стабилизации стабилитрона, тем меньше ток стабилизации, так как определяющей в этом случае является рассеиваемая стабилитроном мощность. Так что для стабилитронов малой и средней мощности при проверке достаточно тока 10 мА, для большой мощности 20-30мА. Поэтому для большинства проверок стабилитронов с напряжением стабилизации до 30В  берем резистор 1-2 кОм и через него подключаем катод стабилитрона к плюсу регулируемого блока питания, анод соответственно к минусу.

Параллельно стабилитрону подключаем вольтметр. От нуля плавно повышаем напряжение и следим за показаниями вольтметра. Как только они перестали расти при увеличении напряжения блока питания снимаем показания вольтметра. Если напряжение перестало расти при значениях около 1В, значит перепутан анод и катод стабилитрона. Нужно их поменять местами и повторить процедуру. Значение напряжения, при котором прекратились увеличиваться показания вольтметра, и есть напряжение стабилизации. У двуханодных оно будет одинаковым при смене полярности подключения. У стабилитрона с диодом напряжение стабилизации при неправильном включении будет достаточно высоким, на практике выше напряжения блока питания. Теоретически оно будет равно обратному напряжению диода. Можно применять для проверки и нерегулируемый блок питания напряжением выше предполагаемого напряжения стабилизации стабилитрона. При подключении, как на схеме, измеренное напряжение на стабилитроне будет равно напряжению стабилизации стабилитрона. Если показания вольтметра равны напряжению блока питания, значит стабилитрон включен наоборот или имеет напряжение стабилизации выше напряжения блока питания.

  1. В некоторых случаях очень важным параметром является температурный коэффициент напряжения стабилизации. Например, в автомобильном реле-регуляторе, которое управляет величиной напряжения в бортсети автомобиля. Если оно будет сильно изменяться в зависимости от температуры в моторном отсек, то выйдет из строя электрооборудование автомобиля. Следующий наглядный пример. В телевизорах и радиоприемниках в блоке формирования напряжения настройки на частоту принимаемого сигнала также недопустима зависимость напряжения от температуры, иначе сигнал будет плавать и пропадать. Именно поэтому в реле-регуляторах применяют стабилитроны типа Д818Е, а в блоках настройки телевизоров КС531. У первых температурный коэффициент составляет +0,001 %/град, у вторых ±0,005%/град. В то время, как у других, например, КС182 о которых упоминалось в начале статьи, температурный коэффициент составляет около 0,1 %/град. Это почти в 100 раз хуже. как правило, стабилитроны с хорошим температурным коэффициентом содержат внутренний диод, катод которого соединен с катодом стабилитрона. Температурный коэффициент этого диода имеет знак противоположный температурному коэффициенту самого стабилитрона. Таким образом достигается высокая температурная стабильность напряжения стабилизации.

Пока проверяемый стабилитрон подключен для проверки напряжения стабилизации по схеме п.2 этой статьи, можно его выводы подогреть паяльником, немного, градусов до 60-70 и понаблюдать за изменением напряжения на вольтметре. Разница между термостабильным стабилитроном и обычным будет очень заметна.

  1. То, что основное назначение стабилитрона поддерживать постоянное напряжение на нагрузке при изменении входного напряжения и тока нагрузки уже понятно. Но тут есть особенность. Для эффективного выполнения этих задач, мощность нагрузки реально не должна превышать 30% от мощности, рассеиваемой на балластном резисторе и стабилитроне. Об этом уже было сказано в начале статьи. Для увеличения КПД и тока в нагрузке применяют транзисторы. Наиболее простая схема:

Если ток стабилитрона 10мА, а коэффициент усиления транзистора по току 100 раз, то ток в нагрузке будет 10х100=1000мА. Установив параллельно стабилитрону переменный резистор можно напряжение стабилизации в нагрузке изменять от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона.

  1. Чем можно заменить стабилитрон или изменить напряжение стабилизации?

Обычный кремниевый диод включенный в прямом направлении может выполнять функции стабилитрона напряжением около 0,7 В. Для увеличения напряжения диоды можно включать последовательно с такими же диодами или стабилитроном, напряжение которого нужно немного увеличить. Германиевый диод, при прямом включении, стабилизирует напряжение около 0,5 В, светодиод, в зависимости от типа 2…3,2 В.

Примеры показаны ниже на фото:

Кремниевые транзисторы в диодном включении также могут выполнять функции стабилитрона напряжением 5…6 В. Причем можно использовать последовательное подключение транзистора с диодами, нескольких транзисторов, как показано ниже:

Если есть маломощный стабилитрон на нужное напряжение, а нужен более мощный, то можно использовать такую аналогию ( где VD1 маломощный стабилитрон):

R2 – балластный резистор. Напряжение стабилизации схемы равно напряжению стабилизации стабилитрона плюс напряжение б-э транзистора (0,7В у кремниевых и 0,5В у германиевых). Максимальный ток стабилизации схемы равен току стабилитрона, умноженному на коэффициент усиления транзистора по току (h21). Используя такие схемы нельзя допускать превышения значений параметров применяемых элементов.

Если нужны высоковольтные стабилитроны на напряжения 120…180В (КС620А, КС630А, КС650А, КС680А), то можно использовать такие схемы:

Как источник стабильного тока используют германиевые диоды Д220, Д220А, Д219А которые имеют низкое дифференциальное сопротивление при обратном включении и обратном токе 0,1…10 мА. Понятно, что напряжение применяемого транзистора должно быть выше 180 В.

Материал статьи продублирован на видео:

 

8. Полупроводниковый стабилитрон. Как работает, расчет простейшей схемы стабилизации на стабилитроне.

 Полупроводниковый стабилитрон (он же диод Зенера) — это тот же полупроводниковый диод, в котором происходит контролируемый механизм пробоя при обратном смещении диода. До момента пробоя, через обратносмещенный диод протекают незначительные токи (микроамперы). При наступлении пробоя, ток через обратносмещенный диод резко и на порядки возрастает. Вся прелесть в том, что при этом напряжение на стабилитроне меняется очень незначительно (по сравнению с током). Это и позволяет его использовать в схемах, где требуется стабильное напряжение, независящее от колебаний источника питания, но об этом позже. Так выглядит условное графическое изображение на схеме:

На рисунке подписаны выводы стабилитрона. Собственно говоря, названия выводов такие же как и у диода, поскольку, по сути это один и тот же элемент.

 Для того чтобы в стабилитроне произошел пробой, требуется просто повышать на нем напряжение до тех пор, пока ток через него резко не возрастет. Напряжение, при котором происходит резкое увеличение тока через стабилитрон называется напряжением стабилизации. На данный момент существует огромное количество стабилитронов с напряжением стабилизации от единиц до сотен Вольт, причем, напряжение до 6,7 Вольт осуществляется с помощью эффекта туннельного пробоя, всё что выше — с помощью лавинного пробоя. Кто хочет вникнуть в дебри процессов, протекающих в стабилитроне, тому следует пройти по ссылке на статью в Википедии. А здесь будет речь идти о том, как с ним работать.

 Для того чтобы идти дальше, нужно показать ВАХ стабилитрона:

Этот график не совсем похож на те, что обычно рисуют в учебниках, поскольку, данная ВАХ снята в симуляторе эл. цепей, где можно еще и обозначить точки.

 Итак, для снятия ВАХ использовался стабилитрон с напряжением стабилизации (можно сказать с напряжением пробоя) равным 5,6 Вольт. Сама кривая стабилитрона обозначена коричневым цветом. Для наглядности, курсор синего цвета выставлен на начало координат (0).

Далее, перемещаем курсор красного цвета левее на начало резкого увеличения обратного тока, и видим, что напряжение составило 5,61 Вольт, при этом ток равен 5,82 миллиампер (имеется ввиду по модулю). Далее, напряжение слабо меняется по сравнению с током, в этом и есть вся прелесть данного элемента. Кстати, если посмотреть на правую часть графика, то видно, что при превышении прямого напряжения равного ≈ 0,65 Вольт, прямой ток начинает резко увеличиваться. Это говорит о том, что при прямом смещении наш элемент работает как диод. Это и не мудрено, поскольку это один и тот же  p-n переход, просто чтобы   использовать его в качестве диода, технологически делают так, чтобы обратное напряжение пробоя в нем было как можно больше (до 1000 Вольт для сетевого напряжения ), чтобы он при обратном смещении не пробился и не нарушил работу схемы, например, мостового выпрямителя для сетевого напряжения, где амплитудное значение доходит до ≈ 310 Вольт. Если поставленнаяя цель — использование пробоя в обратносмещенном p-n переходе для стабилизации напряжения, тогда технологически делают так, что обратное напряжение пробоя p-n перехода наступает при относительно малых напряжениях.

 Теперь разберемся, как же с ним работать. Во-первых, есть важное правило. Ток через стабилитрон нужно ограничивать, иначе, он просто сгорит. Делать это можно, например, с помощью резистора. Для того чтобы рассчитать его номинал, следует узнать минимальный рабочий ток стабилитрона, который можно посмотреть по даташиту на данный стабилитрон. Как правило, он начинается с 5 миллиампер. максимальный ток через стабилитрон также в нем указан. Дальше, нужно узнать, какой ток потребляет наша схема. В итоге, формула для расчета резистора, ограничивающего ток через стабилитрон имеет следующий вид:

Rогр = (U пит-Uстаб)/(Icтаб+Iнагр),

где Rогр — резистор, ограничивающий ток через стабилитрон, U пит — напряжение питания схемы, Uстаб — напряжение пробоя стабилитрона, Icтаб — ток, проходящий через стабилитрон, Iнагр — ток нагрузки. Итак, допустим что нам нужно рассчитать R огр исходя из известных величин:

Uстаб = 5,6 Вольт;

Iнагр 10 миллиампер.

Еще один важный момент. В итоге, Rогр должен быть таким, чтобы полученный ток через стабилитрон был больше или равен минимальному току стабилизации, указанному в даташите на стабилитрон. Теперь посчитаем. Поскольку ток нагрузки у нас равен 10 миллиампер, то ток через стабилитрон у нас должен быть в нашем случае больше или равен 5 миллиампер (это минимальный ток стабилизации стабилитрона, который будет использоваться дальше в симуляции для проверки). Возьмем, например Icтаб=20 миллиампер. Теперь все подставляем в формулу и рассчитываем:

                                                           Rогр = (12-5,6)/(0,02+0,01)=213,3 (Ом)

Соберем схему в симуляторе и проверим наши расчеты:

Для того чтобы обеспечить величину тока нагрузки для этой схемы, подключен резистор R2 с таким номиналом, что ток нагрузки практически равен 10 миллиампер. Величина резистора нагрузки рассчитывается легко с помощью закона Ома, зная величину напряжения на стабилитроне и требуемый ток нагрузки. Амперметр AM1 измеряет ток через ограничивающий резистор, АМ2 — через стабилитрон, АМ3 — это ток нагрузки. Как видно, результаты практически совпали. В идеале, ток через стабилитрон немного меньше расчетного потому что напряжение измеренное на стабилитроне с помощью вольтметра VM1 составило не 5, 6 Вольт, а 5,71 Вольт. Это связано стем, что это напряжение все-таки немного зависит от протекаемого тока через стабилитрон и увеличивается по мере увеличения этого тока. Чем меньше напряжение будет зависеть от протекаемого тока, тем лучше для нашей нагрузки. Для практических расчетов вышеприведенной формулы вполне хватает.

  Величину изменения напряжения стабилизации от протекаемого тока охарактеризовывает его дифференциальное сопротивление, о котором ранее было описано тут. Этот параметр обычно тоже указывают в даташите. Давайте теперь подключим последовательно с источником питания какой нибудь синусоидальный сигнал амплитудой 1 Вольт и частотой 50 Гц и посмотрим, как это отразится на выходном напряжении стабилитрона. Это собранная схема для испытаний:

Здесь вывод VF1 подключен для измерения величины амплитуды на генераторе. А это график напряжений, полученный с выводов VF1 и VM1:

Как видно, полный размах пульсирующего напряжения на входе схемы достигает 2 Вольт, а на выходе стабилитрона этих пульсаций практически не видно, значит, что он отлично справляется с поставленной задачей.

Ограничительный резистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Ограничительный резистор

Cтраница 2

Падение напряжения на ограничительном резисторе R19 используется для работы устройства защиты по току.  [16]

При этом необходимо включать ограничительный резистор, чтобы тлеющий разряд не перешел в дуговой. Поскольку ток приборов тлеющего разряда обычно составляет несколько миллиампер, то сопротивление ограничительного резистора можно всегда ориентировочно рассчитать по закону Ома: взять для примера ток 2 — 3 мА и разделить разность между напряжением источника и рабочим напряжением данного прибора на это значение тока.  [18]

В сигнальных неоновых лампах ограничительный резистор часто размещается внутри баллона.  [20]

От высоковольтного источника через большой ограничительный резистор заряжается емкость, параллельно которой включен тренируемый прибор. По мере заряда емкости возрастает напряжение на ней. При возникновении пробоя происходит разряд емкости, причем энергия, запасенная в емкости, расходуется на разрушение центров, вызывающих пробой, и на разрушение проводящих мостиков.  [21]

На рис. 158 показано крепление зарядных ограничительных резисторов, находящихся под большим напряжением относительно шасси.  [22]

Схема стабилизатора напряжения состоит из ограничительного резистора RQ и стабилитрона. H должно быть такой величины, чтобы при известных изменениях UBX и токе нагрузки 1Н ток через стабилитрон / ст не превышал значения максимального тока стабилизации, указанного в справочнике.  [24]

При этом падение напряжения на ограничительном резисторе Кб увеличивается, а на стабилитроне и на нагрузке уменьшается. Уменьшение напряжения на стабилитроне вызовет уменьшение тока в нем, вследствие чего входной ток / 0 / ст / и и падение напряжения I0 — R6 также уменьшаются, и напряжение на стабилизаторе и на нагрузке установится прежним. Такой режим работы возможен при изменении тока, протекающего через стабилитрон, в пределах от / тах до / тт.  [26]

Последовательно с гальванометром О часто включают ограничительный резистор R0, который при подходе к положению равновесия замыкают накоротко кнопкой К.  [28]

В индикаторах типов ТН-20 и ТН-30-2 ограничительный резистор размещен во внутреннем объеме прибора вблизи цоколя.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

параметрический стабилизатор напряжения

читать далее…

2. Зададим минимальный рабочий ток стабилитрона Iст min р = 5мА и найдем соответствующее ему максимально возможное напряжение стабилитрона:
U′ст max = Uст max — ΔI′ст*rд = 6,16 — (10 — 5)*10‾³*7 = 6,125В.
3. Зададим максимальный рабочий ток стабилитрона Iст mах р = 50мА и найдем соответствующее ему максимально возможное напряжение стабилитрона:
U′ст min = Uст min + ΔI′′ст*rд = 5.04 + (50 — 10)*10‾³*7 = 5.32В.
4. Значение номинального входного напряжения Uвх ном и Rб найдем из выражения (1) и (2) — (см. выше):

Здесь надо учесть, что минимальное значение нагрузки будет при максимальном потреблении тока, т.е. Rн min = Uвых/Iст max р = 5,6B/0.015mA = 373.333 Ом; максимальное значение нагрузки будет при минимальном потреблении тока, т.е. Rн max =Uвых/Iст min р = 5.6B/0.005mA = 1120 Ом.
Выразим Rб из каждого уравнения. Получим:

 

Теперь немного математики.

Поскольку левые части уравнений — это одно и то же, значит и правые равны между собою, т.е.

Подставив известные значения, получим:

Далее получаем: (0,8*Uвх ном- 6,125)*0,055 = (1,15*Uвх ном- 3,52)*0,0214. Раскрывая скобки, получим: 0,044*Uвх ном — 0,337 = 0,0246*Uвх ном — 0,114. Откуда 0,0194*Uвх ном= 0,223. Находим Uвх ном = 11,5В. Далее возвращаемся на три формулы выше и находим по любому нам понравившемуся из двух уравнений значение Rб. Оно будет около 143Ом. Выбираем ближайшее стандартное значение сопротивления, т.е. 150Ом.
5. Минимальное и максимальное входное напряжение при заданной в условии погрешности равно: Uвх max = 1.15*Uвх ном = 1,15*11,5 = 13,2В и Uвх min = 1.15*Uвх ном = 0,8*11,5 = 9,2В
6. Для найденных Uвх min и Uвх max при нагрузке от Rн min = 373,333Ом до Rн max = 1120 Ом и заданном выходном напряжении Uвых = 5,6В определим реальные токи стабилизации Iст max и Iст min :


Полученные значения лежат в рабочем диапазоне токов выбранного стабилитрона.
7. Найдем коэффициент стабилизации стабилитрона согласно выражения, оговоренного выше, а именно: Кст = (ΔUвх/Uвх) / (ΔUвых/Uвых) = Uвых*Rб/Uвх*rд, где Uвх = (Uвх max + Uвх min)/2

Стандартная величина коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора лежит в пределах Кст = 10…30. Для получения коэффициента стабилизации напряжения с коэффициентом до 1000 и более применяют компенсационные стабилизаторы.

