Circuitos estabilizadores de voltaje.

Para alimentar dispositivos que no requieren una alta estabilidad del voltaje de suministro, se utilizan los estabilizadores más simples, confiables y económicos: los paramétricos. En tal estabilizador, el elemento regulador, al influir en el voltaje de salida, no tiene en cuenta la diferencia entre este y el voltaje especificado.

En la más en forma sencilla Un estabilizador paramétrico es un componente regulador (diodo Zener) conectado en paralelo con la carga. Espero que lo recuerdes, porque, a diferencia de un diodo, está conectado al circuito eléctrico en la dirección opuesta, es decir, un potencial de voltaje negativo de la fuente sigue al ánodo y un potencial de voltaje positivo de la fuente sigue al cátodo. El principio de funcionamiento de dicho estabilizador se basa en la propiedad de un diodo zener de mantener un voltaje constante en sus terminales con cambios significativos en la intensidad de la corriente que fluye en el circuito. Una resistencia de balastro R, conectada en serie con el diodo zener y la carga, limita el flujo de corriente a través del diodo zener si la carga está apagada.

Para alimentar dispositivos con un voltaje de 5 V, se puede usar un diodo Zener del tipo KS 147 en este circuito estabilizador. El valor de la resistencia R se toma de manera que al nivel máximo de voltaje de entrada y la carga está desconectada, la corriente pasa. el diodo zener no supera los 55 mA. Dado que en el modo de funcionamiento el diodo Zener y la corriente de carga fluyen a través de esta resistencia, su potencia debe ser de al menos 1-2 W. La corriente de carga de este estabilizador debe estar en el rango de 8 a 40 mA.

Si la corriente de salida del estabilizador es pequeña para el suministro de energía, su potencia se puede aumentar agregando un amplificador, por ejemplo basado en un transistor.

Su papel en este circuito lo desempeña el transistor VT1, cuyo circuito colector-emisor está conectado en serie con la carga estabilizadora. El voltaje de salida de dicho estabilizador es igual a la diferencia entre el voltaje de entrada del estabilizador y la caída de voltaje en el circuito colector-emisor del transistor y está determinado por el voltaje de estabilización del diodo zener VD1. El estabilizador proporciona una corriente de hasta 1 A en la carga. Como VT1 se pueden utilizar transistores como KT807, KT815, KT817.

Cinco circuitos estabilizadores simples

Circuitos clásicos que se describen repetidamente en todos los libros de texto y libros de referencia sobre electrónica.

Figura 1. Estabilizador según esquema clásico sin protección contra cortocircuitos en la carga. 5B, 1A.

Figura 2. Estabilizador según esquema clásico sin protección contra cortocircuitos en la carga. 12V, 1A.

Fig. 3. Estabilizador según esquema clásico sin protección contra cortocircuitos en la carga. Tensión ajustable 0..20V, 1A

El estabilizador 5V 5A está construido sobre la base del artículo "Cinco voltios con sistema de protección", Radio No. 11, 84, págs. 46-49. El plan realmente resultó exitoso, lo que no siempre sucede. Fácilmente repetible.

Especialmente buena es la idea de proteger la carga del tiristor en caso de falla del propio estabilizador. Si (el estabilizador) se quema, entonces será más caro reparar lo que alimentó. El transistor del estabilizador de corriente VT1 es de germanio para reducir la dependencia del voltaje de salida de la temperatura. Si esto no es importante, puedes utilizar silicona. Los transistores restantes se adaptarán a cualquier potencia adecuada. Si falla el transistor regulador VT3, el voltaje en la salida del estabilizador excede el umbral de respuesta del diodo Zener VD2 tipo KS156A (5,6 V), el tiristor abre y cortocircuita la entrada y la salida, y el fusible se quema. Sencillo y confiable. La finalidad de los elementos de ajuste se indica en los diagramas.

Fig.4. Diagrama esquemático estabilizador con protección contra cortocircuito en la carga y protección del circuito de tiristores en caso de falla del propio circuito estabilizador.

Tensión nominal - 5V, corriente - 5A.
RP1 - configuración de la corriente de respuesta de protección, RP2 - configuración del voltaje de salida

El siguiente circuito estabilizador es de 24V 2A.

Todas las fuentes de alimentación existentes. pertenecen a uno de dos grupos: primario y fuente de alimentación secundaria. Las fuentes de suministro de energía primaria incluyen sistemas que convierten la energía química, luminosa, térmica, mecánica o nuclear en energía eléctrica. Por ejemplo, la energía química se convierte en energía eléctrica mediante una pila de sal o una batería de pilas, y la energía luminosa se convierte en energía eléctrica mediante una batería solar.

La fuente de energía primaria puede incluir no sólo el convertidor de energía en sí, sino también dispositivos y sistemas que proporcionan funcionamiento normal convertidor A menudo, la transformación de energía directa es difícil y luego se introduce una transformación de energía auxiliar intermedia. Por ejemplo, la energía de la desintegración intraatómica en una central nuclear se puede convertir en energía del vapor sobrecalentado que hace girar la turbina de un generador de máquina eléctrica, cuya energía mecánica se convierte en energía eléctrica.

Las fuentes de energía secundaria incluyen sistemas que energía eléctrica un tipo genera energía eléctrica de otro tipo. Por ejemplo, las fuentes de suministro de energía secundaria son inversores y convertidores, rectificadores y multiplicadores de voltaje, filtros y estabilizadores.

Las fuentes de alimentación secundarias se clasifican según su voltaje de salida operativo nominal. En este caso, se distingue entre fuentes de alimentación de baja tensión con tensiones de hasta 100 V, fuentes de alimentación de alta tensión con tensiones superiores a 1 kV y fuentes de alimentación con tensiones de salida medias de 100 V a 1 kV.

Todas las fuentes de suministro de energía secundaria se clasifican según la potencia Рн, que son capaces de entregar a la carga. Hay cinco categorías:

micropotencia (PH< 1 Вт);
baja potencia (1 W< Рн < 10 Вт);
potencia media (10 W< Рн < 100 Вт);
mayor potencia (100 W< Рн < 1 кВт);
alta potencia (Рн > 1 kW)

Las fuentes de alimentación se pueden estabilizar y desestabilizar. En presencia de un circuito de estabilización de voltaje de salida, las fuentes estabilizadas tienen menos fluctuaciones de este parámetro en comparación con las no estabilizadas. Se puede lograr mantener constante el voltaje de salida diferentes caminos Sin embargo, todos estos métodos pueden reducirse al principio paramétrico o compensatorio de estabilización. Los estabilizadores compensadores tienen un circuito de retroalimentación para monitorear los cambios. parámetro ajustable, pero en los estabilizadores paramétricos no existe tal retroalimentación.

Cualquier fuente de energía en relación a la red tiene los siguientes parámetros básicos:

tensión de alimentación mínima, nominal y máxima o cambio relativo en la tensión nominal hacia arriba o hacia abajo;
tipo de corriente de suministro: alterna o directa;
numero de fases corriente alterna;
frecuencia de corriente alterna y el rango de sus fluctuaciones de mínimo a máximo;
coeficiente de potencia consumida de la red;
el factor de forma de la corriente consumida de la red, igual a la relación entre el primer armónico de la corriente y su valor efectivo;
constancia de la tensión de alimentación, que se caracteriza por parámetros constantes a lo largo del tiempo

En relación a la carga, la fuente de energía puede tener los mismos parámetros que en relación a la red de suministro, y además se caracteriza por los siguientes parámetros:

amplitud de ondulación del voltaje de salida o factor de ondulación;
cargar el valor actual;
tipo de ajustes de corriente y voltaje de salida;
frecuencia de ondulación del voltaje de salida de la fuente de alimentación, V caso general no igual a la frecuencia de la red de suministro de corriente alterna;
inestabilidad de la corriente y el voltaje de salida bajo la influencia de cualquier factor que afecte la estabilidad.

