Стабилитроны в стабилизаторах напряжения
Позвольте уважаемые предложить ещё немного полезной теории, так как практических конструкций на сайте Радиосхемы более чем достаточно. Рассмотрим стабилитроны в стабилизаторах напряжения. При смещении в прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный кремниевый диод с PN переходом, позволяя току течь от анода к катоду. Но в отличие от обычного диода, который блокирует ток при обратном смещении, при достижении определенного порога обратного напряжения стабилитрон начинает проводить ток в противоположном направлении. Пороговое напряжение для этого явления и называется напряжением стабилитрона. Давайте проанализируем несколько аспектов моделирования этих типов схем, которые используются в качестве стабилизаторов напряжения.
Когда напряжение приложенное к стабилитрону превышает пороговое значение, характерное для данного элемента, возникает в области обеднения полупроводников процесс, известный как лавинный пробой.
В результате через него протекает большой ток, который ограничивает дальнейшее повышение напряжения. Во время этого процесса создаются электрические заряды в результате столкновения свободных электронов с атомами полупроводника, что, в свою очередь, приводит к выделению тепла и возможности необратимого повреждения устройства.
Но если диод изготовлен с очень тонкой и сильно легированной обедненной областью, можно генерировать обратный ток, создавая достаточно сильное электрическое поле в переходе. Этот процесс полностью обратимый и не повредит его. Точка на горизонтальной оси, от которой начинается стабилизация напряжения на стабилитроне, соответствует так называемому напряжению стабилитрона (VZ), значение которого может быть от единиц до нескольких сотен вольт. Наклон кривой проводимости и минимальное значение обратного тока, с которого запускается процесс, можно точно контролировать во время производственного процесса с допуском менее 1%, изменяя параметры легирования и изготовления.
Стабилизатор напряжения на стабилитроне
Стабилитрон обеспечивает гораздо более высокий уровень стабильности питания, чем может быть достигнут, например, с помощью одной только схемы выпрямителя и фильтрующего конденсатора. В частности, за счет соответствующего легирования полупроводников можно получить практически вертикальный наклон кривой, получая стабилизированное напряжение с незначительной и постоянной пульсацией, которая не изменяется при изменении входного напряжения.
Далее показана схема простейшего стабилизатора напряжения, основанного на стабилитроне. Использовался стабилитрон с VZ = 12 В, а значение последовательного резистора R можно определить по формуле, как показано на рисунке, где Vi – входное напряжение, Vo – стабилизированное выходное напряжение (в данном случае 12 В), а IL – ток, потребляемый нагрузкой.
Без нагрузки (IL = 0) весь ток из схемы будет проходить через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает его до максимальной своей мощности.
Следовательно необходимо тщательно выбирать значение последовательного сопротивления, чтобы не превышать максимальную мощность, которую стабилитрон может рассеять когда к нему не подключена нагрузка. Эта схема способна генерировать ток не более десятков миллиампер, она часто используется для смещения базы транзистора или в качестве входа в операционный усилитель, тем самым получая более высокий выходной ток от стабилизатора.
На схеме показан стабилизатор на шунтирующем транзисторе, способный увеличивать мощность, подаваемую на нагрузку. Выходное напряжение VO определяется формулой: VO = VZ + VBE.
Стандартные напряжения стабилитронов
В продаже представлены стабилитроны с характеристическим напряжением от чуть более 1 В до нескольких сотен вольт. Для каждого значения напряжения обычно доступно одно или несколько значений мощности в диапазоне от чуть менее 0,5 Вт до более 5 Вт. Среди наиболее распространенных семейств стабилитронов – серия маломощных BZX55 с напряжением VZ от 2,4 В до 75 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 500 мВт.
Семейство силовых стабилитронов BZX85 также широко используется с напряжением VZ от 2,7 до 100 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 1300 мВт. Про отечественные Д814 и Д815 говорить смысла нет, так как они уже сошли с радиолюбительской сцены.
Регулятор напряжения со стабилитроном
А это показан простейший пример стабилизатора со стабилитроном. Транзистор подключен как повторитель напряжения, а выходное напряжение примерно на 0,7 В ниже напряжения стабилитрона. Резистор R должен быть выбран таким образом, чтобы стабилитрон всегда был правильно смещен, а базовый ток Q1 был достаточным для перевода его в проводящее состояние. Чтобы ток на стабилитроне не упал до значения, не позволяющего проявиться свойствам стабилитрона, маломощный транзистор 2N2222 можно заменить транзистором Дарлингтона.
Что такое стабилизатор напряжения? Это усилитель постоянного тока с низким выходным сопротивлением, усиливающий опорное напряжение.
Стабилитрон это опорное напряжение, а эмиттерный повторитель является усилителем постоянного тока с коэффициентом усиления меньше 1.
Это схема – повторитель – с очень точным коэффициентом усиления 1. Вход неинвертирующий не потребляет ток, поэтому он не влияет на значение тока стабилитрона.
Можно конечно при необходимости сделать усилитель с коэффициентом усиления больше 1. Далее показана схема с коэффициентом усиления 3. Коэффициент
усиления определяется по формуле:
ku = R1 + R2 / R2
Тут Ku = 3. Таким образом, выходное напряжение равно + Uz x 3. Изменяя номиналы резисторов, можем изменить коэффициент усиления и можем установить желаемое выходное напряжение. Номиналы резисторов не являются критичными, они могут быть в диапазоне от 1k до 100k, потому что инвертирующий вход тоже не потребляет ток.
Расчет параметрического стабилизатора напряжений на стабилитроне
Содержание
- 1 Порядок включения
- 2 Принцип работы
- 3 Основные параметры
- 4 Схема параметрического стабилизатора
- 4.
1 Особенности схемы - 4.2 Расчёт рабочих параметров
- 4.3 Возможности по увеличение мощности
- 4.3.1 Параллельный стабилизатор
- 4.3.2 Последовательный стабилизатор
- 4.
- 5 Видео
1 Особенности схемыЛюбой электронной схеме требуется стабилизированное напряжение, необходимое для питания входящих в её состав активных элементов (транзисторов, микросхем и т. п.). Несмотря на большое разнообразие видов линейных источников в основе всех их лежит классический параметрический стабилизатор напряжения (смотрите рис. ниже).
Упрощённая схема
При построении большинства таких устройств используется нелинейный полупроводниковый элемент – диод, называемый в этом случае стабилитроном.
Порядок включения
Классический стабилизатор на стабилитроне относится к простейшему виду устройств данного класса и является самым дешёвым и лёгким в исполнении. Своеобразная «расплата» за эту простоту – невысокий стабилизирующий эффект, сильно зависящий от величины нагрузки и наблюдаемый в очень узком диапазоне.
Входящий в состав стабилизатора напряжения полупроводниковый элемент (стабилитрон) представляет собой выпрямительный диод, включенный в обратном направлении. Благодаря этому, рабочая точка элемента может быть установлена на нелинейном участке вольтамперной характеристики (ВАХ) с резко уходящей вниз ветвью.
Дополнительная информация. Её точное положение задаётся величиной балластного резистора Rо (смотрите схему выше).
С примером типовой вольтамперной характеристики стабилитрона можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке.
ВАХ стабилитрона
Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне (ПСН) неразрывно связан с видом обратной ветви характеристики стабилитрона, имеющей следующие особенности:
- При значительных изменениях тока через прибор напряжение на этом участке колеблется совсем в небольших пределах;
- Путём выставления величины токовой составляющей можно установить рабочую точку по центру обратной ветви;
- За счёт выбора напряжения стабилизации в фиксированной зоне ВАХ удаётся расширить динамический диапазон изменения тока стабилитрона (или его дифференциального сопротивления).
Обратите внимание! Именно из-за возможности выставления фиксированных параметров в этой схеме она получила своё название – параметрическая.
Принцип работы
Суть работы стабилизатора напряжения удобнее всего пояснить на примере диода, включённого в цепь постоянного тока. Когда напряжение на нём имеет прямую полярность (плюс подключён к аноду, а минус – к катоду), полупроводниковый переход смещён в проводящем направлении и пропускает ток.
Стабилизатор напряжения 12 вольт
При обратном порядке подачи полярности n-p переход закрыт и поэтому тока практически не проводит. Но если продолжать увеличивать обратное напряжение между электродами, то в соответствии с его ВАХ можно достичь точки, в которой диод вновь начинает пропускать поток электронов (но уже в другую сторону за счёт пробоя перехода).
Важно! Полупроводниковый элемент в этом случае работает в режиме обратных напряжений, значительно превышающих по величине прямое падение на нём (0,5-0,7 Вольта).
Обратный ток в данной ситуации может считаться рабочим параметром, изменяющимся в пределах регулировки напряжения, а сам диод, работающий в режиме обратного включения, носит название стабилитрона.
Основные параметры
При изучении функционирования параметрического стабилизатора напряжения особое значение придаётся техническим характеристикам самого регулирующего прибора. К ним следует отнести:
- Напряжение стабилизации, определяемое как падение потенциала на нём при протекании тока средней величины;
- Максимальное и минимальное значения тока, пропускаемого через обратно смещенный переход;
- Допустимая рассеиваемая мощность на приборе Pmax.;
- Проводимость перехода в динамическом режиме (или дифференциальное сопротивление стабилитрона).
Последний параметр определяется как отношение приращения напряжения ΔUCT к вызвавшему его изменению стабилизирующего тока ΔICT.
Относительно первых двух параметров следует заметить, что для разных образцов полупроводниковых диодов они могут сильно различаться по своей величине (в зависимости от мощности прибора).
Напряжение стабилизации для большинства современных стабилитронов варьируется в диапазоне от 0,7 до 200 Вольт.
Допустимая мощность рассеяния определяется уже перечисленными ранее параметрами и также сильно зависит от типа элемента. Это же можно сказать и о дифференциальном сопротивлении, в определённой мере влияющем на эффективность процесса стабилизации.
Схема параметрического стабилизатора
Особенности схемы
Стабилизатор напряжения на транзисторе
Полное схемное представление стабилизатора параметрического типа, в котором стабилитрон выполняет функцию опорного элемента, приводится на размещённом ниже рисунке.
Рабочая схема стабилизатора
Эту схему можно рассматривать как делитель напряжения, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD с подключённой в параллель нагрузкой RН.
При изменениях входного потенциала соответственно будет меняться и ток через стабилитрон; при этом величина напряжения на нём (а значит и на нагрузке) останется практически неизменной.
Её значение будет соответствовать напряжению стабилизации при колебаниях входного тока в некоторых пределах, определяемых характеристиками диода и величиной нагрузки.
Расчёт рабочих параметров
Исходными данными, согласно которым осуществляется расчет стабилизатора параметрического типа, являются:
- Подаваемое на вход питание Uп;
- Напряжение на выходе Uн;
- Выходной номинальный ток IH=Iст.
С учётом этой информации рассчитаем искомую величину, воспользовавшись функцией онлайн-калькулятора, например.
В качестве примера положим:
Uп=12 Вольт, Uн=5 Вольт, IH=10 мА.
Исходя из этих данных, вводимых предварительно в онлайн-калькулятор или вручную, выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL с напряжением стабилизации 5,1 Вольт и дифференциальным сопротивлением порядка 10 Ом. С учётом этого вычисляем величину балластного сопротивления R1, определяемую следующим образом:
R1= Uо–Uн/Iн+Iст =12-5/0,01+0,01= 350 Ом.
Таким образом, весь расчет параметрического стабилизатора сводится к определению номинала балластного резистора R1 и выбору типа стабилитрона (исходя из того, на какое рабочее напряжение он рассчитан).
Возможности по увеличение мощности
Выходная мощность стабилизатора параметрического типа определяется максимальным током стабилитрона и его допустимой мощностью Pmax, которую при желании можно увеличить. Для этого следует дополнить схему транзисторным элементом, включаемым параллельно или последовательно с нагрузкой. Соответственно этому различают стабилизаторы параллельного и последовательного типа, в которых транзистор выполняет функцию усилителя постоянного тока.
Рассмотрим каждую их этих схем более подробно.
Параллельный стабилизатор
В схеме стабилизатора параллельного типа транзистор используется как эмиттерный повторитель, включённый параллельно нагрузке (смотрите рисунок ниже).
Схема стабилизатора параллельного типа
Дополнительная информация.
В этой схеме резистор R1 может располагаться как со стороны коллектора, так и в эмиттере транзистора.
Напряжение на нагрузочном резисторе Rн составляет:
Uн=Uст+Uбэ (транзистора).
Схема работает по принципу отвода излишков тока через открытый переход К-Э транзистора, на базе которого постоянно присутствует напряжение (Uст). В этой схеме IСТ является одновременно базовым током транзистора, вследствие чего его величина в нагрузке может в h31e раз превышать исходное значение, то есть транзистор в данном случае работает как усилитель по току.
Последовательный стабилизатор
ПСН, собранный по последовательной схеме, представляет собой тот же эмиттерный повторитель на транзисторе VT, но с сопротивлением нагрузки Rн, включённым последовательно с переходом К-Э (смотрите рисунок).
Схема последовательного ПСН
Выходное напряжение устройства в данной ситуации равно:
Uн=Uст-Uбэ.
В этой схеме любые колебания тока в нагрузке приводят к противоположным по знаку изменениям напряжения на базе транзистора. Подобная зависимость вызывает открывание или закрывание перехода Э-К, что означает автоматическую стабилизацию выходного напряжения.
В заключение описания отметим, что как в последовательной, так и в параллельной схеме ПСН стабилитрон используется в качестве источника опорного напряжения, а транзистор – как усилитель тока.
Видео
Стабилизатор напряжения цифровой
Вафельница First FA-5305-4, черный
1845 ₽ Подробнее
Вафельница First FA-5305-2-WI, серебристый, черный
2690 ₽ Подробнее
Хлебопечки First
Оцените статью:
Параметрический стабилизатор напряжения
В слаботочных схемах с нагрузками не более 20 мА используется устройство с низким коэффициентом полезного действия, известное как параметрический стабилизатор напряжения.
В конструкцию данных приборов входят транзисторы, стабисторы и стабилитроны. Они используются преимущественно в компенсационных стабилизирующих устройствах как опорные источники напряжения.
Содержание
Схема параметрического стабилизатора
В зависимости от технических характеристик, параметрические стабилизаторы могут быть однокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Стабилитрон, находящийся в составе конструкции, напоминает обратно включенный диод. Однако пробой напряжения в обратном направлении, характерный для стабилитрона, является основой его нормального функционирования. Данное свойство широко применяется для различных схем, в которых нужно создать ограничение входного сигнала по напряжению.
Параметрические стабилизаторы относятся к быстродействующим устройствам, они защищают чувствительные участки схем от импульсных помех. Использование этих элементов в современных схемах стало показателем их высокого качества, обеспечивающего стабильную работу оборудования в различных режимах.
Основой параметрического стабилизатора является схема включения стабилитрона, использующаяся также и в других типах стабилизаторов в качестве источника опорного напряжения.
Стандартная схема состоит из делителя напряжения, который, в свою очередь включает в себя балластный резистор R1 и стабилитрон VD. Параллельно стабилитрону включается сопротивление нагрузки RH. Данная конструкция стабилизирует выходное напряжение при изменяющемся напряжении питания Uп и токе нагрузки Iн.
Работа схемы происходит в следующем порядке. Напряжение, увеличивающееся на входе стабилизатора, вызывает увеличение тока, проходящего через резистор R1 и стабилитрон VD. Напряжение стабилитрона остается неизменным за счет его вольтамперной характеристики. Соответственно, не изменяется и напряжение на сопротивлении нагрузки. В результате, все измененное напряжение будет поступать на резистор R1. Принцип работы схемы дает возможность для расчетов всех необходимых параметров.
Расчет параметрического стабилизатора
Качество работы стабилизатора напряжения оценивается по его коэффициенту стабилизации, определяемого по формуле: КстU= (ΔUвх/Uвх) / (ΔUвых/Uвых).
Далее расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне осуществляется в соответствии с сопротивлением балластного резистора Ro и типом используемого стабилитрона.
Для расчета стабилитрона применяются следующие электрические параметры: Iст.макс – максимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольтамперной характеристики; Iст.мин – минимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольтамперной характеристики; Rд – дифференциальное сопротивление на рабочем участке вольтамперной характеристики. Порядок расчета можно рассмотреть на конкретном примере. Исходные данные будут следующие: Uвых= 9 В; Iн= 10 мА; ΔIн= ± 2 мА; ΔUвх= ± 10%Uвх.
В первую очередь в справочнике выбирается стабилитрон марки Д814Б, параметры которого составляют: Uст= 9 В; Iст.макс= 36 мА; Iст.мин= 3 мА; Rд= 10 Ом. После этого выполняется расчет входного напряжения по формуле: Uвх=nстUвых, в которой nст является коэффициентом передачи стабилизатора. Работа стабилизирующего устройства будет наиболее эффективной когда nст, составляет 1,4-2,0.
Если nст = 1,6, то Uвх= 1,6 х 9 = 14,4В.
На следующем этапе выполняется расчет сопротивления балластного резистора (Ro). Для этого применяется следующая формула: Rо= (Uвх–Uвых) / (Iст+Iн). Значение тока Iст выбирается по принципу: Iст ≥ Iн. В случае одновременного изменения Uвх на величину ΔUвх и Iн на величину ΔIн, не должно быть превышения током стабилитрона значений Iст.макс и Iст.мин. В связи с этим, Iст берется как среднее допустимое значение в данном диапазоне и составляет 0,015А.
Таким образом, сопротивление балластного резистора будет равно: Rо= (14,4 – 9) / (0,015 + 0,01 ) = 216 Ом. Ближайшее стандартное сопротивление составит 220 Ом. Для того чтобы выбрать нужный тип резистора, нужно выполнить расчет мощности, рассеиваемой на его корпусе. Используя формулу Р = I2Rо, получаем значение Р = (25· 10-3)2х 220 = 0,138 Вт. То есть стандартная мощность рассеивания резистора будет 0,25Вт. Поэтому для схемы лучше всего подойдет резистор МЛТ-0,25-220 Ом ± 10 %.
После выполнения всех расчетов нужно проверить, правильно ли выбран режим работы стабилитрона в общей схеме параметрического стабилизатора.
Вначале определяется его минимальный ток: Iст.мин= (Uвх–ΔUвх–Uвых) /Rо – (Iн+ΔIн), с реальными параметрами получается значение Iст.мин= (14,4 – 1,44 – 9) х 103/ 220 – (10 + 2) = 6 мА. Такие же действия выполняются для определения максимального тока: Iст.макс= (Uвх+ΔUвх–Uвых) /Rо – (Iн–ΔIн). В соответствии с исходными данными, максимальный ток составит: Iст.макс= (14,4 + 1,44 – 9) · 103/ 220 – (10 – 2) = 23 мА. Если полученные значения минимального и максимального тока выходят за допустимые пределы, то в этом случае нужно изменить Iст или сопротивление резистора Rо. В некоторых случаях требуется замена стабилитрона.
Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне
Для любой радиоэлектронной схемы обязательно наличие источника питания. Они могут быть постоянного и переменного тока, стабилизированными и нестабилизированными, импульсными и линейными, резонансными и квазирезонансными. Такое разнообразие дает возможность выбора источников питания для разных схем.
В наиболее простых электронных схемах, где не требуется высокая стабильность питающего напряжения или большая выходная мощность, чаще всего применяются линейные источники напряжения, отличающиеся надежностью, простотой и низкой стоимостью.
Их составной частью служат параметрические стабилизаторы напряжения и тока в конструкцию которых входит элемент, имеющий нелинейную вольтамперную характеристику. Типичным представителем таких элементов является стабилитрон.
Данный элемент относится к особой группе диодов, работающих в режиме обратной ветви вольтамперной характеристики в области пробоя. При включении диода в прямом направлении от анода к катоду (от плюса к минусу) с напряжением Uпор, через него начинает свободно проходить электрический ток. Если же включено обратное направление от минуса к плюсу, то через диод проходит лишь ток Iобр, составляющий всего несколько мкА. Увеличение на диоде обратного напряжения до определенного уровня приведет к его электрическому пробою. При достаточной величине силы тока диод выходит из строя под действием теплового пробоя. Работа диода в области пробоя возможна в случае ограничения тока, проходящего через диод. В различных диодах напряжение пробоя может составлять от 50 до 200В.
В отличие от диодов, вольтамперная характеристика стабилитрона имеет более высокую линейность, в условиях постоянного напряжения пробоя.
Таким образом, для стабилизации напряжения с помощью этого устройства обратная ветвь вольтамперной характеристики. На участке прямой ветви работа стабилитрона происходит точно так же, как и у обычного диода.
В соответствии со своей вольтамперной характеристикой, стабилитрон обладает следующими параметрами:
- Напряжение стабилизации – Uст. Зависит от напряжения на стабилитроне во время протекания тока Iст. Диапазон стабилизации у современных стабилитронов находится в пределах от 0,7 до 200 вольт.
- Максимально допустимый постоянный ток стабилизации – Iст.max. Ограничивается величиной максимально допустимой рассеиваемой мощности Рmax, которая, в свою очередь тесно связана с температурой окружающей среды.
- Минимальный ток стабилизации — Iст.min. Зависит от минимального значения тока, проходящего через стабилитрон. При этом токе должно быть полное сохранение работоспособности устройства. Вольтамперная характеристика стабилитрона между параметрами Iст.max и Iст.min имеет наиболее линейную конфигурацию, а изменение напряжения стабилизации очень незначительно.
- Дифференциальное сопротивление стабилитрона – rст. Данная величина определяется как отношение приращения напряжения стабилизации на устройстве к малому приращению тока стабилизации, вызвавшему это напряжение (ΔUCT/ ΔiCT).
Параметрический стабилизатор на транзисторе
Работа параметрического стабилизатора на транзисторах почти ничем не отличается от аналогичного устройства на стабилитроне. В каждой схеме напряжение на выходах остается стабильным, поскольку их вольтамперные характеристики затрагивают участки с падением напряжения, слабо зависящим от тока. То есть, как и в других параметрических стабилизаторах, стабильные показатели тока и напряжения достигаются за счет внутренних свойств компонентов.
Падение напряжения на нагрузке будет таким же, как и разность падения напряжения стабилитрона и р-п перехода транзистора. Падение напряжения в обоих случаях слабо зависит от тока, отсюда можно сделать вывод, что выходное напряжение также является постоянным.
Стабилизатор напряжения на стабилитроне
|
Дата публикации: Всего ответов: 0 Автор: Jose Mathew Уровень участника: Gold Очки/деньги: 4 |
||||||||||||
|
ТЕМА: СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАБИЛИЗАТОРА ВВЕДЕНИЕ: Обычно мы используем стабилизаторы напряжения для обеспечения постоянного напряжения от источника постоянного тока на нагрузке. Стабилитрон можно использовать как регулятор напряжения. Благодаря тщательной настройке легирования характеристика за пределами напряжения пробоя получается почти вертикальной. AIM МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ Рисунок-1 СОБРАННЫЕ ДАННЫЕ Таблица-1 Из приведенного выше наблюдения мы могли понять, что напряжение на RL (нагрузка) всегда будет Vz (здесь ˜6V) напряжение стабилитрона диода при условии, что входное напряжение не опускается ниже Vz, напряжение стабилитрона . Если входное напряжение меньше напряжения стабилитрона, на выходе отображается то же напряжение, что и на входе. Но если входное напряжение больше напряжения стабилитрона, на выходе будет только напряжение стабилитрона. Таким образом, стабилитрон можно использовать в качестве регулятора напряжения для обеспечения постоянного напряжения от источника постоянного тока на нагрузке RL. ? Предположим, что входное напряжение Vi превышает значение Vz. Так как стабилитрон находится в области пробоя. ? Предположим, что сопротивление нагрузки RL изменяется, тогда и выходное напряжение остается постоянным на уровне Vz. В случае, если нагрузка Rl увеличивается, происходит уменьшение тока источника I при постоянном VI ЗАКЛЮЧЕНИЕ Стабилизаторы напряжения (стабилитроны) могут использоваться в качестве регуляторов напряжения для обеспечения постоянного напряжения от источника постоянного тока на нагрузке RL. ПРЕДЛОЖЕНИЯ • Стабилитрон должен быть смещен в обратном направлении. ЛИТЕРАТУРА Основы физики КЛАСС XII BY Была публикация. |
||||||||||||
| Автор: Дженниферметоу | Уровень участника: Бронзовый | Оценка дохода: | ||||||||||
Спасибо, что поделились блогом о стабилизаторе напряжения сервопривода , и статья была очень информативной. | ||||||||||||
| Автор: Ларамадден | Уровень члена: Бронза | Оценка дохода: | ||||||||||
Я рад найти статью о стабилизаторе напряжения и состоит из заготовки из клинча, Машино0073 | Автор: Shrenik | Уровень участника: Бронзовый | Оценка дохода: | | |||||||||
| Удивительные вещи здесь …..действительно очень рад найти блог, подобный этому.. Я ищу блог, связанный с и коллекторными клапанами Надеюсь, вы поделитесь информацией по этой теме… | ||||||||||||
| Обратная связь | ||||||||||||
| Вы должны войти, чтобы оставить отзыв. | ||||||||||||
|
||||||||||||
Он всегда работает в условиях обратного смещения в области пробоя. Пробой Зенера 
Напряжение на стабилитроне и, следовательно, выходное напряжение на нагрузке остается постоянным как Vz. Избыточное напряжение, Vi-Vz. сбрасывается на токоограничивающий резистор R. если I — ток от источников. 
Стабилитрон в качестве регулятора напряжения
Зенеровские диоды представляют собой полупроводниковые устройства, в которых ток течет в прямом или обратном направлении, они, как правило, сильно легированы и имеют P-N-переход. Когда достигается определенное напряжение, оно специально предназначено для изменения направления тока.
В дополнение к обратному напряжению пробоя стабилитрон также имеет обратный ток пробоя.
Но что это значит? Когда диод находится в обратимом режиме, ток, проводимый им, остается постоянным, и падение напряжения остается постоянным, независимо от того, сколько напряжения или силы приложено. Поэтому диод Зенера считается чрезвычайно полезным в электронных схемах, когда речь идет о регулировании напряжения.
Присоединяйтесь к программе регулярных занятий Infinity Learn!
Загрузите БЕСПЛАТНО PDF-файлы, решенные вопросы, работы за предыдущий год, викторины и головоломки!
+91
Verify OTP Code (required)
Grade
—Class 6Class 7Class 8Class 9Class 10Class 11Class 12
Course
—CBSEIIT-JEENEET
School/College Name
Sri Chaitanya Student?
НетДа
Я согласен с условиями и политикой конфиденциальности.
Как изображена схема стабилитрона?
Стабилитроны работают в режиме обратного смещения, как мы уже знаем. Следовательно, отрицательный вывод источника питания подключается к материалу p-типа стабилитрона, а положительный вывод подключается к материалу n-типа.
Полупроводниковый материал в диоде сильно легирован, что приводит к тонкой области обеднения.
Как работает стабилитрон?
Тысячи примесей добавляются в полупроводниковый материал стабилитрона для повышения его проводимости. Таким образом, область истощения становится тоньше. Даже когда к системе прикладывается небольшое напряжение, приложение электрических полей усиливается в этой обедненной области.
Что происходит, когда диод Зенера не должен быть смещен? В полупроводнике p-типа существует валентная зона, в которой электроны связаны друг с другом. Это приводит к тому, что через полупроводник протекает нулевой ток. Электроны в валентной зоне называются электронами валентной зоны. Электроны начинают перемещаться из одной валентной зоны в другую при приложении внешней энергии.
Как выглядит ситуация, когда стабилитрон смещен в обратном направлении? На самом деле, когда напряжения стабилитрона и питания равны, диод работает в режиме обратного смещения.
Напряжение Зенера — это напряжение, при котором обедненная область полностью исчезает, когда обедненная область истончается.
Электрическое поле усиливается, когда к диоду приложено обратное смещение, поскольку область обеднения истончается. Следовательно, электроны перемещаются из валентной зоны полупроводникового материала p-типа в зону проводимости полупроводникового материала n-типа. При этом барьер между двумя полупроводниковыми материалами разрушается. Диод проводит ток в обратном направлении смещения при этом уровне напряжения и поля тока.
Стабилитроны состоят из кремниевых полупроводников с p-n переходом, который специально разработан для работы при обратном смещении. Диод работает как обычный сигнальный диод при прямом смещении, но при обратном смещении напряжение остается постоянным в широком диапазоне токов. Цепи постоянного тока используют его в качестве регулятора напряжения из-за этой характеристики.
Зенеровские диоды — это регуляторы напряжения, которые в первую очередь предназначены для поддержания постоянного напряжения.
Скажем, если используется стабилитрон с напряжением 5 В, то напряжение становится постоянным на уровне 5 В и не изменяется.
Что такое регулятор напряжения?
Регулятор напряжения регулирует уровень напряжения. Входное напряжение, по существу, снижается до желаемого уровня, а затем поддерживается на этом уровне на протяжении всего выходного источника питания. Благодаря этому при приложении нагрузки предотвращается падение напряжения. Регуляторы напряжения используются в основном по двум причинам:
- Изменение или регулирование выходного напряжения
- Несмотря на колебания напряжения питания, поддерживать выходное напряжение на нужном уровне.
Регуляторы напряжения управляют различными компонентами установки, такими как компьютеры, генераторы и генераторы переменного тока.
Стабилитрон в качестве регулятора напряжения
Последовательный резистор ограничивает ток, проходящий через диод, подключая его к цепи.
Обычно положительный вывод постоянного тока подключен к пульсатору. Устройство с обратным смещением работает таким образом, что может работать и в условиях пробоя. Простой переходной диод использовать нельзя, потому что малая номинальная мощность диода может быть повреждена, если приложить обратное смещение выше его напряжения пробоя. Ток стабилитрона всегда должен быть минимальным при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки.
Поскольку известно входное напряжение и необходимое выходное напряжение, проще подобрать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки, т. е. В Z = В L .
Значение последовательного резистора записывается как R S = (V L − V Z )I L
Когда напряжение на диоде имеет тенденцию к увеличению, ток через диод увеличивается, что приводит к падению напряжения на сопротивлении. Когда напряжение на диоде уменьшается, ток через диод также имеет тенденцию к уменьшению.
Падение напряжения на резисторе в этом случае очень мало, поэтому выходное напряжение в норме.
VI Характеристики стабилитрона
Зенеровский диод представляет собой не что иное, как обычный диод, когда он находится в режиме прямого смещения; однако при приложении обратного смещения обратное напряжение увеличивается. При увеличении обратного напряжения стабилитрон полностью плавится.
В этих условиях ток течет в обратном направлении, что называется напряжением пробоя. Как видно из графиков, стабилитрон обладает значительным сопротивлением, а также нелинейным пробоем.
Следовательно, напряжение стабилитрона определяется следующим уравнением – V = V Z + I Z R Z
Применение стабилитрона
коммерческие настройки. Стабилизаторы напряжения выдерживают большое количество напряжения. Отсюда к силовой нагрузке будет подаваться постоянное напряжение, так как напряжение колеблется.
Поэтому стабилитрон обычно подключают параллельно нагрузке. Благодаря своей способности поддерживать постоянное напряжение, он также действует как регулятор напряжения или стабилизатор. Стабилитрон можно использовать в коммерческом устройстве.
Промышленные и коммерческие здания используют большие счетчики электроэнергии, которые уязвимы к перегрузкам счетчика. Однако параллельное соединение этих мультиметров и стабилитрона предотвращает случайные перегрузки системы. При перегрузке большая часть тока протекает через диод, защищающий счетчик.
Стабилитроны соединены встречно и в противоположных направлениях, образуя последовательную цепь с сопротивлением цепи, что позволяет преобразовать синусоидальную волну в прямоугольную.
Кроме того, для стабилитронов существуют определенные спецификации, такие как напряжение Зенера, минимальный ток, необходимый для пробоя, максимальный ток и мощность, которая может рассеиваться стабилитроном. Стабилитроны также имеют определенные характеристики, касающиеся температурной стабильности и сопротивления Зенера.
Обычный электрический ток течет от анода к катоду в диоде Зенера. Для работы этого кремниевого полупроводника требуется обратное смещение. Однако поток тока можно обратить вспять, если превышено определенное напряжение, известное как напряжение пробоя или напряжение Зенера. Кроме того, стабилитрон работает при обратном напряжении, чтобы гарантировать постоянное напряжение в широком диапазоне токов.
Читайте также: Изоляторы
Часто задаваемые вопросы
Какой коэффициент необходим для того, чтобы диод оставался в зоне пробоя?
Регулировка напряжения требует минимальной величины обратного тока, чтобы диод оставался в области пробоя.
Как задавать область пробоя при изготовлении диода?
Можно управлять областью пробоя во время изготовления диода, контролируя уровень легирования.
Как происходит пробой Зенера?
Пробой стабилитрона происходит, когда пробой происходит как в выпрямителе, так и в стабилитроне.
Когда входное напряжение изменяется в определенных пределах, как изменяется выходное напряжение постоянного тока?
В устройствах регулирования напряжения постоянное выходное напряжение постоянного тока получается, когда вход изменяется в определенных пределах.
Сопутствующее содержание
Регулятор напряжения на стабилитроне | Объяснение и инструкция по сборке — Wira Electrical
Регулятор напряжения на стабилитроне представляет собой электрическую схему, которая поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока с помощью стабилитрона. Идеальный регулятор будет обеспечивать постоянное напряжение независимо от входных колебаний или изменений тока нагрузки.
Зенеровский диод является популярным среди типов диодов.
Что такое стабилитрон
Стабилитрон — это тип диода, который специально разработан для работы в условиях обратного смещения. Они имеют более узкую область обеднения, чем обычные диоды, потому что они более легированы.
Когда напряжение на обычном диоде превышает обратное напряжение пробоя, диод пробивает, но стабилитроны работают только в этом диапазоне. При снятии обратного напряжения с стабилитрона зона обеднения возвращается в исходное состояние.
Благодаря этой функции стабилитроны полезны в качестве регуляторов напряжения. Давайте посмотрим, как это работает.
Прежде чем мы сможем понять, как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне, мы должны сначала понять, как он работает.
Когда на стабилитрон подается обратное напряжение, через цепь протекает очень небольшой ток. Пробой стабилитрона происходит, когда приложено напряжение, превышающее напряжение пробоя стабилитрона.
Что такое пробой Зенера
Принцип пробоя Зенера определяет работу диодов Зенера. Высокое напряжение может позволить электронам туннелировать через зону истощения на другую сторону перехода, когда PN-переход сужен.
Поскольку электрон демонстрирует корпускулярно-волновой дуализм, туннелирование является квантово-механическим явлением.
В квантовой механике электроны рассматриваются как волновые функции, а не как основные «частицы».
Они рассредоточены по всему пространству, с вероятностью встречи в определенном месте. Из-за этого вероятностного характера, если барьер (такой как обедненная область) сделать достаточно маленьким, электрон имеет шанс туннелировать через него на противоположную сторону.
Пробой стабилитрона происходит, когда через диод проходит большой ток, а напряжение падает незначительно. При дальнейшем увеличении обратного напряжения напряжение на диоде остается постоянным на уровне напряжения пробоя Зенера, но ток через него продолжает расти, как показано на графике выше.
Напряжение пробоя Зенера обозначено на графике как Vz. В зависимости от приложения напряжение пробоя стабилитрона может варьироваться от 1,2 В до 200 В.
Самое интересное в этом диоде заключается в том, что мы можем использовать его в качестве регулятора напряжения в нашей схеме, выбрав стабилитрон с достаточным пробойным сопротивлением.
Напряжение.
Например, давайте представим, что мы хотим, чтобы напряжение на нагрузке в нашей цепи было меньше 12 вольт. Тогда мы можем подключить стабилитрон через нагрузку с напряжением пробоя 12 вольт.
Напряжение на нагрузке никогда не превысит 12 вольт, даже если входное напряжение превысит эту цифру.
Давайте посмотрим на принципиальную схему, чтобы понять, о чем мы говорим.
В этом примере стабилитрон подключен параллельно нагрузке RL. Напряжение на нагрузке должно быть регулируемым и не должно превышать Vз.
Мы выбираем стабилитрон с напряжением пробоя Зенера, близким к требуемому напряжению на нагрузке, исходя из наших потребностей. Зенеровский диод включен в режиме обратного смещения.
Через диод протекает значительный ток, когда напряжение на нем превышает напряжение пробоя Зенера. Падение напряжения на нагрузке равно напряжению пробоя Зенера, так как нагрузка подключена параллельно диоду.
Стабилитрон обеспечивает путь прохождения тока, защищая нагрузку от чрезмерных токов.
В результате стабилитрон выполняет две функции: действует как регулятор напряжения и защищает нагрузку от чрезмерного тока.
См. также : основное подключение электропроводки в жилых помещениях
Что такое стабилизатор напряжения на стабилитроне
Стабилитрон используется в стабилизаторе на стабилитроне для создания постоянного выходного напряжения. Это просто и недорого, что делает его идеальным для различных приложений и для обучения людей работе с регуляторами напряжения.
Стабилитроны представляют собой уникальную форму полупроводниковых диодов. Они состоят из легированного P-N перехода, как и обычные диоды.
При прямом смещении все диоды пропускают ток. Диоды Зенера, в отличие от других диодов, предназначены для того, чтобы пропускать ток, даже когда они смещены отрицательно.
При обратном смещении стабилитроны имеют напряжение Зенера VZ, что делает их превосходными для использования в качестве источника опорного напряжения или регулятора.
Даже если ток колеблется, напряжение Зенера VZ остается в основном постоянным.
Это демонстрирует вольтамперная характеристика стабилитрона.
Фактическое значение VZ определяется используемыми полупроводниковыми материалами и конструкцией диода. Доступны сотни стабилитронов с различными значениями VZ.
Это означает, что вы можете выбрать стабилитрон в зависимости от необходимого выходного напряжения при создании стабилитрона.
Как собрать стабилизатор напряжения на стабилитроне
Стабилитрон — это особенно полезный регулятор напряжения. Он может работать как регулятор напряжения, подключив его соответствующим образом в цепь, регулируя количество напряжения, которое он подает на устройство.
Чтобы использовать стабилитрон в цепи для управления напряжением, он должен быть смещен в обратном направлении и подключен параллельно источнику питания, который обеспечивает напряжение стабилитрона, при этом источник питания должен быть подключен к резистору.
В этом проекте будет использоваться резистор 1 кОм.
Как работает схема стабилизатора напряжения на стабилитроне
Приведенная ниже схема идеально подходит для создания стабилизатора напряжения на стабилитроне. Питание 12 В отключается при прохождении через резистор 1 кОм и стабилитрон. Рассматриваемый стабилитрон имеет напряжение пробоя 5,1 вольта.
Это приводит к падению напряжения 5,1 В на стабилитроне, а оставшиеся 6,9 В падают на резистор 1 кОм. На стабилитроне будет поддерживаться постоянное постоянное напряжение 5,1 В.
Нагрузка, которую питает стабилитрон, подключается параллельно ему. Это связано с тем, что параллельное напряжение равно. Итак, если стабилитрон подключен параллельно, напряжение, которое он излучает на устройство, будет 5,1 В.
Так работает стабилитрон с точки зрения регулирования напряжения.
Поэкспериментируйте с альтернативными настройками, если у вас нет точных значений, указанных выше, таких как напряжение постоянного тока или точный стабилитрон.
Все, что вам нужно, это напряжение, превышающее напряжение пробоя стабилитрона, а также резистор для отвода избыточного напряжения от стабилитрона, для чего и предназначен резистор 1 кОм.
Схема регулятора напряжения на стабилитроне и формула
Регулятор напряжения на стабилитроне состоит из последовательного соединения стабилитрона с резистором, при этом стабилитрон находится в режиме обратного смещения. Диод Зенера заменяет второй резистор, что делает его эквивалентным делителю напряжения.
Выходное напряжение снимается с стабилитрона, Vout = VZ:
Обычно этот выход подключен к нагрузке, как показано нагрузочным резистором RL:
VZ стабилитрона не будет сильно изменяться при изменение тока, в отличие от резистора в делителе напряжения, поэтому Vout должно оставаться постоянным.
Регуляторы Зенера полагаются на напряжение Зенера диода, которое основано на квантово-механическом принципе туннелирования.
Напряжение на диоде можно рассматривать как эквивалентное напряжению Зенера VZ в целом.
Суммарное напряжение нагрузки равно VZ, так как напряжение нагрузки приложено к стабилитрону.
Оставшееся напряжение должно быть уменьшено на резисторе R1. Другими словами,
Мы можем переписать это, используя закон Ома, как:
Полный ток в цепи равен току через стабилитрон плюс ток через нагрузку, и он рассчитывается как следующим образом:
Хотя весь ток должен проходить через резистор R1, стабилитрон и нагрузка воспринимают только его часть.
Мы видим, что сопротивление нагрузки может существенно влиять на динамику цепи, поскольку ток нагрузки также зависит от сопротивления нагрузки.
Как собрать схему стабилизатора напряжения на стабилитроне
Давайте воспользуемся той же схемой, что и выше, чтобы полностью понять, как собрать схему стабилизатора напряжения на стабилитроне.
При проектировании и сборке схемы стабилизатора напряжения на стабилитроне необходимо выполнить несколько шагов:
Расчет номинальной мощности
Максимальная номинальная мощность стабилитрона определяет максимальное количество электроэнергии, которое он может безопасно рассеять.
Поскольку напряжение Зенера VZ стабилитрона в основном постоянно, номинальная мощность в основном определяет максимальный ток, который может выдержать диод:
Выберите стабилитрон
Стабилитрон — это первый вариант конструкции, который следует рассмотреть. Напряжения Зенера доступны в широком диапазоне диодов. Метод начинается с подбора диода с напряжением Зенера (ВЗ), соответствующим выходному напряжению, которое будет давать регулятор.
Также следует учитывать мощность и ток; разные стабилитроны с одним и тем же VZ могут быть построены для разных приложений. Лист данных для диода обычно информирует вас о предполагаемых применениях диода, а также о технической информации.
Чтобы выбрать резистор, вам необходимо знать две характеристики:
(1) Ток пробоя диода, часто называемый током колена или минимальным током (Imin).
(2) Номинальная мощность диода, т. е. максимальная мощность, при которой он может безопасно работать.
Максимальный ток можно рассчитать, используя номинальную мощность и напряжение Зенера VZ:
Выберите резистор
Два обнаруженных параметра можно использовать для расчета номинала резистора, необходимого для замыкания цепи.
Рассчитать минимальное сопротивление
Используя наибольший ток и подставив его в закон Ома, можно найти минимальное значение сопротивления (Rmin):
Рассчитать максимальное сопротивление введя его в закон Ома, вы можете найти максимальное значение сопротивления (Rmax):
Рассчитать идеальное значение сопротивления с нагрузкой
Мы можем использовать сопротивление нагрузки, чтобы получить оптимальный резистор, теперь, когда мы знаем минимальное и максимальные значения резисторов, необходимые для правильного использования выбранного стабилитрона.
Закон тока Кирхгофа (KCL) гласит, что ток, выходящий из любого соединения, должен совпадать с током, входящим в соединение.
Ток, протекающий через резистор (IR), должен быть равен току, протекающему через стабилитрон, плюс ток, протекающий через нагрузку, в этом случае: на нагрузке равно VZ), рассчитываем максимальный и минимальный токи нагрузки:
Максимальный ток нагрузки:
Минимальный ток нагрузки:
Регулятор напряжения на стабилитроне в качестве компонента источника питания
Вслед за фильтром выпрямителя и регулировочным резистором в источниках питания часто используются стабилитроны.
Синусоидальный сигнал переменного тока преобразуется выпрямителем в импульсный сигнал постоянного тока.
Фильтр выпрямителя сглаживает импульсный сигнал постоянного тока, в результате чего формируется треугольная/пилообразная форма волны без пульсаций.
Если цепь отключена от источника питания, то стабилизирующий резистор рассеивает заряд, накопленный в конденсаторах фильтра.
Наконец, стабилитрон создает постоянное напряжение, поглощая колебания напряжения и тока.