Расчет стабилизатора


Расчет стабилизатора

  Для получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 1. В таком устройстве работают стабилитрон V5 и регулирующий транзистор V6. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Uн и максимального тока нагрузки Iн. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (Uвып) при заданном выходном (Uн):

Uвып = Uн + 3,

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып.

2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Рmах = 1,3 (Uвып — Uн) Iн,

3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Рmax, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — больше Uвып, а максимально допустимый ток коллектора — больше Iн.

4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:

Iб.макс = Iн / h21Э min,

где: h21Эmin — минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора..

5. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы Iб max.

6. Подсчитывают сопротивление резистора R1:

R1 = (Uвып — Uст) / (Iб max + Iст min),

Здесь R1 — сопротивление резистора R1, Ом;
Uст — напряжение стабилизации стабилитрона, В;
Iб.max — вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА;
Iст.min — минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3…5 мА).
.

7. Определяют мощность рассеяния резистора R1:

PR1 = (Uвып — Uст)2 / R1,

  Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности — такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21Э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор V7 малой мощности (рис. 2), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в h21Э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.

  В приведенных здесь расчетах отсутствует поправка на изменение сетевого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, усложняющие расчеты. Проще испытать собранный стабилизатор в действии, изменяя его входное напряжение (или сетевое) на ± 10 % и точнее подобрать резистор R1 по наибольшей стабильности выходного напряжения при максимальном токе нагрузки.
Источник: shems.h2.ru

Не найдено

не обнаружена

Не удалось найти страницу, которую вы ищете.Воспользуйтесь ссылками вверху страницы для навигации по веб-сайту или свяжитесь с нами, если вы не можете найти то, что ищете

Расчет номинальной мощности стабилитрона

— Apogeeweb

Введение

Максимальная мощность, которую стабилитрон может рассеять без каких-либо повреждений, известна как его номинальная мощность, которая определяется как произведение напряжения на диоде и протекающего через него тока.Мощность = напряжение x ток. Если стабилитрон имеет напряжение стабилитрона VZ, равное 5,1 Вт, вы можете использовать номинальную мощность, чтобы узнать, сколько тока может протекать через диод, по формуле IZM = PZM / VZ (PZM — максимальная рассеиваемая мощность диода, и VZ — напряжение стабилитрона.).

Анализ расчета номинальной мощности

Стабилитроны

могут проводить обратное смещение в области пробоя без повреждения. Стабилитроны имеют фиксированное напряжение, выше которого они начинают проводить обратное смещение, называемое напряжением Зенера.Напряжение стабилитрона фиксировано для одного диода, различается для разных стабилитронов и зависит от концентрации легирования и т. Д. (См. Технические данные, чтобы узнать напряжение стабилитрона). Стабилитроны имеют стабилитроны от 2,4 В до 200 В

Итак, теперь переменный параметр — текущий (в обратном направлении). Через диод должен протекать минимальный ток, чтобы установилось напряжение стабилитрона и диод начал проводить.

Где

Минимальная номинальная мощность = минимальный ток стабилитрона x напряжение пробоя стабилитрона

Минимальная номинальная мощность стабилитрона — это минимальная мощность, необходимая устройству для проведения.

и

Максимальная номинальная мощность = (максимальный ток нагрузки + минимальный ток стабилитрона) x напряжение пробоя стабилитрона

Максимальная номинальная мощность — это максимальная мощность, с которой диод может работать без повреждения перехода.

Кроме того, стабилитроны обычно доступны в диапазонах мощности 250 мВт, 300 мВт, 500 мВт, 1 Вт, 3 Вт, 5 Вт.

Разъяснение видео

Как увеличить номинальную мощность стабилитрона

Люди тоже спрашивают (Q&A)

1.Что такое номинальная мощность стабилитрона?
Номинальная мощность: максимальная мощность, которую может рассеять стабилитрон; дается произведением напряжения на диоде и протекающего через него тока. Типичные значения: 400 мВт, 500 мВт, 1 Вт и 5 Вт; для поверхностного монтажа типичны 200 мВт, 350 мВт, 500 мВт и 1 Вт. Допуск по напряжению: обычно ± 5%.

2. Как рассчитывается номинальная мощность стабилитрона?
Номинальная мощность стабилитрона — это величина напряжения и тока, с которыми диод может справиться.Мощность = напряжение x ток. Если стабилитрон имеет напряжение стабилитрона VZ, равное 5,1 Вт, вы можете использовать номинальную мощность, чтобы узнать, сколько тока может протекать через диод, по формуле IZM = PZM / VZ.

3. Что особенного в стабилитроне?
Стабилитрон — это кремниевый полупроводниковый прибор, который позволяет току течь в прямом или обратном направлении. Диод состоит из специального сильно легированного p-n перехода, предназначенного для проведения в обратном направлении при достижении определенного заданного напряжения.

4. Что произойдет, если стабилитрон смещен в прямом направлении?
Стабилитрон похож на сигнальный диод общего назначения. При смещении в прямом направлении он ведет себя так же, как обычный сигнальный диод, но когда на него подается обратное напряжение, напряжение остается постоянным для широкого диапазона токов. … Обратное напряжение может увеличиваться до тех пор, пока не достигнет напряжения пробоя диода.

5. Как рассчитывается рассеиваемая мощность стабилитрона?
Мощность рассчитывается путем умножения тока на напряжение (P = IE), поэтому мы можем довольно легко рассчитать рассеиваемую мощность как для резистора, так и для стабилитрона: стабилитрон с номинальной мощностью 0.Достаточно 5 Вт, равно как и резистора с мощностью рассеяния 1,5 или 2 Вт.

6. Какой ток выдерживает стабилитрон?
Ток: ток IZM стабилитрона — это максимальный ток, который может протекать через стабилитрон при его номинальном напряжении VZ. Обычно для работы диода также требуется минимальный ток. Как правило, это может быть от 5 до 10 мА для типичного устройства с выводами на 400 мВт.

7. Как рассчитать номинальную мощность диода?
Номинальная мощность стабилитрона указывает максимальную мощность, которую диод может безопасно рассеивать.В приведенной ниже формуле мощность равна напряжению, умноженному на ток. IZM — это максимальный ток, который может протекать через диод, PZM — максимальная рассеиваемая мощность диода, а VZ — напряжение стабилитрона.

8. Что такое эффект Зенера и эффект лавины?
Эффект Зенера отличается от лавинного пробоя. Лавинный пробой происходит в слаболегированных переходах, которые создают более широкую обедненную область. Повышение температуры в переходе увеличивает вклад эффекта Зинера в пробой и уменьшает вклад лавинного эффекта.

9. Для чего нужен стабилитрон? Стабилитроны
используются для регулирования напряжения, в качестве опорных элементов, ограничителей перенапряжения, а также в коммутационных устройствах и схемах ограничителей. Напряжение нагрузки равно напряжению пробоя VZ диода. Последовательный резистор ограничивает ток через диод и снижает избыточное напряжение, когда диод проводит.

10. Как стабилитрон работает как регулятор напряжения? Стабилитроны
могут использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций в условиях переменного тока нагрузки.Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий токоограничивающий резистор (RS), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения на уровне Vout.

Стабилитрон

Стабилитрон | REUK.co.uk

Стабилитрон — это электронный компонент, который можно использовать для создания очень простой схемы регулятора напряжения . Эта схема позволяет получать фиксированное стабильное напряжение от источника нестабильного напряжения, такого как аккумуляторная батарея системы возобновляемых источников энергии, , которая будет колебаться в зависимости от состояния заряда банка.

Цепь стабилизатора напряжения на стабилитроне

На изображении выше изображена очень простая схема регулятора напряжения , для которой требуется всего один стабилитрон (можно приобрести в магазине REUK) и один резистор . Пока входное напряжение на несколько вольт больше желаемого выходного напряжения, напряжение на стабилитроне будет стабильным.

По мере увеличения входного напряжения ток через стабилитрон увеличивается, но падение напряжения остается постоянным — особенность стабилитронов.Следовательно, поскольку ток в цепи увеличился, падение напряжения на резисторе увеличивается на величину, равную разнице между входным напряжением и напряжением стабилитрона диода.

* Обратите внимание, что стабилитроны обычно доступны со следующими напряжениями: 2,4, 2,7, 3, 3,3, 3,6, 3,9, 4,3, 4,7, 5,1, 5,6, 6,2, 6,8, 7,5, 8,2, 9,1, 10, 11, 12, 13, 15, 18, 20, 22… и в корпусах мощностью 300, 500, 1,3, 2, 3,25 и 5 Вт.

