Obvody stabilizátora napätia

Na napájanie zariadení, ktoré nevyžadujú vysokú stabilitu napájacieho napätia, sa používajú najjednoduchšie, najspoľahlivejšie a najlacnejšie stabilizátory - parametrické. V takomto stabilizátore regulačný prvok pri ovplyvňovaní výstupného napätia nezohľadňuje rozdiel medzi ním a určeným napätím.

V najviac v jednoduchej forme Parametrický stabilizátor je regulačný komponent (zenerova dióda) zapojený paralelne so záťažou. Dúfam, že si pamätáte, pretože na rozdiel od diódy je zapojená do elektrického obvodu v opačnom smere, t.j. záporný napäťový potenciál zo zdroja nasleduje po anóde a kladný napäťový potenciál po katóde. Princíp činnosti takéhoto stabilizátora je založený na vlastnosti zenerovej diódy udržiavať konštantné napätie na svojich svorkách s výraznými zmenami v sile prúdu tečúceho v obvode. Predradný odpor R, zapojený do série so zenerovou diódou a záťažou, obmedzuje tok prúdu cez zenerovu diódu, ak je záťaž vypnutá.

Na napájanie zariadení s napätím 5 V je možné v tomto obvode stabilizátora použiť zenerovu diódu typu KS 147. Hodnota odporu R sa berie tak, že pri maximálnej úrovni vstupného napätia a záťaži je odpojený prúd zenerova dióda nepresahuje 55 mA. Keďže v prevádzkovom režime cez tento odpor preteká Zenerova dióda a prúd záťaže, jej výkon by mal byť aspoň 1-2 W. Zaťažovací prúd tohto stabilizátora by mal byť v rozmedzí 8-40 mA.

Ak je výstupný prúd stabilizátora pre napájanie malý, je možné jeho výkon zvýšiť pridaním zosilňovača, napríklad na báze tranzistora.

Jeho úlohu v tomto obvode zohráva tranzistor VT1, ktorého obvod kolektor-emitor je zapojený do série so záťažou stabilizátora. Výstupné napätie takéhoto stabilizátora sa rovná rozdielu medzi vstupným napätím stabilizátora a úbytkom napätia v obvode kolektor-emitor tranzistora a je určené stabilizačným napätím zenerovej diódy VD1. Stabilizátor poskytuje prúd až 1 A v záťaži Tranzistory ako KT807, KT815, KT817 je možné použiť ako VT1.

Päť jednoduchých obvodov stabilizátora

Klasické obvody, ktoré sú opakovane opísané vo všetkých učebniciach a referenčných knihách o elektronike.

Obr.1. Stabilizátor podľa klasickej schémy bez ochrany proti skratu v záťaži. 5B, 1A.

Obr.2. Stabilizátor podľa klasickej schémy bez ochrany proti skratu v záťaži. 12V, 1A.

Obr.3. Stabilizátor podľa klasickej schémy bez ochrany proti skratu v záťaži. Nastaviteľné napätie 0..20V, 1A

Stabilizátor 5V 5A je skonštruovaný na základe článku „Päťvoltový s ochranným systémom“, Rádio č. 11, 84, str. 46-49. Schéma sa skutočne ukázala ako úspešná, čo sa nie vždy stáva. Ľahko opakovateľné.

Myšlienka ochrany tyristorovej záťaže v prípade zlyhania samotného stabilizátora je obzvlášť dobrá. Ak vyhorí (stabilizátor), oprava toho, čo kŕmil, je drahšia. Tranzistor v prúdovom stabilizátore VT1 je germánium, aby sa znížila závislosť výstupného napätia od teploty. Ak to nie je dôležité, môžete použiť kremík. Zostávajúce tranzistory sa zmestia do akéhokoľvek vhodného výkonu. Ak zlyhá regulačný tranzistor VT3, napätie na výstupe stabilizátora prekročí prah odozvy zenerovej diódy VD2 typu KS156A (5,6V), tyristor sa otvorí a skratuje vstup a výstup a dôjde k prepáleniu poistky. Jednoduché a spoľahlivé. Účel nastavovacích prvkov je znázornený na obrázkoch.

Obr.4. Schematický diagram stabilizátor s ochranou proti skrat v ochrane záťažového a tyristorového obvodu v prípade poruchy samotného obvodu stabilizátora.

Menovité napätie - 5V, prúd - 5A.
RP1 - nastavenie prúdu odozvy ochrany, RP2 - nastavenie výstupného napätia

Nasledujúci obvod stabilizátora je 24V 2A

Všetky existujúce napájacie zdroje patria do jednej z dvoch skupín: primárna a sekundárne napájanie. Zdroje primárneho napájania zahŕňajú systémy, ktoré premieňajú chemickú, svetelnú, tepelnú, mechanickú alebo jadrovú energiu na elektrickú energiu. Napríklad chemická energia sa premieňa na elektrickú energiu soľným článkom alebo batériou článkov a svetelná energia sa premieňa na elektrickú energiu solárnou batériou.

Primárny zdroj napájania môže zahŕňať nielen samotný menič energie, ale aj zariadenia a systémy, ktoré ho poskytujú normálne fungovanie prevodník Často je priama premena energie ťažká a potom sa zavádza prechodná, pomocná premena energie. Napríklad energia vnútroatómového rozpadu v jadrovej elektrárni sa môže premeniť na energiu prehriatej pary, ktorá otáča turbínu generátora elektrického stroja, ktorej mechanická energia sa premieňa na elektrickú energiu.

Sekundárne zdroje energie zahŕňajú systémy, ktoré elektrickej energie jeden typ generuje elektrickú energiu iného typu. Zdrojom sekundárneho napájania sú napríklad meniče a meniče, usmerňovače a násobiče napätia, filtre a stabilizátory.

Sekundárne napájacie zdroje sú klasifikované podľa ich menovitého prevádzkového výstupného napätia. V tomto prípade sa rozlišujú nízkonapäťové zdroje s napätím do 100 V, vysokonapäťové zdroje s napätím nad 1 kV a zdroje s priemerným výstupným napätím od 100 V do 1 kV.

Akékoľvek zdroje sekundárneho napájania sú klasifikované podľa výkonu Рн, ktorý sú schopné dodať záťaži. Existuje päť kategórií:

mikrovýkon (PH< 1 Вт);
nízky výkon (1 W< Рн < 10 Вт);
stredný výkon (10 W< Рн < 100 Вт);
zvýšený výkon (100 W< Рн < 1 кВт);
vysoký výkon (Рн > 1 kW)

Napájacie zdroje môžu byť stabilizované a nestabilizované. V prítomnosti obvodu stabilizácie výstupného napätia majú stabilizované zdroje menšie kolísanie tohto parametra v porovnaní s nestabilizovanými. Je možné dosiahnuť konštantné výstupné napätie rôznymi spôsobmi, avšak všetky tieto metódy možno zredukovať na parametrický alebo kompenzačný princíp stabilizácie. Kompenzačné stabilizátory majú spätnoväzbový obvod na sledovanie zmien nastaviteľný parameter, ale v parametrických stabilizátoroch takáto spätná väzba neexistuje.

Každý zdroj energie vo vzťahu k sieti má tieto základné parametre:

minimálne, menovité a maximálne napájacie napätie alebo relatívna zmena menovitého napätia smerom nahor alebo nadol;
typ napájacieho prúdu: striedavý alebo jednosmerný;
počet fáz AC;
frekvencia striedavého prúdu a rozsah jeho kolísania od minima po maximum;
koeficient spotreby energie zo siete;
tvarový faktor prúdu spotrebovaného zo siete rovný pomeru prvej harmonickej prúdu k jeho efektívnej hodnote;
stálosť napájacieho napätia, ktorá sa vyznačuje konštantnými parametrami v čase

Vo vzťahu k záťaži môže mať zdroj energie rovnaké parametre ako vo vzťahu k napájacej sieti a navyše sa vyznačuje nasledujúcimi parametrami:

amplitúda alebo faktor zvlnenia výstupného napätia;
hodnota záťažového prúdu;
typ nastavenia výstupného prúdu a napätia;
frekvencia zvlnenia výstupného napätia zdroja, V všeobecný prípad nerovná sa frekvencii siete striedavého prúdu;
nestabilita výstupného prúdu a napätia pod vplyvom akýchkoľvek faktorov, ktoré zhoršujú stabilitu.