Además, las fuentes de alimentación se caracterizan por:

eficiencia;
masa;
dimensiones totales;
rango de temperatura ambiente y humedad
el nivel de ruido generado al utilizar un ventilador en el sistema de refrigeración;
resistencia a sobrecargas e impactos con aceleración;
fiabilidad;
duración entre fallas;
tiempo de preparación para el trabajo;
resistencia a sobrecargas en cargas y, como caso especial, cortocircuitos;
disponibilidad aislamiento galvánico entre entrada y salida;
disponibilidad de ajustes y ergonomía;
mantenibilidad.

Estabilizador paramétrico paralelo, estabilizador en serie basado en un transistor bipolar. Cálculos prácticos.

¡Buenas tardes queridos radioaficionados!
Hoy en el sitio web ““, en la sección ““, continuaremos revisando el artículo ““. Permítanme recordarles que la última vez, mientras estudiamos el circuito de alimentación de dispositivos de radioaficionado, nos centramos en el propósito y cálculo del filtro anti-aliasing:

Hoy veremos el último elemento: el estabilizador de voltaje.

Regulador de voltaje - un convertidor de energía eléctrica que le permite obtener un voltaje de salida que está dentro de límites especificados cuando el voltaje de entrada y la resistencia de carga fluctúan

Hoy veremos dos estabilizadores de voltaje simples:
- ;
– .

Estabilizador de tensión paramétrico paralelo sobre diodo zener

Diodo Zener semiconductor - (otro nombre es diodo Zener) está diseñado para estabilizar voltaje CC fuentes de alimentación. En el circuito más simple de un estabilizador paramétrico lineal, actúa como fuente de voltaje de referencia y como elemento de control de potencia. En circuitos más complejos, se le asigna únicamente el papel de fuente de voltaje de referencia.

Uno de vistas externas y la designación del diodo zener:

¿Cómo funciona un diodo zener?

El voltaje al diodo Zener (a diferencia del diodo) se suministra en polaridad inversa (el ánodo está conectado al menos y el cátodo al más de la fuente de energía). Uarr). Cuando se enciende de esta manera, la corriente inversa fluye a través del diodo Zener. Iobr.
A medida que aumenta el voltaje, la corriente inversa crece muy lentamente (en el diagrama, casi paralela al eje Uarr), pero a algún voltaje Uarr la unión del diodo zener se rompe (pero la destrucción del diodo zener no ocurre en este momento) y la corriente inversa comienza a fluir a través de ella significativamente mayor valor. En este momento, la característica corriente-voltaje del diodo zener ( CVC) desciende bruscamente (casi paralelo al eje Iobr) – comienza el modo de estabilización, cuyos principales parámetros son el voltaje mínimo de estabilización ( Us min) y corriente mínima de estabilización ( primer minuto).
Con un mayor aumento Uarr La característica corriente-voltaje del diodo zener vuelve a cambiar de dirección: finaliza el modo de estabilización, cuyos parámetros principales son el voltaje máximo de estabilización ( máximo máximo) y corriente máxima de estabilización ( es máximo). A partir de este momento, el diodo zener pierde sus propiedades y comienza a calentarse, lo que puede provocar una ruptura térmica de la unión del diodo zener y, en consecuencia, su falla.

El modo de estabilización de un diodo zener puede estar dentro de amplios límites, por lo que la documentación para diodos zener indica los valores de corriente mínimos y máximos permitidos ( primer minuto Y es máximo) y voltajes de estabilización ( Us min Y máximo máximo). Dentro de estos rangos se encuentran los seleccionados por el fabricante. nominal valores – es Y nosotros. Los fabricantes suelen establecer la corriente nominal de estabilización entre el 25 % y el 35 % del máximo, y la tensión nominal de estabilización como el promedio del máximo y el mínimo.

Por ejemplo, puedes utilizar el programa. “ “ y vea con sus propios ojos qué características se dan en los libros de referencia sobre diodos Zener:

Por ejemplo, un diodo zener D814G:
- Corriente nominal estabilización (Ist) = 5 mA;
– Tensión nominal estabilización (Ust) = (de 10 a 12 voltios) = 11 voltios;
– corriente máxima de estabilización (Ist max) = 29 mA.
Necesitaremos estos datos para calcular el estabilizador de voltaje más simple.

Si no pudo encontrar el diodo zener nativo soviético que necesita, puede utilizar, por ejemplo, un programa para seleccionar un análogo burgués de acuerdo con los parámetros requeridos:

Como puede ver, el diodo zener D814G se puede reemplazar fácilmente con un análogo: BZX55C11 (que tiene características incluso ligeramente mejores)

Bueno, ahora veamos Estabilizador de voltaje paramétrico paralelo en un diodo Zener.

Estabilizador de tensión paramétrico paralelo sobre diodo zener Se utiliza en dispositivos de baja corriente (varios miliamperios) y es un divisor de voltaje (en una resistencia). R– resistencia de balasto y diodo zener ENFERMEDAD VENÉREA.– que actúa como una segunda resistencia) a cuya entrada se suministra un voltaje inestable y el voltaje de salida se elimina del brazo inferior del divisor. A medida que el voltaje de entrada aumenta (disminuye), la resistencia interna del diodo zener disminuye (aumenta), lo que permite mantener el voltaje de salida en un nivel determinado. La diferencia entre el voltaje de suministro de entrada y el voltaje de estabilización del diodo Zener cae a través de la resistencia del balasto.

Consideremos el circuito de este (el más simple) estabilizador de voltaje:

Para operación normal esquema la corriente a través del diodo Zener debe ser varias veces (3-10 veces) mayor que la corriente en la carga estabilizada. En la práctica, dado que la corriente nominal de estabilización del diodo Zener es varias veces menor que la máxima, se permite suponer en los cálculos que la corriente de carga no debe exceder la corriente nominal de estabilización.
P.ej: la corriente consumida por la carga es de 10 mA, lo que significa que debemos seleccionar un diodo zener de modo que su corriente nominal de estabilización sea al menos 10 mA (es mejor, por supuesto, si es mayor).

Cálculo de un estabilizador de tensión paramétrico paralelo mediante un diodo Zener.

Dado:
Uin– voltaje de entrada = 15 voltios
fuera– voltaje de salida (voltaje de estabilización) = 11 voltios

Cálculo:
1. Utilizando el libro de referencia anterior, determinamos que el diodo zener D814G es adecuado para nuestros propósitos:
nosotros(10-12v) = 11 voltios
es máximo= 29 mA
es nominal = 5mA
Con base en lo anterior, determinamos que la corriente de carga no debe exceder es nominal – 5mA
2. Determinamos la caída de voltaje a través de la resistencia de balastro (R) como la diferencia entre el voltaje estabilizado de entrada y salida:
Upad=Uin – Ufuera=15-11= 4 voltios
3. Utilizando la ley de Ohm, determinamos el valor de la resistencia del balastro R dividiendo la caída de tensión Udrop por Ist del diodo zener:
R= Arriba/Ist= 4/0,005= 800 ohmios
Como no hay resistencias con un valor nominal de 800 ohmios, tomamos el valor superior más cercano: R = 1000 ohmios = 1 kOhm
4. Determinando el poder de la resistencia de lastre. R:
Pres = Arriba*Ist= 4*0,005= 0,02 vatios
Dado que a través de la resistencia no solo fluye la corriente de estabilización del diodo Zener, sino también la corriente consumida por la carga, aumentamos el valor resultante al menos 2 veces:
res= 0,004*2= 0,008 vatios, que corresponde a la clasificación más cercana = 0,125 vatios.

Qué hacer si no ha encontrado un diodo zener con el voltaje de estabilización requerido.
En este caso, puedes aplicar. conexión en serie de diodos zener. Por ejemplo, si conectamos dos diodos zener D814G en serie, la tensión de estabilización será de 22 voltios (11+11). Si conectamos D814G y D810, obtenemos un voltaje de estabilización de 20 voltios (11+10).
Se permite cualquier número conexión en serie diodos Zener de la misma serie (como en el ejemplo - D8**).
La conexión en serie de diodos Zener de diferentes series solo se permite si las corrientes de funcionamiento de la cadena en serie se encuentran dentro de los rangos de corriente de estabilización certificados de cada serie utilizada.

¿Qué hacer si, en el ejemplo anterior, la corriente de carga no es, por ejemplo, 5 sino 25 mA?
Por supuesto, puedes dejar todo como está, ya que la corriente máxima de estabilización (Ist max) del D814G es de 29 mA, lo único que tienes que hacer es volver a calcular la potencia de la resistencia del balastro. Pero en este caso, el diodo zener funcionará al límite de sus capacidades y no tendrás garantías de que no fallará.
Pero ¿qué pasa si la corriente de carga es, por ejemplo, de 50 mA?

Regulador de voltaje en serie en un transistor bipolar

Regulador de voltaje en serie en un transistor bipolar- Se trata esencialmente de un estabilizador paramétrico paralelo en un diodo Zener conectado a la entrada del seguidor del emisor.

Su voltaje de salida es menor que el voltaje de estabilización del diodo Zener debido a la caída de voltaje en la unión base-emisor del transistor (para transistores de silicio, aproximadamente 0,6 voltios, para transistores de germanio, aproximadamente 0,25 voltios), lo que debe tenerse en cuenta. en cuenta a la hora de elegir un diodo zener.
Un seguidor de emisor (también conocido como amplificador de corriente) le permite aumentar la corriente máxima del estabilizador de voltaje en comparación con un estabilizador paramétrico paralelo en un diodo zener en β (h 21e) veces (donde β (h21e)– ganancia de corriente de un transistor dado, se toma el valor más pequeño).

Circuito de un estabilizador en serie basado en un transistor bipolar. :

Dado que este estabilizador consta de dos partes: referencia de voltaje(también conocido como estabilizador paramétrico paralelo en un diodo zener) y amplificador de corriente en un transistor (también conocido como seguidor de emisor), el cálculo de dicho estabilizador se lleva a cabo de manera similar al ejemplo anterior.
La unica diferencia:
- por ejemplo, necesitamos obtener una corriente de carga de 50 mA, luego seleccionamos un transistor con ganancia β (h 21e) al menos 10 ( β (h 21e)=Icarga/Ist=50/5=10
– la potencia de la resistencia de balastro se calcula mediante la fórmula: Рres=Upad*(Ist+Iload)

La corriente de carga se puede aumentar varias veces más si se utiliza un circuito con un transistor compuesto (dos transistores conectados según un circuito Darlington o Sziklai):

Básicamente eso es todo.

Equipo: dos paneles de prueba, conductores de montaje con terminales, miliamperímetro hasta 10 mA, fuente de voltaje CC ajustable hasta 10 V, voltímetro digital.

ATENCIÓN: la instalación de circuitos eléctricos sólo debe realizarse cuando la tensión de alimentación está apagada en el panel del protoboard.

Estabilizador de voltaje (actual) es un dispositivo que mantiene automáticamente el voltaje (corriente) en el lado del consumidor (en la carga) con un grado determinado de precisión. Protectores contra sobretensiones En primer lugar, se colocan en las fuentes de alimentación después del rectificador. Cuanto más sensible sea el dispositivo, más preciso será el dispositivo de medición y mayor deberá ser la estabilidad de la fuente de alimentación. Estabilizadores actuales no menos importantes que los estabilizadores de voltaje. Las fuentes de corriente se utilizan para proporcionar polarización a los transistores, como carga activa de las etapas de amplificación. Son necesarios para el funcionamiento de integradores y generadores de tensión en diente de sierra. Los estabilizadores de corriente también son necesarios, por ejemplo, en electroquímica y electroforesis.

Principal factores desestabilizadores, causando cambio El voltaje (corriente) del consumidor son: fluctuaciones en el voltaje de la red de 220 V, fluctuaciones en la frecuencia de la corriente en la red, cambios en la potencia consumida por la carga, cambios en la temperatura ambiente, etc.

Los estabilizadores están divididos. dependiendo del tipo de voltaje (corriente) para estabilizadores variable voltaje (corriente) y estabilizadores permanente corriente de voltaje). Según el principio de funcionamiento Los estabilizadores se dividen en paramétrico Y compensatorio . La estabilización de voltaje (corriente) en estabilizadores paramétricos se lleva a cabo debido a la no linealidad de la característica corriente-voltaje (característica voltamperio) de un elemento no lineal (diodo zener semiconductor y de descarga de gas, estabilizador, transistor de efecto de campo o bipolar, etc. .). Los estabilizadores compensadores son sistema cerrado regulación automática con negativo comentario. Dependiendo del método de encendido del elemento de control. En cuanto a la resistencia a la carga, los estabilizadores se dividen en secuencial Y paralelo . Según el modo de funcionamiento del elemento de control. Los estabilizadores se dividen en estabilizadores con regulación continua Y legumbres . A su vez, los estabilizadores de pulso se dividen según el principio de control en ancho de pulso, frecuencia de pulso y relé.

Los principales parámetros de los estabilizadores de voltaje CC que caracterizan la calidad de la estabilización son:

Coeficiente de estabilización K CT – la relación de cambios relativos en los voltajes de entrada y salida (a corriente de salida constante):

(1)

donde DU IN y DU OUT son los incrementos de los voltajes de entrada y salida, respectivamente, U IN y U OUT son los valores de los voltajes de entrada y salida del estabilizador.

Impedancia de salida R FUERA (o resistencia interna r I) del estabilizador es igual a la relación entre el incremento en el voltaje de salida DU OUT y el incremento en la corriente de carga DI N con un voltaje de entrada constante U IN = const:

(2)

Coeficiente acción útil (eficiencia) – la relación entre la potencia en la salida del estabilizador y la potencia en la entrada.

Los estabilizadores paramétricos semiconductores (que utilizan diodos Zener) son los más simples. Se caracterizan por coeficientes de estabilización relativamente bajos (10-100), alta resistencia de salida (unidades y decenas de ohmios) y baja eficiencia.

diodo Zener- Este diodo semiconductor, en el que se utiliza una sección de ruptura eléctrica (avalancha o túnel) en la rama inversa de la característica corriente-voltaje para estabilizar el voltaje (Fig. 1). En la dirección de avance, la característica I-V del diodo zener es la misma que la de cualquier diodo de silicio. El voltaje de ruptura del diodo: el voltaje de estabilización del diodo zener U ST (de 3 a 200 V) depende del grosor de la unión p-n o de resistividad base de diodo. Diodos Zener de bajo voltaje (U ST< 6 В) изготавливаются на основе сильнолегированного кремния и в них происходит туннельный пробой. Высоковольтные стабилитроны (U СТ >6 B) están fabricados a base de silicio ligeramente dopado. Por lo tanto, el principio de su funcionamiento está asociado con la avería de una avalancha.

En este trabajo de laboratorio se estudian los diodos Zener D814A y 2S156A. Sus datos de referencia se dan en la tabla. 1. La estabilización de voltaje es mejor cuanto más pronunciada sea la curva característica corriente-voltaje (Fig. 1) y, en consecuencia, menor sea la resistencia interna diferencial del diodo zener. Además, cabe señalar que los diodos zener con baja tensión Los dispositivos de estabilización (con ruptura de túnel) tienen un coeficiente de tensión de temperatura (TCV) negativo, es decir. A medida que aumenta la temperatura, el voltaje de estabilización disminuye. Los diodos Zener con falla por avalancha tienen un TKN positivo. También hay diodos Zener con compensación de temperatura, fabricados en un paquete en forma de una conexión en serie de un diodo Zener con un TKN positivo y un diodo conectado en dirección directa (que tiene un TKN negativo).

tabla 1

Ajustes principales	D814A	2С156А
Tensión de estabilización U ST, V	7 – 8,5	5,6
Diferencial de tensión de estabilización, %	–	± 10
Corriente mínima de estabilización I ST m I n (corriente a la que se produce una ruptura estable), mA
Corriente máxima de estabilización I ST max (corriente a la que la potencia disipada en el diodo zener no excede valor permitido), mA
Resistencia interna diferencial, ohmios
Coeficiente de temperatura del voltaje de estabilización (relación entre el cambio relativo en el voltaje de estabilización y el cambio absoluto en la temperatura ambiente), % / °C	+ 0,07	±0,05
Corriente directa máxima permitida, mA
Disipación de potencia máxima permitida, W	0,34	0,3
Temperatura ambiente, °C	de menos 60 a +100

Ejercicio 1.

1.1. Encuentre los diodos Zener D814A y 2S156A en el panel de la placa de pruebas, conectados a resistencias limitadoras de corriente de 150 y 240 ohmios (Fig. 2).

1.2. Configure el voltaje a 10 V en la fuente de alimentación. Conecte un voltímetro al diodo zener D814A. Encienda el interruptor de palanca en el panel de diseño. La corriente que fluye a través del diodo zener hace que se caliente y cambie U CT. ¿Este diodo zener tiene un TKN positivo o negativo? Usando un reloj, determine el tiempo necesario para calentar el circuito. Para hacer esto, complete la tabla. 2 mediciones de voltaje en el diodo zener en el momento del encendido y cada minuto. El tiempo de calentamiento debe tenerse en cuenta en el caso de que sea necesario medir con mucha precisión el voltaje en el diodo zener (hasta milésimas (o centésimas) de voltio).

Tabla 2

1.3. Mida las características I-V inversas de los diodos zener. Para hacer esto, es necesario medir el voltaje en los diodos Zener aplicando un voltaje de suministro de 1 a 10 V en pasos de 1 V. La tensión suministrada y la tensión de los diodos Zener se miden con una precisión de centésimas de voltio. Las corrientes que fluyen a través de los diodos zener se calculan a partir de la caída de voltaje a través de las resistencias limitadoras de corriente. Complete la tabla con los resultados de mediciones y cálculos. 3.

Tabla 3

U PIT, V	D814A	2С156А
U, V	yo, mA	U, V	yo, mA
1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
8,
9,
10,
	R D = Ohmios	R D = Ohmios

1.4. Según los datos presentados en la tabla. 3, construya características experimentales de corriente-voltaje de diodos Zener (Fig. 3). Compare voltajes de estabilización reales y corrientes mínimas de estabilización con datos de referencia.

1.5. En las secciones de trabajo de la característica corriente-tensión, calcule las resistencias diferenciales y escríbalas en la tabla. 3 y comparar con datos de referencia.

Consideremos ahora el funcionamiento de un diodo Zener con una carga R N. El circuito del estabilizador de voltaje paramétrico más simple se muestra en la Fig. 4. A medida que aumenta el voltaje de entrada U VX, tan pronto como la corriente a través del diodo zener se vuelve igual a I st min, el voltaje en el diodo zener deja de aumentar y se vuelve igual a U st.

Un aumento adicional en U VX solo conduce a un aumento en la caída de voltaje a través de la resistencia limitadora de corriente R. Por lo tanto, el voltaje a través de la carga R H se mantiene sin cambios.

Muy a menudo, un diodo Zener funciona en un modo en el que el voltaje de entrada U VX es inestable y la resistencia de carga RH es constante. Para tal caso, la resistencia R generalmente se calcula para el punto medio T de la característica corriente-voltaje del diodo zener (Fig. 1). Si el voltaje U VX cambia de U min a U max, entonces R se puede encontrar usando el siguiente fórmula:

¿Dónde está el voltaje de entrada promedio? - corriente media del diodo Zener; - corriente de carga. En este caso, la inestabilidad de la tensión es absorbida casi por completo por la resistencia R. Las fluctuaciones en la tensión de entrada se suavizan gracias a la baja resistencia diferencial del diodo Zener.

Segundo modo posible la estabilización se aplica en el caso en que U BX = = constante, y R N varía de R n min a R n max. para tal modo, R se puede determinar a partir de los valores actuales promedio usando la fórmula:

Dónde , , .

El funcionamiento del circuito en este modo se puede explicar de la siguiente manera. Dado que la caída de voltaje a través de la resistencia R es igual a U BX - U C T es constante, la corriente que fluye a través de esta resistencia también es constante. Esta corriente es la suma de las corrientes del diodo Zener y de la carga. Por lo tanto, si el consumo de corriente de la carga aumenta, entonces la corriente a través del diodo zener debe disminuir (para que su suma permanezca sin cambios). Si la carga consume mucha corriente del diodo zener, entonces la corriente a través del diodo zener se vuelve menor que I c t min y se altera la estabilización de voltaje.

Tarea 2.

2.1. Ensamble el circuito que se muestra en la Fig. en el panel de la placa de pruebas. 5, en el que como carga estabilizadora se utilizan resistencias conectadas en serie con una resistencia de 470 ohmios, 750 ohmios y la resistencia interna de un miliamperímetro (100 ohmios).

2.2. Al conectar y desconectar la carga del diodo zener, verifique con un voltímetro que cuando se conecta la carga, el voltaje U ST disminuye. La tensión U ST también disminuye al aumentar la corriente de carga. Esto se puede demostrar girando el eje de una resistencia variable de 470 ohmios. Por lo tanto, la carga toma parte de la corriente del diodo zener y el punto de operación en la característica I-V del diodo zener se mueve hacia la región de corrientes más bajas y voltajes de estabilización más bajos U ST (ver Fig. 1 y Fig. 3). .

2.3. Calcule el coeficiente de estabilización usando la fórmula (1) para la corriente de carga mínima (cuanto mayor sea la corriente de carga, peor será la estabilización de voltaje). Para hacer esto, cambie el voltaje de entrada de 9 V a 10 V (sea DU IN = 10 V - 9 V = 1 V y U IN = 9,5 V). El voltaje de salida debe medirse con la mayor precisión posible (hasta milésimas de voltio), ya que el coeficiente de estabilización puede alcanzar varias decenas. Al tomar medidas, no se olvide del tiempo de calentamiento del circuito (ver Tabla 2).

El voltaje U OUT no se puede ajustar ni establecer en un valor establecido;

Los diodos Zener tienen una resistencia diferencial finita y, por lo tanto, no siempre suavizan suficientemente las ondulaciones del voltaje de entrada y la influencia de los cambios en la resistencia de la carga;

Con una amplia gama de cambios en las corrientes de carga, es necesario elegir diodos Zener con Alto Voltaje dispersión (con grandes corrientes máximas).

Para obtener un voltaje más constante a través de la carga cuando cambia la corriente consumida, se utiliza un circuito (Fig. 6), en el que el diodo Zener está separado de la carga por un seguidor de emisor. La corriente del diodo Zener en dicho circuito es relativamente independiente de la corriente de carga, ya que a través del circuito base del transistor fluye una pequeña corriente (menos en h 21E que en la carga). Los parámetros del transistor (límites de potencia, voltajes y corrientes) se seleccionan teniendo en cuenta la potencia de carga.

Si es necesario regular el voltaje de salida, entonces se utiliza parte del voltaje de referencia (estabilizado) tomado del motor de resistencia variable. En la figura 2 se muestra una implementación de circuito de esta característica. 7.

Tarea 3.

3.1. Monte circuitos estabilizadores de voltaje con diodos zener D814A y 2S156A (Fig. 6). Usando un voltímetro, asegúrese de que el voltaje de salida sea menor que el voltaje en el diodo zener por la cantidad de caída de voltaje a través de la unión del emisor del transistor (en » 0,6 V).

3.2. Usando las resistencias disponibles en el circuito, calcule:

Potencia de carga máxima Р Н;

Potencia de resistencias en el circuito de diodo Zener Р R .

3.3. Completa la tabla con los resultados de los cálculos. 4.

Tabla 4

D814A	2С156А
RN, W	Р R, W	RN, W	Р R, W

3.4. Monte un circuito estabilizador de voltaje con voltaje de salida ajustable (Fig. 7) y verifique su funcionamiento.

Hay varias formas de aumentar el coeficiente de estabilización. En este caso, el circuito estabilizador se vuelve más complejo.

En primer lugar, el diodo zener se puede alimentar a través de un estabilizador de corriente (y no a través de una resistencia), y luego el voltaje a través del diodo zener prácticamente no cambiará.

En segundo lugar, se puede utilizar un circuito de dos etapas (Fig. 8), cuyo coeficiente de estabilización general es igual al producto de los coeficientes de estabilización de las cascadas individuales (enlaces) y puede alcanzar varios cientos.

En tercer lugar, debe elegir otros circuitos estabilizadores, por ejemplo, el tipo de compensación usando circuitos de transistores y amplificadores operacionales.

En cuarto lugar, puedes utilizar estabilizadores integrales voltaje (microcircuitos).

Consideremos fuentes de corriente estables . fuente ideal La corriente tiene una magnitud infinita. resistencia interna R= ¥ y proporciona una corriente en la carga R N que no depende de la caída de voltaje a través de la carga (de la resistencia de la carga).

El circuito de la fuente de corriente más simple se muestra en la Fig. 9. Siempre que R H<< R (т.е. U H << U), ток сохраняет почти постоянное значение приблизительно равное U/R.

La fuente de corriente resistiva más simple tiene importantes desventajas. Para obtener una buena aproximación de la fuente de corriente ideal, se deben utilizar voltajes mayores y, al hacerlo, se disipan grandes cantidades de energía en la resistencia. Además, la corriente de dicha fuente es difícil de controlar en un amplio rango utilizando un voltaje generado en otro nodo del circuito. Si se requiere una corriente significativa, entonces el voltaje U (Fig. 9) debe seleccionarse en un valor grande. Para proporcionar I = 1 mA y R = 10 MOhm, se debe aplicar una tensión de U = 10 kV. Esta condición se puede superar requiriendo una resistencia interna diferencial grande (dU/dI), mientras que la resistencia interna estática puede ser pequeña. La característica de salida del transistor (de efecto de campo o bipolar) tiene esta característica.

Cualquier fuente de corriente tiene un conjunto de las mismas unidades funcionales: fuente de alimentación, elemento de control, sensor de corriente y carga.

Diagrama de circuito de la fuente de corriente que se muestra en la Fig. 10 se basa en un circuito emisor común con retroalimentación de corriente negativa. Funciona de la siguiente manera. Una tensión de base U B > 0,6 V mantiene la unión del emisor en estado abierto: (para transistores de silicio). La corriente del emisor es:

Dado que para valores grandes de ganancia de corriente h 21E, la corriente del emisor es aproximadamente igual a la corriente del colector, la corriente del colector (y esta es la corriente de carga) se calcula utilizando la misma fórmula:

Si brinda la posibilidad de cambiar el voltaje en la base, obtendrá una fuente de corriente ajustable.

La fórmula (3) es válida hasta que el transistor entra en modo de saturación. La fuente de corriente transmite corriente continua a la carga solo hasta un cierto voltaje final en la carga, que no puede ser mayor que el voltaje de suministro (ver Fig. 10). De lo contrario, la fuente actual sería capaz de generar energía infinita. Por lo tanto, para una fuente de corriente, el rango operativo está determinado por el hecho de que el transistor debe estar en el modo operativo activo.

Tarea 4.

4.1. Ensamble una fuente de corriente estable en un panel de prueba, como se muestra en la Fig. 11, mientras ajusta la resistencia variable de 2 kOhm en la carga al mínimo (en el sentido contrario a las agujas del reloj, hasta el final).

4.3. Compruebe que la corriente del divisor de voltaje (resistencias R1 y R2) exceda de 5 a 10 veces la corriente de base del transistor de control, que es aproximadamente igual a I B = I K / h 21E, donde la ganancia del transistor h 21E se toma igual a 50.

I DIVISOR = mA, I B = mA. Esta condición es necesaria para que cuando cambie la corriente de carga (y, en consecuencia, la corriente de base que fluye a través de la resistencia R1), el voltaje en la base permanezca prácticamente sin cambios.

4.4. Usando la resistencia R2 = 1 kOhm, ajuste la corriente de carga a 5–7 mA. Al girar el eje de la resistencia de carga variable de 2 kOhm, asegúrese de que fluya una corriente casi estable a través de la carga; sin embargo, en la posición extrema derecha del eje de la resistencia (en el sentido de las agujas del reloj), la corriente disminuye drásticamente. ¿Por qué?

4.5. Monte el circuito estabilizador de corriente que se muestra en la Fig. en el panel de la placa de pruebas. 12, en el que se utiliza un diodo zener para ajustar el voltaje en la base del transistor. Calcule teóricamente la corriente del diodo Zener (I ST = mA) y la corriente de carga (I H = mA). Verifique experimentalmente la corriente de carga usando un miliamperímetro (I N EX = mA).

Este artículo analizará los estabilizadores de voltaje de CC en dispositivos semiconductores. Se consideran los circuitos más simples de estabilizadores de voltaje, los principios de su funcionamiento y las reglas de cálculo. El material presentado en el artículo es útil para diseñar fuentes de energía secundaria estabilizada.

Comencemos con el hecho de que para estabilizar cualquier parámetro eléctrico debe haber un circuito para monitorear este parámetro y un circuito para controlar este parámetro. Para que la estabilización sea precisa, es necesario tener un "estándar" con el que se compare el parámetro estabilizado. Si durante la comparación resulta que el parámetro es mayor que el valor de referencia, entonces el circuito de seguimiento (llamémoslo circuito de comparación) le da al circuito de control una orden para "reducir" el valor del parámetro. Y viceversa, si el parámetro resulta ser menor que el valor de referencia, entonces el circuito de comparación da una orden al circuito de control para "aumentar" el valor del parámetro. Todos los esquemas de control automático de todos los dispositivos y sistemas que nos rodean, desde un hierro hasta una nave espacial, funcionan según este principio, la única diferencia está en el método de seguimiento y control del parámetro; Un estabilizador de voltaje funciona exactamente de la misma manera.

En la figura se muestra el diagrama de bloques de dicho estabilizador.

El trabajo del estabilizador se puede comparar con la regulación del agua que sale de un grifo. Una persona se acerca al grifo, lo abre y luego, observando el flujo de agua, ajusta su flujo hacia arriba o hacia abajo, logrando el flujo óptimo para sí mismo. La persona misma realiza la función de un circuito de comparación; el estándar es la idea de una persona de cuál debe ser el flujo de agua, y el circuito de control es un grifo de agua, que está controlado por un circuito de comparación (una persona). Si una persona cambia su idea del estándar y decide que el flujo de agua que sale del grifo es insuficiente, lo abrirá más. El estabilizador de voltaje es exactamente el mismo. Si queremos cambiar el voltaje de salida, entonces podemos cambiar el voltaje de referencia. El circuito de comparación, al notar un cambio en el voltaje de referencia, cambiará independientemente el voltaje de salida.

Una pregunta razonable sería: ¿Por qué necesitamos tal desorden de circuitos si podemos usar una fuente de voltaje de referencia ya "lista para usar" en la salida? El hecho es que la fuente de voltaje de referencia (en lo sucesivo, referencia) es de baja corriente (bajo amperaje) y, por lo tanto, no es capaz de alimentar una carga potente (de baja impedancia). Una fuente de voltaje de referencia de este tipo se puede utilizar como estabilizador para alimentar circuitos y dispositivos que consumen poca corriente: chips CMOS, etapas amplificadoras de baja corriente, etc.

A continuación se muestra el diagrama de circuito de la fuente de voltaje de referencia (estabilizador de baja corriente). En esencia, es un divisor de voltaje especial, descrito en el artículo, su diferencia es que se usa un diodo especial como segunda resistencia: un diodo zener. ¿Qué tiene de especial un diodo zener? En palabras simples, un diodo zener es un diodo que, a diferencia de un diodo rectificador convencional, cuando se alcanza un cierto valor del voltaje aplicado de manera inversa (voltaje de estabilización), pasa corriente en la dirección opuesta y, con su aumento adicional, reduce su interior. resistencia, se esfuerza por mantenerlo en un cierto significado.

En la característica corriente-voltaje (característica voltamperio) de un diodo zener, el modo de estabilización de voltaje se representa en la región negativa del voltaje y la corriente aplicados.

A medida que aumenta el voltaje inverso aplicado al diodo zener, inicialmente "resiste" y la corriente que fluye a través de él es mínima. A cierto voltaje, la corriente del diodo Zener comienza a aumentar. Se alcanza tal punto en la característica corriente-tensión (punto 1 ), después de lo cual un aumento adicional de voltaje en el divisor de diodo Zener de resistencia no causa un aumento de voltaje en pn Transición del diodo Zener. En esta sección de la característica corriente-voltaje, el voltaje aumenta sólo a través de la resistencia. La corriente que pasa por la resistencia y el diodo zener sigue aumentando. desde el punto 1 , correspondiente a la corriente mínima de estabilización, hasta cierto punto 2 característica corriente-voltaje correspondiente a la corriente máxima de estabilización, el diodo zener funciona en el modo de estabilización requerido (sección verde de la característica corriente-voltaje). despues del punto 2 En la característica corriente-voltaje, el diodo zener pierde sus propiedades "útiles", comienza a calentarse y puede fallar. Sección desde el punto 1 al punto 2 es una sección de trabajo de estabilización, en la que el diodo zener actúa como regulador.

Sabiendo cómo calcular el divisor de voltaje más simple en resistencias, simplemente puede calcular el circuito de estabilización (fuente de voltaje de referencia). Como en el divisor de voltaje, en el circuito de estabilización fluyen dos corrientes: la corriente del divisor (estabilizador) Yo st. y corriente del circuito de carga Yo cargo. A efectos de una estabilización “cualitativa”, este último debería ser un orden de magnitud menor que el primero.

Para los cálculos del circuito de estabilización se utilizan los valores de los parámetros del diodo zener publicados en libros de referencia:

• Tensión de estabilización U st;
• Corriente de estabilización Yo st.(generalmente promedio);
• Corriente mínima de estabilización yo st.min;
• Corriente máxima de estabilización yo st.max.

Para calcular el estabilizador, por regla general, solo se utilizan los dos primeros parámetros: U st , Yo st., el resto se utiliza para calcular circuitos de protección de voltaje en los que es posible un cambio significativo en el voltaje de entrada.

Para aumentar el voltaje de estabilización, puede usar una cadena de diodos Zener conectados en serie, pero para esto, la corriente de estabilización permitida de dichos diodos Zener debe estar dentro de los parámetros. yo st.min Y yo st.max, de lo contrario existe la posibilidad de que fallen los diodos zener.

Cabe agregar que los diodos rectificadores simples también tienen la propiedad de estabilizar el voltaje aplicado de manera inversa, solo los valores de los voltajes de estabilización se encuentran en valores más altos del voltaje aplicado de manera inversa. Los valores de la tensión máxima retroaplicada de los diodos rectificadores suelen estar indicados en los libros de referencia, y la tensión a la que se produce el fenómeno de estabilización suele ser superior a este valor y es diferente para cada diodo rectificador, incluso del mismo tipo. Por lo tanto, utilice diodos rectificadores como diodo zener de alto voltaje solo como último recurso, cuando no pueda encontrar el diodo zener que necesita, o haga una cadena de diodos zener. En este caso, la tensión de estabilización se determina experimentalmente. Se debe tener cuidado al trabajar con alto voltaje.

El procedimiento para calcular un estabilizador de voltaje (fuente de voltaje de referencia)

Calcularemos el estabilizador de voltaje más simple considerando un ejemplo específico.
Parámetros iniciales requeridos para el circuito:

1. Tensión de entrada del divisor - U en(puede o no estar estabilizado). Supongamos que U en= 25 voltios;

2. Estabilización del voltaje de salida - Estás fuera(voltaje de referencia). Digamos que necesitamos conseguir U outx= 9 voltios. Solución:

1. Según el voltaje de estabilización requerido, el diodo zener requerido se selecciona del libro de referencia. En nuestro caso es D814V.

2. De la tabla encuentran la corriente de estabilización promedio. Yo st.. Según la tabla, es igual a 5 mA.

3. Calcule la caída de voltaje a través de la resistencia. UR1, como la diferencia entre el voltaje estabilizado de entrada y salida. U R1 = U entrada - U salida ---> U R1 = 25 – 9 = 16 voltios

4. Según la ley de Ohm, este voltaje se divide por la corriente de estabilización que fluye a través de la resistencia y se obtiene el valor de resistencia de la resistencia. R1 = U R1 / I st ---> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ohmios = 3,2 kOhmios

Si el valor obtenido no está en la serie resistiva, seleccione la resistencia con el valor nominal más cercano. En nuestro caso, se trata de una resistencia con un valor nominal. 3,3 kiloohmios.

5. Calcule la potencia mínima de la resistencia multiplicando la caída de voltaje a través de ella por la corriente que fluye (corriente de estabilización). Р R1 = U R1 * I st ---> Р R1 = 16 * 0,005 = 0,08 W

Teniendo en cuenta que, además de la corriente del diodo Zener, la corriente de salida también fluye a través de la resistencia, elija una resistencia con una potencia de al menos el doble de la calculada. En nuestro caso, se trata de una resistencia con una potencia no menor. 0,16W. Según el más cercano serie nominal(V lado grande) esto corresponde al poder 0,25W.

Ese es todo el cálculo.

Como se escribió anteriormente, el circuito estabilizador de voltaje de CC más simple se puede usar para alimentar circuitos que usan corrientes bajas, pero no son adecuados para alimentar circuitos más potentes.

Una opción para aumentar la capacidad de carga de un estabilizador de voltaje de CC es utilizar un seguidor de emisor. El diagrama muestra una cascada de estabilización en un transistor bipolar. El transistor "repite" el voltaje aplicado a la base.

La capacidad de carga de un estabilizador de este tipo aumenta en un orden de magnitud. La desventaja de un estabilizador de este tipo, así como del circuito más simple que consta de una resistencia y un diodo Zener, es la imposibilidad de ajustar el voltaje de salida.

El voltaje de salida de dicha etapa será menor que el voltaje de estabilización del diodo zener por el valor de la caída de voltaje en pn transición base-emisor del transistor. En el artículo escribí que para un transistor de silicio es igual a 0,6 ... 0,7 voltios, para un transistor de germanio: 0,2 ... 0,3 voltios. Por lo general, se calcula de forma aproximada: 0,65 voltios y 0,25 voltios.

Por lo tanto, por ejemplo, cuando se utiliza un transistor de silicio con un voltaje de estabilización de diodo Zener de 9 voltios, el voltaje de salida será 0,65 voltios menos, es decir, 8,35 voltios.

Si en lugar de un transistor utiliza un circuito compuesto para conectar transistores, la capacidad de carga del estabilizador aumentará en otro orden de magnitud. Aquí, como en el circuito anterior, se debe tener en cuenta la disminución de la tensión de salida debido a su caída en pn Transiciones base-emisor de transistores. En este caso, cuando se utilizan dos transistores de silicio, el voltaje de estabilización del diodo Zener es de 9 voltios, el voltaje de salida será 1,3 voltios menos (0,65 voltios para cada transistor), es decir, 7,7 voltios. Por lo tanto, al diseñar dichos circuitos, es necesario tener en cuenta esta característica y seleccionar un diodo Zener teniendo en cuenta las pérdidas en las transiciones de los transistores.

La resistencia calculada de esta manera le permite suprimir de manera más efectiva el componente reactivo del transistor de salida y aprovechar al máximo las capacidades de potencia de ambos transistores. No olvide calcular la potencia de resistencia requerida; de lo contrario, todo se quemará en el momento equivocado. Fallo de resistencia R2 puede provocar fallas en los transistores y en todo lo que conecte como carga. El cálculo de potencia es estándar, descrito en la página.

¿Cómo elegir un transistor para un estabilizador?

Los principales parámetros de un transistor en un estabilizador de voltaje son: corriente máxima del colector, voltaje máximo del colector-emisor y poder maximo. Todos estos parámetros están siempre disponibles en los libros de referencia.
1. Al elegir un transistor, es necesario tener en cuenta que la corriente máxima del colector del pasaporte (según el libro de referencia) debe ser al menos una vez y media mayor. corriente máxima carga que desea recibir en la salida del estabilizador. Esto se hace para proporcionar un margen de corriente de carga durante sobretensiones de carga aleatorias de corta duración (por ejemplo, un cortocircuito). Hay que tener en cuenta que cuanto mayor es esta diferencia, menos masivo es el radiador de refrigeración que requiere el transistor.

2. El voltaje máximo colector-emisor caracteriza la capacidad del transistor para soportar un cierto voltaje entre el colector y el emisor en el estado cerrado. En nuestro caso, este parámetro también debe exceder al menos una vez y media el voltaje suministrado al estabilizador desde el circuito transformador-rectificador-filtro de potencia de su fuente de alimentación estabilizada.

3. La potencia nominal de salida del transistor debe garantizar el funcionamiento del transistor en estado "medio abierto". Todo el voltaje que genera la cadena “transformador-puente rectificador-filtro de potencia” se divide en dos cargas: la carga real de su fuente de alimentación estabilizada y la resistencia de la unión colector-emisor del transistor. Ambas cargas transportan la misma corriente porque están conectadas en serie, pero el voltaje es compartido. De esto se deduce que es necesario seleccionar un transistor que, a una corriente de carga determinada, sea capaz de soportar la diferencia entre el voltaje generado por el circuito del filtro de potencia del puente rectificador del transformador y el voltaje de salida del estabilizador. La potencia se calcula como el producto del voltaje y la corriente (de un libro de texto de física de la escuela secundaria).

Por ejemplo: A la salida del circuito “puente transformador-rectificador-filtro de potencia” (y por tanto a la entrada del estabilizador de tensión) la tensión es de 18 voltios. Necesitamos obtener una tensión de salida estabilizada de 12 voltios, con una corriente de carga de 4 amperios.

Encontramos el valor mínimo de la corriente nominal del colector requerida (Iк max):
4 * 1,5 = 6 amperios

Determinamos el valor mínimo del voltaje colector-emisor requerido (Uke):
18 * 1,5 = 27 voltios

Encontramos el voltaje promedio que, en modo operativo, "caerá" en la unión colector-emisor y, por lo tanto, será absorbido por el transistor:
18 - 12 = 6 voltios

Determinamos la potencia nominal requerida del transistor:
6 * 4 = 24 vatios

Al elegir el tipo de transistor, es necesario tener en cuenta que la potencia máxima del transistor indicada en la placa de identificación (según el libro de referencia) debe ser al menos dos o tres veces la potencia nominal que recibe el transistor. Esto se hace para proporcionar una reserva de energía para varios picos de corriente de carga (y, por lo tanto, cambios en la caída de potencia). Hay que tener en cuenta que cuanto mayor es esta diferencia, menos masivo es el radiador de refrigeración que requiere el transistor.

En nuestro caso, es necesario seleccionar un transistor con una potencia nominal (Pk) de al menos:
24 * 2 = 48 vatios

Elija cualquier transistor que satisfaga estas condiciones, teniendo en cuenta que cuanto más grandes sean los parámetros del pasaporte que los calculados, más pequeño será el radiador de refrigeración (y puede que no sea necesario en absoluto). Pero si se superan excesivamente estos parámetros, hay que tener en cuenta que cuanto mayor es la potencia de salida del transistor, menor es su coeficiente de transmisión (h21), y esto empeora el coeficiente de estabilización en la fuente de alimentación.

En el próximo artículo lo veremos. Utiliza el principio de controlar el voltaje de salida mediante un circuito puente. Tiene menos ondulación del voltaje de salida que el "seguidor de emisor", además, le permite regular el voltaje de salida dentro de límites pequeños. En base a esto se calculará circuito simple Fuente de alimentación estabilizada.

Para algunos circuitos electricos y los circuitos son suficientes para una fuente de alimentación convencional que no tiene estabilización. Las fuentes de corriente de este tipo suelen consistir en un transformador reductor, un puente rectificador de diodos y un condensador de filtro. El voltaje de salida de la fuente de alimentación depende del número de vueltas del devanado secundario del transformador reductor. Pero como sabes, la tensión de red de 220 voltios es inestable. Puede fluctuar dentro de ciertos límites (200-235 voltios). En consecuencia, el voltaje de salida en el transformador también “flotará” (en lugar de, digamos, 12 voltios, será de 10 a 14, más o menos).

Ingeniería eléctrica, que no es particularmente caprichosa de pequeños cambios El voltaje de suministro de CC puede funcionar así un bloque simple nutrición. Pero los dispositivos electrónicos más sensibles ya no toleran esto, e incluso pueden fallar. Entonces hay una necesidad de circuito adicional Estabilización de voltaje de salida constante. En este artículo proporciono un circuito eléctrico suficiente. estabilizador simple voltaje constante, que tiene un diodo zener y un transistor. Es el diodo zener el que actúa como elemento de referencia que determina y estabiliza la tensión de salida de la fuente de alimentación.

Ahora pasemos al análisis real. diagrama eléctrico un simple estabilizador de voltaje constante. Entonces, por ejemplo, tenemos un transformador reductor con un voltaje de salida CA de 12 voltios. Aplicamos estos mismos 12 voltios a la entrada de nuestro circuito, es decir, al puente de diodos y al condensador de filtro. El rectificador de diodo VD1 genera corriente constante (pero intermitente) a partir de corriente alterna. Sus diodos deben diseñarse para la corriente máxima (con un pequeño margen de aproximadamente el 25%) que puede producir la fuente de alimentación. Bueno, su voltaje (inverso) no debe ser inferior al voltaje de salida.

El condensador de filtro C1 suaviza estas sobretensiones, lo que hace que la forma de onda del voltaje de CC sea más suave (aunque no es ideal). Su capacidad debe ser de 1000 µF a 10 000 µF. El voltaje también es mayor que la salida. Tenga en cuenta que existe tal efecto: voltaje de corriente alterna Después del puente de diodos y el condensador de filtro, el electrolito aumenta aproximadamente un 18%. Por lo tanto, al final obtendremos en la salida no 12 voltios, sino alrededor de 14,5.

Ahora viene la parte del estabilizador de voltaje CC. El principal elemento funcional aquí es el propio diodo Zener. Permítanme recordarles que los diodos Zener tienen la capacidad, dentro de ciertos límites, de mantener de manera estable un cierto voltaje constante (voltaje de estabilización) cuando se vuelven a encender. Cuando se aplica un voltaje al diodo zener desde 0 hasta el voltaje de estabilización, simplemente aumentará (en los extremos del diodo zener). Habiendo alcanzado el nivel de estabilización, el voltaje permanecerá sin cambios (con un ligero aumento) y la intensidad de la corriente que lo atraviesa comenzará a aumentar.

En nuestro circuito de un estabilizador simple, que debería producir 12 voltios en la salida, el diodo zener VD2 está diseñado para un voltaje de 12,6 (pongamos el diodo zener a 13 voltios, esto corresponde a D814D). ¿Por qué 12,6 voltios? Porque se depositarán 0,6 voltios en la unión del transistor emisor-base. Y la salida será exactamente de 12 voltios. Bueno, dado que configuramos el diodo zener a 13 voltios, la salida de la fuente de alimentación será de alrededor de 12,4 V.

El diodo Zener VD2 (que crea el voltaje de referencia de CC) necesita un limitador de corriente que lo proteja del sobrecalentamiento excesivo. En el diagrama, este papel lo desempeña la resistencia R1. Como puede ver, está conectado en serie con el diodo Zener VD2. Otro condensador de filtro, el electrolito C2, está paralelo al diodo Zener. Su tarea también es suavizar las ondulaciones excesivas de tensión. Puedes prescindir de él, ¡pero aún así será mejor con él!

A continuación en el diagrama vemos el transistor bipolar VT1, que está conectado según un circuito colector común. Déjame recordarte, diagramas de conexión. transistores bipolares del tipo colector común (también llamado seguidor de emisor) se caracterizan por el hecho de que aumentan significativamente la corriente, pero no hay ganancia de voltaje (incluso es un poco menor que la entrada, exactamente los mismos 0,6 voltios). Por lo tanto, en la salida del transistor recibimos el voltaje constante que está disponible en su entrada (es decir, el voltaje del diodo Zener de referencia, igual a 13 voltios). Y dado que la unión del emisor deja 0,6 voltios en sí misma, entonces la salida del transistor ya no será de 13, sino de 12,4 voltios.

Como debe saber, para que un transistor comience a abrirse (pasando corrientes controladas a través de sí mismo a lo largo del circuito colector-emisor), necesita una resistencia para crear una polarización. Esta tarea la realiza la misma resistencia R1. Al cambiar su clasificación (dentro de ciertos límites), puede cambiar la intensidad de la corriente en la salida del transistor y, por lo tanto, en la salida de nuestra fuente de alimentación estabilizada. Para aquellos que quieran experimentar con esto, les aconsejo que reemplacen R1 con una resistencia de sintonización con un valor nominal de aproximadamente 47 kiloohmios. Al ajustarlo, vea cómo cambia la intensidad de la corriente en la salida de la fuente de alimentación.

Bueno, a la salida del circuito estabilizador de voltaje de CC simple hay otro pequeño condensador de filtro, el electrolito C3, que suaviza las ondulaciones en la salida de la fuente de alimentación estabilizada. La resistencia de carga R2 está soldada en paralelo a ella. Cierra el emisor del transistor VT1 al menos del circuito. Como puede ver, el esquema es bastante simple. Contiene un mínimo de componentes. Proporciona un voltaje completamente estable en su salida. Para alimentar muchos equipos eléctricos, esta fuente de alimentación estabilizada será suficiente. Este transistor está diseñado para una corriente máxima de 8 amperios. Por lo tanto, dicha corriente requiere un radiador que elimine el exceso de calor del transistor.

PD Si agregamos una resistencia variable con un valor nominal de 10 kiloohmios en paralelo con el diodo Zener (conectamos el terminal del medio a la base del transistor), al final obtendremos una fuente de alimentación ajustable. En él puede cambiar suavemente el voltaje de salida de 0 al máximo (voltaje del diodo Zener menos los mismos 0,6 voltios). Creo que un plan así ya tendrá más demanda.