Согласование стабилитрона и резистора с ситуацией

Вот пример ручной работы, который показывает, как выбрать правильный стабилитрон и резистор для известной нагрузки: у нас нестабильное напряжение питания 12 В и требуется стабильный выход 8 В для питания устройства 100 мА.12 вольт достаточно выше 8 вольт, чтобы гарантировать, что любые колебания в питании не опустят нас ниже нашего целевого напряжения.

1. Выберите стабилитрон
Поскольку нам нужно 8 Вольт, мы можем выбрать между 7,5 В или 8,2 В стабилитрон . 8,2 В достаточно близко к нашему целевому напряжению, поэтому мы выбрали стабилитрон с напряжением стабилитрона 8,2 Вольт .

2. Вычислите максимальный ток в цепи.
Нашему устройству нагрузки требуется ток 100 мА, плюс нам также потребуется не менее 5 мА для стабилитрона, поэтому для безопасности можно установить I max как 110 мА.Если вы добавите 10-20% к току нагрузки, это даст вам безопасное значение для максимального тока в цепи, если входное напряжение вряд ли подскочит намного выше.

3. Выберите номинальную мощность стабилитрона
Стабилитроны доступны в диапазоне разницы номинальных мощностей. Если через малый стабилитрон протекает большой ток, он выйдет из строя, поэтому мы рассчитываем мощность, которая должна быть потеряна в диоде, и выбираем диод с номиналом выше этого значения. Здесь номинальная мощность стабилитрона равна напряжению стабилитрона, умноженному на максимальный ток (I max ), вычисленный выше, который равен 8.2 * 0,110 = 0,9 Вт. Поэтому стабилитрон с номинальной мощностью 1,3 Вт должен быть идеальным.
Мы умножаем полный максимальный ток на напряжение стабилитрона, поскольку, когда ток не течет через нагрузку — например, когда прибор выключен — весь ток будет проходить через стабилитрон.

4. Выберите резистор.
Падение напряжения на резисторе равно разнице между напряжением источника и напряжением стабилитрона = 12-8 = 4 В, и поэтому сопротивление согласно закону Ома — это падение напряжения. делится на I max = 4/0.110 = 36 Ом, поэтому выберите резистор на 39 Ом.
Если напряжение источника, вероятно, будет намного выше заявленных 12 В, тогда падение напряжения на резисторе будет больше, и поэтому может потребоваться резистор с большим сопротивлением.

5. Выберите номинальную мощность резистора.
Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна падению напряжения на резисторе, умноженному на I max . Следовательно, в этом примере мощность = 4 * 0,110 = 0,440 Вт. Используя 0.5-ваттный резистор будет немного лучше, особенно если напряжение источника будет регулярно повышаться, поэтому здесь следует использовать резистор
мощностью 1 или 2 Вт, несмотря на то, что он стоит несколько дополнительных копеек.

Ситуация с банком батарей системы возобновляемой энергии

Если вышеупомянутая ситуация относится к аккумуляторной батарее системы возобновляемой энергии, напряжение источника 12 В может варьироваться от всего лишь 10,6 В до 15,5 Вольт. Поэтому нам нужно проверить, что все по-прежнему работает правильно при более высоком и низком напряжении.

Если бы напряжение источника выросло до 15,5 В, то на резисторе 39 Ом было бы 15,5–8,2 = 7,3 Вольт: ток 187 мА. Если бы напряжение источника упало до 10,6 В, то на резисторе 39 Ом было бы только 10,6-8,2 = 2,4 В: ток 61 мА. Следовательно, в обоих случаях через стабилитрон проходит достаточно тока, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение.

При максимальном напряжении у нас будет 1,37 Вт мощности, рассеиваемой резистором, поэтому хорошо, что мы выбрали модель с номинальной мощностью 2 Вт.У нас также будет максимальный потенциал 1,5 Вт, рассеиваемый стабилитроном, поэтому мы также должны изменить его на модель с номиналом 2 Вт, чтобы быть в безопасности.

Альтернативы стабилизаторам напряжения на стабилитронах

Если вам требуется определенное фиксированное выходное напряжение — например, 5В, 12В, 15В от заданного входного напряжения, существует широкий выбор микросхем линейных регуляторов. Например, L7805 для + 5V (на фото выше) и L7812 для + 12V являются самыми популярными.Им просто нужны конденсаторы на входе и выходе для сглаживания напряжений, и они очень надежны.

Если требуется регулируемое выходное напряжение, обычно выбирают LM317 — см. Нашу статью LM317 Регулируемый источник питания для получения подробной информации о конструкции как слаботочных, так и сильноточных источников питания с LM317.

Если входное напряжение очень близко к выходному напряжению, L7812 или LM317, например, не могут быть использованы, так как выход этих микросхем всегда, по крайней мере, на пару вольт меньше входного напряжения.В этих ситуациях регулятор с малым падением напряжения LM2940 или регулируемый LM2941 являются лучшим вариантом, поскольку выходное напряжение может быть менее чем на 0,5 В ниже входного. Они особенно полезны в тех случаях, когда освещение и устройства, чувствительные к напряжению 12 В, должны питаться от батареи «12 В» — особенно, если эта батарея должна заряжаться от солнечной панели или генератора переменного тока и т. Д.

Что такое стабилитроны? — Инструментальные средства

Что такое стабилитрон?

Стабилитрон — это особый тип выпрямительного диода, который может выдерживать пробой из-за обратного напряжения пробоя без полного отказа.

Здесь мы обсудим концепцию использования диодов для регулирования падения напряжения и то, как стабилитрон работает в режиме обратного смещения для регулирования напряжения в цепи.

Как диод регулирует падение напряжения?

Если мы подключим диод и резистор последовательно к источнику постоянного напряжения так, чтобы диод был смещен в прямом направлении, падение напряжения на диоде останется довольно постоянным в широком диапазоне напряжений источника питания, как показано на рисунке ниже (а).

Согласно «уравнению диода» здесь, ток через смещенный в прямом направлении PN-переход пропорционален величине и , возведенной в степень прямого падения напряжения.Поскольку это экспоненциальная функция, ток растет довольно быстро при небольшом увеличении падения напряжения.

Другой способ рассмотреть это — сказать, что напряжение, падающее на диоде с прямым смещением, мало изменяется при больших изменениях тока диода. В схеме, показанной на рисунке ниже (а), ток диода ограничен напряжением источника питания, последовательным резистором и падением напряжения на диоде, которое, как мы знаем, не сильно отличается от 0,7 вольт.

Если бы напряжение источника питания было увеличено, падение напряжения резистора увеличилось бы почти на такую ​​же величину, а напряжение диода упало бы совсем немного.

И наоборот, уменьшение напряжения источника питания привело бы к почти одинаковому уменьшению падения напряжения на резисторе с небольшим уменьшением падения напряжения на диодах. Одним словом, мы могли бы резюмировать это поведение, сказав, что диод регулирует падение напряжения примерно на 0,7 вольт.

Регулировка напряжения

Регулировка напряжения — это полезное свойство диодов. Предположим, мы строим какую-то схему, которая не может выдерживать колебания напряжения источника питания, но должна питаться от химической батареи, напряжение которой изменяется в течение срока ее службы.Мы могли бы сформировать схему, как показано, и подключить схему, требующую постоянного напряжения на диоде, где он будет получать неизменное 0,7 вольт.

Это, безусловно, сработает, но для правильной работы большинства практичных схем любого типа требуется напряжение источника питания выше 0,7 В.

Одним из способов увеличения точки стабилизации напряжения было бы последовательное соединение нескольких диодов, чтобы их индивидуальные прямые падения напряжения по 0,7 вольта каждое добавлялись, создавая большую сумму.

Например, если бы у нас было десять последовательно соединенных диодов, регулируемое напряжение было бы в десять раз 0,7 или 7 вольт на рисунке ниже (b).

Кремниевый опорный элемент с прямым смещением: (а) одиночный диод, 0,7 В, (б) 10 последовательно соединенных диодов, 7,0 В.

До тех пор, пока напряжение батареи не опускается ниже 7 вольт, на десятидиодной «стопке» всегда будет падать около 7 вольт.

Как стабилитроны регулируют напряжение?

Если требуются более высокие регулируемые напряжения, мы могли бы либо использовать больше диодов, включенных последовательно (на мой взгляд, это неэлегантный вариант), либо попробовать принципиально другой подход.

Мы знаем, что прямое напряжение на диоде является довольно постоянной величиной в широком диапазоне условий, но точно так же, как и обратное напряжение пробоя , , а напряжение пробоя обычно намного, намного больше, чем прямое напряжение.

Если мы поменяем полярность диода в нашей схеме однодиодного стабилизатора и увеличим напряжение источника питания до точки, где диод «сломается» (больше не сможет выдерживать напряжение обратного смещения, подаваемое на него), диод будет аналогичным образом отрегулируйте напряжение в этой точке пробоя, не допуская его дальнейшего повышения, как показано на рисунке ниже (а).

(a) Кремниевый малосигнальный диод с обратным смещением выходит из строя при напряжении около 100 В. (b) Символ стабилитрона.

К сожалению, когда обычные выпрямительные диоды «выходят из строя», они обычно разрушают. Однако можно создать диод особого типа, который выдержит пробой без полного отказа. Этот тип диода называется стабилитроном , и его символ выглядит как на рисунке выше (b).

При прямом смещении стабилитроны ведут себя так же, как стандартные выпрямительные диоды: у них прямое падение напряжения, которое соответствует «уравнению диода» и составляет около 0.7 вольт.

В режиме обратного смещения они не проводят до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет или не превысит так называемое напряжение стабилитрона , в этот момент диод может проводить значительный ток, и при этом будет пытаться ограничить падение напряжения. через него к точке напряжения стабилитрона.

Пока мощность, рассеиваемая этим обратным током, не превышает тепловые пределы диода, диод не будет поврежден.

Схема стабилитрона

Стабилитроны

производятся с напряжением стабилитрона от нескольких вольт до сотен вольт.

Это напряжение стабилитрона незначительно изменяется с температурой, и, как и обычные значения резистора из углеродного состава, может иметь погрешность от 5 до 10 процентов в соответствии со спецификациями производителя.

Однако этой стабильности и точности обычно достаточно для использования стабилитрона в качестве устройства регулятора напряжения в общей цепи питания, показанной на рисунке ниже.

Схема стабилитрона, напряжение стабилитрона = 12,6 В).

Обратите внимание на ориентацию стабилитрона в приведенной выше схеме: диод имеет обратное смещение , и это сделано намеренно.Если бы мы сориентировали диод «нормальным» образом, чтобы он был смещен в прямом направлении, он бы упал всего на 0,7 В, как обычный выпрямительный диод.

Если мы хотим использовать свойства обратного пробоя этого диода, мы должны использовать его в режиме обратного смещения. Пока напряжение источника питания остается выше напряжения стабилитрона (в данном примере 12,6 вольт), падение напряжения на стабилитроне будет оставаться на уровне примерно 12,6 вольт.

Как и любой полупроводниковый прибор, стабилитрон чувствителен к температуре.Избыточная температура разрушит стабилитрон, а поскольку он снижает напряжение и проводит ток, он производит собственное тепло в соответствии с законом Джоуля (P = IE).

Следовательно, нужно быть осторожным при проектировании схемы регулятора таким образом, чтобы не превышалась допустимая мощность рассеиваемой мощности диода. Интересно, что когда стабилитроны выходят из строя из-за чрезмерного рассеивания мощности, они обычно выходят из строя , закорачивая , а не открываясь.

Диод, вышедший из строя таким образом, легко обнаруживается: он падает почти до нуля при смещении в любую сторону, как кусок проволоки.

Анализ цепи регулирования стабилитрона

Давайте рассмотрим схему стабилизации стабилитрона математически, определив все напряжения, токи и рассеиваемую мощность.

Используя ту же форму схемы, показанную ранее, мы выполним расчеты, предполагая, что напряжение стабилитрона составляет 12,6 вольт, напряжение источника питания составляет 45 вольт, а номинал последовательного резистора равен 1000 Ом (мы будем считать, что напряжение стабилитрона равно быть точно 12,6 вольт, чтобы избежать необходимости квалифицировать все цифры как «приблизительные» на рисунке ниже (a)

Если напряжение стабилитрона равно 12.6 вольт и напряжение источника питания 45 вольт, на резисторе будет 32,4 вольта (45 вольт — 12,6 вольт = 32,4 вольт). Падение 32,4 В на 1000 Ом дает 32,4 мА тока в цепи. (Рисунок ниже (b))

(a) Стабилитрон стабилитрона с резистором 1000 Ом. (б) Расчет падений напряжения и тока.

Мощность рассчитывается путем умножения тока на напряжение (P = IE), поэтому мы можем довольно легко рассчитать рассеиваемую мощность как для резистора, так и для стабилитрона:

Стабилитрон с номинальной мощностью 0.5 Вт будет достаточно, как и резистор, рассчитанный на рассеивание 1,5 или 2 Вт.

Схема стабилитрона с более высоким сопротивлением

Если чрезмерное рассеяние мощности является вредным, то почему бы не спроектировать схему с минимальным возможным рассеянием? Почему бы просто не рассчитать резистор на очень высокое значение сопротивления, тем самым резко ограничив ток и сохранив показатели рассеиваемой мощности на очень низком уровне?

Возьмем эту схему, например, с резистором 100 кОм вместо резистора 1 кОм.Обратите внимание, что напряжение источника питания и напряжение стабилитрона диода на рисунке ниже идентичны последнему примеру:

стабилитрон с резистором 100 кОм.

При токе, составляющем всего 1/100 от прежнего (324 мкА вместо 32,4 мА), оба значения рассеиваемой мощности должны быть в 100 раз меньше:

Рекомендации по сопротивлению нагрузки

Кажется идеальным, не правда ли? Меньшая рассеиваемая мощность означает более низкие рабочие температуры как диода, так и резистора, а также меньшие потери энергии в системе, верно?

Более высокое значение сопротивления действительно снижает уровень рассеиваемой мощности в цепи, но, к сожалению, это создает другую проблему.Помните, что цель схемы регулятора — обеспечить стабильное напряжение для другой схемы .

Другими словами, мы в конечном итоге собираемся запитать что-то с напряжением 12,6 вольт, и это что-то будет иметь собственное потребление тока.

Меньшее значение сопротивления падающему резистору

Рассмотрим нашу первую схему стабилизатора, на этот раз с нагрузкой 500 Ом, подключенной параллельно стабилитрону, как показано на рисунке ниже.

стабилитрон с последовательным резистором 1000 Ом и нагрузкой 500 Ом.

Если на нагрузке 500 Ом поддерживается 12,6 В, нагрузка потребляет ток 25,2 мА. Чтобы «падающий» резистор 1 кОм упал на 32,4 вольта (уменьшая напряжение источника питания с 45 вольт до 12,6 на стабилитроне), он все равно должен проводить ток 32,4 мА. Это оставляет 7,2 мА тока через стабилитрон.

Теперь рассмотрим нашу схему «энергосберегающего» регулятора с понижающим резистором 100 кОм, обеспечивающую питание той же нагрузки 500 Ом. Предполагается, что он будет поддерживать 12.6 вольт на нагрузке, как и в последней цепи. Однако, как мы увидим, не может выполнить эту задачу . (Рисунок ниже)

Стабилитрон с последовательным резистором 100 кОм и нагрузкой 500 Ом.>

При большем значении понижающего резистора на месте будет только около 224 мВ напряжения на нагрузке 500 Ом, что намного меньше ожидаемого значения 12,6 вольт! Почему это? Если бы у нас действительно было 12,6 вольт на нагрузке, она бы потребляла 25.2 мА тока, как и раньше.

Этот ток нагрузки должен пройти через последовательно понижающий резистор, как и раньше, но с новым (гораздо большим!) Понижающим резистором напряжение на этом резисторе при токе 25,2 мА, проходящем через него, составит 2520 вольт. ! Поскольку очевидно, что у нас нет такого большого напряжения, которое обеспечивает аккумулятор, этого не может произойти.

Ситуацию легче понять, если мы временно удалим стабилитрон из схемы и проанализируем поведение только двух резисторов на рисунке ниже.

Нерегулятор со снятым стабилитроном.

Понижающий резистор 100 кОм и сопротивление нагрузки 500 Ом включены последовательно друг с другом, что дает общее сопротивление цепи 100,5 кОм. При общем напряжении 45 вольт и общем сопротивлении 100,5 кОм закон Ома (I = E / R) говорит нам, что ток будет 447,76 мкА.

Рассчитав падение напряжения на обоих резисторах (E = IR), мы получаем 44,776 В и 224 мВ соответственно. Если бы мы переустановили стабилитрон в этот момент, он также «увидел бы» 224 мВ на нем, параллельно сопротивлению нагрузки.

Это намного ниже напряжения пробоя стабилитрона диода, поэтому он не «пробивается» и не проводит ток. Если на то пошло, при таком низком напряжении диод не будет проводить, даже если он будет смещен в прямом направлении! Таким образом, диод перестает регулировать напряжение. Чтобы «активировать» его, необходимо упасть минимум 12,6 вольт.

Аналитический метод удаления стабилитрона из схемы и проверки наличия достаточного напряжения, чтобы заставить его проводить, является правильным.

