Parametarski regulatori napona još uvijek se koriste za napajanje elektroničkih proizvoda male snage, pa ih je potrebno znati izračunati.
Često, pri ponavljanju gotovih konstrukcija, čiji se radni uvjeti razlikuju od onih koje preporučuje programer, potrebno je analizirati rad parametarskog stabilizatora napona kako bi se razjasnila vrijednost otpora balastnog otpornika.
Ovi problemi riješeni su pomoću Microsoft Excel datoteke koju je razvio autor. Prikazane su dvije opcije za proračun parametarskog stabilizatora napona i proračun za analizu radnih uvjeta zener diode u gotovom strujnom krugu.
Objekti proračuna i analize u primjerima su parametarski stabilizatori dvaju poznatih dizajna audiofrekvencijskih pojačala snage. Ovo je iz Interlavke i iz Andrej Zelenin A.
Osnovne relacije za proračun parametarskog stabilizatora na zener diodi
Na sl. Na slici 1 prikazana je načelna shema parametarskog stabilizatora: Uin – ulazni nestabilizirani napon, Uout=Ust – izlazni stabilizirani napon, Ist – struja kroz zener diodu, In – struja opterećenja, R 0 – balastni (ograničavajući, prigušni) otpornik.Uin=Ust+(In+Ist)R 0 =Ust+IR 0, (1)
I=In+Ist – struja koja teče kroz balastni otpornik R0.
Riža. 1. Dijagram parametarskog stabilizatora napona pomoću zener diode
Kao što se može vidjeti sa Sl. 1, parametarski stabilizator temeljen na silicijskoj zener diodi je razdjelnik napona koji se sastoji od balastnog otpornika R0 s linearnom strujno-naponskom karakteristikom (VC) i zener diode VD1, koja se može smatrati otpornikom s oštro nelinearnim I– V karakteristika.
Kada se napon Uin promijeni, struja kroz razdjelnik se mijenja, što dovodi do promjene pada napona na otporniku R0, a napon na zener diodi, dakle, na opterećenju Rn praktički se ne mijenja.
Mala promjena napona na opterećenju u rasponu od Ust min do Ust max odgovara promjeni struje kroz zener diodu od Ist min do Ist max. Štoviše, minimalna struja kroz zener diodu odgovara minimalnom ulaznom naponu i maksimalnoj struji opterećenja, što se postiže otporom balastnog otpornika
R 0 =(Uin min-Ust min)/(In max+Ist min). (2)
S druge strane, maksimalna struja kroz zener diodu teći će pri minimalnoj struji opterećenja i maksimalnom ulaznom naponu.
Lako je pronaći uvjete rada stabilizatora:
ΔUin=ΔUst+R 0 (ΔIst-ΔIn), (3)
gdje je ΔUin=Uin max-Uin min, ΔUst= Ust max-Ust min, ΔIst=Ist max-Ist min, ΔIn= In max-In min.
Radi jednostavnosti, postavimo ΔUst = 0 i analizirajmo izraz (3).
Raspon struje opterećenja ne može biti veći od raspona struje zener diode, jer u tom slučaju desna strana izraza postaje negativna i krug neće raditi kao regulator napona.
Ako je promjena struje opterećenja beznačajna, izraz za radno stanje stabilizatora je pojednostavljen:
ΔUin= ΔIstR 0. (4)
Učinkovitost parametarskog stabilizatora određena je iz izraza:
Učinkovitost=Ust In /(Uin (In + Ist)=1/(Nst(1+ Ist/In)), (5)
gdje je Nst=Uin/Ust – prijenosni koeficijent stabilizatora; obično Nst=1,4…2.
Iz izraza (5) proizlazi da što je niži koeficijent prijenosa stabilizatora i što je niži omjer struje kroz zener diodu prema struji opterećenja, to je veća učinkovitost.
Glavni parametar stabilizatora napona, po kojem se procjenjuje njegova kvaliteta rada, je koeficijent stabilizacije:
Kst=(ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 Ust/rdUin=R 0 /Nst-d=Kefikasnost, (6)
gdje je rd dinamički otpor zener diode; Kf – koeficijent filtracije.
Prva opcija za izračun parametarskog stabilizatora
Ovo ćemo izvesti za slučaj kada je napon napajanja nestabilan, a otpor opterećenja relativno konstantan.
Početni podaci za proračun su: Uout, In, ΔIn, Uin, ΔUin.
Da biste dobili potrebni izlazni napon, prema referentnoj knjizi, odaberite zener diodu s parametrima: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.
Potreban ulazni napon izračunavamo na temelju krajnjih optimalnih koeficijenata prijenosa stabilizatora Nst = 1,4...2, koje korisnik također može odabrati u bilo kojem traženom rasponu Nst:
Is r=0,5(Ist min+Ist max)>In.
Izračunajmo otpor balastnog otpornika:
R 0 = (Uin - Ust)/(Ist p+ In).
Izračunajmo snagu balastnog otpornika s dvostrukom marginom:
Po=2(Ist p+ In) 2 R 0 .
Provjerimo odabrani način rada stabilizatora.
Izračun je točan ako, uz istovremenu promjenu Uin za iznos ΔUin i In za iznos ΔIn, struja zener diode ne prelazi granice Ist max i Ist min:
Ist r max=(Uin+ ΔUin- Ust)/(R 0 -(In- ΔIn))<0,8 Iст max;
Ist r min=(Uin- Ust)/(R0-(In+ ΔIn))>1,2 Ist min.
Ovo uzima u obzir marginu od 20% potrebnu za pouzdan rad zener diode. Maksimalna radna vrijednost struje kroz zener diodu, prihvaćena u proračunu, nije veća od 0,8 od referentnog Ist max, zbog razmatranja radne pouzdanosti uređaja, tako da je snaga koju rasipa zener dioda ispod maksimum. Da bi se zajamčio traženi koeficijent stabilizacije, minimalna radna vrijednost struje kroz zener diodu Ist p min je 1,2 puta veća od Ist min.
Ako su dobivene vrijednosti struje Ist p max i Ist p min izvan dopuštenih vrijednosti, tada je potrebno odabrati drugu vrijednost za Ist p, promijeniti otpor R 0 ili zamijeniti zener diodu.
Također ćemo izračunati parametre stabilizatora koji određuju njegovu kvalitetu i učinkovitost - koeficijent stabilizacije Kst = (ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 /(rdNst),
faktor učinkovitosti učinkovitost=Ust In /(Uin (In + Ist))=1/(Nst(1+ Ist/In)),
a koeficijent filtracije Kf=Kst/učinkovitost.
Primjer izračuna br. 1
Izračunajmo parametarski stabilizator napona sljedećih karakteristika: stabilizirani napon opterećenja Un=9 V; struja opterećenja In = 10 mA; promjena struje opterećenja ΔIn=2 mA; promjena ulaznog napona ΔUin=10%.Izaberimo zener diodu tipa D814B, za koju je Ust= Un=9 V; rd=10 Ohm; Ist max=36 mA; Is min=3 mA.
Gornje podatke unosimo u odgovarajuće ćelije izvornih podataka (istaknute svijetloplavom bojom) lista „Prva opcija izračuna” Microsoft Excel tablice „Proračun i analiza rada parametarskog stabilizatora napona.xlsx” i odmah dobiti rezultate izračuna u ćelijama za izračun, označene svijetlosmeđom ispunom:
ulazni napon Uin=15,0 V; otpor balasta R 0 =240 Ohm, snaga balasta s dvostrukom rezervom Po=0,3 W; Kst=15,0, učinkovitost=24%, Kf=62,5 (vidi sliku 2).
Riža. 2. Ispisati primjer izračuna br. 1 s ekrana
Odaberemo otpornik s otporom od 240 Ohma i snagom od 0,5 W.
Pretpostavimo da na ulazu stabilizatora postoje valovi izmjeničnog napona amplitude Upin = 0,1 V = 100 mV. Amplituda valovitosti na izlazu stabilizatora bit će Upst = Upin/Kph=100/62,5=1,6 mV.
Primjer izračuna br. 2
Izračunajmo parametarski stabilizator za napone napajanja Up=Uin=±25 V; ±35 V i ±45 V.Proračun će se izvršiti za parametarski stabilizator pozitivnog polariteta (R5, VD1, C2), budući da se drugi stabilizator negativnog polariteta (R6, VD2, C4) razlikuje samo u smjeru uključivanja zener diode.
Pripremimo početne podatke: stabilizirani napon opterećenja Un=12 V, struja opterećenja In=(12-0,5)/R2=11,5/10=1,15 mA, ΔIn=0,115 mA, promjena ulaznog napona ΔUin=10 %.
Izaberimo zener diodu BZX55C12, koja ima sljedeće parametre: Ust= Un=12 V; rd=20 Ohm; Ist max=32 mA; Is min=5 mA.
Rezultati proračuna prikazani su na sl. 3; za Up=±25 V R5=R6=1,3 kOhm (0,25 W); za Up=±35 V R5=R6=2,4 kOhm (0,5 W); za Up=±45 V R5=R6=3,6 kOhm (1 W).
Riža. 3. Proračun parametarskih stabilizatora za pojačalo “Green Lanzar”.
Druga opcija za izračun parametarskog stabilizatora
koristi granične vrijednosti struje opterećenja In min i In max kao početne podatke, što, kada je In min = 0, omogućuje osiguranje mirovanja stabilizatora. Za konstantno opterećenje odaberite In max = In min.
Dakle, početni podaci su: stabilizirani napon opterećenja Uout, struje opterećenja In min, In max, nazivni ulazni napon Uin i njegova odstupanja ΔUin n i ΔUin in.
Parametri zener diode su isti kao u prethodnom proračunu: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.
Izračunavamo maksimalnu i minimalnu vrijednost radne struje zener diode:
Ist p max=0,8 Ist max,
Is p min=1,2 Ist min.
Ako stabilizator mora raditi u stanju mirovanja (In min=0), odaberite Ist p min=Ist min.
Provjeravamo prikladnost odabrane zener diode za stabilizacijski napon unutar navedenih granica struje opterećenja i napona napajanja:
(Ist p max+ In min)(1- ΔUin n)-(Ist min+ In max)(1+ ΔUin in)>0,
gdje je ΔUin n=(Uin-Uin min)/ Uin, ΔUin in=(Uin max-Uin)/ Uin.
Ako nejednakost ne vrijedi, potrebno je:
koristite snažniju zener diodu;
postaviti na manje vrijednosti ΔUin n i ΔUin in;
smanjiti In max ili povećati In min.
Nazivni napon Uin, koji ispravljač mora osigurati, izračunava se pomoću formule:
Uin= Ust [(Ist p max+I n min)- (Ist p min+ I n max)]/[(Ist p max+I n min)(1- ΔUinn)- (Ist p min+I n max) ( 1+ΔUin in)].
Otpor balasta:
R 0 = Uin(ΔUin+ΔUin n)/[(Ist p max+ In min)- (Ist p min+ In max)].
Također izračunavamo snagu otpornika s dvostrukom marginom:
Po=2(Uin(1+ ΔUin n) - Ust) 2 /R 0 .
Koristeći formule dane u prvoj verziji izračuna, nalazimo Kst, učinkovitost i Kf.
Primjer izračuna br. 3
Izračunajmo parametarski stabilizator napona sljedećih karakteristika: stabilizirani napon opterećenja Un=9 V; struja In min =0, In max =10 mA; promjena ulaza ΔUin n=10%, ΔUin v=15%.Izaberimo zener diodu tipa D814B, za koju je Ust = Un; rd=10 Ohm; Ist max=36 mA, Ist min=3 mA.
Nakon unosa početnih podataka u tablicu "Druga opcija izračuna" dobivamo sljedeće rezultate (slika 4):
Uin=14 V, R 0 =221 Ohm, Po=0,45 W, Kst=14,2.
Riža. 4. Snimka zaslona parametarskog stabilizatora u stanju mirovanja
Odaberemo otpornik s otporom od 220 Ohma i snagom od 0,5 W.
Analiza rada parametarskog stabilizatora
Početni podaci analize su sljedeći: Un, In, ΔIn, ΔUin, R 0 .Također, za analizu su potrebni parametri zener diode: Ust = Un, rd, Ist max i Ist min.
Analiza se svodi na izračunavanje radne struje zener diode Ist p=(Uin-Ust)/R 0 -In; koeficijent prijenosa Nst = Uin/Ust; snaga Po balastnog otpornika, koeficijent stabilizacije Kst, koeficijent učinkovitosti i filtracije Kf.
Važno je provjeriti način rada zener diode u krugu stabilizatora, koji se izvodi pomoću formula sličnih onima danim u prvoj opciji izračuna.
Primjer analize #1
Analizirajmo vrijednosti balastnih otpornika R3 i R4 kompenzacijskih stabilizatora napona Lanzar pojačala, ovisno o korištenom naponu napajanja.Deklarirani raspon napona napajanja pojačala je od Up=±30 V do ±65 V, dok je na shemi prikazan otpor balasta otpornika R 0 =R3=R4=2,2 kOhm (1 W).
U drugoj publikaciji preporuča se odabrati vrijednost otpora balastnih otpornika ovisno o naponu napajanja pojačala pomoću formule R 0 = (Up-15) / I, gdje je I = 8 ... 10 mA. Tablica 1 prikazuje izračun pomoću navedene formule za raspon napona napajanja pojačala u koracima od 5 V.
Početni podaci za analizu: stabilizirani napon trošila Un=15 V, struja opterećenja In=(15-0,5)/R5=14,5/6,8=2,13 mA, ΔIn=0,213 mA, promjena ulaznog napona ΔUin=10%.
Izaberimo zener diodu 1N4744A, koja ima sljedeće parametre: Ust= Un=15 V; rd=14 Ohm; Ist max=61 mA; Is min=5 mA.
Analiza rada parametarskih stabilizatora u pojačalu Lanzar pokazala je da je minimalna struja stabilizatora Ist p min odabrana na granici s marginom od samo 3...14% umjesto potrebnih 20% (slika 5).
Riža. 5. Načini rada stabilizatora u Lanzar pojačalu ovisno o odabranom naponu napajanja
Koristeći Microsoft Excel alat za analizu podataka proračunske tablice "Odabir parametara", razjasnit ćemo otpor balastnih otpornika. Da bismo to učinili, idemo do ćelije s formulom za Ist p min (ćelija C26) i odaberite iz izbornika Podaci -> « Što-ako analiza»-> Izbor parametara.
Postavite ga u ćeliju C26 vrijednost 6.0 (margina 20% od Ist min), mijenja se vrijednost ćelije u koju se upisuje otpor balastnog otpornika ( 15 C$).
Dobivamo R 0 = 1,438 kOhm. Unesite u ovu ćeliju najbližu vrijednost otpora iz standardne serije R 0 =1,3 kOhm.
Provođenjem navedene operacije u tablici za sve vrijednosti napona napajanja dobivamo sljedeći rezultat (slika 6).
Riža. 6. Pojašnjenje načina rada parametarskih stabilizatora Lanzar pojačala
Rezultati analize također su sažeti u tablici 2.
Snaga otpornika za napone napajanja pojačala od ±30 V do ±40 V je 0,5 W, za ostale napone - 1 W.
Poanta
Potrebno je izračunati čak i tako jednostavan uređaj kao parametarski stabilizator napona. Odabir vrijednosti balastnog otpornika "na oko" može uzrokovati pogreške u dizajnu koje se neće odmah primijetiti.Prije sastavljanja dizajna koji vam se sviđa, preporučljivo je analizirati i, ako je potrebno, razjasniti način rada zener diode parametarskog stabilizatora pomoću predloženih proračunskih tablica u Microsoft Excelu.
Kao što znate, nijedan elektronički uređaj ne radi bez odgovarajućeg izvora napajanja. U najjednostavnijem slučaju, konvencionalni transformator i diodni most (ispravljač) s izglađujućim kondenzatorom mogu djelovati kao izvor napajanja. Međutim, transformator za potrebni napon nije uvijek pri ruci. Štoviše, takav izvor napajanja ne može se nazvati stabiliziranim, jer će napon na njegovom izlazu ovisiti o naponu u mreži.
Mogućnost rješavanja ova dva problema je korištenje gotovih stabilizatora, na primjer. Zgodni su za korištenje, ali opet nisu uvijek pri ruci. Druga mogućnost je korištenje parametarskog stabilizatora pomoću zener diode i tranzistora. Njegov dijagram prikazan je u nastavku.
Krug stabilizatora s 1 tranzistorom
VD1-VD4 u ovom dijagramu je redoviti diodni most koji pretvara izmjenični napon iz transformatora u istosmjerni napon. Kondenzator C1 izglađuje valovitost napona, pretvarajući napon iz pulsirajućeg u konstantan. Paralelno s ovim kondenzatorom vrijedi instalirati filmski ili keramički kondenzator malog kapaciteta za filtriranje visokofrekventnih valova, jer Na visokim frekvencijama elektrolitički kondenzator ne radi dobro svoj posao. Elektrolitički kondenzatori C2 i C3 u ovom krugu koriste se za istu svrhu - izglađivanje svih valova.
Lanac R1 - VD5 služi za formiranje stabiliziranog napona, otpornik R1 u njemu postavlja stabilizacijsku struju zener diode. Otpornik opterećenja R2. Tranzistor u ovom krugu apsorbira cjelokupnu razliku između ulaznog i izlaznog napona, pa se na njemu odvodi pristojna količina topline. Ovaj krug nije namijenjen za spajanje snažnog opterećenja, ali, ipak, tranzistor treba pričvrstiti na radijator pomoću paste koja provodi toplinu.
Napon na izlazu sklopa ovisi o izboru zener diode i vrijednosti otpornika. Ispod je tablica koja prikazuje vrijednosti elemenata za proizvodnju izlaznog napona od 5, 6, 9, 12, 15 volti.
Umjesto tranzistora KT829A, možete koristiti uvezene analoge, na primjer, TIP41 ili BDX53. Dopušteno je instalirati bilo koji diodni most koji je prikladan za struju i napon. Osim toga, možete ga sastaviti iz pojedinačnih dioda. Tako se pomoću minimuma dijelova dobiva funkcionalni stabilizator napona iz kojeg se mogu napajati i drugi elektronički uređaji koji troše malu struju. Fotografija stabilizatora koji sam sastavio.
Dakle, desno je dijagram jednostavnog tranzistorskog stabilizatora napona.
Oznake:
- Ik - struja kolektora tranzistora
- I n - struja opterećenja
- I b - struja baze tranzistora
- I R - struja kroz balastni otpornik
- Uin - ulazni napon
- U out - izlazni napon (pad napona preko opterećenja)
- U st - pad napona na zener diodi
- U be - pad napona na p-n spoju baza-emiter tranzistora
Kako takav stabilizator radi i kako se njegov rad razlikuje od rada? Da, njihov rad se gotovo ne razlikuje - napon na izlazu kruga ostaje stabilan kao rezultat prisutnosti odjeljaka na strujno-naponskim karakteristikama (zener dioda i p-n spoj tranzistora baza-emiter) u kojima napon pad slabo ovisi o struji. To jest, kao i kod svih parametarskih stabilizatora, stabilnost se postiže unutarnjim svojstvima komponenti.
Doista, kao što se može vidjeti sa slike, pad napona na opterećenju jednak je razlici padova napona na zener diodi i na p-n spoju BE tranzistora. Budući da pad napona na zener diodi slabo ovisi o struji (u radnom dijelu jednak je stabilizacijskom naponu), pad napona na p-n spoju s prednaponom također slabo ovisi o struji (za silicijski tranzistor može uzeti približno isto kao i za konvencionalnu silicijsku diodu - približno 0,6 V), ispada da je izlazni napon također konstantan.
Sada dodajmo malo matematike.
Sve je jasno s naponom opterećenja (izlazni napon): U van =U st -U biti, izračunajmo R 0 i područje normalnog rada stabilizatora. Ali prvo, nacrtajmo dvije slike jednu pored druge - dio kruga našeg stabilizatora i dio najjednostavnijeg parametarskog stabilizatora na zener diodi:
Tako izgleda, zar ne? Štoviše, obrazloženja i odnosi izvedeni iz njih za izračunavanje R0 i normalnog radnog područja također su vrlo slični.
Jednadžba koja opisuje struje i napone za dio našeg stabilizatorskog kruga istrgnut iznad:
U in =U st +I R R 0, uzimajući u obzir da je I R =I st +I b, dobivamo
U in =U st +(I st +I b)R 0 (1)
Za normalan rad stabilizatora (da napon na zener diodi uvijek bude u rasponu od U st min do U st max) potrebno je da struja kroz zener diodu uvijek bude u rasponu od I st min do I st max. Minimalna struja kroz zener diodu teći će pri minimalnom ulaznom naponu i maksimalnoj baznoj struji tranzistora. Znajući to, pronaći ćemo otpornik balasta:
R 0 =(U u min -U st min)/(I b max +I st min) (2)
Ako uzmemo u obzir da je u našem slučaju, kada je tranzistor spojen prema krugu sa zajedničkim kolektorom, struja baze povezana sa strujom emitera omjerom I e = I b (h 21E +1), emiter struja je jednaka struji opterećenja (jer imamo uključeno opterećenje), a napon na zener diodi u radnom načinu se malo mijenja (umjesto U st min, uzmimo samo U st), dobivamo da
R 0 =(U u min -U st)/(I n max /(h 21E +1)+I st min) (3)
h 21E +1 je strujno pojačanje za krug sa zajedničkim kolektorom (h 21K), ali budući da je h 21E obično prilično velik, izraz "+1" često se izbacuje i pretpostavlja se da je h 21K = h 21E, tada formula (3 ) postaje malo jednostavnija:
R 0 =(U u min -U st)/(I n max /h 21E +I st min)
Maksimalna struja kroz zener diodu teći će pri minimalnoj struji baze tranzistora i maksimalnom ulaznom naponu. Uzimajući ovo u obzir i ono što je gore rečeno u vezi s minimalnom strujom kroz zener diodu, pomoću jednadžbe (1) možete pronaći područje normalnog rada stabilizatora:
Pregrupirajući ovaj izraz, dobivamo:
Ili, na drugi način:
Ako pretpostavimo da se minimalni i maksimalni stabilizacijski napon (U st min i U st max) neznatno razlikuju (prvi izraz na desnoj strani može se smatrati jednakim nuli), a također da je I n =I e =I b h 21E ( "+ 1" - izbaci), zatim jednadžba koja opisuje područje normalnog rada stabilizatora, imat će sljedeći oblik:
Ova formula jasno pokazuje prednost takvog tranzistorskog stabilizatora u odnosu na parametarski stabilizator temeljen na zener diodi - uz sve ostale parametre jednake, izlazna struja tranzistorskog stabilizatora može varirati u širem rasponu.
Na primjer, uzmimo ponovno zener diodu KS147A (I st = 3..53mA) i procijenimo koju najveću struju možemo očekivati kada se napon smanji sa 6..10V na 5V, pod uvjetom da izlazna struja može varirati od nula do I max. Uzmimo tranzistor KT815A (h 21E = 40). Zajedničkim rješavanjem sustava jednadžbi (3), (4) dobivamo R 0 oko 110 Ohma i maksimalnu struju od oko 550 mA.
Međutim, vrijedno je napomenuti da će nestabilnost izlaznog napona u ovom slučaju biti još gora, jer će se sada nestabilnost pada napona na p-n spoju tranzistora dodati nestabilnosti napona na zener diodi. Osim toga, još nismo uzeli u obzir da će izlazni napon biti manji nego na zener diodi za količinu pada napona na p-n spoju, tako da bismo za dobru mjeru morali uzeti zener diodu ne na 4,7 V, već na 5,1 ili čak 5,6 Volta (posebno sam uzeo kao primjer istu zener diodu kao u tako da se jasnije vidi kako bi se struja opterećenja razlikovala s istom zener diodom).
Zapravo, metode rješavanja nestabilnosti ovdje su potpuno slične - morate nekako smanjiti nestabilnost napona na zener diodi. Da biste to učinili, možete, kao i prošli put, uzeti uži radni dio I-V karakteristike zener diode. To će, naravno, dovesti i do sužavanja područja normalnog rada (jer će se smanjiti raspon promjene radne struje zener diode), ali u ovom slučaju, kada područje normalan rad je već širi od parametarskog stabilizatora na zener diodi (oko h 21E puta), sasvim si možemo priuštiti da se odreknemo dijela raspona izlazne struje i/ili dijela raspona ulaznog napona kako bismo povećati stabilnost izlaznog napona.
Područje normalnog rada možete dodatno povećati ako koristite dva tranzistora spojena prema Darlingtonovom ili Szyklaijevom krugu (slika lijevo). U ovom slučaju, h 21E će biti puno veći.
Pa, ono što najviše škripi, jer pojačanje op-amp-a nije samo veće, već značajno, mnogo, mnogo, mnogo puta veće od bilo kojeg tranzistora (prema tome, moći ćemo promijeniti struju kroz zener diode u još užem području, dobit ćemo još manju promjenu napona na njoj i, kao rezultat, još stabilniji izlazni napon).
Postoji još jedna opcija - umjesto obične zener diode, možete uzeti integralnu zener diodu, na primjer, TL431. U ovom slučaju, osim znatno manje nestabilnosti, dobivamo i mogućnost regulacije izlaznog napona.
Za početak, reći ću da se laganim pokretom ruke takav stabilizator napona može pretvoriti u stabilizator struje (samo trebate stabilizirati napon ne na opterećenju, već na posebnom otporniku za mjerenje struje).
Sve do nedavno, parametarski stabilizatori napona korišteni su za napajanje kaskada male snage elektroničke opreme. Sada je puno jeftinije i učinkovitije koristiti kompenzacijske stabilizatore niske razine šuma poput ADP3330 ili ADM7154. Ipak, određeni broj opreme koja je već u proizvodnji već koristi parametarske stabilizatore, pa ih je potrebno znati izračunati. Najčešći dijagram parametarskog stabilizatora prikazan je na slici 1.
Slika 1. Dijagram parametarskog stabilizatora
Ova slika prikazuje krug pozitivnog stabilizatora napona. Ako je potrebno stabilizirati negativni napon, tada se zener dioda postavlja u suprotnom smjeru. Stabilizacijski napon u potpunosti je određen tipom zener diode.
Proračun stabilizatora se tako svodi na proračun otpornika R 0 . Prije nego što počnete izračunavati, trebali biste odlučiti o glavnom faktoru destabilizacije:
- ulazni napon;
- struja potrošnje.
Nestabilan ulazni napon sa stabilnom potrošnjom struje obično je prisutan u izvorima referentnog napona za analogno-digitalne i digitalno-analogne pretvarače. Za parametarski stabilizator koji napaja određeni dio opreme potrebno je uzeti u obzir promjenu izlazne struje. U krugu prikazanom na slici 1. pri konstantnom ulaznom naponu struja ja uvijek će biti stabilan. Ako opterećenje troši manje struje, tada će njegov višak ići u zener diodu.
ja = ja st + ja n (1)Stoga maksimalna struja opterećenja ne može premašiti maksimalnu struju zener diode. Ako ulazni napon nije konstantan (a ova je situacija vrlo česta), tada se dopušteni raspon promjena struje opterećenja dodatno smanjuje. Otpor otpornika R 0 se izračunava prema Ohmovom zakonu. Izračun koristi minimalnu vrijednost ulaznog napona.
(2)
Maksimalni raspon promjena ulaznog napona može se odrediti pomoću Kirhoffovog zakona. Nakon nekih manjih transformacija, može se svesti na sljedeću formulu:
(3)
Dakle, izračun parametarskog stabilizatora je prilično jednostavan. Upravo to ga čini atraktivnim. Međutim, pri odabiru vrste stabilizatora treba imati na umu činjenicu da je zener dioda (ali ne i stabilizator) izvor buke. Stoga se opisani stabilizator ne smije koristiti u kritičnim jedinicama radio opreme. Dopustite mi da još jednom naglasim da su pri projektiranju nove opreme mali kompenzacijski stabilizatori s niskim šumom, kao što je ADP7142, prikladniji kao sekundarni izvor napajanja.
Književnost:
- Sazhnev A.M., Rogulina L.G., Abramov S.S. „Napajanje uređaja i komunikacijskih sustava”: Udžbenik / Državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja SibGUTI. Novosibirsk, 2008 – 112 s.
- Aliev I.I. Elektronička referentna knjiga. – 4. izd. kor. – M.: IP Radio Soft, 2006. – 384 str.
- Geytenko E.N. Sekundarni izvori energije. Projektiranje i proračun strujnih krugova. Tutorial. – M., 2008. – 448 str.
- Napajanje uređaja i telekomunikacijskih sustava: Udžbenik za sveučilišta / V.M. Bushuev, V.A. Deminski, L.F. Zakharov i drugi - M., 2009. – 384 str.
- Parametarski stabilizatori napona. Proračun najjednostavnijeg parametarskog stabilizatora pomoću zener diode (http://www.radiohlam.ru/)
Za izravnavanje valova napona i konstantne struje na izlazu napajanja koriste se stabilizatori. U pravilu, stabilizator se temelji na zener diodi. Zener dioda je poluvodički uređaj sa svojstvima stabilizacije napona. Za razliku od konvencionalne diode, radi u obrnutom polaritetu (plus se dovodi na katodu), u režimu sloma lavine. Zbog ovog svojstva zener diode, napon na njemu, a time i na opterećenju, praktički se ne mijenja. Slika ispod prikazuje dijagram jednostavnog stabilizatora.
Ovaj stabilizator prikladan je za napajanje uređaja male snage.
Princip rada stabilizatora na zener diodi
Za izglađivanje valova napona potreban je kondenzator; naziva se filtar. Otpornik je potreban za izravnavanje strujnih valova i naziva se prigušni otpornik. Zener dioda stabilizira napon preko opterećenja. Za normalan rad ovog kruga, napon napajanja mora biti veći od 40 ... 50%. Zener dioda bi trebala biti odabrana za napon i struju koji su nam potrebni.
Stabilizator na jednom tranzistoru
Za napajanje opterećenja veće snage, u strujni krug se dodaje tranzistor. Primjer strujnog kruga prikazan je u nastavku.
Princip rada stabilizatora na jednom tranzistoru
Lanac R1 i VT1 već nam je poznat iz prethodnog kruga; ovo je najjednostavniji stabilizator; postavlja stabilizirani napon na temelju tranzistora VT2. Tranzistor, zauzvrat, obavlja funkciju strujnog pojačala i kontrolni je element u ovom krugu. Na primjer, kako se ulazni napon povećava, izlazni napon će težiti povećanju. To dovodi do smanjenja napona na emiterskom spoju tranzistora VT2, što dovodi do njegovog zatvaranja. U tom se slučaju pad napona u dijelu emiter-kolektor povećava toliko da se napon na zener diodi smanjuje na izvornu razinu. Kada napon padne, stabilizator reagira obrnutim redoslijedom.
Tranzistorski stabilizator sa zaštitom od kratkog spoja
U praksi radioamatera dolazi do grešaka i kratkog spoja. Kako biste smanjili posljedice kratkog spoja, razmislite o krugu stabilizatora za dva fiksna napona i sa zaštitom od kratkog spoja.
Kao što vidite, ovom krugu su dodani tranzistor V4, diode V6 i V7, a parametarski stabilizator koji se sastoji od otpornika R1, dioda V2, V3 opremljen je sklopkom S2.
Princip rada zaštite stabilizatora
Ovaj krug je dizajniran za struju kratkog spoja od 250 ... 300 mA; sve dok se ne premaši, struja će proći kroz razdjelnik napona koji se sastoji od diode V7 i otpornika R3. Odabirom ovog otpornika možete podesiti zaštitni prag. Dioda V6 će biti zatvorena i neće imati nikakvog utjecaja na rad. Kada se zaštita aktivira, dioda V7 će se zatvoriti, a dioda V6 će se otvoriti i premostiti spojeve zener diode, dok će se tranzistori V4 i V5 zatvoriti. Struja opterećenja će pasti na 20...30 mA. Tranzistor V5 treba ugraditi na hladnjak.
Stabilizator s podesivim izlaznim naponom
Prilikom popravka ili podešavanja elektroničkih uređaja potrebno je imati napajanje s podesivim izlaznim naponom. Dolje je prikazan shematski dijagram naponski reguliranih stabilizatora.
Princip rada stabilizatora s regulacijom napona
Parametarski stabilizator koji se sastoji od R2 i V2 stabilizira napon na promjenjivom otporniku R3. Napon s ovog otpornika dovodi se do upravljačkog tranzistora. Ovaj tranzistor je spojen prema krugu sljedbenika emitera, čije je opterećenje otpornik R4. Napon s otpornika R4 dovodi se do upravljačkog tranzistora V4, čije je opterećenje već naš napajani uređaj. Regulacija napona vrši se promjenjivim otpornikom R3; ako je klizač otpornika u minimalnom položaju prema krugu, tada napon za otvaranje tranzistora V3 i V4 nije dovoljan i izlaz će imati minimalni napon. Kada se motor okreće, tranzistori se počinju otvarati, što povećava napon na opterećenju. Kako se struja opterećenja povećava, počinje svijetliti pad napona na otporniku R1 i lampi H1; pri struji od 250 mA uočava se slab sjaj, a pri struji od 500 mA i više uočava se svijetli sjaj. Tranzistor V4 treba ugraditi na hladnjak. S povećanim opterećenjem većim od 500 mA, trebali biste isključiti napajanje što je brže moguće, jer pri dugotrajnom maksimalnom opterećenju diode u ispravljačkom mostu i tranzistoru V4 ne uspijevaju.
Ovi krugovi, kada su pravilno sastavljeni, ne zahtijevaju podešavanje. Također se mogu nadograditi na veće struje i napone. Odabirom radioelemenata s parametrima koji su nam potrebni.
To je sve. Ako imate komentara ili prijedloga u vezi s ovim člankom, pišite administratoru stranice.