Okrem toho sa napájacie zdroje vyznačujú:

efektívnosť;
hmotnosť;
celkové rozmery;
teplotný rozsah životné prostredie a vlhkosťou
úroveň hluku generovaného pri použití ventilátora v chladiacom systéme;
odolnosť voči preťaženiu a nárazom so zrýchlením;
spoľahlivosť;
trvanie medzi poruchami;
čas pripravenosti na prácu;
odolnosť proti preťaženiu pri záťaži a ako osobitný prípad skrat;
dostupnosť galvanická izolácia medzi vstupom a výstupom;
dostupnosť úprav a ergonómie;
udržiavateľnosť.

Paralelný parametrický stabilizátor, sériový stabilizátor na báze bipolárneho tranzistora. Praktické výpočty.

Dobré popoludnie, milí rádioamateri!
Dnes na webovej stránke „“, v časti „“ budeme pokračovať v kontrole článku „“. Pripomínam, že minule sme sa pri štúdiu napájacieho obvodu pre rádioamatérske zariadenia zamerali na účel a výpočet antialiasingového filtra:

Dnes sa pozrieme na posledný prvok – stabilizátor napätia.

Stabilizátor napätia - menič elektrickej energie, ktorý vám umožňuje získať výstupné napätie, ktoré je v rámci špecifikovaných limitov, keď vstupné napätie a odpor záťaže kolíšu

Dnes sa pozrieme na dva jednoduché stabilizátory napätia:
- ;
– .

Paralelný parametrický stabilizátor napätia na zenerovej dióde

Polovodičová Zenerova dióda - (iný názov je Zenerova dióda) je určený na stabilizáciu DC napätie napájacie zdroje. V najjednoduchšom obvode lineárneho parametrického stabilizátora pôsobí ako zdroj referenčného napätia aj ako prvok riadenia výkonu. V zložitejších obvodoch je mu priradená len úloha zdroja referenčného napätia.

Jeden z vonkajšie pohľady a označenie zenerovej diódy:

Ako funguje zenerova dióda?

Napätie do zenerovej diódy (na rozdiel od diódy) je privádzané v obrátenej polarite (anóda je pripojená k mínusu a katóda k plusu zdroja energie - Uarr). Keď je zapnutý týmto spôsobom, cez zenerovu diódu preteká spätný prúd - Iobr.
Keď sa napätie zvyšuje, spätný prúd rastie veľmi pomaly (v diagrame takmer rovnobežne s osou Uarr), ale pri určitom napätí Uarr prerazí prechod zenerovej diódy (ale k deštrukcii zenerovej diódy v tomto momente nedochádza) a začne cez ňu výrazne pretekať spätný prúd väčšiu hodnotu. V tomto okamihu je charakteristika prúdového napätia zenerovej diódy ( CVC) prudko klesá (takmer rovnobežne s osou). Iobr) – spustí sa stabilizačný režim, ktorého hlavnými parametrami sú minimálne stabilizačné napätie ( Už min) a minimálny stabilizačný prúd ( Ist min).
S ďalším zvyšovaním Uarr Prúdovo-napäťová charakteristika zenerovej diódy opäť mení svoj smer - končí stabilizačný režim, ktorého hlavnými parametrami sú maximálne stabilizačné napätie ( Použiť max) a maximálny stabilizačný prúd ( Ist max). Od tohto okamihu stráca zenerova dióda svoje vlastnosti a začína sa zahrievať, čo môže viesť k tepelnému rozpadu prechodu zenerovej diódy, a teda k jej zlyhaniu.

Stabilizačný režim zenerovej diódy môže byť v širokých medziach, preto dokumentácia k zenerovým diódam uvádza prípustné minimálne a maximálne hodnoty prúdu ( Ist min A Ist max) a stabilizačné napätie ( Už min A Použiť max). V rámci týchto rozsahov ležia tie, ktoré vybral výrobca nominálny hodnoty – Ist A ust. Menovitý stabilizačný prúd je výrobcami zvyčajne nastavený na 25%-35% maxima a menovité stabilizačné napätie ako priemer maxima a minima.

Môžete napríklad použiť program “ “ a na vlastné oči uvidíte, aké vlastnosti sú uvedené v referenčných knihách o zenerových diódach:

Napríklad zenerova dióda D814G:
- menovitý prúd stabilizácia (Ist) = 5 mA;
– menovité napätie stabilizácia (Ust) = (od 10 do 12 voltov) = 11 voltov;
– maximálny stabilizačný prúd (Ist max) = 29 mA.
Tieto údaje budeme potrebovať pri výpočte najjednoduchšieho stabilizátora napätia.

Ak ste nenašli požadovanú natívnu, sovietsku, zenerovu diódu, môžete použiť napríklad program na výber buržoázneho analógu podľa požadovaných parametrov:

Ako vidíte, zenerovu diódu D814G je možné ľahko nahradiť analógovou - BZX55C11 (ktorá má ešte o niečo lepšie vlastnosti)

No a teraz sa pozrime paralelný parametrický stabilizátor napätia na zenerovej dióde.

Paralelný parametrický stabilizátor napätia na zenerovej dióde používa sa v nízkoprúdových zariadeniach (niekoľko miliampérov) a je to delič napätia (na rezistore R– predradný odpor a zenerova dióda VD– ktorý funguje ako druhý rezistor) na vstup ktorého sa privádza nestabilné napätie a výstupné napätie sa odoberá zo spodného ramena deliča. Pri zvyšovaní (klesaní) vstupného napätia klesá (zvyšuje sa) vnútorný odpor zenerovej diódy, čo umožňuje udržiavať výstupné napätie na danej úrovni. Rozdiel medzi vstupným napájacím napätím a stabilizačným napätím zenerovej diódy cez predradný odpor klesá.

Zoberme si obvod tohto (najjednoduchšieho) stabilizátora napätia:

Pre normálna prevádzka schém prúd cez zenerovu diódu by mal byť niekoľkonásobne (3-10 krát) vyšší ako prúd v stabilizovanej záťaži. V praxi, keďže menovitý stabilizačný prúd zenerovej diódy je niekoľkonásobne menší ako maximum, je dovolené pri výpočtoch predpokladať, že zaťažovací prúd by nemal prekročiť menovitý stabilizačný prúd.
Napríklad: prúd spotrebovaný záťažou je 10 mA, čo znamená, že musíme vybrať zenerovu diódu tak, aby jej menovitý stabilizačný prúd nebol menší ako 10 mA (je lepšie, samozrejme, ak je väčší).

Výpočet paralelného parametrického stabilizátora napätia pomocou zenerovej diódy

Vzhľadom na to:
Uin– vstupné napätie = 15 voltov
Uout– výstupné napätie (stabilizačné napätie) = 11 voltov

Výpočet:
1. Pomocou vyššie uvedenej referenčnej knihy sme určili, že zenerova dióda D814G je vhodná pre naše účely:
ust(10-12v) = 11 voltov
Ist max= 29 mA
Ist nominálny = 5 mA
Na základe vyššie uvedeného určujeme, že záťažový prúd by nemal prekročiť Ist nominálny – 5 mA
2. Pokles napätia na predradnom odpore (R) určíme ako rozdiel medzi vstupným a výstupným stabilizovaným napätím:
Upad=Uin – Uout= 15-11 = 4 volty
3. Pomocou Ohmovho zákona určíme hodnotu odporu predradníka R vydelením poklesu napätia Udrop Ist zenerovej diódy:
R= Hore/Ist= 4/0,005 = 800 Ohm
Pretože neexistujú žiadne odpory s nominálnou hodnotou 800 Ohmov, vezmeme najbližšiu vyššiu hodnotu - R = 1000 Ohmov = 1 kOhm
4. Určenie výkonu predradného odporu R:
Prez = Hore*Ist= 4 x 0,005 = 0,02 wattu
Pretože cez odpor tečie nielen stabilizačný prúd zenerovej diódy, ale aj prúd spotrebovaný záťažou, zvyšujeme výslednú hodnotu najmenej 2-krát:
Res= 0,004*2= 0,008 wattu, čo zodpovedá najbližšiemu hodnoteniu = 0,125 wattu.