Тот факт, что стабилитрон подключен к цепи, не гарантирует, что на нем всегда будет падать полное напряжение стабилитрона! Помните, что стабилитроны работают, ограничивая напряжение до некоторого максимального уровня; они не могут восполнить из-за отсутствия напряжения.

Правило в работе стабилитрона

Таким образом, любая схема стабилизации стабилитрона будет работать до тех пор, пока сопротивление нагрузки равно или больше некоторого минимального значения.

Если сопротивление нагрузки слишком низкое, она будет потреблять слишком большой ток, что приведет к слишком большому падению напряжения на последовательном понижающем резисторе, в результате чего на стабилитроне останется недостаточное напряжение, чтобы заставить его проводить.

Когда стабилитрон перестает проводить ток, он больше не может регулировать напряжение, и напряжение нагрузки упадет ниже точки регулирования.

Расчет сопротивления нагрузки для некоторых резисторов падения

Однако наша схема регулятора с понижающим резистором 100 кОм должна подходить для некоторого значения сопротивления нагрузки.

Чтобы найти это приемлемое значение сопротивления нагрузки, мы можем использовать таблицу для расчета сопротивления в последовательной цепи с двумя резисторами (без диода), вставив известные значения общего напряжения и сопротивления падающего резистора и рассчитав ожидаемое напряжение нагрузки 12,6. вольт:

С общим напряжением 45 В и 12.6 вольт на нагрузке, у нас должно быть 32,4 вольт на R , падение :

При 32,4 В на падающем резисторе и сопротивлении 100 кОм ток через него будет 324 мкА:

Поскольку цепь является последовательной, ток во всех компонентах в любой момент времени одинаков:

Расчет сопротивления нагрузки теперь является простым делом закона Ома (R = E / I), что дает нам 38,889 кОм:

Таким образом, если сопротивление нагрузки равно 38.889 кОм, на нем будет 12,6 вольт, диод или без диода. Любое сопротивление нагрузки менее 38,889 кОм приведет к напряжению нагрузки менее 12,6 В, диод или отсутствие диода. При установленном диоде напряжение нагрузки будет регулироваться максимум до 12,6 В для любого сопротивления нагрузки больше , чем 38,889 кОм.

При исходном значении падающего резистора 1 кОм наша схема регулятора смогла адекватно регулировать напряжение даже при сопротивлении нагрузки всего 500 Ом.Мы видим компромисс между рассеиваемой мощностью и допустимым сопротивлением нагрузки.

Понижающий резистор большего номинала дал нам меньше рассеиваемой мощности за счет увеличения допустимого минимального значения сопротивления нагрузки. Если мы хотим регулировать напряжение для низких сопротивлений нагрузки, схема должна быть подготовлена ​​к более высокому рассеиванию мощности.

Как стабилитрон регулирует напряжение?

Стабилитроны

регулируют напряжение, действуя как дополнительные нагрузки, потребляя больше или меньше тока, если это необходимо для обеспечения постоянного падения напряжения на нагрузке.

Это аналогично регулированию скорости автомобиля путем торможения, а не путем изменения положения дроссельной заслонки: это не только расточительно, но и тормоза должны быть сконструированы так, чтобы справляться со всей мощностью двигателя, когда условия движения не соответствуют требовать его.

Несмотря на эту фундаментальную неэффективность конструкции, схемы стабилизаторов на стабилитронах широко используются из-за их абсолютной простоты. В приложениях с большой мощностью, где неэффективность недопустима, применяются другие методы регулирования напряжения.Но даже в этом случае небольшие схемы на основе стабилитронов часто используются для обеспечения «эталонного» напряжения для управления более эффективной схемой усилителя, управляющей основной мощностью.

Напряжение общего стабилитрона

Стабилитроны

производятся со стандартными номинальными напряжениями, указанными в таблице ниже. В таблице «Стандартные напряжения стабилитрона» указаны стандартные напряжения для компонентов мощностью 0,3 Вт и 1,3 Вт.

Мощность соответствует размеру кристалла и корпуса и представляет собой мощность, которую диод может рассеивать без повреждения.

Напряжение на общем стабилитроне

0,5 Вт
2,7 В 3,0 В 3,3 В 3,6 В 3,9 В 4,3 В 4,7 В
5,1 В 5,6 В 6,2 В 6,8 В 7,5 В 8,2 В 9,1 В
10 В 11 В 12 В 13 В 15 В 16 В 18 В
20 В 24 В 27V 30 В
1.3Вт
4,7 В 5,1 В 5,6 В 6,2 В 6,8 В 7,5 В 8,2 В
9,1 В 10 В 11 В 12 В 13 В 15 В 16 В
18V 20 В 22V 24 В 27V 30 В 33V
36 В 39V 43V 47V 51V 56V 62V
68V 75 В 100 В 200 В

Стабилитрон

Схема ограничения, которая фиксирует пики формы волны приблизительно при напряжении стабилитрона диодов.

Схема, показанная на рисунке ниже, имеет два стабилитрона, соединенных последовательно напротив друг друга, чтобы симметрично ограничивать форму волны почти при напряжении стабилитрона. Резистор ограничивает потребляемый стабилитронами ток до безопасного значения.

 * СПЕЦИЯ 03445.eps
D1 4 0 диод
D2 4 2 диода
R1 2 1 1.0k
V1 1 0 SIN (0 20 1k)
.модель диода d bv = 10
.tran 0,001м 2м
.конец
 

Ограничитель стабилитрона:

Напряжение пробоя стабилитрона для диодов устанавливается равным 10 В параметром модели диода «bv = 10» в списке цепей spice на рисунке выше.Это заставляет стабилитрон сжиматься при напряжении около 10 В.

Включенные друг за другом диоды ограничивают оба пика. Для положительного полупериода верхний стабилитрон смещен в обратном направлении, выходя из строя при напряжении стабилитрона 10 В. Нижний стабилитрон падает примерно на 0,7 В.

, поскольку он смещен вперед. Таким образом, более точный уровень отсечения составляет 10 0,7 = 10,7 В. Аналогичное отрицательное ограничение полупериода происходит при -10,7 В. (Рисунок ниже) показывает уровень ограничения при немного более ± 10 В.

Ограничитель стабилитрона: вход v (1) ограничивается формой волны v (2).

Обзор
Стабилитроны

предназначены для работы в режиме обратного смещения, обеспечивая относительно низкий стабильный пробой, или стабилитрон , при котором они начинают проводить значительный обратный ток.

Стабилитрон может работать как регулятор напряжения, действуя как дополнительная нагрузка, потребляя больше тока от источника, если напряжение слишком высокое, и меньше, если оно слишком низкое.

Решенных проблем на стабилитроне

1 кв.Для схемы, показанной на рисунке 1 (i), найдите: (i) выходное напряжение (ii) падение напряжения на последовательном сопротивлении (iii) ток через стабилитрон.

Рис.1 (i)

Решение:

Если вы удалите стабилитрон на рис. 1, напряжение V на разомкнутой цепи будет равно:

Поскольку напряжение на стабилитроне больше VZ (= 50 В), стабилитрон находится во включенном состоянии. Таким образом,
может быть представлен батареей на 50 В, как показано на рис.1 (ii).

Рис. 1 (ii)

(i) Ссылаясь на рис. 1 (ii),

(ii)

(iii)

2 кв. Для схемы, показанной на рис. 2 (i), найдите максимальное и минимальное значения тока стабилитрона.

Рис.2

Решение:

Первым делом нужно определить состояние стабилитрона. Легко видеть, что для данного диапазона напряжений (80 — 120 В) напряжение на стабилитроне больше VZ (= 50 В).Следовательно, стабилитрон будет во включенном состоянии для этого диапазона приложенных напряжений. Следовательно, его можно заменить батареей на 50 В, как показано на рис. 2 (ii).

Максимальный ток стабилитрона: Стабилитрон будет проводить максимальный ток при максимальном входном напряжении, т.е. 120 В. В таких условиях:

Минимальный ток стабилитрона: Стабилитрон будет проводить минимальный ток, когда входное напряжение составляет минимум
, т.е. 80 В. В таких условиях мы имеем

3 кв.В схеме, показанной на рис. 3, используется стабилитрон на 7,2 В, а ток нагрузки должен изменяться от 12 до 100 мА. Найдите значение последовательного сопротивления R для поддержания напряжения 7,2 В на нагрузке. Входное напряжение составляет 12 В, минимальный ток стабилитрона составляет 10 мА.

Фиг.3

Решение:

Напряжение на R должно оставаться постоянным на уровне 12-7,2 = 4,8 В при изменении тока нагрузки от 12 до 100 мА. Минимальный ток стабилитрона будет иметь место при максимальном токе нагрузки.

