Tokokrogi stabilizatorja napetosti

Za napajanje naprav, ki ne zahtevajo visoke stabilnosti napajalne napetosti, se uporabljajo najpreprostejši, najbolj zanesljivi in ​​najcenejši stabilizatorji - parametrični. V takem stabilizatorju regulacijski element, ko vpliva na izhodno napetost, ne upošteva razlike med njim in navedeno napetostjo.

V najbolj v preprosti obliki Parametrični stabilizator je regulacijski element (zener dioda), ki je povezan vzporedno z obremenitvijo. Upam, da se spomnite, saj je za razliko od diode v električni tokokrog priključena v obratni smeri, torej negativni napetostni potencial iz vira sledi anodi, pozitivni napetostni potencial pa sledi katodi. Načelo delovanja takšnega stabilizatorja temelji na lastnosti zener diode, da vzdržuje konstantno napetost na svojih sponkah s pomembnimi spremembami jakosti toka, ki teče v vezju. Balastni upor R, zaporedno povezan z zener diodo in obremenitvijo, omejuje tok skozi zener diodo, če je obremenitev izklopljena.

Za napajanje naprav z napetostjo 5 V se lahko v tem stabilizatorskem vezju uporabi zener dioda tipa KS 147. Vrednost upora R je vzeta tako, da je pri najvišji ravni vhodne napetosti in bremenu odklopljen tok skozi. zener dioda ne presega 55 mA. Ker v načinu delovanja Zener dioda in bremenski tok teče skozi ta upor, mora biti njegova moč vsaj 1-2 W. Tok obremenitve tega stabilizatorja mora biti v območju 8-40 mA.

Če je izhodni tok stabilizatorja majhen za napajanje, lahko njegovo moč povečate z dodajanjem ojačevalnika, na primer na osnovi tranzistorja.

Njegovo vlogo v tem vezju igra tranzistor VT1, katerega vezje kolektor-emiter je zaporedno povezano z obremenitvijo stabilizatorja. Izhodna napetost takega stabilizatorja je enaka razliki med vhodno napetostjo stabilizatorja in padcem napetosti v kolektorsko-emiterskem vezju tranzistorja in je določena s stabilizacijsko napetostjo zener diode VD1. Stabilizator zagotavlja tok do 1 A v obremenitvi, kot so KT807, KT815, KT817.

Pet preprostih stabilizatorskih vezij

Klasična vezja, ki so večkrat opisana v vseh učbenikih in referenčnih knjigah o elektroniki.

Slika 1. Stabilizator po klasični shemi brez zaščite pred kratkim stikom v obremenitvi. 5B, 1A.

Slika 2. Stabilizator po klasični shemi brez zaščite pred kratkim stikom v obremenitvi. 12V, 1A.

Slika 3. Stabilizator po klasični shemi brez zaščite pred kratkim stikom v obremenitvi. Nastavljiva napetost 0..20V, 1A

Stabilizator 5V 5A je zgrajen na podlagi članka "Petvoltni z zaščitnim sistemom", Radio št. 11, 84, str. 46-49. Shema se je res izkazala za uspešno, kar se ne zgodi vedno. Enostavno ponovljiv.

Zamisel o tiristorski zaščiti obremenitve v primeru okvare samega stabilizatorja je še posebej dobra. Če (stabilizator) izgori, potem je dražje popraviti, kar je hranil. Tranzistor v tokovnem stabilizatorju VT1 je germanij, da se zmanjša odvisnost izhodne napetosti od temperature. Če to ni pomembno, lahko uporabite silicij. Preostali tranzistorji bodo ustrezali kateri koli ustrezni moči. Če regulacijski tranzistor VT3 odpove, napetost na izhodu stabilizatorja preseže odzivni prag zener diode VD2 tipa KS156A (5,6 V), tiristor se odpre in povzroči kratek stik vhoda in izhoda, varovalka pa zgori. Enostavno in zanesljivo. Namen nastavitvenih elementov je prikazan na diagramih.

Slika 4. Shematski diagram stabilizator z zaščito pred kratek stik v zaščiti bremena in tiristorskega vezja v primeru okvare samega stabilizatorskega vezja.

Nazivna napetost - 5V, tok - 5A.
RP1 - nastavitev odzivnega toka zaščite, RP2 - nastavitev izhodne napetosti

Naslednje stabilizatorsko vezje je 24V 2A

Vsi obstoječi napajalniki spadajo v eno od dveh skupin: primarno in sekundarno napajanje. Viri primarnega napajanja vključujejo sisteme, ki pretvarjajo kemično, svetlobno, toplotno, mehansko ali jedrsko energijo v električno energijo. Na primer, kemično energijo pretvori solna celica ali baterija celic v električno energijo, svetlobno energijo pa sončna baterija pretvori v električno energijo.

Primarno napajanje lahko vključuje ne le sam pretvornik energije, temveč tudi naprave in sisteme, ki zagotavljajo normalno delovanje pretvornik Pogosto je neposredna pretvorba energije težavna in takrat se uvede vmesna, pomožna pretvorba energije. Na primer, energijo znotrajatomskega razpada v jedrski elektrarni lahko pretvorimo v energijo pregrete pare, ki vrti turbino generatorja električnega stroja, katerega mehanska energija se pretvori v električno energijo.

Sekundarni viri energije vključujejo sisteme, ki električna energija ena vrsta proizvaja električno energijo druge vrste. Na primer, viri sekundarnega napajanja so razsmerniki in pretvorniki, usmerniki in multiplikatorji napetosti, filtri in stabilizatorji.

Sekundarni napajalniki so razvrščeni glede na nazivno delovno izhodno napetost. V tem primeru ločimo nizkonapetostne napajalnike z napetostmi do 100 V, visokonapetostne napajalnike z napetostmi nad 1 kV in napajalnike s povprečno izhodno napetostjo od 100 V do 1 kV.

Vsi viri sekundarnega napajanja so razvrščeni glede na moč Rn, ki jo lahko oddajo obremenitvi. Obstaja pet kategorij:

mikro moč (PH< 1 Вт);
majhna moč (1 W< Рн < 10 Вт);
srednja moč (10 W< Рн < 100 Вт);
povečana moč (100 W< Рн < 1 кВт);
visoka moč (Рн > 1 kW)

Napajalniki so lahko stabilizirani in nestabilizirani. V prisotnosti vezja za stabilizacijo izhodne napetosti imajo stabilizirani viri manjše nihanje tega parametra v primerjavi z nestabiliziranimi. Ohranjanje konstantne izhodne napetosti je mogoče doseči na različne načine, vendar se lahko vse te metode reducirajo na parametrični ali kompenzacijski princip stabilizacije. Kompenzacijski stabilizatorji imajo povratno vezje za spremljanje sprememb nastavljiv parameter, vendar v parametričnih stabilizatorjih take povratne informacije ni.

Vsak vir energije glede na omrežje ima naslednje osnovne parametre:

najmanjša, nazivna in največja napajalna napetost ali relativna sprememba nazivne napetosti navzgor ali navzdol;
vrsta napajalnega toka: izmenični ali enosmerni;
število faz AC;
frekvenca izmeničnega toka in obseg njegovih nihanj od najmanjšega do največjega;
koeficient porabljene moči iz omrežja;
faktor oblike toka, porabljenega iz omrežja, enak razmerju med prvim harmonikom toka in njegovo efektivno vrednostjo;
konstantnost napajalne napetosti, za katero so značilni konstantni parametri skozi čas

Vir energije ima lahko glede na obremenitev enake parametre kot glede na napajalno omrežje, dodatno pa ga karakterizirajo naslednji parametri:

amplituda valovanja izhodne napetosti ali faktor valovanja;
vrednost obremenitvenega toka;
vrsta prilagoditev izhodnega toka in napetosti;
frekvenca valovanja izhodne napajalne napetosti, V splošni primer ni enaka frekvenci omrežja za napajanje z izmeničnim tokom;
nestabilnost izhodnega toka in napetosti pod vplivom kakršnih koli dejavnikov, ki poslabšajo stabilnost.

Poleg tega je za napajalnike značilno:

učinkovitost;
masa;
splošne dimenzije;
temperaturno območje okolju in vlažnost
raven hrupa, ki nastane pri uporabi ventilatorja v hladilnem sistemu;
odpornost na preobremenitve in udarce s pospeškom;
zanesljivost;
trajanje med okvarami;
čas pripravljenosti za delo;
odpornost na preobremenitve v obremenitvah in, kot poseben primer, kratke stike;
razpoložljivost galvanska izolacija med vhodom in izhodom;
razpoložljivost prilagoditev in ergonomije;
vzdržljivost.

Paralelni parametrični stabilizator, zaporedni stabilizator na osnovi bipolarnega tranzistorja. Praktični izračuni.

Dober dan, dragi radioamaterji!
Danes na spletni strani ““, v rubriki ““ nadaljujemo s pregledom članka ““. Naj vas spomnim, da smo se zadnjič, ko smo preučevali napajalni tokokrog za amaterske radijske naprave, osredotočili na namen in izračun filtra za preprečevanje zvijanja:

Danes si bomo ogledali zadnji element - stabilizator napetosti.

Stabilizator napetosti - pretvornik električne energije, ki vam omogoča, da dobite izhodno napetost, ki je v določenih mejah, ko vhodna napetost in upor obremenitve nihata

Danes si bomo ogledali dva preprosta stabilizatorja napetosti:
- ;
– .

Paralelni parametrični stabilizator napetosti na zener diodi

Polprevodniška Zener dioda - (drugo ime je Zener dioda) je zasnovan za stabilizacijo enosmerna napetost napajalniki. V najpreprostejšem vezju linearnega parametričnega stabilizatorja deluje kot vir referenčne napetosti in element za krmiljenje moči. V kompleksnejših vezjih mu je dodeljena le vloga vira referenčne napetosti.

Eden od zunanji pogledi in oznaka zener diode:

Kako deluje zener dioda?

Napetost na zener diodo (za razliko od diode) se napaja v obratni polarnosti (anoda je priključena na minus, katoda pa na plus vira napajanja - Uarr). Ko je vklopljen na ta način, povratni tok teče skozi zener diodo - Iobr.
Ko se napetost poveča, povratni tok raste zelo počasi (na diagramu skoraj vzporedno z osjo Uarr), vendar pri določeni napetosti Uarr spoj zener diode prebije (vendar v tem trenutku ne pride do uničenja zener diode) in povratni tok začne teči skozi znatno večja vrednost. V tem trenutku je tokovno-napetostna karakteristika zener diode ( CVC) gre strmo navzdol (skoraj vzporedno z osjo Iobr) – začne se stabilizacijski način, katerega glavni parametri so minimalna stabilizacijska napetost ( Ust min) in najmanjši stabilizacijski tok ( Ist min).
Z nadaljnjim povečanjem Uarr Tokovno-napetostna karakteristika zener diode spet spremeni svojo smer - konča se stabilizacijski način, katerega glavni parametri so največja stabilizacijska napetost ( Ust max) in največji stabilizacijski tok ( Ist max). Od tega trenutka zener dioda izgubi svoje lastnosti in se začne segrevati, kar lahko privede do toplotne okvare spoja zener diode in s tem do njegove okvare.

Način stabilizacije zener diode je lahko v širokih mejah, zato dokumentacija za zener diode navaja dovoljene najmanjše in največje vrednosti toka ( Ist min in Ist max) in stabilizacijske napetosti ( Ust min in Ust max). Znotraj teh razponov so tisti, ki jih izbere proizvajalec nominalno vrednosti – Ist in Ust. Proizvajalci običajno nastavijo nazivni stabilizacijski tok na 25–35 % največjega, nazivno stabilizacijsko napetost pa kot povprečje največjega in najmanjšega.

Na primer, lahko uporabite program “ “ in na lastne oči preverite, katere značilnosti so navedene v referenčnih knjigah o zener diodah:

Na primer, zener dioda D814G:
- nazivni tok stabilizacija (Ist) = 5 mA;
– nazivna napetost stabilizacija (Ust) = (od 10 do 12 voltov) = 11 voltov;
– največji stabilizacijski tok (Ist max) = 29 mA.
Te podatke bomo potrebovali pri izračunu najpreprostejšega stabilizatorja napetosti.

Če ne najdete zahtevane domače, sovjetske, zener diode, lahko uporabite na primer program za izbiro buržoaznega analoga glede na zahtevane parametre:

Kot lahko vidite, je zener diodo D814G enostavno zamenjati z analogno - BZX55C11 (ki ima še nekoliko boljše lastnosti)

No, zdaj pa poglejmo vzporedni parametrični stabilizator napetosti na zener diodi.

Paralelni parametrični stabilizator napetosti na zener diodi uporablja se v napravah z nizkim tokom (več miliamperov) in je napetostni delilnik (na uporu R– balastni upor in zener dioda VD– ki deluje kot drugi upor), na vhod katerega se dovaja nestabilna napetost, izhodna napetost pa se odvaja iz spodnjega kraka delilnika. Ko se vhodna napetost poveča (zmanjša), se notranji upor zener diode zmanjša (poveča), kar omogoča vzdrževanje izhodne napetosti na dani ravni. Razlika med vhodno napajalno napetostjo in stabilizacijsko napetostjo zener diode pade čez balastni upor.

Razmislimo o vezju tega (najenostavnejšega) napetostnega stabilizatorja:

Za normalno delovanje sheme tok skozi zener diodo mora biti nekajkrat (3-10 krat) večji od toka v stabiliziranem bremenu. V praksi, ker je nazivni stabilizacijski tok zener diode večkrat manjši od največjega, je dovoljeno pri izračunih domnevati, da obremenitveni tok ne sme presegati nazivnega stabilizacijskega toka.
Na primer: tok, ki ga porabi obremenitev, je 10 mA, kar pomeni, da moramo izbrati zener diodo tako, da njen nazivni stabilizacijski tok ni manjši od 10 mA (seveda je bolje, če je večji).

Izračun vzporednega parametričnega stabilizatorja napetosti z uporabo zener diode

podano:
Uin– vhodna napetost = 15 voltov
Uout– izhodna napetost (stabilizacijska napetost) = 11 voltov

Izračun:
1. Z uporabo zgornje referenčne knjige ugotavljamo, da je zener dioda D814G primerna za naše namene:
Ust(10-12v) = 11 voltov
Ist max= 29 mA
Ist nazivni = 5 mA
Na podlagi zgoraj navedenega ugotavljamo, da obremenitveni tok ne sme preseči Ist nominalno - 5 mA
2. Padec napetosti na balastnem uporu (R) določimo kot razliko med vhodno in izhodno stabilizirano napetostjo:
Upad=Uin – Uout=15-11= 4 volti
3. Z uporabo Ohmovega zakona določimo vrednost predstikalne upornosti R tako, da padec napetosti Udrop delimo z Ist zener diode:
R= Gor/Ist= 4/0,005 = 800 ohmov
Ker ni uporov z nazivno vrednostjo 800 Ohmov, vzamemo najbližjo višjo vrednost - R = 1000 Ohmov = 1 kOhm
4. Določanje moči balastnega upora R:
Pres = Gor*Ist= 4*0,005= 0,02 vata
Ker skozi upor ne teče le stabilizacijski tok zener diode, temveč tudi tok, ki ga porabi obremenitev, povečamo nastalo vrednost za vsaj 2-krat:
Res= 0,004*2= 0,008 vatov, kar ustreza najbližji vrednosti = 0,125 vatov.

Kaj storiti, če niste našli zener diode z zahtevano stabilizacijsko napetostjo.
V tem primeru se lahko prijavite serijska povezava zener diod. Na primer, če zaporedno povežemo dve zener diodi D814G, bo stabilizacijska napetost 22 voltov (11+11). Če povežemo D814G in D810, dobimo stabilizacijsko napetost 20 voltov (11+10).
Dovoljeno je poljubno število serijsko povezavo zener diode iste serije (kot v primeru - D8**).
Serijska povezava zener diod različnih serij je dovoljena le, če delovni tokovi serijske verige spadajo v certificirana območja stabilizacijskega toka vsake uporabljene serije.

Kaj storiti, če v zgornjem primeru bremenski tok na primer ni 5, ampak 25 mA?
Seveda lahko vse pustite tako, kot je, saj je največji stabilizacijski tok (Ist max) D814G 29 mA, edino, kar morate storiti, je preračunati moč balastnega upora. Toda v tem primeru bo zener dioda delovala na meji svojih zmožnosti in ne boste imeli nobenih zagotovil, da ne bo odpovedala.
Kaj pa, če je bremenski tok na primer 50 mA?

Serijski regulator napetosti na bipolarnem tranzistorju

Serijski regulator napetosti na bipolarnem tranzistorju- To je v bistvu vzporedni parametrični stabilizator na zener diodi, priključen na vhod emiterskega sledilnika.

Njegova izhodna napetost je manjša od stabilizacijske napetosti zener diode zaradi padca napetosti na stičišču baza-emiter tranzistorja (za silicijeve tranzistorje - približno 0,6 voltov, za germanijeve tranzistorje - približno 0,25 voltov), ​​kar je treba upoštevati upoštevajte pri izbiri zener diode.
Emiterski sledilnik (znan tudi kot tokovni ojačevalnik) vam omogoča, da povečate največji tok napetostnega stabilizatorja v primerjavi z vzporednim parametričnim stabilizatorjem na zener diodi v β (h 21e) krat (kje β (h21e)– tokovni dobiček danega tranzistorja, vzame se najmanjša vrednost).

Vezje serijskega stabilizatorja na osnovi bipolarnega tranzistorja :

Ker je ta stabilizator sestavljen iz dveh delov - referenčna napetost(aka vzporedni parametrični stabilizator na zener diodi) in tokovni ojačevalnik na tranzistorju (znanem tudi kot sledilnik oddajnika), potem se izračun takšnega stabilizatorja izvede podobno kot v zgornjem primeru.
Edina razlika:
- na primer, moramo dobiti obremenitveni tok 50 mA, nato izberemo tranzistor z ojačanjem β (h 21e) vsaj 10 ( β (h 21e)=Iload/Ist=50/5=10
– moč balastnega upora se izračuna po formuli: Рres=Upad*(Ist+Iload)

Obremenitveni tok lahko večkrat povečate, če uporabite vezje s kompozitnim tranzistorjem (dva tranzistorja, povezana po Darlingtonovem ali Sziklajevem vezju):

To je v bistvu vse.

Oprema: dve maketi, montažni vodniki z ušesi, miliampermeter do 10 mA, nastavljiv vir enosmerne napetosti do 10 V, digitalni voltmeter.

POZOR: namestitev električnih tokokrogov je treba izvajati le, ko je napajalna napetost izklopljena na plošči za izdelavo.

Stabilizator napetosti (trenutno) je naprava, ki samodejno vzdržuje napetost (tok) na porabniški strani (obremenitvi) z dano stopnjo natančnosti. Stabilizatorji napetosti Najprej so nameščeni v napajalnike za usmernikom. Bolj ko je naprava občutljiva, bolj natančna je merilna naprava, večja mora biti stabilnost napajalnikov. Stabilizatorji toka nič manj pomembna kot stabilizatorji napetosti. Tokovni viri se uporabljajo za zagotavljanje pristranskosti tranzistorjev kot aktivne obremenitve ojačevalnih stopenj. Potrebni so za delovanje integratorjev in generatorjev žagaste napetosti. Stabilizatorji toka so potrebni tudi na primer v elektrokemiji in elektroforezi.

Glavni destabilizirajoči dejavniki, povzročajo spremembe napetosti (toka) porabnika so: nihanja omrežne napetosti 220 V, nihanja frekvence toka v omrežju, spremembe moči, ki jo porabi breme, spremembe temperature okolice itd.

Stabilizatorji so razdeljeni odvisno od vrste napetosti (toka) za stabilizatorje spremenljivka napetost (tok) in stabilizatorji trajno napetost (tok). Po principu delovanja stabilizatorje delimo na parametrični in kompenzacijski . Stabilizacija napetosti (toka) v parametričnih stabilizatorjih se izvaja zaradi nelinearnosti tokovno-napetostne karakteristike (volt-amperske karakteristike) nelinearnega elementa (plinsko praznjenje in polprevodniška zener dioda, stabilizator, poljski ali bipolarni tranzistor itd.). .). Kompenzacijski stabilizatorji so zaprt sistem avtomatska regulacija z negativnim povratne informacije. Odvisno od načina vklopa krmilnega elementa Glede na odpornost proti obremenitvi se stabilizatorji delijo na zaporedno in vzporedno . Glede na način delovanja krmilnega elementa stabilizatorje delimo na stabilizatorje z kontinuirana regulacija in utrip . Po drugi strani pa so stabilizatorji impulzov razdeljeni glede na načelo krmiljenja na impulzno širino, impulzno frekvenco in rele.

Glavni parametri stabilizatorjev enosmerne napetosti, ki označujejo kakovost stabilizacije, so:

Stabilizacijski koeficient K CT – razmerje relativnih sprememb vhodne in izhodne napetosti (pri konstantnem izhodnem toku):

(1)

kjer sta DU IN in DU OUT povečanja vhodne in izhodne napetosti, U IN in U OUT sta vrednosti vhodne in izhodne napetosti stabilizatorja.

Izhodna impedanca R VEN (ali notranji upor r I) stabilizatorja je enaka razmerju med prirastkom izhodne napetosti DU OUT in prirastkom bremenskega toka DI N pri konstantni vhodni napetosti U IN = const:

(2)

Koeficient koristno dejanje (učinkovitost) – razmerje med močjo na izhodu stabilizatorja in močjo na vhodu.

Polprevodniški parametrični stabilizatorji (z uporabo zener diod) so najpreprostejši. Zanje so značilni razmeroma nizki stabilizacijski koeficienti (10–100), visoka izhodna upornost (enote in desetine ohmov) in nizka učinkovitost.

Zener dioda- To polprevodniška dioda, pri katerem se za stabilizacijo napetosti uporablja odsek električnega razpada (plaz ali tunel) na povratni veji tokovno-napetostne karakteristike (slika 1). V smeri naprej je tokovno-napetostna karakteristika zener diode enaka kot pri kateri koli silicijevi diodi. Prebojna napetost diode - stabilizacijska napetost zener diode U ST (od 3 do 200 V) je odvisna od debeline p-n spoja oz. upornost diodna osnova. Nizkonapetostne zener diode (U ST< 6 В) изготавливаются на основе сильнолегированного кремния и в них происходит туннельный пробой. Высоковольтные стабилитроны (U СТ >6 B) so narejeni na osnovi rahlo dopiranega silicija. Zato je načelo njihovega delovanja povezano z okvaro plazu.

V tem laboratorijskem delu preučujemo Zener diode D814A in 2S156A. Njihovi referenčni podatki so podani v tabeli. 1. Stabilizacija napetosti je boljša, čim strmejša je krivulja tokovno-napetostne karakteristike (slika 1) in s tem nižji diferencialni notranji upor zener diode. Poleg tega je treba opozoriti, da zener diode z nizka napetost stabilizacijske naprave (z razpadom tunela) imajo negativni temperaturni napetostni koeficient (TCV), t.j. Ko se temperatura poveča, se stabilizacijska napetost zmanjša. Zener diode z lavinskim razpadom imajo pozitivno TKN. Obstajajo tudi temperaturno kompenzirane zener diode, izdelane v enem paketu v obliki serijske povezave zener diode s pozitivnim TKN in diode, povezane v smeri naprej (ki ima negativen TKN).

Tabela 1

Osnovni parametri	D814A	2С156А
Stabilizacijska napetost U ST, V	7 – 8,5	5,6
Razpon stabilizacijske napetosti, %	–	± 10
Najmanjši stabilizacijski tok I ST m I n (tok, pri katerem pride do stabilne okvare), mA
Največji stabilizacijski tok I ST max (tok, pri katerem disipirana moč na zener diodi ne presega dovoljena vrednost), mA
Diferencialni notranji upor, Ohm
Temperaturni koeficient stabilizacijske napetosti (razmerje med relativno spremembo stabilizacijske napetosti in absolutno spremembo temperature okolja), % / °C	+ 0,07	±0,05
Največji dovoljeni tok naprej, mA
Največja dovoljena disipacija moči, W	0,34	0,3
Temperatura okolja, °C	od minus 60 do +100

Naloga 1.

1.1. Poiščite zener diode D814A in 2S156A na plošči testne plošče, povezane z uporom za omejevanje toka 150 in 240 Ohmov (slika 2).

1.2. Na napajalniku nastavite napetost na 10 V. Priključite voltmeter na zener diodo D814A. Vklopite preklopno stikalo na plošči postavitve. Tok, ki teče skozi zener diodo, povzroči, da se segreje in spremeni U CT. Ali ima ta zener dioda pozitivno ali negativno TKN? S pomočjo ure določite čas, ki je potreben za ogrevanje vezja. Če želite to narediti, izpolnite tabelo. 2 meritvi napetosti na zener diodi v trenutku vklopa in vsako minuto. Čas ogrevanja je treba upoštevati v primeru, ko je potrebno zelo natančno izmeriti napetost na zener diodi (do tisočink (ali stotink) volta).

Tabela 2

1.3. Izmerite reverzne I-V karakteristike zener diod. Za to je potrebno izmeriti napetost na zener diodah z uporabo napajalne napetosti od 1 do 10 V v korakih po 1 V. Napajalna napetost in napetost na zener diodah se merita z natančnostjo stotink volta. Tokovi, ki tečejo skozi zener diode, se izračunajo iz padca napetosti na uporih za omejevanje toka. Izpolni tabelo z rezultati meritev in izračunov. 3.

Tabela 3

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

1.4. Glede na podatke, predstavljene v tabeli. 3, sestavite eksperimentalne tokovno-napetostne karakteristike zener diod (slika 3). Primerjajte realne stabilizacijske napetosti in minimalne stabilizacijske tokove z referenčnimi podatki.

1.5. V delovnih odsekih tokovno-napetostne karakteristike izračunajte diferenčne upore in jih zapišite v tabelo. 3 in primerjajte z referenčnimi podatki.

Oglejmo si zdaj delovanje zener diode z obremenitvijo R N. Vezje najpreprostejšega parametričnega stabilizatorja napetosti je prikazano na sl. 4. Ko se vhodna napetost U VX poveča, takoj ko tok skozi zener diodo postane enak I st min, napetost na zener diodi preneha naraščati in postane enaka U st.

Nadaljnje povečanje U VX vodi le do povečanja padca napetosti na tokovno omejevalnem uporu R. Zato se napetost na bremenu R H ohrani nespremenjena.

Najpogosteje zener dioda deluje v načinu, kjer je vhodna napetost U VX nestabilna in je upor obremenitve R H konstanten. Za tak primer se upornost R običajno izračuna za srednjo točko T volt-amperske karakteristike zener diode (slika 1). naslednja formula:

Kje je povprečna vhodna napetost; - povprečni tok zener diode; - tok obremenitve. Nestabilnost napetosti v tem primeru skoraj popolnoma absorbira upor R. Nihanja vhodne napetosti se izravnajo zaradi nizkega diferenčnega upora zener diode.

drugič možen način stabilizacija se uporabi v primeru, ko je U BX = = const, R N pa se spreminja od R n min do R n max. za tak način lahko R določimo iz povprečnih trenutnih vrednosti z uporabo formule:

kje, , .

Delovanje vezja v tem načinu je mogoče pojasniti na naslednji način. Ker je padec napetosti na uporu R enak U BX - U C T konstanten, je konstanten tudi tok, ki teče skozi ta upor. Ta tok je vsota tokov zener diode in obremenitve. Torej, če se trenutna poraba bremena poveča, se mora tok skozi zener diodo zmanjšati (tako da njihova vsota ostane nespremenjena). Če obremenitev vzame veliko toka iz zener diode, postane tok skozi zener diodo manjši od I c t min in stabilizacija napetosti je motena.

Naloga 2.

2.1. Sestavite vezje, prikazano na sliki, na plošči testne plošče. 5, v katerem se kot obremenitev stabilizatorja uporabljajo zaporedno povezani upori z uporom 470 Ohmov, 750 Ohmov in notranjim uporom miliampermetra (100 Ohmov).

2.2. Pri priključitvi in ​​odklopu tovora z zener diode preverite z voltmetrom, da se napetost U ST zmanjša, ko je tovor priključen. Z naraščanjem bremenskega toka se zmanjšuje tudi napetost U ST. To lahko pokažemo z vrtenjem osi spremenljivega upora 470 ohmov. Tako obremenitev vzame del toka iz zener diode in delovna točka na I-V karakteristiki zener diode se premakne navzgor v območje nižjih tokov in nižjih stabilizacijskih napetosti U ST (glej sliko 1 in sliko 3) .

2.3. Izračunajte koeficient stabilizacije s formulo (1) za najmanjši tok obremenitve (višji kot je tok obremenitve, slabša bo stabilizacija napetosti). Če želite to narediti, spremenite vhodno napetost iz 9 V na 10 V (naj bo DU IN = 10 V - 9 V = 1 V in U IN = 9,5 V). Izhodno napetost je treba izmeriti čim bolj natančno (na tisočinke volta), saj lahko stabilizacijski koeficient doseže več deset. Pri meritvah ne pozabite na čas ogrevanja vezja (glejte tabelo 2).

Napetosti U OUT ni mogoče prilagoditi ali nastaviti na nastavljeno vrednost;

Zener diode imajo končno diferencialno upornost, zato ne zgladijo vedno dovolj valovanja vhodne napetosti in vpliva sprememb obremenitvenega upora;

S širokim razponom sprememb obremenitvenih tokov je treba izbrati zener diode z visoka moč sipanje (z velikimi največjimi tokovi).

Za pridobitev bolj konstantne napetosti na obremenitvi, ko se porabljeni tok spremeni, se uporablja vezje (slika 6), v katerem je zener dioda ločena od obremenitve z oddajnikom. Tok zener diode v takem vezju je razmeroma neodvisen od obremenitvenega toka, saj skozi osnovno vezje tranzistorja teče majhen tok (manj v h 21E kot v obremenitvi). Parametri tranzistorja (največja moč, napetosti in tokovi) so izbrani ob upoštevanju moči obremenitve.

Če je treba regulirati izhodno napetost, se uporabi del referenčne (stabilizirane) napetosti, vzete iz motorja s spremenljivim uporom. Izvedba vezja te funkcije je prikazana na sl. 7.

Naloga 3.

3.1. Sestavite vezja stabilizatorja napetosti z zener diodama D814A in 2S156A (slika 6). Z voltmetrom se prepričajte, da je izhodna napetost manjša od napetosti na zener diodi za količino padca napetosti na emiterskem spoju tranzistorja (za » 0,6 V).

3.2. Z uporabo uporov, ki so na voljo v vezju, izračunajte:

Največja moč obremenitve Р Н;

Moč uporov v vezju zener diode Р R .

3.3. Izpolni tabelo z rezultati izračunov. 4.

Tabela 4

D814A	2С156А
R N, W	Р R, W	R N, W	Р R, W

3.4. Sestavite vezje stabilizatorja napetosti z nastavljivo izhodno napetostjo (slika 7) in preverite njegovo delovanje.

Obstaja več načinov za povečanje stabilizacijskega koeficienta. V tem primeru stabilizatorsko vezje postane bolj zapleteno.

Prvič, zener dioda se lahko napaja preko tokovnega stabilizatorja (in ne preko upora), nato pa se napetost na zener diodi praktično ne spremeni.

Drugič, lahko uporabite dvostopenjsko vezje (slika 8), katerega skupni stabilizacijski koeficient je enak zmnožku stabilizacijskih koeficientov posameznih kaskad (povezav) in lahko doseže več sto.

Tretjič, izberite druga stabilizatorska vezja, na primer uporabo vrste kompenzacije tranzistorska vezja in operacijski ojačevalniki.

Četrtič, lahko uporabite integralni stabilizatorji napetost (mikrovezja).

Razmislimo viri stabilnega toka . Idealen vir tok ima neskončno velik notranji upor R= ¥ in zagotavlja tok v bremenu R N, ki ni odvisen od padca napetosti na bremenu (od upora bremena).

Vezje najpreprostejšega vira toka je prikazano na sl. 9. Pod pogojem, da R H<< R (т.е. U H << U), ток сохраняет почти постоянное значение приблизительно равное U/R.

Najenostavnejši uporovni tokovni vir ima pomembne pomanjkljivosti. Da bi dobili dober približek idealnega tokovnega vira, je treba uporabiti večje napetosti, pri tem pa se v uporu razpršijo velike količine moči. Poleg tega je tok takšnega vira težko nadzorovati v širokem razponu z uporabo napetosti, ustvarjene v drugem vozlišču vezja. Če je potreben znaten tok, je treba napetost U (slika 9) izbrati pri veliki vrednosti. Da bi zagotovili I = 1 mA in R = 10 MOhm, je treba uporabiti napetost U = 10 kV. Ta pogoj je mogoče premagati z zahtevo po velikem diferencialnem notranjem uporu (dU/dI), medtem ko je statični notranji upor lahko majhen. Izhodna karakteristika tranzistorja (poljski ali bipolarni) ima to lastnost.

Vsak vir toka ima niz enakih funkcionalnih enot: vir energije, krmilni element, senzor toka in obremenitev.

Shema vezja tokovnega vira, prikazana na sl. 10 temelji na skupnem oddajnem vezju z negativno povratno informacijo. Deluje na naslednji način. Osnovna napetost U B > 0,6 V ohranja emiterski spoj v odprtem stanju: (za silicijeve tranzistorje). Tok oddajnika je:

Ker je pri velikih vrednostih tokovnega ojačenja h 21E tok oddajnika približno enak toku kolektorja, se tok kolektorja (in to je tok obremenitve) izračuna po isti formuli:

Če zagotovite možnost spreminjanja napetosti na bazi, dobite nastavljiv vir toka.

Formula (3) velja, dokler tranzistor ne preide v način nasičenja. Tokovni vir prenaša enosmerni tok na breme samo do določene končne napetosti na bremenu, ki ne more biti večja od napajalne napetosti (glej sliko 10). V nasprotnem primeru bi trenutni vir lahko proizvedel neskončno moč. Zato je za tokovni vir območje delovanja določeno z dejstvom, da mora biti tranzistor v aktivnem načinu delovanja.

Naloga 4.

4.1. Sestavite stabilen tokovni vir na plošči plošče, prikazano na sl. 11, medtem ko nastavite spremenljivi upor 2 kOhm v obremenitvi na minimum (v nasprotni smeri urinega kazalca - do konca).

4.3. Preverite, ali je tok delilnika napetosti (upora R1 in R2) 5–10-krat večji od osnovnega toka krmilnega tranzistorja, ki je približno enak I B = I K / h 21E, kjer je ojačanje tranzistorja h 21E vzeto enako 50.

I DELILNIK = mA, I B = mA. Ta pogoj je potreben, da ko se tok obremenitve spremeni (in posledično osnovni tok, ki teče skozi upor R1), ostane napetost na bazi praktično nespremenjena.

4.4. Z uporom R2 = 1 kOhm nastavite obremenitveni tok na 5–7 mA. Z vrtenjem osi upora s spremenljivo obremenitvijo 2 kOhm poskrbimo, da skozi obremenitev teče skoraj stabilen tok, v skrajnem desnem položaju osi upora (v smeri urinega kazalca) pa se tok močno zmanjša. Zakaj?

4.5. Sestavite tokovno stabilizatorsko vezje, prikazano na sliki, na plošči plošče. 12, v kateri se za nastavitev napetosti na dnu tranzistorja uporablja zener dioda. Teoretično izračunajte tok zener diode (I ST = mA) in tok bremena (I H = mA). Eksperimentalno preverite bremenski tok z miliampermetrom (IN EX = mA).

Ta članek bo obravnaval stabilizatorje enosmerne napetosti na polprevodniških napravah. Upoštevana so najpreprostejša vezja napetostnih stabilizatorjev, načela njihovega delovanja in pravila izračuna. Gradivo, predstavljeno v članku, je uporabno za načrtovanje virov sekundarne stabilizirane moči.

Začnimo z dejstvom, da za stabilizacijo katerega koli električnega parametra mora obstajati vezje za spremljanje tega parametra in vezje za nadzor tega parametra. Za natančnost stabilizacije je potreben "standard", s katerim primerjamo stabilizirani parameter. Če se med primerjavo izkaže, da je parameter večji od referenčne vrednosti, potem sledilno vezje (recimo temu primerjalno vezje) da ukaz krmilnemu vezju, da "zmanjša" vrednost parametra. In obratno, če se izkaže, da je parameter manjši od referenčne vrednosti, potem primerjalno vezje krmilnemu vezju da ukaz, da "poveča" vrednost parametra. Na tem principu delujejo vse avtomatske sheme za vse naprave in sisteme, ki nas obdajajo, od likalnika do vesoljskega plovila, razlika je le v načinu spremljanja in krmiljenja parametra. Stabilizator napetosti deluje na povsem enak način.

Blokovni diagram takšnega stabilizatorja je prikazan na sliki.

Delo stabilizatorja lahko primerjamo z uravnavanjem vode, ki teče iz pipe. Oseba se približa pipi, jo odpre in nato, ko opazuje pretok vode, prilagodi njen pretok navzgor ali navzdol in tako doseže optimalen pretok zase. Oseba sama opravlja funkcijo primerjalnega vezja; standard je ideja osebe o tem, kakšen mora biti pretok vode, krmilni krog pa je vodna pipa, ki jo krmili primerjalni krog (oseba). Če oseba spremeni svojo predstavo o standardu in se odloči, da je pretok vode, ki teče iz pipe, nezadosten, potem jo bo bolj odprl. Stabilizator napetosti je popolnoma enak. Če želimo spremeniti izhodno napetost, potem lahko spremenimo referenčno napetost. Primerjalno vezje, ki opazi spremembo referenčne napetosti, bo neodvisno spremenilo izhodno napetost.

Razumno vprašanje bi bilo: Zakaj potrebujemo takšno zmedo vezij, če lahko na izhodu uporabimo vir "konfekcijske" referenčne napetosti? Dejstvo je, da je vir referenčne (v nadaljevanju referenčne) napetosti nizkotokovni (nizkoamperski) in zato ni sposoben napajati močnega (nizkoimpedančnega) bremena. Tak vir referenčne napetosti se lahko uporablja kot stabilizator za napajanje tokokrogov in naprav, ki porabljajo nizek tok - čipov CMOS, nizkotokovnih ojačevalnih stopenj itd.

Shema vezja vira referenčne napetosti (stabilizator nizkega toka) je prikazana spodaj. V svojem jedru je poseben delilnik napetosti, opisan v članku, njegova razlika je v tem, da se kot drugi upor uporablja posebna dioda - zener dioda. Kaj je posebnega pri zener diodi? Preprosto povedano, zener dioda je dioda, ki za razliko od običajne usmerniške diode, ko je dosežena določena vrednost obrnjene napetosti (stabilizacijske napetosti), prepušča tok v nasprotni smeri in z njegovim nadaljnjim povečevanjem zmanjšuje svoj notranji odpora, si ga prizadeva ohraniti pri določenem pomenu.

Na tokovno-napetostni karakteristiki (volt-amperska karakteristika) zener diode je način stabilizacije napetosti prikazan v negativnem območju uporabljene napetosti in toka.

Ko se povratna napetost, ki se uporablja za zener diodo, poveča, se ta sprva "upira" in tok, ki teče skozi njo, je minimalen. Pri določeni napetosti začne tok zener diode naraščati. Takšna točka v tokovno-napetostni karakteristiki je dosežena (točka 1 ), po katerem nadaljnje povečanje napetosti na delilniku upor-zener dioda ne povzroči povečanja napetosti za p-n Zener dioda prehod. V tem delu tokovno-napetostne karakteristike se napetost poveča le na uporu. Tok, ki teče skozi upor in zener diodo, še naprej narašča. Od točke 1 , ki ustreza minimalnemu stabilizacijskemu toku, do določene točke 2 tokovno-napetostna karakteristika, ki ustreza največjemu stabilizacijskemu toku, zener dioda deluje v zahtevanem stabilizacijskem načinu (zelen del tokovno-napetostne karakteristike). Po točki 2 V tokovno-napetostni karakteristiki zener dioda izgubi svoje "uporabne" lastnosti, se začne segrevati in lahko odpove. Odsek od točke 1 do točke 2 je stabilizacijski delovni del, v katerem zener dioda deluje kot regulator.

Če veste, kako izračunati najpreprostejši delilnik napetosti na uporih, lahko preprosto izračunate stabilizacijsko vezje (referenčni vir napetosti). Tako kot v delilniku napetosti tudi v stabilizacijskem vezju tečeta dva toka - tok delilnika (stabilizatorja) jaz st. in tok tokokroga bremena nakladam. Za namene »kvalitativne« stabilizacije bi morala biti slednja za red velikosti manjša od prve.

Za izračune stabilizacijskega vezja se uporabljajo vrednosti parametrov zener diode, objavljene v referenčnih knjigah:

• Stabilizacijska napetost U st;
• Stabilizacijski tok jaz st.(običajno povprečno);
• Najmanjši stabilizacijski tok I st.min;
• Največji stabilizacijski tok I st.max.

Za izračun stabilizatorja se praviloma uporabljata samo prva dva parametra - U st , jaz st., ostali se uporabljajo za izračun napetostnih zaščitnih vezij, v katerih je možna znatna sprememba vhodne napetosti.

Za povečanje stabilizacijske napetosti lahko uporabite verigo zaporedno povezanih zener diod, vendar mora biti za to dovoljeni stabilizacijski tok takih zener diod znotraj parametrov I st.min in I st.max, sicer obstaja možnost okvare zener diod.

Dodati je treba, da imajo enostavne usmerniške diode tudi lastnosti stabilizacije obrnjene napetosti, le da so vrednosti stabilizacijskih napetosti pri višjih vrednostih obrnjene napetosti. Vrednosti največje povratne uporabljene napetosti usmerniških diod so običajno navedene v referenčnih knjigah, napetost, pri kateri se pojavi stabilizacijski pojav, pa je običajno višja od te vrednosti in je drugačna za vsako usmerniško diodo, tudi istega tipa. Zato uporabite usmerniške diode kot visokonapetostno zener diodo le v skrajnem primeru, ko ne najdete želene zener diode ali naredite verigo zener diod. V tem primeru se stabilizacijska napetost določi eksperimentalno. Pri delu z visoko napetostjo je potrebna previdnost.

Postopek za izračun napetostnega stabilizatorja (referenčni vir napetosti)

Najenostavnejši stabilizator napetosti bomo izračunali z upoštevanjem posebnega primera.
Začetni parametri, potrebni za vezje:

1. Vhodna napetost delilnika - Ti noter(lahko se stabilizira ali ne). Predpostavimo, da Ti noter= 25 voltov;

2. Stabilizacija izhodne napetosti - Ti ven(referenčna napetost). Recimo, da moramo dobiti U outx= 9 voltov. rešitev:

1. Na podlagi zahtevane stabilizacijske napetosti se iz referenčne knjige izbere zahtevana zener dioda. V našem primeru je D814V.

2. Iz tabele najdejo povprečni stabilizacijski tok - jaz st.. Glede na tabelo je enak 5 mA.

3. Izračunajte napetost, ki je padla na upor - U R1, kot razlika med vhodno in izhodno stabilizirano napetostjo. U R1 = U vhod - U izhod ---> U R1 = 25 – 9 = 16 voltov

4. Po Ohmovem zakonu se ta napetost deli s stabilizacijskim tokom, ki teče skozi upor, in dobimo vrednost upora upora. R1 = U R1 / I st ---> R1 = 16 / 0,005 = 3200 Ohm = 3,2 kOhm

Če dobljena vrednost ni v uporovnem nizu, izberite upor z najbližjo nazivno vrednostjo. V našem primeru je to upor z nominalno vrednostjo 3,3 kOhm.

5. Izračunajte najmanjšo moč upora tako, da pomnožite padec napetosti na njem s tekočim tokom (stabilizacijski tok). Р R1 = U R1 * I st ---> Р R1 = 16 * 0,005 = 0,08 W

Glede na to, da teče skozi upor poleg toka zener diode tudi izhodni tok, zato izberite upor z močjo vsaj dvakrat večje od izračunane. V našem primeru je to upor z močjo nič manj 0,16 W. Po najbližji nominalne serije(V velika stran) to ustreza moči 0,25 W.

To je celoten izračun.

Kot je bilo že napisano, lahko najpreprostejše vezje stabilizatorja enosmerne napetosti uporabimo za napajanje tokokrogov, ki uporabljajo majhne tokove, vendar niso primerni za napajanje močnejših vezij.

Ena od možnosti za povečanje nosilnosti stabilizatorja enosmerne napetosti je uporaba oddajnega sledilnika. Diagram prikazuje stabilizacijsko kaskado na bipolarnem tranzistorju. Tranzistor "ponovi" napetost, ki se nanaša na bazo.

Nosilnost takšnega stabilizatorja se poveča za red velikosti. Pomanjkljivost takšnega stabilizatorja, pa tudi najpreprostejše verige, sestavljene iz upora in zener diode, je nezmožnost prilagajanja izhodne napetosti.

Izhodna napetost takšne stopnje bo manjša od stabilizacijske napetosti zener diode za vrednost padca napetosti za p-n prehod baza-emiter tranzistorja. V članku sem napisal, da je za silicijev tranzistor enak 0,6 ... 0,7 voltov, za germanijev tranzistor - 0,2 ... 0,3 voltov. Običajno približno izračunano - 0,65 volta in 0,25 volta.

Zato bo na primer pri uporabi silicijevega tranzistorja s stabilizacijsko napetostjo zener diode 9 voltov izhodna napetost manjša za 0,65 volta, to je 8,35 volta.

Če namesto enega tranzistorja uporabite kompozitno vezje za povezovanje tranzistorjev, se bo nosilnost stabilizatorja povečala za drug red velikosti. Tukaj, tako kot v prejšnjem vezju, je treba upoštevati zmanjšanje izhodne napetosti zaradi njenega padca p-n baza-emiter prehodi tranzistorjev. V tem primeru je pri uporabi dveh silicijevih tranzistorjev stabilizacijska napetost zener diode enaka 9 voltov, izhodna napetost pa bo manjša za 1,3 volta (0,65 volta za vsak tranzistor), to je 7,7 volta. Zato je treba pri načrtovanju takšnih vezij upoštevati to lastnost in izbrati zener diodo ob upoštevanju izgub pri tranzistorskih prehodih.

Tako izračunan upor vam omogoča učinkovitejše zatiranje reaktivne komponente izhodnega tranzistorja in popolno uporabo moči obeh tranzistorjev. Ne pozabite izračunati potrebne moči upora, sicer bo vse izgorelo ob napačnem času. Okvara upora R2 lahko povzroči okvaro tranzistorjev in vsega, kar priključite kot breme. Izračun moči je standarden, opisan na strani.

Kako izbrati tranzistor za stabilizator?

Glavni parametri za tranzistor v stabilizatorju napetosti so: največji kolektorski tok, največja napetost kolektor-emiter in največja moč. Vsi ti parametri so vedno na voljo v referenčnih knjigah.
1. Pri izbiri tranzistorja je treba upoštevati, da mora biti potni list (v skladu z referenčno knjigo) največji kolektorski tok vsaj enkrat in pol večji največji tok obremenitev, ki jo želite prejeti na izhodu stabilizatorja. To se naredi, da se zagotovi meja obremenitvenega toka med naključnimi kratkotrajnimi sunki obremenitve (na primer kratek stik). Upoštevati je treba, da večja kot je ta razlika, manj masiven hladilni radiator zahteva tranzistor.

2. Največja napetost kolektor-emiter označuje sposobnost tranzistorja, da prenese določeno napetost med kolektorjem in oddajnikom v zaprtem stanju. V našem primeru mora ta parameter preseči tudi vsaj enkrat in pol napetosti, ki se stabilizatorju napaja iz vezja transformator-usmernik-napajalni filter vašega stabiliziranega napajanja.

3. Nazivna izhodna moč tranzistorja mora zagotavljati delovanje tranzistorja v "polodprtem" stanju. Vsa napetost, ki jo ustvari veriga "transformator-usmernik most-napajalni filter", je razdeljena na dve obremenitvi: dejansko obremenitev vašega stabiliziranega napajanja in upor spoja kolektor-emiter tranzistorja. Obe obremenitvi prenašata enak tok, ker sta povezani zaporedno, vendar je napetost deljena. Iz tega sledi, da je treba izbrati tranzistor, ki je pri danem obremenitvenem toku sposoben prenesti razliko med napetostjo, ki jo ustvari vezje transformator-usmernik most-močnostni filter, in izhodno napetostjo stabilizatorja. Moč izračunamo kot produkt napetosti in toka (iz srednješolskega učbenika za fiziko).

Na primer: Na izhodu vezja "transformator-usmernik most-napajalni filter" (in torej na vhodu napetostnega stabilizatorja) je napetost 18 voltov. Dobiti moramo stabilizirano izhodno napetost 12 voltov, z obremenitvenim tokom 4 ampere.

Najdemo najmanjšo vrednost zahtevanega nazivnega kolektorskega toka (Ik max):
4 * 1,5 = 6 amperov

Določimo najmanjšo vrednost zahtevane napetosti kolektor-emiter (Uke):
18 * 1,5 = 27 voltov

Najdemo povprečno napetost, ki bo v načinu delovanja "padla" na stičišču kolektor-emiter in jo bo s tem absorbiral tranzistor:
18 - 12 = 6 voltov

Določimo zahtevano nazivno moč tranzistorja:
6 * 4 = 24 vatov

Pri izbiri vrste tranzistorja je treba upoštevati, da največja moč tranzistorja (v skladu z referenčno knjigo) ne sme biti manjša od dvakratne do trikratne nazivne moči, ki pada na tranzistor. To se naredi, da se zagotovi rezerva moči za različne tokovne udare obremenitve (in s tem spremembe v padajoči moči). Upoštevati je treba, da večja kot je ta razlika, manj masiven hladilni radiator potrebuje tranzistor.

V našem primeru je treba izbrati tranzistor z nazivno močjo (Pk) najmanj:
24 * 2 = 48 vatov

Izberite kateri koli tranzistor, ki izpolnjuje te pogoje, pri čemer upoštevajte, da bolj kot so parametri potnega lista veliko večji od izračunanih, manjši bo potreben hladilni radiator (in morda sploh ne bo potreben). Toda če so ti parametri prekoračeni pretirano, upoštevajte dejstvo, da večja kot je izhodna moč tranzistorja, nižji je njegov koeficient prenosa (h21), kar poslabša stabilizacijski koeficient v viru energije.

V naslednjem članku si bomo ogledali. Uporablja princip krmiljenja izhodne napetosti z mostnim vezjem. Ima manjše valovanje izhodne napetosti kot "emiter sledilec", poleg tega pa vam omogoča regulacijo izhodne napetosti v majhnih mejah. Na podlagi tega se bo izračunalo preprosto vezje stabilizirano napajanje.

Za nekatere električna vezja in vezja povsem zadostujejo za klasično napajanje, ki nima stabilizacije. Viri toka te vrste so običajno sestavljeni iz padajočega transformatorja, diodnega mostičnega usmernika in filtrirnega kondenzatorja. Izhodna napetost napajalnika je odvisna od števila obratov sekundarnega navitja na padajočem transformatorju. Toda kot veste, je omrežna napetost 220 voltov nestabilna. Lahko niha v določenih mejah (200-235 voltov). Posledično bo tudi izhodna napetost na transformatorju "lebdela" (namesto recimo 12 voltov bo 10-14 ali tako).

Elektrotehniko, ki ni posebno muhasta do majhne spremembe Napajalna napetost enosmernega toka lahko pride takole preprost blok prehrana. A občutljivejša elektronika tega ne prenese več; posledično lahko celo odpove. Torej obstaja potreba po dodatno vezje stabilizacija konstantne izhodne napetosti. V tem članku podajam zadosten električni tokokrog preprost stabilizator konstantna napetost, ki ima zener diodo in tranzistor. To je zener dioda, ki deluje kot referenčni element, ki določa in stabilizira izhodno napetost napajalnika.

Zdaj pa preidimo na dejansko analizo električni diagram preprost stabilizator konstantne napetosti. Tako imamo na primer padajoči transformator z AC izhodno napetostjo 12 voltov. Teh istih 12 voltov uporabimo na vhodu našega vezja, in sicer na diodni most in filtrirni kondenzator. Diodni usmernik VD1 iz izmeničnega toka ustvari konstanten (vendar občasen) tok. Njegove diode morajo biti zasnovane za največji tok (z majhno rezervo približno 25%), ki ga lahko proizvede napajalnik. No, njihova napetost (obratna) ne sme biti nižja od izhodne napetosti.

Filtrirni kondenzator C1 zgladi te napetostne sunke, zaradi česar je valovna oblika enosmerne napetosti bolj gladka (čeprav ni idealna). Njegova zmogljivost naj bo od 1000 µF do 10.000 µF. Tudi napetost je večja od izhodne. Upoštevajte, da obstaja tak učinek - izmenična napetost po diodnem mostu in filtrirnem kondenzatorju se elektrolit poveča za približno 18%. Zato na koncu na izhodu ne bomo dobili 12 voltov, ampak nekje okoli 14,5.

Zdaj pride na vrsto stabilizator enosmerne napetosti. Glavni funkcionalni element tukaj je sama zener dioda. Naj vas spomnim, da imajo zener diode v določenih mejah sposobnost, da ob ponovnem vklopu stabilno vzdržujejo določeno konstantno napetost (stabilizacijsko napetost). Ko se na zener diodo napaja napetost od 0 do stabilizacijske napetosti, se le ta poveča (na koncih zener diode). Ko dosežete stabilizacijsko raven, bo napetost ostala nespremenjena (z rahlim povečanjem), moč toka, ki teče skozi to, pa se bo začela povečevati.

V našem vezju preprostega stabilizatorja, ki naj bi proizvedel 12 voltov na izhodu, je zener dioda VD2 zasnovana za napetost 12,6 (postavimo zener diodo na 13 voltov, to ustreza D814D). Zakaj 12,6 voltov? Ker se bo 0,6 voltov odložilo na stičišču emiter-baza tranzistorja. In izhod bo točno 12 voltov. No, ker smo zener diodo nastavili na 13 voltov, bo izhod napajalnika nekje 12,4 V.

Zener dioda VD2 (ki ustvarja enosmerno referenčno napetost) potrebuje tokovni omejevalnik, ki jo bo zaščitil pred čezmernim pregrevanjem. V diagramu to vlogo igra upor R1. Kot lahko vidite, je zaporedno povezan z zener diodo VD2. Drugi filtrirni kondenzator, elektrolit C2, je vzporeden z zener diodo. Njegova naloga je tudi glajenje presežnih napetostnih valov. Lahko tudi brez njega, a vseeno bo z njim bolje!

Naprej v diagramu vidimo bipolarni tranzistor VT1, ki je povezan v skladu s skupnim kolektorskim vezjem. Naj vas spomnim, diagrami povezav bipolarni tranzistorji navadnega kolektorskega tipa (temu rečemo tudi emiterski sledilnik) so značilni po tem, da močno povečajo tok, napetostnega ojačanja pa ni (četudi je nekoliko manjše od vhodnega, točno za tistih 0,6 volta). Zato na izhodu tranzistorja dobimo konstantno napetost, ki je na voljo na njegovem vhodu (in sicer napetost referenčne zener diode, enaka 13 voltom). In ker oddajni spoj pusti 0,6 voltov na sebi, potem izhod tranzistorja ne bo več 13, ampak 12,4 voltov.

Kot bi morali vedeti, da bi se tranzistor začel odpirati (prehajati nadzorovane tokove skozi sebe vzdolž tokokroga kolektor-emiter), potrebuje upor za ustvarjanje pristranskosti. To nalogo opravlja isti upor R1. S spreminjanjem njegove vrednosti (v določenih mejah) lahko spremenite jakost toka na izhodu tranzistorja in s tem na izhodu našega stabiliziranega napajalnika. Tistim, ki želijo s tem eksperimentirati, svetujem, da zamenjate R1 z upornostjo za uglaševanje z nominalno vrednostjo približno 47 kiloohmov. S prilagajanjem si oglejte, kako se spreminja trenutna jakost na izhodu napajalnika.

No, na izhodu preprostega vezja stabilizatorja enosmerne napetosti je še en majhen filtrirni kondenzator, elektrolit C3, ki zgladi valovanje na izhodu stabiliziranega napajanja. Vzporedno z njim je spajkan obremenitveni upor R2. Zapira oddajnik tranzistorja VT1 na minus vezja. Kot lahko vidite, je shema precej preprosta. Vsebuje najmanj komponent. Na izhodu zagotavlja popolnoma stabilno napetost. Za napajanje številnih električnih naprav bo ta stabilizirani napajalnik povsem dovolj. Ta tranzistor je zasnovan za največji tok 8 amperov. Zato takšen tok zahteva radiator, ki bo odstranil odvečno toploto iz tranzistorja.

P.S. Če vzporedno z zener diodo dodamo spremenljivi upor z nazivno vrednostjo 10 kiloohmov (srednji priključek povežemo z bazo tranzistorja), potem dobimo na koncu nastavljiv napajalnik. Na njem lahko gladko spremenite izhodno napetost od 0 do največ (napetost zener diode minus enakih 0,6 voltov). Mislim, da bo po takšni shemi že več povpraševanja.