Čo robiť, ak ste nenašli zenerovu diódu s požadovaným stabilizačným napätím.
V tomto prípade sa môžete prihlásiť sériové zapojenie zenerových diód. Napríklad, ak zapojíme dve zenerove diódy D814G do série, stabilizačné napätie bude 22 voltov (11+11). Ak spojíme D814G a D810, dostaneme stabilizačné napätie 20 voltov (11+10).
Akékoľvek číslo je povolené sériové pripojenie zenerove diódy rovnakej série (ako v príklade - D8**).
Sériové pripojenie zenerových diód rôznych sérií je povolené len vtedy, ak prevádzkové prúdy sériového reťazca spadajú do certifikovaných rozsahov stabilizačného prúdu každej použitej série.

Čo robiť, ak vo vyššie uvedenom príklade je záťažový prúd napríklad nie 5, ale 25 mA?
Všetko môžete samozrejme nechať tak, keďže maximálny stabilizačný prúd (Ist max) D814G je 29 mA, jediné, čo musíte urobiť, je prepočítať výkon predradného odporu. Ale v tomto prípade bude zenerova dióda fungovať na hranici svojich možností a nebudete mať žiadne záruky, že nezlyhá.
Ale čo ak je prúd záťaže napríklad 50 mA?

Sériový regulátor napätia na bipolárnom tranzistore

Sériový regulátor napätia na bipolárnom tranzistore- Ide v podstate o paralelný parametrický stabilizátor na zenerovej dióde pripojenej na vstup emitorového sledovača.

Jeho výstupné napätie je menšie ako stabilizačné napätie zenerovej diódy v dôsledku poklesu napätia na prechode báza-emitor tranzistora (pre kremíkové tranzistory - asi 0,6 voltov, pre germániové tranzistory - asi 0,25 voltov), ​​ktorý je potrebné vziať do úvahy pri výbere zenerovej diódy.
Emitorový sledovač (tiež známy ako prúdový zosilňovač) vám umožňuje zvýšiť maximálny prúd stabilizátora napätia v porovnaní s paralelným parametrickým stabilizátorom na zenerovej dióde v β (h 21e) krát (kde β (h21e)– prúdové zosilnenie daného tranzistora, berie sa najmenšia hodnota).

Obvod sériového stabilizátora na báze bipolárneho tranzistora :

Pretože tento stabilizátor pozostáva z dvoch častí - referencia napätia(alias paralelný parametrický stabilizátor na zenerovej dióde) a prúdový zosilňovač na tranzistore (známom aj ako emitorový sledovač), potom sa výpočet takéhoto stabilizátora vykoná podobne ako vo vyššie uvedenom príklade.
Jediný rozdiel:
- napríklad potrebujeme získať zaťažovací prúd 50 mA, potom vyberieme tranzistor so ziskom β (h 21e) aspoň 10 ( β (h 21e)= Iload/Ist=50/5=10
– výkon predradného odporu sa vypočíta podľa vzorca: Рres=Upad*(Ist+Iload)

Zaťažovací prúd sa môže niekoľkonásobne zvýšiť, ak použijete obvod s kompozitným tranzistorom (dva tranzistory zapojené podľa Darlingtonovho alebo Sziklaiho obvodu):

To je v podstate všetko.

Vybavenie: dva doštičkové panely, montážne vodiče s okami, miliampérmeter do 10 mA, nastaviteľný zdroj jednosmerného napätia do 10 V, digitálny voltmeter.

UPOZORNENIE: Inštalácia elektrických obvodov by sa mala vykonávať len vtedy, keď je vypnuté napájacie napätie na doske.

Stabilizátor napätia (prúd) je zariadenie, ktoré automaticky udržiava napätie (prúd) na strane spotrebiča (záťaž) s daným stupňom presnosti. Stabilizátory napätia V prvom rade sú umiestnené v napájacích zdrojoch za usmerňovačom. Čím je prístroj citlivejší, tým presnejšie je merací prístroj, tým vyššia by mala byť stabilita napájacích zdrojov. Prúdové stabilizátory nie menej dôležité ako stabilizátory napätia. Prúdové zdroje sa používajú na zabezpečenie predpätia tranzistorov ako aktívneho zaťaženia zosilňovacích stupňov. Sú nevyhnutné pre činnosť integrátorov a generátorov pílového napätia. Súčasné stabilizátory sú tiež potrebné napríklad v elektrochémii a elektroforéze.

Hlavné destabilizujúce faktory, spôsobenie zmeny napätia (prúdu) spotrebiča sú: kolísanie sieťového napätia 220 V, kolísanie frekvencie prúdu v sieti, zmeny výkonu spotrebovaného záťažou, zmeny teploty okolia a pod.

Stabilizátory sú rozdelené v závislosti od typu napätia (prúdu) pre stabilizátory premenlivý napätie (prúd) a stabilizátory trvalé napätie (prúd). Podľa princípu fungovania stabilizátory sa delia na parametrické A kompenzačné . Stabilizácia napätia (prúdu) v parametrických stabilizátoroch sa vykonáva v dôsledku nelinearity charakteristiky prúdového napätia (voltampérová charakteristika) nelineárneho prvku (plynová a polovodičová zenerova dióda, stabilizátor, poľný alebo bipolárny tranzistor atď. .). Kompenzačné stabilizátory sú uzavretý systém automatická regulácia s negatívom spätná väzba. V závislosti od spôsobu zapnutia ovládacieho prvku Pokiaľ ide o odolnosť proti zaťaženiu, stabilizátory sa delia na sekvenčné A paralelný . Podľa prevádzkového režimu ovládacieho prvku stabilizátory sa delia na stabilizátory s plynulá regulácia A pulz . Pulzné stabilizátory sú zase rozdelené podľa princípu riadenia na pulznú šírku, pulznú frekvenciu a relé.

Hlavné parametre stabilizátorov jednosmerného napätia, ktoré charakterizujú kvalitu stabilizácie, sú:

Stabilizačný koeficient K CT – pomer relatívnych zmien vstupného a výstupného napätia (pri konštantnom výstupnom prúde):

(1)

kde DU IN a DU OUT sú prírastky vstupného a výstupného napätia, U IN a U OUT sú hodnoty vstupného a výstupného napätia stabilizátora.

Výstupná impedancia R OUT (alebo vnútorný odpor r I) stabilizátora sa rovná pomeru prírastku výstupného napätia DU OUT k prírastku záťažového prúdu DI N pri konštantnom vstupnom napätí U IN = konšt.

(2)

Koeficient užitočná akcia (účinnosť) – pomer výkonu na výstupe stabilizátora k výkonu na vstupe.

Polovodičové parametrické stabilizátory (pomocou zenerových diód) sú najjednoduchšie. Vyznačujú sa relatívne nízkymi stabilizačnými koeficientmi (10–100), vysokým výstupným odporom (jednotky a desiatky ohmov) a nízkou účinnosťou.

Zenerova dióda- Toto polovodičová dióda, pri ktorej sa na stabilizáciu napätia využíva úsek elektrického prierazu (lavínový alebo tunelový) na spätnej vetve prúdovo-napäťovej charakteristiky (obr. 1). V priepustnom smere je charakteristika prúdového napätia zenerovej diódy rovnaká ako charakteristika akejkoľvek kremíkovej diódy. Prierazné napätie diódy - stabilizačné napätie zenerovej diódy U ST (od 3 do 200 V) závisí od hrúbky p-n prechodu resp. odpor diódová základňa. Nízkonapäťové zenerove diódy (U ST< 6 В) изготавливаются на основе сильнолегированного кремния и в них происходит туннельный пробой. Высоковольтные стабилитроны (U СТ >6 B) sú vyrobené na báze slabo dopovaného kremíka. Preto je princíp ich fungovania spojený s lavínovým rozpadom.

V tejto laboratórnej práci sú študované Zenerove diódy D814A a 2S156A. Ich referenčné údaje sú uvedené v tabuľke. 1. Stabilizácia napätia je tým lepšia, čím strmšia je charakteristika prúd-napätie (obr. 1), a teda čím nižší je diferenciálny vnútorný odpor zenerovej diódy. Okrem toho je potrebné poznamenať, že zenerove diódy s nízke napätie stabilizačné zariadenia (s tunelovým prierazom) majú negatívny teplotný napäťový koeficient (TCV), t.j. So zvyšujúcou sa teplotou klesá stabilizačné napätie. Zenerove diódy s lavínovým rozpadom majú kladný TKN. Existujú aj teplotne kompenzované zenerove diódy, vyrobené v jednom balení formou sériového zapojenia zenerovej diódy s kladným TKN a diódy zapojenej v priepustnom smere (ktorá má zápornú TKN).

Tabuľka 1

Základné parametre	D814A	2С156А
Stabilizačné napätie U ST,V	7 – 8,5	5,6
Rozpätie stabilizačného napätia, %	–	± 10
Minimálny stabilizačný prúd I ST m I n (prúd, pri ktorom dochádza k stabilnému prierazu), mA
Maximálny stabilizačný prúd I ST max (prúd, pri ktorom výkon rozptýlený na zenerovej dióde nepresiahne prípustnú hodnotu), mA
Diferenciálny vnútorný odpor, Ohm
Teplotný koeficient stabilizačného napätia (pomer relatívnej zmeny stabilizačného napätia k absolútnej zmene teploty okolia), % / °C	+ 0,07	±0,05
Maximálny povolený dopredný prúd, mA
Maximálny prípustný stratový výkon, W	0,34	0,3
Teplota okolia, °C	od mínus 60 do +100

Úloha 1.

1.1. Nájdite zenerove diódy D814A a 2S156A na paneli na pečenie, pripojené k odporom obmedzujúcim prúd 150 a 240 ohmov (obr. 2).

1.2. Na napájacom zdroji nastavte napätie na 10 V Pripojte voltmeter k zenerovej dióde D814A. Zapnite prepínač na paneli rozloženia. Prúd pretekajúci zenerovou diódou spôsobuje jej zahrievanie a zmenu U CT. Má táto zenerova dióda kladný alebo záporný TKN? Pomocou hodín určite čas potrebný na zahriatie okruhu. Ak to chcete urobiť, vyplňte tabuľku. 2 merania napätia na zenerovej dióde v momente zapnutia napájania a každú minútu. Čas zahrievania je potrebné vziať do úvahy v prípade, keď je potrebné veľmi presne zmerať napätie na zenerovej dióde (až tisíciny (alebo stotiny) voltu).

Tabuľka 2

1.3. Zmerajte reverzné I-V charakteristiky zenerových diód. Na tento účel je potrebné zmerať napätie na zenerových diódach privedením napájacieho napätia od 1 do 10 V v krokoch po 1 V. Dodávané napätie a napätie na zenerových diódach sa meria s presnosťou na stotiny voltu. Prúdy pretekajúce zenerovými diódami sa vypočítavajú z poklesu napätia na odporoch obmedzujúcich prúd. Do tabuľky doplňte výsledky meraní a výpočtov. 3.

Tabuľka 3

U PIT, V	D814A	2С156А
U, V	I, mA	U, V	I, mA
1,
2,
3,
4,
5,
6,
7,
8,
9,
10,
	RD = Ohm	RD = Ohm

1.4. Podľa údajov uvedených v tabuľke. 3 zostrojte experimentálne prúdovo-napäťové charakteristiky zenerových diód (obr. 3). Porovnajte skutočné stabilizačné napätia a minimálne stabilizačné prúdy s referenčnými údajmi.

1.5. V pracovných úsekoch charakteristiky prúdového napätia vypočítajte rozdielové odpory a zapíšte ich do tabuľky. 3 a porovnajte s referenčnými údajmi.

Uvažujme teraz o činnosti zenerovej diódy so záťažou R N. Obvod najjednoduchšieho parametrického stabilizátora napätia je znázornený na obr. 4. Keď sa zvýši vstupné napätie U VX, akonáhle sa prúd cez zenerovu diódu rovná I st min, napätie na zenerovej dióde prestane rásť a stane sa rovným U st.

Ďalšie zvýšenie U VX vedie len k zvýšeniu poklesu napätia na odpore R obmedzujúcom prúd. Preto sa napätie na záťaži R H udržiava nezmenené.

Zenerova dióda najčastejšie pracuje v režime, keď je vstupné napätie U VX nestabilné a odpor záťaže R H je konštantný. Pre takýto prípad sa odpor R zvyčajne vypočíta pre stred T voltampérovej charakteristiky zenerovej diódy (obr. 1). Ak sa napätie U VX zmení z U min na U max, potom R možno nájsť pomocou nasledujúci vzorec:

Kde je priemerné vstupné napätie; - priemerný prúd zenerovej diódy; - zaťažovací prúd. Nestabilita napätia je v tomto prípade takmer úplne absorbovaná rezistorom R. Kolísanie vstupného napätia je vyhladené v dôsledku nízkeho diferenciálneho odporu zenerovej diódy.

Po druhé možný režim stabilizácia sa aplikuje v prípade, keď U BX = = konšt. a RN sa pohybuje od R n min do R n max. pre takýto režim možno R určiť z priemerných hodnôt prúdu pomocou vzorca:

kde, , .

Činnosť obvodu v tomto režime možno vysvetliť nasledovne. Keďže úbytok napätia na rezistore R je rovný U BX - U C T je konštantný, prúd pretekajúci týmto odporom je tiež konštantný. Tento prúd je súčtom zenerovej diódy a zaťažovacích prúdov. Ak sa teda zvýši prúdová spotreba záťaže, potom sa musí znížiť prúd cez zenerovu diódu (takže ich súčet zostane nezmenený). Ak záťaž odoberá veľa prúdu zenerovej diódy, potom prúd cez zenerovú diódu bude menší ako I c t min a stabilizácia napätia je narušená.

Úloha 2.

2.1. Zostavte obvod znázornený na obr. na doštičku. 5, v ktorom sú ako záťaž stabilizátora použité sériovo zapojené odpory s odporom 470 Ohmov, 750 Ohmov a vnútorným odporom miliampérmetra (100 Ohmov).

2.2. Pri pripájaní a odpájaní záťaže od zenerovej diódy skontrolujte voltmetrom, že pri pripojení záťaže klesá napätie U ST. Napätie U ST tiež klesá so zvyšujúcim sa zaťažovacím prúdom. Dá sa to ukázať otáčaním osi 470 ohmového premenlivého odporu. Záťaž teda odoberá časť prúdu zenerovej dióde a pracovný bod na I-V charakteristike zenerovej diódy sa posúva až do oblasti nižších prúdov a nižších stabilizačných napätí U ST (viď obr. 1 a obr. 3). .

2.3. Vypočítajte stabilizačný koeficient pomocou vzorca (1) pre minimálny zaťažovací prúd (čím vyšší je zaťažovací prúd, tým horšia bude stabilizácia napätia). Za týmto účelom zmeňte vstupné napätie z 9 V na 10 V (nech DU IN = 10 V - 9 V = 1 V a U IN = 9,5 V). Výstupné napätie by sa malo merať čo najpresnejšie (na tisíciny voltu), pretože stabilizačný koeficient môže dosiahnuť niekoľko desiatok. Pri meraní nezabudnite na čas zahrievania okruhu (pozri tabuľku 2).

Napätie U OUT nie je možné upraviť alebo nastaviť na nastavenú hodnotu;

Zenerove diódy majú konečný diferenciálny odpor, a preto nie vždy dostatočne vyhladzujú zvlnenie vstupného napätia a vplyv zmien odporu záťaže;

Pri širokom rozsahu zmien záťažových prúdov je potrebné zvoliť zenerove diódy s vysoký výkon rozptyl (s veľkými maximálnymi prúdmi).

Na získanie konštantnejšieho napätia na záťaži pri zmene spotrebovaného prúdu sa používa obvod (obr. 6), v ktorom je zenerova dióda oddelená od záťaže emitorovým sledovačom. Prúd zenerovej diódy v takomto obvode je relatívne nezávislý od prúdu záťaže, pretože cez základný obvod tranzistora preteká malý prúd (menej v h 21E ako v záťaži). Parametre tranzistora (maximálny výkon, napätia a prúdy) sa vyberajú s prihliadnutím na výkon záťaže.

Ak je potrebné regulovať výstupné napätie, potom sa použije časť referenčného (stabilizovaného) napätia odobraného z motora s premenlivým odporom. Implementácia obvodu tejto funkcie je znázornená na obr. 7.

Úloha 3.

3.1. Zostavte obvody stabilizátora napätia so zenerovými diódami D814A a 2S156A (obr. 6). Pomocou voltmetra sa uistite, že výstupné napätie je menšie ako napätie na zenerovej dióde o veľkosť poklesu napätia na prechode emitora tranzistora (o » 0,6 V).

3.2. Pomocou odporov dostupných v obvode vypočítajte:

Maximálny zaťažovací výkon Р Н;

Výkon rezistorov v obvode zenerovej diódy Р R .

3.3. Vyplňte tabuľku s výsledkami výpočtov. 4.

Tabuľka 4

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

3.4. Zostavte obvod stabilizátora napätia s nastaviteľným výstupným napätím (obr. 7) a skontrolujte jeho činnosť.

Existuje niekoľko spôsobov, ako zvýšiť stabilizačný koeficient. V tomto prípade sa obvod stabilizátora stáva zložitejším.

Po prvé, zenerova dióda môže byť napájaná cez stabilizátor prúdu (a nie cez odpor) a potom sa napätie na zenerovej dióde prakticky nezmení.

Po druhé, môžete použiť dvojstupňový obvod (obr. 8), ktorého celkový stabilizačný koeficient sa rovná súčinu stabilizačných koeficientov jednotlivých kaskád (spojok) a môže dosiahnuť niekoľko stoviek.

Po tretie, mali by ste zvoliť iné obvody stabilizátora, napríklad použitie typu kompenzácie tranzistorové obvody a operačné zosilňovače.

Po štvrté, môžete použiť integrálne stabilizátory napätie (mikroobvody).

Uvažujme stabilné zdroje prúdu . Ideálny zdroj prúd má nekonečne veľký vnútorný odpor R= ¥ a poskytuje prúd v záťaži RN, ktorý nezávisí od poklesu napätia na záťaži (od odporu záťaže).

Obvod najjednoduchšieho zdroja prúdu je znázornený na obr. 9. Za predpokladu, že R H<< R (т.е. U H << U), ток сохраняет почти постоянное значение приблизительно равное U/R.

Najjednoduchší zdroj odporu prúdu má značné nevýhody. Aby sa dosiahla dobrá aproximácia ideálneho zdroja prúdu, musia sa použiť väčšie napätia a pri tom sa v rezistore rozptýli veľké množstvo energie. Okrem toho je obtiažne regulovať prúd takéhoto zdroja v širokom rozsahu pomocou napätia generovaného v inom uzle obvodu. Ak je potrebný významný prúd, potom treba zvoliť veľké napätie U (obr. 9). Na zabezpečenie I = 1 mA a R = 10 MOhm sa musí použiť napätie U = 10 kV. Tento stav možno prekonať požiadavkou na veľký rozdielový vnútorný odpor (dU/dI), zatiaľ čo statický vnútorný odpor môže byť malý. Výstupná charakteristika tranzistora (efekt poľa alebo bipolárna) má túto vlastnosť.

Každý zdroj prúdu má sadu rovnakých funkčných jednotiek: zdroj energie, ovládací prvok, snímač prúdu a záťaž.

Schéma zapojenia zdroja prúdu znázorneného na obr. 10 je založený na obvode so spoločným emitorom so zápornou prúdovou spätnou väzbou. Funguje to nasledovne. Napätie bázy U B > 0,6 V udržuje prechod emitora v otvorenom stave: (pre kremíkové tranzistory). Prúd emitora je:

Pretože pre veľké hodnoty prúdového zosilnenia h 21E je prúd emitora približne rovnaký ako kolektorový prúd, kolektorový prúd (a to je zaťažovací prúd) sa vypočíta podľa rovnakého vzorca:

Ak poskytnete možnosť zmeny napätia na základni, získate nastaviteľný zdroj prúdu.

Vzorec (3) platí, kým tranzistor neprejde do režimu saturácie. Zdroj prúdu prenáša jednosmerný prúd do záťaže len do určitého konečného napätia na záťaži, ktoré nemôže byť väčšie ako napájacie napätie (pozri obr. 10). V opačnom prípade by súčasný zdroj bol schopný generovať nekonečnú energiu. Preto je pre prúdový zdroj pracovný rozsah určený skutočnosťou, že tranzistor musí byť v aktívnom prevádzkovom režime.

Úloha 4.

4.1. Zostavte stabilný zdroj prúdu na doštičku, znázornenú na obr. 11, pričom 2 kOhm premenlivý odpor v záťaži nastavte na minimum (proti smeru hodinových ručičiek - úplne).

4.3. Skontrolujte, či prúd deliča napätia (odpory R1 a R2) je 5–10-krát vyšší ako prúd bázy riadiaceho tranzistora, čo sa približne rovná I B = I K / h 21E, kde je zosilnenie tranzistora h 21E brané rovná 50.

I DELIČ = mA, I B = mA. Táto podmienka je potrebná, aby pri zmene záťažového prúdu (a následne aj prúdu bázy pretekajúceho cez odpor R1) zostalo napätie na báze prakticky nezmenené.

4.4. Pomocou odporu R2 = 1 kOhm nastavte zaťažovací prúd na 5–7 mA. Otáčaním osi 2 kOhm premenlivého zaťažovacieho odporu sa uistite, že záťažou preteká takmer stabilný prúd, avšak v krajnej pravej polohe osi odporu (v smere hodinových ručičiek) prúd prudko klesá. prečo?

4.5. Zostavte obvod stabilizátora prúdu znázornený na obr. na paneli na pečenie. 12, v ktorom je na nastavenie napätia na báze tranzistora použitá zenerova dióda. Teoreticky vypočítajte prúd zenerovej diódy (I ST = mA) a prúd záťaže (I H = mA). Experimentálne skontrolujte záťažový prúd pomocou miliampérmetra (IN EX = mA).

Tento článok sa bude zaoberať stabilizátormi jednosmerného napätia na polovodičových zariadeniach. Zvažujú sa najjednoduchšie obvody stabilizátorov napätia, princípy ich fungovania a pravidlá výpočtu. Materiál uvedený v článku je užitočný pre návrh zdrojov sekundárneho stabilizovaného výkonu.

Začnime tým, že na stabilizáciu akéhokoľvek elektrického parametra musí existovať obvod na monitorovanie tohto parametra a obvod na ovládanie tohto parametra. Pre presnosť stabilizácie je potrebné mať „štandard“, s ktorým sa stabilizovaný parameter porovnáva. Ak sa počas porovnávania ukáže, že parameter je väčší ako referenčná hodnota, potom sledovací obvod (nazvime ho porovnávací obvod) dá riadiacemu obvodu príkaz na „zníženie“ hodnoty parametra. A naopak, ak sa ukáže, že parameter je menší ako referenčná hodnota, potom porovnávací obvod vydá príkaz riadiacemu obvodu na „zvýšenie“ hodnoty parametra. Všetky automatické riadiace schémy pre všetky zariadenia a systémy, ktoré nás obklopujú, od žehličky až po kozmickú loď, fungujú na tomto princípe, rozdiel je len v spôsobe sledovania a ovládania parametra. Stabilizátor napätia funguje presne rovnakým spôsobom.

Bloková schéma takéhoto stabilizátora je znázornená na obrázku.

Práca stabilizátora sa dá prirovnať k regulácii vody tečúcej z kohútika. Osoba sa priblíži ku kohútiku, otvorí ho a potom, keď sleduje tok vody, upravuje jej prietok nahor alebo nadol, čím dosiahne optimálny prietok pre seba. Samotná osoba vykonáva funkciu porovnávacieho obvodu; štandardom je predstava osoby o tom, aký by mal byť prietok vody, a riadiacim obvodom je vodovodný kohútik, ktorý je ovládaný porovnávacím obvodom (osoba). Ak človek zmení svoju predstavu o štandarde a rozhodne sa, že prietok vody tečúcej z kohútika je nedostatočný, otvorí ho viac. Stabilizátor napätia je úplne rovnaký. Ak chceme zmeniť výstupné napätie, potom môžeme zmeniť referenčné napätie. Porovnávací obvod, ktorý si všimne zmenu referenčného napätia, nezávisle zmení výstupné napätie.

Rozumnou otázkou by bolo: Prečo potrebujeme takú spleť obvodov, ak na výstupe môžeme použiť zdroj „hotového“ referenčného napätia? Faktom je, že zdroj referenčného (ďalej len referenčného) napätia je nízkoprúdový (nízkoampérový), a preto nie je schopný napájať výkonnú (nízkoimpedančnú) záťaž. Takýto zdroj referenčného napätia je možné použiť ako stabilizátor na napájanie obvodov a zariadení, ktoré spotrebúvajú nízky prúd - čipy CMOS, slaboprúdové zosilňovacie stupne atď.

Schéma zapojenia zdroja referenčného napätia (nízkoprúdového stabilizátora) je uvedená nižšie. Vo svojom jadre je to špeciálny delič napätia, popísaný v článku, jeho rozdiel je v tom, že ako druhý odpor je použitá špeciálna dióda - zenerova dióda. Čo je zvláštne na zenerovej dióde? Zjednodušene povedané, zenerova dióda je dióda, ktorá na rozdiel od bežnej usmerňovacej diódy pri dosiahnutí určitej hodnoty obrátene aplikovaného napätia (stabilizačného napätia) prechádza prúdom v opačnom smere a pri jeho ďalšom zvyšovaní sa znižuje jej vnútorný odpor, snaží sa ho udržať v určitom význame.

Na prúdovo-napäťovej charakteristike (voltampérová charakteristika) zenerovej diódy je režim stabilizácie napätia znázornený v zápornej oblasti aplikovaného napätia a prúdu.

Keď sa spätné napätie aplikované na zenerovú diódu zvyšuje, spočiatku "vzdoruje" a prúd, ktorý ňou preteká, je minimálny. Pri určitom napätí sa prúd zenerovej diódy začína zvyšovať. Dosiahne sa taký bod v charakteristike prúdového napätia (bod 1 ), po ktorom ďalšie zvýšenie napätia na deliči odporovo-zenerovej diódy nespôsobí zvýšenie napätia o p-n Prechod Zenerovej diódy. V tejto časti charakteristiky prúdového napätia sa napätie zvyšuje iba na rezistore. Prúd prechádzajúci rezistorom a zenerovou diódou sa stále zvyšuje. Z bodu 1 , zodpovedajúcemu minimálnemu stabilizačnému prúdu, do určitého bodu 2 prúdovo-napäťová charakteristika zodpovedajúca maximálnemu stabilizačnému prúdu, zenerova dióda pracuje v požadovanom stabilizačnom režime (zelený úsek prúdovo-napäťovej charakteristiky). Po bode 2 V charakteristike prúdového napätia stráca zenerova dióda svoje „užitočné“ vlastnosti, začína sa zahrievať a môže zlyhať. Úsek od bodu 1 k veci 2 je stabilizačná pracovná časť, v ktorej ako regulátor pôsobí zenerova dióda.

Keď viete, ako vypočítať najjednoduchší delič napätia na rezistoroch, môžete jednoducho vypočítať stabilizačný obvod (zdroj referenčného napätia). Rovnako ako v napäťovom deliči tečú v stabilizačnom obvode dva prúdy - prúd deliča (stabilizátora). ja sv. a prúd záťažového obvodu nakladám. Na účely „kvalitatívnej“ stabilizácie by táto mala byť rádovo menšia ako prvá.

Na výpočty stabilizačného obvodu sa používajú hodnoty parametrov zenerovej diódy publikované v referenčných knihách:

• Stabilizačné napätie U sv;
• Stabilizačný prúd ja sv.(zvyčajne priemerné);
• Minimálny stabilizačný prúd I st.min;
• Maximálny stabilizačný prúd I st.max.

Na výpočet stabilizátora sa spravidla používajú iba prvé dva parametre - U sv , ja sv., zvyšok sa používa na výpočet obvodov napäťovej ochrany, v ktorých je možná významná zmena vstupného napätia.

Na zvýšenie stabilizačného napätia môžete použiť reťazec sériovo zapojených zenerových diód, ale na tento účel musí byť povolený stabilizačný prúd takýchto zenerových diód v rámci parametrov. I st.min A I st.max, inak existuje možnosť zlyhania zenerových diód.

Je potrebné dodať, že jednoduché usmerňovacie diódy majú aj vlastnosti stabilizácie opačne aplikovaného napätia, len hodnoty stabilizačných napätí ležia na vyšších hodnotách opačne aplikovaného napätia. Hodnoty maximálneho spätného aplikovaného napätia usmerňovacích diód sú zvyčajne uvedené v referenčných knihách a napätie, pri ktorom sa jav stabilizácie prejavuje, je zvyčajne vyššie ako táto hodnota a je iné pre každú usmerňovaciu diódu, dokonca aj rovnakého typu. Usmerňovacie diódy ako vysokonapäťovú zenerovu diódu preto používajte len v krajnom prípade, keď neviete nájsť potrebnú zenerovu diódu, alebo si zo zenerových diód vyrobte reťaz. V tomto prípade sa stabilizačné napätie určuje experimentálne. Pri práci s vysokým napätím je potrebné dávať pozor.

Postup výpočtu stabilizátora napätia (zdroj referenčného napätia)

Najjednoduchší stabilizátor napätia vypočítame zvážením konkrétneho príkladu.
Počiatočné parametre potrebné pre obvod:

1. Vstupné napätie rozdeľovača - U v(môže, ale nemusí byť stabilizovaný). Predpokladajme, že U v= 25 voltov;

2. Stabilizácia výstupného napätia - U von(referenčné napätie). Povedzme, že musíme dostať U outx= 9 voltov. Riešenie:

1. Na základe požadovaného stabilizačného napätia sa z referenčnej knihy vyberie požadovaná zenerova dióda. V našom prípade je D814V.

2. Z tabuľky nájdu priemerný stabilizačný prúd - ja sv.. Podľa tabuľky sa rovná 5 mA.

3. Vypočítajte pokles napätia na rezistore - U R1, ako rozdiel medzi vstupným a výstupným stabilizovaným napätím. U R1 = U inx - U výstup ---> U R1 = 25 – 9 = 16 voltov

4. Podľa Ohmovho zákona sa toto napätie vydelí stabilizačným prúdom pretekajúcim cez rezistor a získa sa hodnota odporu rezistora. R1 = U R1 / I st ---> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ohm = 3,2 kOhm

Ak získaná hodnota nie je v odporovej sérii, vyberte odpor s najbližšou nominálnou hodnotou. V našom prípade ide o rezistor s nominálnou hodnotou 3,3 kOhm.

5. Vypočítajte minimálny výkon rezistora vynásobením poklesu napätia na ňom pretekajúcim prúdom (stabilizačný prúd). Р R1 = U R1 * I st ---> Р R1 = 16 * 0,005 = 0,08 W

Vzhľadom na to, že rezistorom tečie okrem prúdu zenerovej diódy aj výstupný prúd, voľte preto rezistor s výkonom aspoň dvojnásobkom vypočítaného. V našom prípade ide o odpor s výkonom nie menším 0,16 W. Podľa najbližšieho nominálny rad(V veľká strana) to zodpovedá výkonu 0,25 W.

To je celý výpočet.

Ako už bolo napísané, najjednoduchší obvod stabilizátora jednosmerného napätia možno použiť na napájanie obvodov, ktoré využívajú nízke prúdy, ale nie sú vhodné na napájanie výkonnejších obvodov.

Jednou z možností zvýšenia zaťažiteľnosti stabilizátora jednosmerného napätia je použitie emitorového sledovača. Diagram ukazuje stabilizačnú kaskádu na bipolárnom tranzistore. Tranzistor „opakuje“ napätie aplikované na základňu.

Nosnosť takéhoto stabilizátora sa rádovo zvyšuje. Nevýhodou takéhoto stabilizátora, ako aj najjednoduchšieho reťazca pozostávajúceho z rezistora a zenerovej diódy, je nemožnosť nastavenia výstupného napätia.

Výstupné napätie takéhoto stupňa bude menšie ako stabilizačné napätie zenerovej diódy o hodnotu poklesu napätia o p-n prechod báza-emitor tranzistora. V článku som napísal, že pre kremíkový tranzistor sa rovná 0,6 ... 0,7 voltu, pre germániový tranzistor - 0,2 ... 0,3 voltu. Zvyčajne zhruba vypočítané - 0,65 voltov a 0,25 voltov.

Preto napríklad pri použití kremíkového tranzistora so stabilizačným napätím zenerovej diódy 9 voltov bude výstupné napätie o 0,65 voltu menšie, teda 8,35 voltu.

Ak namiesto jedného tranzistora použijete na pripojenie tranzistorov kompozitný obvod, tak sa zaťažiteľnosť stabilizátora zvýši o ďalší rád. Tu, rovnako ako v predchádzajúcom obvode, je potrebné vziať do úvahy pokles výstupného napätia v dôsledku jeho poklesu p-n prechody báza-emitor tranzistorov. V tomto prípade sa pri použití dvoch kremíkových tranzistorov stabilizačné napätie zenerovej diódy rovná 9 voltom, výstupné napätie bude o 1,3 voltu menšie (0,65 voltu pre každý tranzistor), t.j. 7,7 voltu. Preto pri navrhovaní takýchto obvodov je potrebné vziať do úvahy túto vlastnosť a vybrať zenerovú diódu s prihliadnutím na straty pri prechodoch tranzistorov.

Takto vypočítaný odpor umožňuje efektívnejšie potlačiť jalovú zložku výstupného tranzistora a plne využiť výkonové možnosti oboch tranzistorov. Nezabudnite vypočítať požadovaný výkon odporu, inak všetko vyhorí v nesprávnom čase. Porucha rezistora R2 môže viesť k poruche tranzistorov a čohokoľvek, čo pripojíte ako záťaž. Výpočet výkonu je štandardný, popísaný na stránke.

Ako si vybrať tranzistor pre stabilizátor?

Hlavné parametre pre tranzistor v stabilizátore napätia sú: maximálny kolektorový prúd, maximálne napätie kolektor-emitor a maximálny výkon. Všetky tieto parametre sú vždy dostupné v referenčných knihách.
1. Pri výbere tranzistora je potrebné vziať do úvahy, že v pase (podľa referenčnej knihy) musí byť maximálny kolektorový prúd aspoň jeden a pol krát väčší maximálny prúd záťaž, ktorú chcete prijať na výstupe stabilizátora. Toto sa robí s cieľom poskytnúť rezervu záťažového prúdu počas náhodných krátkodobých nárazových rázov (napríklad skrat). Treba brať do úvahy, že čím väčší je tento rozdiel, tým menej masívny chladiaci radiátor tranzistor vyžaduje.

2. Maximálne napätie kolektor-emitor charakterizuje schopnosť tranzistora vydržať určité napätie medzi kolektorom a emitorom v uzavretom stave. V našom prípade musí aj tento parameter presahovať minimálne jedenapolnásobok napätia dodávaného do stabilizátora z obvodu transformátor-usmerňovač-výkonový filter vášho stabilizovaného zdroja.

3. Menovitý výstupný výkon tranzistora musí zabezpečiť prevádzku tranzistora v „polootvorenom“ stave. Všetko napätie, ktoré generuje reťazec „mostík transformátor-usmerňovač-výkonový filter“ je rozdelené do dvoch záťaží: skutočné zaťaženie vášho stabilizovaného zdroja napájania a odpor spojenia kolektor-emitor tranzistora. Obe záťaže prenášajú rovnaký prúd, pretože sú zapojené do série, ale napätie je zdieľané. Z toho vyplýva, že je potrebné zvoliť tranzistor, ktorý je pri danom zaťažovacom prúde schopný odolať rozdielu medzi napätím generovaným obvodom filtra transformátor-usmerňovač mostík-výkon a výstupným napätím stabilizátora. Výkon sa vypočíta ako súčin napätia a prúdu (zo stredoškolskej učebnice fyziky).

Napríklad: Na výstupe obvodu „mostík transformátor-usmerňovač-výkonový filter“ (a teda na vstupe stabilizátora napätia) je napätie 18 voltov. Potrebujeme získať stabilizované výstupné napätie 12 voltov so zaťažovacím prúdom 4 ampéry.

Nájdeme minimálnu hodnotu požadovaného menovitého kolektorového prúdu (Iк max):
4 * 1,5 = 6 ampérov

Určíme minimálnu hodnotu požadovaného napätia kolektor-emitor (Uke):
18 * 1,5 = 27 voltov

Nájdeme priemerné napätie, ktoré v prevádzkovom režime „klesne“ na križovatke kolektor-emitor, a tým bude absorbované tranzistorom:
18 - 12 = 6 voltov

Určujeme požadovaný menovitý výkon tranzistora:
6 * 4 = 24 wattov

Pri výbere typu tranzistora je potrebné vziať do úvahy, že na typovom štítku (podľa referenčnej knihy) maximálny výkon tranzistora nesmie byť menší ako dvoj- až trojnásobok menovitého výkonu pripadajúceho na tranzistor. Toto sa robí s cieľom poskytnúť výkonovú rezervu pre rôzne prúdové rázy záťaže (a teda zmeny klesajúceho výkonu). Treba brať do úvahy, že čím väčší je tento rozdiel, tým menej masívny chladiaci radiátor tranzistor vyžaduje.

V našom prípade je potrebné vybrať tranzistor s menovitým výkonom (Pk) najmenej:
24 * 2 = 48 wattov

Vyberte si akýkoľvek tranzistor, ktorý spĺňa tieto podmienky, berúc do úvahy, že čím viac sú parametre pasu oveľa väčšie ako vypočítané, tým menší bude potrebný chladiaci radiátor (a nemusí byť vôbec potrebný). Ak sú však tieto parametre nadmerne prekročené, počítajte s tým, že čím väčší je výstupný výkon tranzistora, tým nižší je jeho koeficient prenosu (h21) a tým sa zhoršuje koeficient stabilizácie v zdroji.

V ďalšom článku sa pozrieme na. Využíva princíp riadenia výstupného napätia mostíkovým obvodom. Má menšie zvlnenie výstupného napätia ako „emitorový sledovač“, navyše umožňuje regulovať výstupné napätie v malých medziach. Na základe toho sa to vypočíta jednoduchý obvod stabilizované napájanie.

Pre niektorých elektrické obvody a obvody uplne postacuju na bezny zdroj, ktory nema stabilizaciu. Prúdové zdroje tohto typu zvyčajne pozostávajú zo znižovacieho transformátora, usmerňovača diódového mostíka a filtračného kondenzátora. Výstupné napätie napájacieho zdroja závisí od počtu závitov sekundárneho vinutia na znižovacom transformátore. Ale ako viete, sieťové napätie 220 voltov je nestabilné. Môže kolísať v určitých medziach (200-235 voltov). V dôsledku toho bude výstupné napätie na transformátore tiež „plávať“ (namiesto povedzme 12 voltov to bude 10-14 alebo tak).

Elektrotechnika, ktorá nie je obzvlášť náladová malé zmeny DC napájacie napätie môže prejsť takto jednoduchý blok výživy. Ale citlivejšia elektronika to už netoleruje, môže to mať za následok aj zlyhanie. Existuje teda potreba prídavný okruh stabilizácia konštantného výstupného napätia. V tomto článku uvádzam dostatočný elektrický obvod jednoduchý stabilizátor konštantné napätie, ktoré má zenerovu diódu a tranzistor. Je to zenerova dióda, ktorá funguje ako referenčný prvok, ktorý určuje a stabilizuje výstupné napätie napájacieho zdroja.

Teraz prejdime k samotnej analýze elektrická schéma jednoduchý stabilizátor konštantného napätia. Takže napríklad máme znižovací transformátor s výstupným striedavým napätím 12 voltov. Rovnakých 12 voltov aplikujeme na vstup nášho obvodu, konkrétne na diódový mostík a filtračný kondenzátor. Diódový usmerňovač VD1 vytvára konštantný (ale prerušovaný) prúd zo striedavého prúdu. Jeho diódy musia byť navrhnuté na maximálny prúd (s malou rezervou asi 25%), ktorý môže zdroj produkovať. No ich napätie (reverzné) by nemalo byť nižšie ako výstupné napätie.

Filtračný kondenzátor C1 vyhladzuje tieto napäťové rázy, čím je priebeh jednosmerného napätia hladší (aj keď nie ideálny). Jeho kapacita by mala byť od 1000 µF do 10 000 µF. Napätie je tiež väčšie ako výstup. Upozorňujeme, že existuje taký účinok - striedavé napätie po diódovom mostíku a filtračnom kondenzátore sa elektrolyt zvýši približne o 18 %. Preto nakoniec dostaneme na výstupe nie 12 voltov, ale niekde okolo 14,5.

Teraz prichádza časť stabilizátora jednosmerného napätia. Hlavným funkčným prvkom je tu samotná zenerova dióda. Pripomínam, že zenerove diódy majú schopnosť v rámci určitých limitov pri opätovnom zapnutí stabilne udržiavať určité konštantné napätie (stabilizačné napätie). Keď sa na zenerovú diódu aplikuje napätie od 0 do stabilizačného napätia, jednoducho sa zvýši (na koncoch zenerovej diódy). Po dosiahnutí stabilizačnej úrovne zostane napätie nezmenené (s miernym zvýšením) a sila prúdu, ktorý ním preteká, sa začne zvyšovať.

V našom obvode jednoduchého stabilizátora, ktorý by mal na výstupe produkovať 12 voltov, je zenerova dióda VD2 navrhnutá pre napätie 12,6 (dajme zenerovej dióde na 13 voltov, to zodpovedá D814D). Prečo 12,6 voltov? Pretože 0,6 voltov bude uložených na prechode emitor-báza tranzistora. A výstup bude presne 12 voltov. No keďže zenerovu diódu nastavíme na 13 voltov, výstup napájacieho zdroja bude niekde okolo 12,4 V.

Zenerova dióda VD2 (ktorá vytvára jednosmerné referenčné napätie) potrebuje obmedzovač prúdu, ktorý ju ochráni pred nadmerným prehriatím. V diagrame túto úlohu zohráva rezistor R1. Ako vidíte, je zapojený do série so zenerovou diódou VD2. Ďalší filtračný kondenzátor, elektrolyt C2, je paralelný so zenerovou diódou. Jeho úlohou je tiež vyhladiť nadmerné zvlnenie napätia. Zaobídete sa aj bez neho, no aj tak to s ním bude lepšie!

Ďalej v schéme vidíme bipolárny tranzistor VT1, ktorý je zapojený podľa spoločného kolektorového obvodu. Dovoľte mi pripomenúť, schémy zapojenia bipolárne tranzistory bežného kolektorového typu (nazýva sa to aj emitorový sledovač) sa vyznačujú tým, že výrazne zvyšujú prúd, ale nedochádza k zosilneniu napätia (aj keď je o niečo menšie ako vstup, presne o rovnakých 0,6 voltu). Preto na výstupe tranzistora dostávame konštantné napätie, ktoré je k dispozícii na jeho vstupe (konkrétne napätie referenčnej zenerovej diódy rovnajúce sa 13 voltom). A keďže prechod emitoru necháva na sebe 0,6 voltov, výstup tranzistora už nebude 13, ale 12,4 voltov.

Ako by ste mali vedieť, na to, aby sa tranzistor začal otvárať (prechádzať cez seba riadené prúdy pozdĺž obvodu kolektor-emitor), potrebuje odpor na vytvorenie predpätia. Túto úlohu vykonáva rovnaký odpor R1. Zmenou jeho menovitého výkonu (v rámci určitých limitov) môžete zmeniť silu prúdu na výstupe tranzistora, a teda aj na výstupe nášho stabilizovaného zdroja. Pre tých, ktorí s tým chcú experimentovať, odporúčam nahradiť R1 ladiacim odporom s nominálnou hodnotou asi 47 kiloohmov. Jeho úpravou uvidíte, ako sa mení sila prúdu na výstupe napájacieho zdroja.

No a na výstupe jednoduchého obvodu stabilizátora jednosmerného napätia je ďalší malý filtračný kondenzátor, elektrolyt C3, ktorý vyhladzuje vlnenie na výstupe stabilizovaného zdroja. Záťažový odpor R2 je k nemu prispájkovaný paralelne. Uzatvára emitor tranzistora VT1 do mínusu obvodu. Ako vidíte, schéma je pomerne jednoduchá. Obsahuje minimum komponentov. Na svojom výstupe poskytuje úplne stabilné napätie. Na napájanie mnohých elektrických zariadení bude tento stabilizovaný napájací zdroj stačiť. Tento tranzistor je navrhnutý pre maximálny prúd 8 ampérov. Preto takýto prúd vyžaduje radiátor, ktorý bude odvádzať prebytočné teplo z tranzistora.

P.S. Ak paralelne so zenerovou diódou pridáme premenný odpor s nominálnou hodnotou 10 kiloohmov (stredný vývod pripojíme k báze tranzistora), tak v konečnom dôsledku dostaneme nastaviteľný zdroj. Na ňom môžete plynulo meniť výstupné napätie z 0 na maximum (napätie zenerovej diódy mínus rovnakých 0,6 voltov). Myslím, že takáto schéma už bude viac žiadaná.