Если в цепь вставлено сопротивление R = 43,5 Ом, выходное напряжение будет оставаться постоянным во всем диапазоне регулирования. По мере уменьшения тока нагрузки IL ток стабилитрона IZ будет увеличиваться до такого значения, что IZ + IL = 110 мА.

Обратите внимание, что если сопротивление нагрузки разомкнуто, то IL = 0 и ток стабилитрона становится 110 мА.

4 кв. Стабилитрон, показанный на рис. 4, имеет VZ = 18 В. Напряжение на нагрузке остается на уровне 18 В, пока IZ поддерживается в диапазоне от 200 мА до 2 А.Найдите значение последовательного сопротивления R так, чтобы E0 оставалось 18 В, а входное напряжение Ei могло свободно изменяться от 22 В до 28 В.

Фиг.4

Решение:

Ток стабилитрона будет минимальным (например, 200 мА) при минимальном входном напряжении (например, 22 В). Ток нагрузки остается на постоянном значении IL = VZ / RL = 18 В / 18 Ом = 1 А = 1000 мА.

Q5. Стабилитрон 10 В используется для регулирования напряжения на резисторе переменной нагрузки [См. Рис.5]. Входное напряжение варьируется от 13 до 16 В, а ток нагрузки от 10 до 85 мА. Минимальный ток стабилитрона 15 мА. Рассчитайте значение последовательного сопротивления R.

Фиг.5

Решение:

Стабилитрон будет проводить минимальный ток (например, 15 мА) при минимальном входном напряжении (например, 13 В).

Q6. В схеме на рис. 6 используются два стабилитрона, каждый на 15 В, 200 мА. Если цепь подключена к нерегулируемому источнику питания на 45 В, определите: (i) регулируемое выходное напряжение (ii) значение последовательного сопротивления R.

Фиг.6

Решение:

Когда желаемое регулируемое выходное напряжение выше, чем номинальное напряжение стабилитрона, два или более стабилитрона подключаются последовательно, как показано на рис. 6. Однако в таких схемах необходимо выбирать те стабилитроны, которые имеют одинаковые значения. текущий рейтинг.

Q7. Какое значение последовательного сопротивления требуется, когда три стабилитрона 10 Вт, 10 В, 1000 мА подключены последовательно для получения регулируемого выхода 30 В от источника постоянного тока 45 В.c. источник питания?

Решение:

На рис. 7 показана желаемая схема. Наихудший случай — без нагрузки, потому что тогда стабилитроны несут максимальный ток.

Фиг.7

Q8. В каком диапазоне входного напряжения схема стабилитрона, показанная на рис. 8, будет поддерживать 30 В на нагрузке 2000 Ом, при условии, что последовательное сопротивление R = 200 Ом и номинальный ток стабилитрона
равен 25 мА?

Фиг.8

Решение:

Минимальное необходимое входное напряжение будет при IZ = 0. При этом условии

9 кв. В схеме, показанной на рисунке 9, напряжение на нагрузке должно поддерживаться на уровне 12 В при изменении тока нагрузки от 0 до 200 мА. Разработайте регулятор. Также найдите максимальную номинальную мощность стабилитрона.

Фиг.9

Решение:

Под проектированием регулятора здесь подразумевается найти значения VZ и R.Поскольку напряжение нагрузки должно поддерживаться на уровне 12 В, мы будем использовать стабилитрон с напряжением стабилитрона 12 В, т.е.

Напряжение на R должно оставаться постоянным на уровне 16–12 = 4 В при изменении тока нагрузки от 0 до 200 мА. Минимальный ток стабилитрона будет иметь место при максимальном токе нагрузки.

Максимальная мощность стабилитрона

Q10. На рис. 10 показаны основные схемы стабилитронов. Каково будет поведение схемы, если стабилитрон (i) работает правильно (ii) закорочен (iii) разомкнут?

Фиг.10

Решение:

Стабилитроны

нельзя тестировать мультиметром по отдельности. Это связано с тем, что мультиметры обычно не имеют достаточного входного напряжения, чтобы перевести стабилитрон в область пробоя.

(i) Если стабилитрон работает правильно, напряжение V0 на нагрузке (= 5 кОм) будет около 6 В [см. Рис. 10 (i)].

(ii) Если стабилитрон короткий [см. Рис. 10 (ii)], вы измеряете V0 как 0В.Та же проблема может быть вызвана коротким замыканием нагрузочного резистора (= 5 кОм) или резистором с открытым истоком (= 1 кОм). Единственный способ узнать, какое устройство вышло из строя, — снять резисторы и проверить их омметром. Если резисторы хорошие, значит стабилитрон плохой.

(iii) Если стабилитрон разомкнут, напряжение V0 на нагрузке (= 5 кОм) будет 10 В.

Q11. На рис. 11 показан стабилизированный источник питания с использованием стабилитрона. Каково будет поведение схемы, если (i) закоротит конденсатор фильтра, (ii) конденсатор фильтра разомкнется?

Фиг.11

Решение:

Общие неисправности стабилизатора напряжения — это короткое замыкание конденсатора фильтра или обрыв конденсатора фильтра.

(i) При коротком замыкании конденсатора фильтра:

При коротком замыкании конденсатора фильтра перегорает первичный предохранитель. Причина этого показана на рис. 11. Когда конденсатор фильтра закорачивается, он замыкает сопротивление нагрузки RL. Это имеет тот же эффект, что и соединение двух сторон моста вместе (см. Рис. 11).

Если вы проследите путь от верхней стороны моста к нижней стороне, вы увидите, что единственное сопротивление на вторичной обмотке трансформатора — это прямое сопротивление двух диодов ON . Это эффективно закорачивает вторичную обмотку трансформатора. В результате чрезмерный ток течет во вторичной обмотке и, следовательно, в первичной обмотке. Следовательно, перегорит первичный предохранитель.

(ii) Когда конденсатор фильтра открывается:

Когда конденсатор фильтра размыкается, пульсации на выходе источника питания резко возрастают.В то же время постоянный ток. выходное напряжение покажет значительное падение. Поскольку открытый конденсатор фильтра является единственной неисправностью, которая вызывает оба этих симптома, дальнейшие испытания не требуются. При появлении обоих симптомов замените конденсатор фильтра.

Токоограничивающий резистор

— обзор

4.2 Выходы дисплея

Простейшим выходом дисплея является светодиод (LED). Теперь они доступны не только для индикаторов состояния, но и для широкого круга приложений.Изменение выходной частоты (цвета) светового потока охватывает не только все видимые длины волн, но также инфракрасные (ИК) и ультрафиолетовые (УФ) лучи. IRLED используются в пультах дистанционного управления, поэтому на приемник не влияет окружающий свет. Лазерные светодиоды, которые производят одночастотный когерентный световой поток, используются в системах связи в качестве передатчиков данных в волоконно-оптических системах.

Светодиоды

можно модулировать (включать и выключать) на высокой частоте для обеспечения широкополосной связи с несколькими одновременными потоками данных, отсюда преимущество оптического волокна над медью для доступа в Интернет.Мощные светодиоды белого света (полный спектр видимых частот) сейчас достаточно дешевы, чтобы использовать их в качестве высокоэффективных источников освещения. Выбор компонентов на основе светодиодов показан на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5. Светодиодные компоненты.

4.2.1 Схема вывода светодиода

Базовая схема вывода светодиода очень проста (рисунок 1.6). Единственный другой требуемый компонент — это резистор, ограничивающий ток, который рассчитывается в соответствии с напряжением питания. Типичный индикаторный светодиод требует прямого тока около 15 мА для включения и вызывает падение прямого напряжения около 2 В (в зависимости от типа светодиода).Мы можем использовать простую формулу для оценки требуемого сопротивления резистора:

Значение резистора = (Vs — 2) / 15 × 10 −3

Итак, если напряжение питания 5 В, резистор требуемое значение составляет 200 Ом. Маломощные или высокоэффективные светодиоды могут использовать более высокое значение, тем самым экономя электроэнергию. Выход PIC может потреблять или передавать максимальный ток около 25 мА, поэтому светодиоды могут быть подключены непосредственно к выходам. Светодиод может также легко использоваться для индикации активного a.c. питания, так как он действует как выпрямительный диод. Ток рассчитывается как среднее значение полуволнового выпрямленного синусоидального сигнала, следовательно, требуемое значение резистора ограничения тока.

4.2.2 Светодиодный оптоизолятор и детектор

Иногда входной сигнал необходимо электрически изолировать от входа микроконтроллера, чтобы защитить его от высоких напряжений и электрических помех, которые часто встречаются в промышленных условиях. Напряжение питания, используемое во многих промышленных контроллерах, составляет 24 В постоянного тока.в., благодаря чему оптоизолятор может обеспечить переключение уровня до 5 В, а также безопасную работу.

Оптоизолятор (или оптопара) включает в себя светодиод и фототранзистор в одном корпусе. Этот компонент можно увидеть на рисунке 8.4, который используется в качестве выходного изолятора с симистором, который регулирует ток до 240 В переменного тока. нагрузки. Аналогичная схема установлена ​​внутри на входах ПЛК (программируемых контроллеров), которые используются в производственных системах.

При включении через подходящий токоограничивающий резистор светодиод в оптоизоляторе освещает базу фототранзистора, заставляя его проводить.Транзистор должен быть насыщен (полностью включен), создавая минимальное прямое падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер. Нагрузочный резистор в коллекторе транзистора, подключенного к цифровому источнику питания, создает логический выход. Типичный оптоизолятор инвертирует логический уровень.

Из этих же компонентов можно сделать оптоискатель. Светодиод и фотодетектор устанавливаются рядом друг с другом для обнаружения отражающего объекта перед датчиком или по обе стороны от щели, так что световой луч прерывается движущимся объектом.Часто металлический или пластиковый диск с прорезями или градуированная полоса используется для формирования датчика положения или скорости. Типичные применения этого типа включают позиционирование печатающей головки в струйном принтере и измерение скорости вала двигателя. На рисунке 4.6 показана схема оптоизоляции или фотоопределения. Применение оптопар и детекторов обсуждается далее в следующих главах.

Рисунок 4.6. Оптоизолятор или детекторная схема.

4.2.3 7-сегментный светодиодный дисплей

Стандартный 7-сегментный светодиодный дисплей состоит из подсвечиваемых сегментов, на которых отображаются числовые символы при включении в соответствующей комбинации.Каждый сегмент управляется отдельно от выходного порта через токоограничивающий резистор. Могут отображаться числа 0–9, но для полного диапазона буквенно-цифровых символов доступны дисплеи с большим количеством сегментов или точечная матрица. 7-сегментный светодиодный дисплей можно увидеть на прототипе оборудования на рисунке 4.1. Это активный высокий дисплей с общим катодом и отдельными анодами, для которого требуется логическая 1 и ток, достаточный для его включения. Активный низкий тип, требующий логического 0 на каждом катоде, будет иметь общий анод.

7-сегментные коды для 0–9, * и # показаны в таблице 4.1. Сегменты помечены a – g и предполагается, что они работают с активным высоким уровнем (1 = ВКЛ). Затем необходимо разработать требуемый двоичный код для каждого отображаемого символа в зависимости от порядка, в котором выходы подключены к сегментам. В этом случае бит 1 = a до бита 7 = g, при этом бит 0 не используется. Хеш отображается как «H» и звездочка в виде трех горизонтальных полос. Поскольку требуется всего 7 бит, LSB (младший значащий бит) предполагается равным 0 при преобразовании в шестнадцатеричный формат.В любом случае желательно поместить двоичный код в программу. Коды для других типов дисплеев или подключений могут быть разработаны таким же образом.

Таблица 4.1. 7-сегментные коды.

0 0467 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 9 0467 7E
Ключ Сегмент Шестнадцатеричный
gfedcba — LSB = 0
1
2 1 0 1 1 0 1 1 0 B6
3 1 0 0 1 1 1 0 9E
4 1 1 0 0 1 1 0 0 CC
5 1 1 0 1 1 0 1 0 DA
6 1 1 1 1 1 0 1 0 FA
7 0E
8 1 1 1 1 1 1 1 0 FE
9 1 1 0 0 1 1 1 0 CE
# EC
0 0 1 1 1 1 1 1 0
* 1 0 0 1 0 0 1 0 92

Альтернативой простому 7-сегментному дисплею является модуль BCD.Он получает входной двоично-десятичный (BCD) ввод и отображает соответствующее число с использованием внутреннего декодера. В BCD 0 = 0000 2 , 1 = 0001 2 и так далее до 9 = 1001 2 . Таким образом, ему требуется всего четыре входа (плюс общий терминал), и он отображает двоичные числа от 0 до 9 без кодирования.

Стабилитрон — обзор

Регулирование напряжения

Блоки питания от сети (часто сделанные с возможностью подключения к обычной сетевой розетке) иногда продаются как «разрядники батарей».Они используются для обеспечения питания радиоприемника или магнитофона и более экономичны, чем батарейки. Их выход — постоянный ток. и может быть рассчитан на 6 В, 9 В, а иногда и на другое установленное напряжение. Если вы измеряете выходную мощность с помощью тестера, вы можете обнаружить, что напряжение намного выше, чем номинальное напряжение, когда к устройству подключен только измеритель. При подключении радиоприемника или другого оборудования выходная мощность падает до номинального уровня, но может быть на несколько вольт ниже. Это связано с тем, что напряжение простого трансформатора-выпрямителя-стабилизатора падает с увеличением тока, потребляемого от него.Обычно это не имеет значения для радиоприемников и аналогичного оборудования, но имеет значение, предназначены ли части схемы для работы при фиксированном напряжении.

Если необходимо регулировать напряжение от источника питания, требуется дополнительный каскад. На схеме на странице 105 дополнительный каскад состоит из резистора и стабилитрона. Стабилитрон выбирается так, чтобы напряжение стабилитрона (стр. 79) было равным тому, которое требуется для цепи, которая должна быть запитана. Оно должно быть ниже, чем предусмотрено схемой выпрямителя.Когда ток течет во внешнюю цепь, возникает p.d. через резистор. Значение выбирается таким образом, чтобы напряжение было немного больше, чем требуется для внешней цепи, когда она использует свой максимальный ток.

Стабилитрон проводит небольшой избыточный ток, а остаток идет во внешнюю цепь. П. через постоянный ток выходные клеммы — это напряжение стабилитрона. Если внешняя цепь изменяет свои требования так, что ей требуется меньший ток, избыточный ток утекает через диод.Питание внешней цепи остается на стабилитроне. Регулировка стабилитроном не идеальна, но подходит для многих целей.

Опорное напряжение запрещенной зоны действует аналогично стабилитрону. На странице 116 объясняется, как устройство с запрещенной зоной можно использовать в качестве датчика температуры, регулируя скорость изменения двух противоположных p.d.s. В опорном напряжении запрещенной зоны настройки таковы, что одинаковая разница напряжений достигается при всех температурах в широком диапазоне.Таким образом, эталон дает постоянное напряжение при любой температуре, что делает его пригодным для прецизионных схем. Он может заменить стабилитрон на стр. 105, чтобы обеспечить лучшую степень регулирования выходного напряжения.

Еще лучший способ регулировать выходное напряжение — это использовать усилитель эмиттерного повторителя (стр. 99) в качестве регулятора напряжения. На нерегулируемой стороне схемы (после сглаживающего конденсатора) ток протекает через резистор и стабилитрон. Диод смещен в обратном направлении в область лавинного пробоя (стр.79). Номинал резистора таков, что обратный ток довольно мал, скажем 5 мА.

В UNREG изменяется по мере увеличения и уменьшения тока, потребляемого из цепи. Ток, протекающий через диод, увеличивается выше 5 мА или уменьшается ниже 5 мА, но p.d. на диоде остается близким к стабилитрону. Таким образом, стабилитрон удерживает базу транзистора при его напряжении стабилитрона В z.

Изменения величины тока, потребляемого от цепи (в определенных пределах), не влияют на напряжение на базе транзистора.Транзистор обычно рассчитан на пропускание тока 1 А, возможно, больше. Ток через коллектор и эмиттер попадает во внешнюю цепь.

Пока транзистор находится в проводящем состоянии, между базой и эмиттером существует обычный p.d ( В, BE ) около 0,6 В. Это связано с виртуальной ячейкой на p-n-переходе. Таким образом, регулируемое выходное напряжение В REG на 0,6 В меньше, чем В z . Например, если напряжение стабилитрона равно 4.7 В, регулируемое выходное напряжение составляет 4,1 В.

Транзисторная схема, такая как указанная выше, может быть включена в тип интегральной схемы (стр. 159), известный как регулятор напряжения . Такие устройства также могут иметь функции ограничения тока. Если в нагрузке возникает короткое замыкание или если потребляемый ток превышает безопасную величину по любой другой причине, это состояние обнаруживается регулятором, и выходное напряжение резко снижается. Схема также может включать в себя схему термистора (стр.115), который обеспечивает тепловое отключение, отключая ток при перегреве устройства. Стабилизаторы напряжения предназначены для обеспечения одного фиксированного напряжения в стандартном диапазоне, включая 5 В, 6 В и 12 В, а также в диапазоне отрицательных напряжений.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *