Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор тока для стабилитрона

Как работает стабилитрон

Немного теории

Стабильная зарплата, стабильная жизнь, стабильное государство. Последнее не про Россию, конечно :-). Если глянуть в толковый словарик, то можно толково разобрать, что же такое «стабильность». На первых строчках Яндекс мне сразу выдал обозначение этого слова: стабильный — это значит постоянный, устойчивый, не изменяющийся.

Но чаще всего этот термин используется именно в электронике и электротехнике. В электронике очень важны постоянные значения какого-либо параметра. Это может быть сила тока, напряжение, частота сигнала и другие его характеристики. Отклонение сигнала от какого-либо заданного параметра может привести к неправильной работе радиоэлектронной аппаратуры и даже к ее поломке. Поэтому, в электронике очень важно, чтобы все стабильно работало и не давало сбоев.

В электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа радиоэлектронной аппаратуры. Если оно изменится в меньшую, или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем.

Для того, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были изобретены различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания, они используются чтобы стабилизировать «играющее» напряжение.

Стабилитрон или диод Зенера

Самым простым стабилизатором напряжения в электронике является радиоэлемент стабилитрон. Иногда его еще называют диодом Зенера. На схемах стабилитроны обозначаются примерно так:

Вывод с «кепочкой» называется также как и у диода — катод, а другой вывод — анод.

Стабилитроны выглядят также, как и диоды. На фото ниже, слева популярный вид современного стабилитрона, а справа один из образцов Советского Союза

Если присмотреться поближе к советскому стабилитрону, то можно увидеть это схематическое обозначение на нем самом, указывающее, где у него находится катод, а где анод.

Напряжение стабилизации

Самый главный параметр стабилитрона — это конечно же, напряжение стабилизации. Что это за параметр?

Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой…

Сколько бы воды мы не лили в стакан, ее излишки будут выливаться из стакана. Думаю, это понятно и дошкольнику.

Теперь по аналогии с электроникой. Стакан — это стабилитрон. Уровень воды в полном до краев стакане — это и есть напряжение стабилизации стабилитрона. Представьте рядом со стаканом большой кувшин с водой. Водой из кувшина мы как раз и будем заливать наш стакан водой, но кувшин при этом трогать не смеем. Вариант только один — лить воду из кувшина, пробив отверстие в самом кувшине. Если бы кувшин был меньше по высоте, чем стакан, то мы бы не смогли лить воду в стакан. Если объяснить языком электроники — кувшин обладает «напряжением» больше, чем «напряжение» стакана.

Так вот, дорогие читатели, в стакане заложен весь принцип работы стабилитрона. Какую бы струю мы на него не лили (ну конечно в пределах разумного, а то стакан унесет и разорвет), стакан всегда будет полным. Но лить надо обязательно сверху. Это значит, напряжение, которое мы подаем на стабилитрон, должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона.

Читайте так же:
Микросхема кр142ен12а как стабилизатор тока

Маркировка стабилитронов

Для того, чтобы узнать напряжение стабилизации советского стабилитрона, нам понадобится справочник. Например, на фото ниже советский стабилитрон Д814В:

Ищем на него параметры в онлайн справочниках в интернете. Как вы видите, его напряжение стабилизации при комнатной температуре примерно 10 Вольт.

Зарубежные стабилитроны маркируются проще. Если приглядеться, то можно увидеть незамысловатую надпись:

5V1 — это означает напряжение стабилизации данного стабилитрона составляет 5,1 Вольта. Намного проще, не так ли?

Катод у зарубежных стабилитронов помечается в основном черной полосой

Как проверить стабилитрон

Как же проверить стабилитрон? Да также как и диод! А как проверить диод, можно посмотреть в этой статье. Давайте же проверим наш стабилитрон. Ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся красным щупом к аноду, а черным к катоду. Мультиметр должен показать падение напряжения прямого PN-перехода.

Меняем щупы местами и видим единичку. Это значит, что наш стабилитрон в полной боевой готовности.

Ну что же, настало время опытов. В схемах стабилитрон включается последовательно с резистором:

где Uвх — входное напряжение, Uвых.ст. — выходное стабилизированное напряжение

Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения. Здесь все элементарно и просто:

Или словами: входное напряжение равняется сумме напряжений на стабилитроне и на резисторе.

Эта схема называется параметрический стабилизатор на одном стабилитроне. Расчет этого стабилизатора выходит за рамки данной статьи, но кому интересно, в гугл 😉

Итак, собираем схемку. Мы взяли резистор номиналом в 1,5 Килоом и стабилитрон на напряжение стабилизации 5,1 Вольта. Слева цепляем блок питания, а справа замеряем мультиметром полученное напряжение:

Теперь внимательно следим за показаниями мультиметра и блока питания:

Так, пока все понятно, еще добавляем напряжение… Опа на! Входное напряжение у нас 5,5 Вольт, а выходное 5,13 Вольт! Так как напряжение стабилизации стабилитрона 5,1 Вольт, то как мы видим, он прекрасно стабилизирует.

Давайте еще добавим вольты. Входное напряжение 9 Вольт, а на стабилитроне 5,17 Вольт! Изумительно!

Еще добавляем… Входное напряжение 20 Вольт, а на выходе как ни в чем не бывало 5,2 Вольта! 0,1 Вольт — это ну очень маленькая погрешность, ей можно даже в некоторых случаях пренебречь.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Думаю, не помешало бы рассмотреть Вольт амперную характеристику (ВАХ) стабилитрона. Выглядит она примерно как-то так:

Iпр — прямой ток, А

Uпр — прямое напряжение, В

Эти два параметра в стабилитроне не используются

Uобр — обратное напряжение, В

Uст — номинальное напряжение стабилизации, В

Iст — номинальный ток стабилизации, А

Номинальный — это значит нормальный параметр, при котором возможна долгосрочная работа радиоэлемента.

Imax — максимальный ток стабилитрона, А

Imin — минимальный ток стабилитрона, А

Iст, Imax, Iminэто сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.

Так как стабилитрон работает именно в обратной полярности, в отличие от диода (стабилитрон подключают катодом к плюсу, а диод катодом к минусу), то и рабочая область будет именно та, что отмечена красным прямоугольником.

Читайте так же:
Принцип работы стабилизаторов переменного тока

Как мы видим, при каком-то напряжении Uобр у нас график начинает падать вниз. В это время в стабилитроне происходит такая интересная штука, как пробой. Короче говоря, он не может больше наращивать на себе напряжение, и в это время начинается возрастать сила тока в стабилитроне. Самое главное — не переборщить силу тока, больше чем Imax , иначе стабилитрону придет кердык. Самым лучшим рабочим режимом стабилитрона считается режим, при котором сила тока через стабилитрон находится где-то в середине между максимальным и минимальным его значением. На графике это и будет рабочей точкой рабочего режима стабилитрона (пометил красным кружком).

Заключение

Раньше, во времена дефицитных деталей и начала расцвета электроники, стабилитрон часто использовался, как ни странно, для стабилизации выходного напряжения блока питания. В старых советских книгах по электронике можно увидеть вот такой участок цепи различных источников питания:

Слева, в красной рамке, я пометил знакомый вам участок цепи блока питания. Здесь мы получаем постоянное напряжение из переменного. Справа же, в зеленой рамке, схема стабилизации ;-).

В настоящее время трехвыводные (интегральные) стабилизаторы напряжения вытесняют стабилизаторы на стабилитронах, так как они в разы лучше стабилизируют напряжение и обладают хорошей мощностью рассеивания.

На Али можно взять сразу целый набор стабилитронов, начиная от 3,3 Вольт и до 30 Вольт. Выбирайте на ваш вкус и цвет.


Можете посмотреть видео на тему «КАК РАБОТАЕТ СТАБИЛИТРОН (ДИОД ЗЕНЕРА)», рекомендую.

Стабилизатор тока для стабилитрона

  • ОСНОВОПОЛАГАЮЩАЯ СХЕМОТЕХНИКА
  • КОНЦЕПЦИЯ HIGH-END ЗВУКА
  • HI-END УСИЛИТЕЛЬ УСТРОЙСТВО | ЦЕНА
  • АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
  • КАРТА САЙТА
  • О КОМПАНИИ & КОНТАКТЫ

Отказ от применения стабилизаторов напряжения питания и кремниевых стабилитронов. Так как для работы стабилизатора напряжения необходима утечка тока через стабилизирующий элемент — обычно стабилитрон.
Стабилитрон — это диод в (противоположном) лавинном включении.

Стабилитроны (диоды Зенера) предназначены для стабилизации напряжения, режимов работы различных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Принцип работы стабилитрона основан на явлении зенеровского пробоя n-p перехода. Этот вид электрического пробоя происходит в обратносмещённых полупроводниковых переходах, при увеличении напряжения выше некоторой критической отметки. Где стабилитрон в силу вынужденной противоестественной работы выделяет шумы, которые усиливаются активными элементами стабилизатора. Cтабилитроны подмешивают собственные шумы в стабилизированное напряжение и оказывает негативное влияние на звук.

Экспериментально выявлено, что кремниевый стабилизатор напряжения любой конструкции пагубно влияет на звук, так как по своей электронной природе привязан к точки относительной стабилизации — обычно общая «земля»(дополнительная утечка тока на землю).

Вместо стабилизатора напряжения питания применяем электронный фильтр на NPN транзисторах, который может работать без общей точки относительной привязки — нет утечки тока на землю и вся энергия уходит без потерь в звуковой тракт. На этом основана малоёмкая технология — «Virtual Battery Power Supply», где не допускается утечка «дорогой» — запасённой в малоёмких неэлектролитических конденсаторах «быстрой» резервной энергии.

Читайте так же:
Импульсный стабилизатор тока схема 10а

Светодиод включённый в блоке питания предварительного или оконечного каскада усилителя мощности (утечка тока через светодиод и резистор + шумы светодиода и резистора) для индикации оказывает пагубное влияние на качество звука.

В усилителе «Grimmi», вся индикация коммутация и вентиляция имеет собственные блоки питания с отдельными сетевыми фильтрами и трансформаторами, которые «отрезают» данный вид искажений от звукового тракта, тем самым повышая общее качество звука и надёжность всей конструкции — «Разделяй и властвуй «.

Для стабилизации напряжения питания реле расположенным в блоке коммутации, все стабилизаторы напряжения собраны на Mosfet транзисторах Fuji, напряжения зафиксированы варисторами Epcos, стабилитроны отсутствуют.

Выявлено — второстепенные каскады их схемотехника и компоненты оказывают более значительное влияние на общее качество звуковоспроизведения, чем принято считать в современном Hi-End Audio схема строении.

Наша концепция — любой второстепенный каскад является полноправным потребителем общей энергии, оттого его собственное влияние на общее энергопотребление будет всегда присутствовать и его надо учитывать.

Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

Мы не создаём иллюзий,
Мы делаем звук живым!

Стабилизатор тока для стабилитрона

Определение стабилитрона

Стабилитроном является специальный диод, работающий в режиме пробоя. При достижении напряжения пробоя обратный ток через стабилитрон резко возрастает. Дифференциальное сопротивление в области пробоя (отношение изменения тока к вызвавшему это изменение изменению напряжения) составляет единицы-сотни Ом. Если внешнее сопротивление цепи существенно больше динамического сопротивления стабилитрона, то достигается эффект стабилизации напряжения. В международной практике стабилитрон называют диодом Зенера (zener diode).

Условное обозначение стабилитрона представлено на рисунке ZD.1.

Рисунок ZD.1 — Условное обозначение стабилитрона

Функциональное назначение стабилитрона

Стабилитроны используются в следующих приложениях:

— стабилизаторы напряжения и источники опорного напряжения;

— схемы сдвига уровня напряжения.

Типы стабилитронов

Полупроводниковые стабилитроны разделяются на несколько подклассов:

— стабилитроны малой мощности (менее 1 Вт);

— силовые стабилитроны (1-5 Вт и выше);

— прецизионные стабилитроны (термокомпенсированные стабилитроны и стабилитроны со скрытой структурой);

— суппрессоры (TVS-диоды) – специализированные быстродействующие и мощные стабилитроны, предназначенные для защиты от перенапряжений.

Вольтамперная характеристика стабилитрона

В отличие от диода основной рабочий участок стабилитрона приходится на область пробоя (куда обычный диод вводить никак нельзя) – рисунок ZD.2. Базовая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне представлена на рисунке ZD.3.

Рисунок ZD.2 – Форма вольтамперной характеристики стабилитрона

Рисунок ZD.3 – Базовая схема параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Основные параметры стабилитронов

1. Напряжение стабилизации (Nominal Zener Voltage или Regulator Voltage) VZ – напряжение соответствующее напряжению пробоя обратной ветви стабилитрона. Указывается при определенном токе IZT.

2. Максимальная рассеиваемая мощность (Power Dissipation) Pd – определяется размером кристалла и конструкцией корпуса.

В режиме пробоя на стабилитроне выделяется мощность, равная произведению напряжения пробоя, называемом напряжением стабилизации VZ и протекающего под действием этого напряжения обратного тока через него IZT:

Максимально допустимое значение PVS называют максимальной мощностью стабилитрона PVS_max. Максимальная рассеиваемая мощность зависит от температуры окружающей среды – с ростом температуры она уменьшается (эти зависимости представлены в справочных листах).

Читайте так же:
Стабилизатор тока для катушки

3. Максимальный рабочий ток (Maximum Zener Current) IZM – определяется исходя из напряжения стабилизации и рассеиваемой мощности:

Импульсный ток через стабилитрон может существенно превышать стационарное значение. В справочных листах обычно приводятся данные по максимальному значению импульсного тока в зависимости от длительности импульса. Иногда в справочных листах приводят значение тестового тока (Test Current) IZT при котором собственно и измеряется номинальное напряжение стабилизации VZ.

4. Дифференциальное сопротивление стабилитрона (Zener Impedance) ZZ есть отношение приращения напряжения в режиме пробоя к приращению тока в точке с заданным (обычно номинальным) током стабилизации. Определяет «нестабильность стабилизации» напряжения в зависимости от тока. В справочных листах обычно приводят динамическое сопротивление при номинальном (иногда максимальном – Maximum Dynamic Impedance) токе и при малом токе (в начале ветви режима пробоя). С ростом тока динамическое сопротивление резко уменьшается. В справочных листах приводят два значения импеданса: ZZT — импеданс при тестовом токе (Test Current IZT) и IZK — импеданс при некотором значении тока существенно меньшем IZT и соответствующем точке перегиба ВАХ (Maximum Dynamic Knee Impedance). Knee – колено.

5. Емкость стабилитрона в режиме обратного смещения. В области малых значений напряжений стабилизации и малых обратных смещений может достигать существенных величин в сотни пикофарад, что необходимо учитывать при проектировании динамических схем ограничения напряжения.

6. Максимальный импульсный ток (Max Surge Current) IZM – максимальный импульсный непериодический ток стабилитрона определяемый энергией рассеяния кристалла. Указывается при заданной длительности импульса.

7. Максимальный обратный ток утечки (Maximum Reverse Leakage Current) IR – ток, протекающий через стабилитрон при некотором обратном напряжении VR не превышающем напряжение стабилизации (обычно в справочных листах указывают ток утечки при VRсоставляющем около 70% от VZ).

8. Падение напряжение прямого смещения (Forward Voltage) VF – падение напряжения при прямом токе через стабилитрон (в режиме диода). Указывается при некотором значении тока и обычно составляет величину порядка 1,2-1,5 В.

9. Температурный коэффициент (Temperature Coefficient) – показывает относительное изменение напряжения стабилизации с изменением температуры %/°C.

10. Максимальный диапазон напряжения стабилизации (Maximum Voltage Regulation) ΔVZ– диапазон напряжения, соответствующий ширине участка ВАХ в области участка стабилизации. То есть насколько изменится напряжение на стабилитроне при изменении тока от величины соответствующей началу пробоя до максимального значения.

9. Тепловое сопротивление кристалл-воздух (Thermal Resistance Junction to Ambient) RθJA – тепловое сопротивление между кристаллом стабилитрона и окружающей средой. Зависит от длины выводов стабилитрона. Чем ближе к плате – тем лучше.

10. Точность, характеризующая разброс по величине напряжения стабилизации.

Последовательное включение стабилитронов

Последовательное соединение стабилитронов одной серии используется:

— с целью увеличения напряжения стабилизации;

— с целью увеличения максимальной мощности стабилизации.

Рисунок ZD.4 — Последовательное включение стабилитронов с целью увеличения напряжения стабилизации

Последовательное соединение стабилитронов одной серии является традиционным способом повышения рабочего напряжения и получения напряжения стабилизации с номиналом, отличающимся от номиналов серийно выпускаемых стабилитронов.

Читайте так же:
Расчет стабилизатора напряжения постоянного тока

Параллельное соединение стабилитронов не используется из-за рассогласования вольт-амперных характеристик в процессе работы.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Изменение — ток — стабилитрон

Изменения тока стабилитрона определяются колебаниями напряжения Е / з, отклонением величины стабилизирующего напряжения стабилитрона от номинала, разбросом величин сопротивлений фильтра и изменениями величин токов Д и / 2, вызываемыми различными причинами. [2]

Напряжение стабилизации ( 7СТ может быть примерно от 5 до 200 В, изменение тока стабилитрона от / min до / тах составляет десятки и даже сотни миллиампер. Максимальная допустимая мощность Ртах, рассеиваемая в стабилитроне, — от сотен милливатт до единиц ватт. Дифференциальное сопротивление Кд Au / Дг в режиме стабилизации может быть от десятых долей ома для низковольтных более мощных стабилитронов до 100 — 200 Ом для стабилитронов на более высокие напряжения. Низковольтные стабилитроны небольшой мощности имеют сопротивление Ru, равное единицам и десяткам ом. [3]

В показанной на рис. 15 — 24 схеме стабилизатора всякое изменение тока нагрузки ведет к изменению тока стабилитрона и напряжения на нем. [5]

При изменениях напряжения U1 ( Лн const) меняется величина тока через балластное сопротивление за счет изменения тока стабилитрона . В результате все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а выходное напряжение почти не меняется. Выходное напряжение на нагрузке остается практически постоянным. [6]

Максимальный ток нагрузки в этой схеме обычно ограничивается не наибольшей рассеиваемой транзистором мощностью и не допустимым диапазоном изменения тока стабилитрона , а выходным сопротивлением стабилизатора. [7]

Когда меняется Rr при постоянном евх, то, так как ывых меняется мало, напряжение на Rr остается почти неизменным. Это предполагает ( при изменении Rr) противофазное изменение тока стабилитрона . [8]

Мостовая схема на рис. II.8, д имеет лучший коэффициент стабилизации, чем однокаскадная схема ( в 2 — 4 раза), но примерно вдвое большее выходное сопротивление. Стабильность ухудшается также из-за изменения дифференциального сопротивления при изменении тока стабилитрона , что имеет место при изменении входного напряжения. [9]

RT, что приводит к увеличению тока, протекающего через Rr, за счет увеличения тока стабилитрона. При этом итоговое изменение выходного напряжения равно практически произведению изменения тока стабилитрона ua Ra стабилитрона. [10]

Принцип действия схемы на рис. 9 — 1, б несложен. При изменении напряжения Un меняется ток через балластное сопротивление Коал за счет изменения тока стабилитрона / Ст. В результате приращение напряжения питания падает на балластном сопротивлении, а выходное стабилизированное напряжение почти не меняется. [11]

В этом случае происходит следующее. Когда напряжение источника повышается, то увеличивается ток стабилитрона и почти все изменение напряжения приходится на долю резистора Rorp. Напряжение на стабилитроне и на нагрузке почти постоянно и лишь незначительно возрастает, если изменение тока стабилитрона не выходит за пределы режима нормального катодного падения. При уменьшении Е изменения происходят в обратную сторону. [13]

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию