Расчет стабилизатора напряжения на стабилитроне. Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне: формулы и примеры

Как рассчитать параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне. Какие формулы используются для расчета тока и сопротивлений. Как подобрать оптимальные параметры стабилизатора напряжения.

Принцип работы параметрического стабилизатора напряжения

Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне — это простейшая схема стабилизации выходного напряжения. Его работа основана на свойстве стабилитрона поддерживать постоянное напряжение на своих выводах при обратном включении в области пробоя.

Основные элементы схемы:

• Стабилитрон (VD)
• Балластный (ограничительный) резистор (R1)
• Нагрузка (RL)

Принцип действия следующий:

1. На вход подается нестабилизированное напряжение Uвх
2. Стабилитрон включен параллельно нагрузке и поддерживает на ней постоянное напряжение Uст
3. Балластный резистор R1 ограничивает ток через стабилитрон
4. При изменении входного напряжения или тока нагрузки, ток через стабилитрон изменяется, компенсируя эти изменения

Основные расчетные формулы стабилизатора

Для расчета параметров стабилизатора используются следующие формулы:

• Ток стабилитрона: I_ст = I_вх — I_н
• Входной ток: I_вх = (U_вх — U_ст) / R1
• Ток нагрузки: I_н = U_ст / R_н
• Мощность на стабилитроне: P_ст = U_ст * I_ст
• Мощность на балластном резисторе: P_R1 = (U_вх — U_ст) * I_вх

Где:

• U_вх — входное напряжение
• U_ст — напряжение стабилизации
• R1 — сопротивление балластного резистора
• R_н — сопротивление нагрузки

Выбор оптимальных параметров стабилизатора

При расчете стабилизатора необходимо учитывать следующие требования:

1. Ток стабилитрона должен находиться в диапазоне I
   ст min < I_ст < I_{ст max}
2. Мощность рассеяния на стабилитроне не должна превышать P_{ст max}
3. Напряжение на балластном резисторе должно быть U_R1 > 2-3 В
4. КПД стабилизатора желательно иметь не менее 50%

Оптимальные параметры подбираются исходя из этих условий и требуемых характеристик стабилизатора.

Пример расчета параметрического стабилизатора

Рассмотрим пример расчета стабилизатора со следующими исходными данными:

• Входное напряжение U_вх = 15 В
• Выходное напряжение U_вых = 9.1 В
• Ток нагрузки I_н = 20 мА
• Стабилитрон КС509А (U_ст = 9.1 В, I_{ст min} = 3 мА, I_{ст max} = 76 мА)

Порядок расчета:

1. Выбираем ток стабилитрона I_ст = 10 мА
2. Рассчитываем входной ток: I_вх = I_н + I_ст = 20 + 10 = 30 мА
3. Находим сопротивление балластного резистора: R1 = (U_вх — U_ст) / I_вх = (15 — 9.1) / 0.03 = 197 Ом
4. Округляем до ближайшего стандартного значения R1 = 200 Ом
5. Проверяем мощность рассеяния: P_R1 = (15 — 9.1) * 0.03 = 0.177 Вт
6. Выбираем резистор мощностью 0.25 Вт

Таким образом, получаем работоспособный стабилизатор с заданными параметрами.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора

Коэффициент стабилизации — важный параметр, характеризующий качество работы стабилизатора. Он показывает, во сколько раз относительное изменение выходного напряжения меньше вызвавшего его относительного изменения входного напряжения.

Коэффициент стабилизации рассчитывается по формуле:

K_ст = (ΔU_вх / U_вх) / (ΔU_вых / U_вых)

Для параметрического стабилизатора коэффициент стабилизации обычно находится в пределах 20-50. Это означает, что при изменении входного напряжения на 10%, выходное изменится лишь на 0.2-0.5%.

Достоинства и недостатки параметрического стабилизатора

Основные достоинства параметрического стабилизатора на стабилитроне:

• Простота схемы
• Низкая стоимость
• Высокое быстродействие
• Малые габариты

Недостатки:

• Низкий КПД (30-50%)
• Небольшой диапазон регулирования тока нагрузки
• Зависимость выходного напряжения от температуры
• Относительно невысокий коэффициент стабилизации

Несмотря на недостатки, параметрические стабилизаторы широко применяются в маломощных источниках питания, где не требуется высокая точность стабилизации.

Применение параметрических стабилизаторов напряжения

Параметрические стабилизаторы напряжения на стабилитронах находят применение в следующих областях:

• Источники опорного напряжения в измерительных приборах
• Маломощные стабилизированные источники питания
• Схемы защиты от перенапряжений
• Формирователи уровней сигналов в цифровых устройствах
• Источники смещения в усилителях

Они хорошо подходят для случаев, когда требуется простое и недорогое решение для стабилизации напряжения при небольших токах нагрузки.

Улучшение характеристик параметрического стабилизатора

Для повышения эффективности параметрического стабилизатора можно применить следующие методы:

1. Использование составного стабилитрона из нескольких последовательно включенных стабилитронов для увеличения напряжения стабилизации
2. Применение температурной компенсации для уменьшения температурного дрейфа выходного напряжения
3. Добавление эмиттерного повторителя на выходе для увеличения нагрузочной способности
4. Использование параллельного включения стабилитронов для повышения мощности

Эти меры позволяют расширить область применения параметрических стабилизаторов и улучшить их характеристики.

Заключение

Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне — простое и эффективное решение для стабилизации напряжения в маломощных цепях. Правильный расчет параметров позволяет получить оптимальные характеристики стабилизатора для конкретного применения. Несмотря на ограничения, такие стабилизаторы остаются востребованными благодаря своей простоте и надежности.

Калькулятор параметрического стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрического напряжения, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах. В реальных схемах много факторов которые могут повлиять на изменение выходного напряжения: значение входного напряжения, сопротивление нагрузки, температуры и другие внешние воздействия. В качестве примера такого стабилизатора рассмотрим параметрический стабилизатор. Основным элементом простого стабилизатора используется полупроводниковый стабилитрон, который работает в области электрического пробоя на обратном участке вольтамперной характеристики. Для правильной работы стабилитрон должен подключаться в обратном направлении. При этом его ток подбирается таким образом, чтобы при изменении тока нагрузки, напряжение на ней не изменялось. Наиболее важным параметром стабилитрона является напряжение стабилизации. Стабилитроны производят на напряжение от 3 до 400 В.

Оно зависит от толщины p-n перехода. При этом в зависимости от толщины перехода пробой бывает лавинным или туннельным. Другие параметры стабилитронов: номинальный ток I ном и пределы его изменения I стmin … Iстmax; максимальная допустимая мощность рассеивания P доп = U ст × I стmax; дифференциальное сопротивление на рабочем участке rd; температурный коэффициент напряжения (ТКН). КПД параметрического стабилизатора, будет определяться отношением мощности, отдаваемой в нагрузку к входной мощности и к сожалению эти значения не всегда велики.

Работа стабилизатора основана на свойстве стабилитрона в момент пробоя. Напряжение на стабилитроне практически не изменяется на рабочем участке между точками А и B.

I_ст — ток через стабилитрон

I_н — ток нагрузки

R_н — сопротивление нагрузки

R₀ — балластный резистор (ограничительный, гасящий)

U_вых = U_ст

U_вх — входное напряжение

Основные дестабилизирующие факторы: изменение входного напряжения и изменение тока потребления. В приведенной на рисунке схеме при постоянном входном напряжении ток I всегда будет стабильным. Если нагрузка будет потреблять меньше тока, то его излишки уйдут в стабилитрон, т.е. I = Iст + Iн. Отсюда важное замечание: максимальный ток нагрузки не может превышать максимальный ток стабилитрона. Другой вариант дестабилизации — это изменение входного напряжения. Изменение входного напряжения, изменяет ток через балластный резистор Ro и через стабилитрон. Изменение тока через стабилитрон в диапазоне от Iстmin до Iстmax (от точки А до точки В) практически не приводит к изменению напряжения на стабилитроне, а значит и нагрузке. То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором.

Введите данные напряжений и силы тока для расчета

3-й шаг

Максимальный ток нагрузки не может превышать максимальный ток стабилитрона.

Рассчитанные результаты:

R₀  =   Ом

Мощность  =   Вт

Поиск стабилитрона на сайте

Найти на сайте

Поиск резистора на сайте:

Внимание! Производители объединяют резисторы в серии или ряды: E6, E12, E24…

Для подбора компонента будет использована серия E24.

Найти на сайте

Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом.
Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!

Задачи и примеры стабилизатор его характеристики, напряжение…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про задачи стабилизатор, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое задачи стабилизатор, задачи стабилитрон, ток стабилитрона, напряжения стабилизации, характеристики стабилитрона , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

Задача. В параметрическом стабилизаторе напряжения используется стабилитрон с Uст= 10 В. Определить допустимые пределы изменения входного напряжения, если максимальный ток стабилитрона Iст.макс= 30 мА, минимальный ток стабилитрона Iст.

мин= 1 мА, сопротивление резистора нагрузки Rн= 1 кОм и сопротивление ограничительного резистора Rогр= 0,5 кОм.

Решение.

Входное напряжение параметрического стабилизатора

Ток нагрузки определим по формуле .

Подставив это значение в первую формулу, получим:

.

Подставляя в эту формулу максимальное и минимальное значение тока стабилитрона, получим максимальное и минимальное значения входного напряжения:

Пример расчета параметрического стабилизатора напряжения

При изменении напряжения стабилизации напряжения от 8 до 8.1 В ток стабилитрона изменился от 2 до 22 мА. Определить дифференциальное сопротивление стабилитрона. Определить коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на таком стабилитроне, если U_вх= 16 В,R_огр= 500 Ом.

Решение. Дифференциальное (динамическое) сопротивление стабилитрона

кОм или 5 Ом.

Коэффициент стабилизации .

задачи стабилизатор

1 . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Чему равно относительное изменение напряжение на выходе параметрического стабилизатора, если ток стабилитрона изменился на 2 мА, Uст = 8 В, Rдиф = 16 Ом?

Решение:

2. Напряжение u = Um(1,5 — 2t/T) B подается на цепочку из последовательно соединенных резистора R = 200 Ом и стабилитрона КС182 . Определить ток в цепи для t = 0.2T, если дифференциальное сопротивление стабилитрона Rн = 30 Ом, Um = 12 В.

Решение:
i = (u – Uст) / (R + Rн)
U(0,2T) = 1,1Um
i(0,2T) = (14 — 8,2)/230 = 0,025 A

3. Нарисовать характеристику стабилитрона с параметрами:
Uст = 12 В, Iст min = 3 мА, Rдиф = 25 Ом
Iст mах = 50 мА.

Решение:
∆Iст = Iст mах — Iст min = 50 – 3 = 47 мА
∆ Uст = ∆Iст •Rдиф = 0,047•25 = 1,175 В
Uст min = Uст — ∆ Uст/2 = 11,42 В
Uст mах = Uст + ∆ Uст/2 = 12,59 В

Строим ВАХ стабилитрона как показано на рисунке .

4. Для схемы стабилизатора, стабилитрон имеет параметры:
Uст = 20 В, Iст min = 1 мА, Rдиф = 40 Ом, Iст mах = 71 мА. Определить ток I в цепи графическим способом, если Iн =20 мА:

Решение:
I = Iст + Iн
∆Iст = Iст mах — Iст min = 71 — 1 = 70 мА
∆ Uст = ∆Iст •Rдиф = 0,07•40 = 2,8 В
Uст min = Uст — ∆Uст/2 = 18,6 В
Uст mах = Uст + ∆Uст/2 = 21,4 В

Строим ВАХ стабилитрона, ВАХ резистора. Суммируем ВАХ-ки. Графически определяем ток неразветвленного участка цепи.
I = 55 мА

5. Для стабилизации напряжения в нагрузке Rн = 2 кОм используется параметрический стабилизатор напряжения . Стабилитрон имеет параметры:
Iстmin = 1 мА, _Iстmax = 23 мА, R_диф = 30 Ом; номинальное напряжение на выходе равно 11 В, входное напряжение 22 В.
Определить К_ст и R_бал.

Решение:

6. Определить напряжение на входе стабилизатора. Параметры
стабилитрона: Uст = 12 В, Iст min =5 мА, Iст mах=35 мА, Rдиф = 20 Ом
Rбал = 800 Ом, Rн = ∞.

Решение:
ток через стабилизатор

Так как стабилитрон и балластное сопротивление включены в цепь последовательно, то

По второму закону Кирхгофа:

7. Определить U2 в стабилизаторе напряжения, если U1 = 16 В, R1 = 300 Ом,
R2 = 1.2 кОм, Uст min = 12 В, Rст = 15 Ом.
Указание: решить задачу аналитическим методом, ис¬пользуя схему замещения стабилитрона (ис¬точник эдс Е = Uст, включенный последовательно с резистором Rст).

Решение:
Начертим схему замещения стабилизатора

Используем метод двух узлов:

U2 = 12,2 В

8. Периодическое напряжение u меняется по закону u(t) = 24(1 – 2t/T), где T – период. Напряжение стабилизации стабилитрона 8 В. R1 = R2 = 1 кОм.
Построить график изменения напряжения на выходе.
Диод и стабилитрон считать идеальными.

Решение:
В положительный полупериод диод VD2 закрыт. Напряжение Uвых при t = 0 будет равно напряжению стабилизации. С момента времени
t = T/3 до T/2 меняется от 8 В до нуля.
В отрицательный полупериод диод VD2 открыт. При отключенной ветви со стабилитронами напряжение на резисторе R2 меняется от нуля (при t = T/2) до – 12 В, при t = T. Подключение ветви со стабилитронами ограничивает напряжение на выходе до – 8 В.

См. также

• задачи диод , задачи выпрямитель , задачи электротехника ,
• полупроводниковый диод , вах диодов , классификация диодов , уго диодов ,
• задачи транзисторы , задачи усилители ,
• стабилитрон
• ВАХ диодов

Статью про задачи стабилизатор я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развии теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое задачи стабилизатор, задачи стабилитрон, ток стабилитрона, напряжения стабилизации, характеристики стабилитрона и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Стабилитрон как регулятор напряжения, откуда берутся формулы?

Задавать вопрос

спросил 7 лет, 1 месяц назад

Изменено 7 лет назад

Просмотрено 9к раз

\$\начало группы\$

В настоящее время я изучаю приведенную выше схему и пытаюсь лучше понять ее. Я нашел следующие форумы для расчета Rs Max и Rs Min:

$$R_Smax = R_L(\frac{V_{in}} {V_z}-1)$$

Что, я думаю, происходит от:

$$V_{in} = IR_{total}$$ $$V_{in} = I(R_S+R_L)$$ $$\frac{V_{in}}{(R_S+R_L)} = I$$ $$\frac{V_{in}}{(R_S+R_L)} = \frac{V_z}{R_L}$$ $$V_z = \frac{V_{in}R_L}{(R_S+R_L)}$$

Отсюда:

$$R_Smax = R_L(\frac{V_{in}}{V_z}-1)$$

Если это так, то мне кажется это неправильным. Разве стабилитрон и резистор L не включены в параллельную цепь? потому что, если формула взята оттуда, это все равно, что сказать, что стабилитрон включен последовательно с Rs, но из того, что я вижу на чертеже схемы, резистор L подключен параллельно стабилитрону, так почему бы не использовать формулу нагруженного делителя потенциала? в отличие от потенциального делителя? плюс это все равно, что сказать, что текущий Is будет таким же, как текущий в IL….

$$I_S = I_Z + I_L$$

Верно ли это?

, если кто-то может мне это объяснить, я был бы признателен, это беспокоило меня несколько дней.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Все ваши предположения совершенно верны. Часть, которую вам не хватает, заключается в том, что при расчете Rsmax предполагается, что Iz равен нулю. Идея состоит в том, что R1 использует весь доступный ток, а стабилитрон вообще не проводит ток. Если ток Зенера равен нулю, то из этого следует, что схема представляет собой простой делитель напряжения. Первое уравнение, которое у вас есть, — это уравнение делителя напряжения, которое решается для Rsmax, поскольку три других значения известны.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Полное объяснение здесь

(извините за мой английский, но я являюсь носителем испанского языка, но я люблю электронику, и я нахожу все страницы, которые могут помочь улучшить мои знания в области электроники и английского языка)

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Напряжение

— Каков максимальный и минимальный ток через стабилитрон?

Джек Ганссле в своих информационных бюллетенях The Embedded Muse 229 и 230 разглагольствует и сетует на то, что таблицы данных должны быть более полезными.

В 229 он говорит

Спецификация Rant

Все дело в коде — к сожалению. Как уже упоминалось выше трудно получить конкретную информацию о Kinetis’ Энергопотребление L-серии. Но это распространенная проблема сегодня — В спецификациях все чаще отсутствует электрическая информация о конструкции инженер должен выбрать деталь и правильно спроектировать ее.

В 230 он говорит

Один читатель, работающий на крупного поставщика полупроводников, ответил: задача: что должен содержать набор данных? С языком в щеке я ответил: «Полная схема детали на транзисторном уровне!» На самом деле, я понимаю, как трудно действительно документировать эти сложные устройства.

Но это неприятно, когда электрические параметры не полностью характеризуется. Часто приводятся только типовые значения, а не максимальные и минимальные. Некоторые поставщики рассматривают эти компоненты как логические устройства, хотя на самом деле связано ли много электронных проблем (напряжения, токи, так далее).

Вы только посмотрите на конкуренцию. В дополнение к вашему описанию стабилитрона Nexperia (NXP), я нашел это On Semiconductor и это Vishay. Только в техпаспорте On Semi стабилитрона указано напряжение при испытательном токе 37 мА: минимум = 6,46, типичный = 6,8, максимальный = 7,14. Спасибо, On Semiconductor!

Полная характеристика устройств очень дорога! В некотором смысле это поднимает планку, барьер для входа, уменьшает количество конкурентов у компании, потому что это просто требует много работы, денег и времени…

Я был бы рад, если бы сообщество Maker или большой клуб IEEE создали некоммерческую организацию для характеристики распространенных простых устройств, подобных этим, для масс, потому что это статистическое исследование, и оно требует приличного размера выборки. . Мы можем справиться с этим вместе, ты так не думаешь? Вместо краудфандинга с KickStarter у нас могли бы быть CrowdCharacterization, CrowdPCB, CrowdPlacement и CrowdGrunt (окончательная сборка).

Вот мой пошаговый ответ на ваш вопрос:

Для простого электронного регулятора напряжения на стабилитроне я использую следующую схему. (Зинеровский шунтирующий регулятор)

Это схема из стандартных блоков, и если вы посмотрите внимательнее, хотя в техническом описании указано «Регулятор напряжения», в разделе «Приложения» указано «стабилизация напряжения» — это не очень точно. Для точности вы хотели бы использовать опорное напряжение — ненагруженное — и использовать его с каким-либо усилителем (NPN, FET или операционным усилителем) для подачи мощности при указанном напряжении.

Для определения Rs и RL мне нужно знать Izmax и Izmin стабилитрона 1N4736A.

Рекомендую осмотреться и изучить, как используются стабилитроны в других схемах. Как любитель, я получил старую копию «Искусство электроники», в которой есть хороший раздел о силовой электронике и линейных регуляторах, как вы пытаетесь использовать этот стабилитрон, но , для которого этот стабилитрон не предназначен . Если ваше приложение особенно маломощное и не требовательно к входящему напряжению, оно может сработать. Но вы все равно можете захотеть получить 100 (или 1000) и построить результаты, и провести статистическое исследование, если это в конечном итоге войдет в реальный продукт.

Из этого [техническое описание] указаны различные характеристики тока. доступный. Максимальный рабочий ток составляет 133 мА. Испытательный ток при рабочем напряжении 37 мА. (Где-то я нашел) Зенер получит поврежден, если он работает непрерывно при максимальном рабочем токе.

Инженеру часто приходится иметь дело с импульсами и кратковременными импульсами высокой мощности, и максимальная цифра для этих обычаев. Это всего лишь нечеткая идея, на самом деле, того, на что способно устройство, и часть устранения частей, которые будут никогда не работайте над приложением, «потому что максимальное значение просто слишком низкое». Вы несете ответственность за то, чтобы эта часть работала для вашего приложения.

Для расчета минимального тока стабилитрона в одном источнике сказано что это 10% от максимальной текущей цифры, а другой источник говорит, что это ток колена (1 мА), при котором проверяется импеданс. Какой правильный выбор?

Производители часто тестируют свои детали не так, как другие производители. Это делает невозможным правильное сравнение деталей, по крайней мере, при покупке. Вы тот, кто должен проверить деталь, чтобы увидеть, как она себя ведет. У тебя есть мой сочувствие. И, как вы видели выше, мое сердце в том, что некоторые люди объединяются это достаточно большая группа вместе и позволяет кое-что из этого для маленького парня.

(из комментария) Это на самом деле для демонстрационных целей работа схемы от минимально возможного сопротивления нагрузки (макс. Нагрузка) до состояния без нагрузки. (Мин. нагрузка)

Перед тем, как учить кого-то еще (кроме, может быть, начинающих клуб электроники) наверняка хочется много вложить и в изучение и в тестирование этой схемы и более сложного (и полезного) опорного стабилитрона/напряжения схемы. Вы не хотите смущаться, когда ваш стабилитрон сгорает (если вы не инсценировали это, чтобы «научить» их) или когда они задают вопросы, которые вы не могла ответить.

Я оставлю вам схему из книги «Искусство электроники», второе издание, стр. 319. Это «стабилитрон активной мощности», своего рода активный зажим. Идея состоит в том, что если входящий источник питания генерирует слишком большое напряжение, сделать короткое замыкание жестким и быстрым, чтобы перегореть предохранитель или бросить автоматический выключатель и предотвратить более медленное разрушение цепи, которая проходит мимо этого, а также, возможно, предотвратить опасность пожара. Перенапряжение = короткое замыкание. Простой и надежный, и защищает остальную часть цепи.

Вы можете видеть, что для этого виртуального компонента, хотя он и должен «включаться» при 6,8 вольт, он больше как бы «скользит», и уже потребляет более трех ампер при своих номинальных 6,8 вольта . Теперь кривая во многом зависит от того, какой транзистор я подключаю — 2N3055, вероятно, может выдерживать большее рассеивание мощности, но имеет значительно более низкое бета (усиление) — что, вероятно, лучше подходит для активного зажима на 6,8 вольт. Но я бы, наверное, сначала выбрал силовой транзистор, а стабилитрон выполнил двоичный поиск.

Под бинарным поиском я подразумеваю постоянное деление области поиска пополам каждый раз, что позволяет мне быстро найти ответ. Удачи вам.

Кстати, если делаешь демку, то всегда любят смотреть на «волшебный дым». Сначала покажите им, чего делать нельзя. Это лучший способ мгновенно привлечь их внимание. Мой (замечательный) школьный учитель спрашивал: «Может ли вода взорваться».