Līdzstrāvas sprieguma stabilizators uz Zener diodes. Paralēli parametriskie un virknes sprieguma stabilizatori. Tiešsaistes sprieguma stabilizatora jaudas kalkulators

Lai izvēlētos Zener diodi ķēdei, kas parādīta attēlā. 3, jums jāzina ieejas spriegumu diapazons U1 un slodzes izmaiņu diapazons R N.

Rīsi. 3. Zenera diodes savienojuma ķēde.

Piemēram, aprēķināsim pretestību R un izvēlēsimies Zenera diodi ķēdei attēlā. 3 ar šādām prasībām:

Tātad, pirmkārt, aprēķināsim pretestības R vērtību. Minimālais ieejas spriegums ir 11 V. Pie šī sprieguma mums jānodrošina strāva vismaz 100 mA (vai 0,1 A) slodzei. Oma likums ļauj noteikt rezistora pretestību:

R C = U1 MIN / I N.MAX = 11 / 0,1 = 110 omi Tas nozīmē, ka ķēdei, kas nodrošina noteiktu strāvu slodzei, jābūt ar pretestību ne vairāk kā 110 omi.

Zenera diodes sprieguma kritums ir 9 V (mūsu gadījumā). Tad pie strāvas 0,1 A ekvivalentā slodze ir: R E = U2 / I N.MAX = 9 / 0,1 = 90 Ohm Tad, lai slodzei nodrošinātu strāvu 0,1 A, dzēšanas rezistoram ir jābūt pretestība: R = R C – R E = 110 – 90 = 20 omi Ņemot vērā to, ka pati zenera diode arī patērē strāvu, varat izvēlēties nedaudz zemāku pretestību no standarta E24 sērijas). Bet, tā kā Zener diode patērē nelielu strāvu, šo vērtību vairumā gadījumu var neņemt vērā.

Tagad noteiksim maksimālo strāvu caur Zenera diodi pie maksimālā ieejas sprieguma un slodze ir izslēgta. Aprēķins jāveic ar atvienotu slodzi, jo pat tad, ja jūsu slodze vienmēr ir pievienota, jūs nevarat izslēgt iespēju, ka daži vadi tiks atlodēti un slodze izslēgsies.

Tātad, aprēķināsim sprieguma kritumu pāri rezistoram R pie maksimālā ieejas sprieguma:

U R.MAX = U1 MAX – U2 = 15 – 9 = 6 VA Tagad noteiksim strāvu caur rezistoru R pēc tā paša Oma likuma: I R.MAX = U R.MAX / R = 6 / 20 = 0,3 A = 300 mA Tā kā rezistors R un Zenera diode VD ir savienoti virknē, maksimālā strāva caur rezistoru būs vienāda ar maksimālo strāvu caur Zenera diodi (ar izslēgtu slodzi), tas ir, I R.MAX = I VD. MAX = 0,3 A = 300 mA Aprēķiniet vairāk jaudas izkliede rezistors R. Bet mēs to nedarīsim šeit, jo šī tēma ir detalizēti aprakstīta rakstā Rezistori.

Bet aprēķināsim Zenera diodes izkliedes jaudu:

P MAX = I VD.MAX * U ST = 0,3 * 9 = 2,7 W = 2700 mW Izkliedes jauda ir ļoti svarīgs parametrs, ko bieži aizmirst ņemt vērā. Ja izrādās, ka Zener diodes jaudas izkliede pārsniedz maksimāli pieļaujamo, tas novedīs pie Zener diodes pārkaršanas un tās atteices. Lai gan strāva var būt normas robežās. Tāpēc vienmēr ir jāaprēķina jaudas izkliede gan slāpēšanas rezistoram R, gan Zenera diodei VD.

Atliek izvēlēties Zener diode atbilstoši iegūtajiem parametriem:

U ST = 9 V – nominālais stabilizācijas spriegums
I ST.MAX = 300 mA – maksimālā pieļaujamā strāva caur Zenera diodi
P MAX = 2700 mW – Zenera diodes izkliedes jauda pie I ST.MAX

Izmantojot šos parametrus, mēs atrodam piemērotu zenera diodi atsauces grāmatā. Mūsu mērķiem, piemēram, ir piemērota D815V Zener diode.

Jāsaka, ka šis aprēķins ir diezgan aptuvens, jo tajā nav ņemti vērā daži parametri, piemēram, temperatūras kļūdas. Tomēr vairumā praktisko gadījumu šeit aprakstītā Zenera diodes izvēles metode ir diezgan piemērota.

D815 sērijas Zener diodēm ir stabilizācijas spriegumu izplatība. Piemēram, D815V sprieguma diapazons ir 7,4...9,1 V. Tāpēc, ja nepieciešams iegūt precīzu slodzes spriegumu (piemēram, tieši 9 V), jums būs empīriski jāizvēlas Zenera diode no vairāku viena veida partiju. Ja nevēlaties apgrūtināt atlasi pēc nejaušības principa, varat izvēlēties Zener diodes no citas sērijas, piemēram, sērijas KS190. Tiesa, tie nav piemēroti mūsu gadījumam, jo ​​to izkliedes jauda nepārsniedz 150 mW. Lai palielinātu sprieguma stabilizatora izejas jaudu, var izmantot tranzistoru. Bet par to vairāk citreiz...

Un tālāk. Mūsu gadījumā Zenera diodes izkliedes jauda bija diezgan augsta. Un, lai gan saskaņā ar D815V parametriem maksimālā jauda ir 8000 mW, ieteicams uz radiatora uzstādīt Zener diodi, it īpaši, ja tas darbojas sarežģītos apstākļos (augsta temperatūra vidi, slikta ventilācija utt.).

Ja nepieciešams, tālāk varat veikt iepriekš aprakstītos aprēķinus jūsu gadījumam

Parametriskos sprieguma regulatorus joprojām izmanto mazjaudas elektronisko izstrādājumu barošanai, tāpēc ir jāspēj tos aprēķināt.

Bieži vien, atkārtojot gatavās konstrukcijas, kuru darbības apstākļi atšķiras no izstrādātāja ieteiktajiem, ir jāanalizē parametriskā sprieguma stabilizatora darbība, lai noskaidrotu balasta rezistora pretestības vērtību.

Šīs problēmas tika atrisinātas, izmantojot autora izstrādāto Microsoft Excel failu. Tiek piedāvātas divas iespējas parametriskā sprieguma stabilizatora aprēķināšanai un aprēķins Zener diodes darbības apstākļu analīzei gatavā ķēdē.

Aprēķinu un analīzes objekti piemēros ir divu labi zināmu audiofrekvenču jaudas pastiprinātāju konstrukciju parametriskie stabilizatori. Tas ir no Interlavkas un no Andrejs Zeļeņins A.

Pamatsakarības parametriskā stabilizatora aprēķināšanai uz Zenera diodes

Uin=Ust+(Iekšā+Ist)R 0 =Ust+IR 0, (1)
I=In+Ist – strāva, kas plūst caur balasta rezistoru R0.

Rīsi. 1. Parametriskā sprieguma stabilizatora diagramma, izmantojot zenera diodi

Mainoties spriegumam Uin, mainās strāva caur dalītāju, izraisot izmaiņas sprieguma kritumā pāri rezistoram R0 un spriegumam pāri Zener diodei, tāpēc slodze Rн praktiski nemainās.

Nelielas sprieguma izmaiņas visā slodzes diapazonā no Ust min līdz Ust max atbilst strāvas izmaiņām caur Zener diode no Ist min līdz Ist max. Turklāt minimālā strāva caur Zener diodi atbilst minimālajam ieejas spriegumam un maksimālajai slodzes strāvai, kas tiek sasniegta ar balasta rezistora pretestību

R 0 =(Uin min-Ust min)/(In max+Ist min). (2)

Savukārt maksimālā strāva caur Zenera diodi plūdīs ar minimālu slodzes strāvu un maksimālo ieejas spriegumu.

Ir viegli atrast stabilizatora darbības apstākļus:

ΔUin=ΔUst+R 0 (ΔIst-ΔIn), (3)
kur ΔUin=Uin max-Uin min, ΔUst= Ust max-Ust min, ΔIst=Ist max-Ist min, ΔIn= In max-In min.

Vienkāršības labad iestatīsim ΔUst = 0 un analizēsim izteiksmi (3).

Slodzes strāvas diapazons nevar būt lielāks par Zenera diodes strāvas diapazonu, jo šajā gadījumā izteiksmes labā puse kļūst negatīva un ķēde nedarbosies kā sprieguma regulators.

ΔUin= ΔIstR 0. (4)

Parametriskā stabilizatora efektivitāti nosaka pēc izteiksmes:

Efektivitāte=Ust In /(Uin (In + Ist)=1/(Nst(1+ Ist/In)), (5)
kur Nst=Uin/Ust – stabilizatora pārraides koeficients; parasti Nst=1,4…2.

No izteiksmes (5) izriet, ka jo zemāks ir stabilizatora pārneses koeficients un jo zemāka ir strāvas caur Zener diode attiecība pret slodzes strāvu, jo augstāka ir efektivitāte.

Sprieguma stabilizatora galvenais parametrs, pēc kura tiek novērtēta tā darbības kvalitāte, ir stabilizācijas koeficients:

Kst=(ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 Ust/rdUin=R 0 /Nst-d=Kefektivitāte, (6)
kur rd ir Zenera diodes dinamiskā pretestība; Kf – filtrācijas koeficients.

Pirmā parametriskā stabilizatora aprēķināšanas iespēja

Mēs to veiksim gadījumā, ja barošanas spriegums ir nestabils un slodzes pretestība ir relatīvi nemainīga.

Lai iegūtu nepieciešamo izejas spriegumu, saskaņā ar atsauces grāmatu izvēlieties Zener diode ar parametriem: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.

Aprēķinām nepieciešamo ieejas spriegumu, balstoties uz stabilizatora galēji optimālajiem pārvades koeficientiem Nst = 1,4...2, kurus lietotājs var izvēlēties arī jebkurā vajadzīgajā diapazonā Nst:

Ist р=0,5(Ist min+Ist max)>In.

Aprēķināsim balasta rezistora pretestību:

R 0 =(Uin - Ust)/(Ist p+ In).

Aprēķināsim balasta rezistora jaudu ar dubultu rezervi:

Po=2(Ist p+ In) 2 R 0 .

Pārbaudīsim izvēlēto stabilizatora darbības režīmu.
Aprēķins ir pareizs, ja vienlaicīga maiņa Uin ar vērtību ΔUin un In pēc vērtības ΔIn Zenera diodes strāva nepārsniedz Ist max un Ist min robežas:
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.

Ja iegūtās strāvas vērtības Ist p max un Ist p min ir ārpus pieļaujamajām vērtībām, tad Ist p ir jāizvēlas cita vērtība, jāmaina pretestība R 0 vai jānomaina Zenera diode.

Aprēķinu piemērs Nr.1

Izvēlēsimies D814B tipa zenera diodi, kurai Ust= Un=9 V; rd=10 omi; Ist max = 36 mA; Ist min = 3 mA.

Iepriekš minēto informāciju ievadām Microsoft Excel tabulas lapas “Pirmā aprēķinu opcija” atbilstošajās avota datu šūnās (izceltas ar gaiši zilu aizpildījumu) “Parametriskā sprieguma stabilizatora darbības aprēķins un analīze.xlsx” un nekavējoties iegūstiet aprēķinu rezultātus aprēķina šūnās, kas izceltas ar gaiši brūnu pildījumu:

ieejas spriegums Uin=15,0 V; balasta rezistora pretestība R 0 =240 Ohm, balasta rezistora jauda ar dubulto rezervi Po=0,3 W; Kst=15,0, efektivitāte=24%, Kf=62,5 (skat. 2. att.).

Rīsi. 2. No ekrāna izdrukājiet aprēķina piemēru Nr. 1

Mēs izvēlamies rezistoru ar pretestību 240 omi un jaudu 0,5 W.

Pieņemsim, ka stabilizatora ieejā ir mainīga sprieguma viļņi ar amplitūdu Upin = 0,1 V = 100 mV. Pulsācijas amplitūda pie stabilizatora izejas būs Upst = Upin/Kph=100/62.5=1.6 mV.

Aprēķinu piemērs Nr.2

Aprēķins tiks veikts parametriskam pozitīvās polaritātes stabilizatoram (R5, VD1, C2), jo cits negatīvas polaritātes stabilizators (R6, VD2, C4) atšķiras tikai Zenera diodes ieslēgšanas virzienā.

Sagatavosim sākotnējos datus: stabilizētās slodzes spriegums Un=12 V, slodzes strāva In=(12-0,5)/R2=11,5/10=1,15 mA, ΔIn=0,115 mA, ieejas sprieguma izmaiņas ΔUin=10 %.

Izvēlēsimies zenera diodi BZX55C12, kurai ir šādi parametri: Ust= Un=12 V; rd = 20 omi; Ist max = 32 mA; Ist min = 5 mA.

Aprēķinu rezultāti ir parādīti attēlā. 3; uz augšu = ± 25 V R5 = R6 = 1,3 kOhm (0,25 W); uz augšu=±35 V R5=R6=2,4 kOhm (0,5 W); uz augšu=±45 V R5=R6=3,6 kOhm (1 W).

Rīsi. 3. Parametrisko stabilizatoru aprēķins “Green Lanzar” pastiprinātājam

Otra parametriskā stabilizatora aprēķināšanas iespēja

kā sākotnējos datus izmanto slodzes strāvas robežvērtības In min un In max, kas, ja In min = 0, ļauj nodrošināt stabilizatora dīkstāves režīmu. Pastāvīgai slodzei izvēlieties In max = In min.

Zenera diodes parametri ir tādi paši kā iepriekšējā aprēķinā: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.

Mēs aprēķinām Zenera diodes darba strāvas maksimālās un minimālās vērtības:

Ist p max = 0,8 Ist max,
Ist p min=1,2 Ist min.

Ja stabilizatoram jādarbojas dīkstāves režīmā (In min=0), atlasiet Ist p min=Ist min.

Mēs pārbaudām stabilizācijas spriegumam izvēlētās zenera diodes piemērotību noteiktajās slodzes strāvas un barošanas sprieguma robežās:

(Ist p max+ In min)(1- ΔUin n)-(Ist min+ In max) (1+ ΔUin in)>0,
kur ΔUin n=(Uin-Uin min)/ Uin, ΔUin in=(Uin max-Uin)/ Uin.

Ja nevienlīdzība nav spēkā, jums ir nepieciešams:
izmantojiet jaudīgāku zenera diodi;
iestatīt uz mazākām vērtībām ΔUin n un ΔUin in;
samazināt In max vai palielināt In min.

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)].

Balasta rezistoru pretestība:

R 0 = Uin(ΔUin in+ΔUin n)/[(Ist p max+ In min)- (Ist p min+ In max)].

Mēs arī aprēķinām rezistora jaudu ar dubultu rezervi:

Po=2(Uin(1+ ΔUin n) - Ust) 2 /R 0 .

Izmantojot pirmajā aprēķina variantā dotās formulas, atrodam Kst, efektivitāti un Kf.

Aprēķinu piemērs Nr.3

Izvēlēsimies D814B tipa zenera diodi, kurai Ust = Un; rd=10 omi; Ist max = 36 mA, Ist min = 3 mA.

Pēc sākotnējo datu ievadīšanas tabulas lapā “Otrā aprēķina iespēja” iegūstam šādus rezultātus (4. att.):

Uin = 14 V, R 0 = 221 omi, Po = 0,45 W, Kst = 14,2.

Rīsi. 4. Parametriskā stabilizatora ekrānuzņēmums dīkstāves režīmā

Mēs izvēlamies rezistoru ar pretestību 220 omi un jaudu 0,5 W.

Parametriskā stabilizatora darbības analīze

Tāpat analīzei nepieciešami Zenera diodes parametri: Ust = Un, rd, Ist max un Ist min.

Analīzes mērķis ir aprēķināt Zenera diodes darba strāvu Ist p=(Uin-Ust)/R 0 -In; pārraides koeficients Nst = Uin/Ust; balasta rezistora jauda Po, stabilizācijas koeficients Kst, lietderības koeficients un filtrācijas koeficients Kf.

Ir svarīgi pārbaudīt zenera diodes darbības režīmu stabilizatora ķēdē, kas tiek veikts, izmantojot formulas, kas ir līdzīgas pirmajā aprēķina variantā norādītajām.

1. analīzes piemērs

Norādītais pastiprinātāja barošanas spriegumu diapazons ir no Up=±30 V līdz ±65 V, kamēr ieslēgts shematiska diagramma balasta rezistoru pretestība norādīta R 0 =R3=R4=2,2 kOhm (1 W).

Citā publikācijā balasta rezistoru pretestības vērtību ieteicams izvēlēties atkarībā no pastiprinātāja barošanas sprieguma, izmantojot formulu R 0 = (Up-15)/I, kur I = 8...10 mA. 1. tabulā parādīts aprēķins, izmantojot norādīto formulu pastiprinātāja barošanas spriegumu diapazonam ar 5 V soli.

Sākotnējie dati analīzei: stabilizētās slodzes spriegums Un=15 V, slodzes strāva In=(15-0.5)/R5=14.5/6.8=2.13 mA, ΔIn=0.213 mA, ieejas sprieguma izmaiņas ΔUin=10%.

Izvēlēsimies zenera diodi 1N4744A, kurai ir šādi parametri: Ust= Un=15 V; rd = 14 omi; Ist max = 61 mA; Ist min = 5 mA.

Analizējot parametrisko stabilizatoru darbību Lanzar pastiprinātājā, tika konstatēts, ka minimālā stabilizatora strāva Ist p min tika izvēlēta pie robežas ar tikai 3...14% rezervi nepieciešamo 20% vietā (5. att.).

Rīsi. 5. Lanzar pastiprinātāja stabilizatoru darbības režīmi atkarībā no izvēlētā barošanas sprieguma

Izmantojot Microsoft Excel izklājlapu datu analīzes rīku “Parameter Selection”, mēs noskaidrosim balasta rezistoru pretestību. Lai to izdarītu, dodieties uz šūnu ar formulu Ist p min (šūna C26) un izvēlnē atlasiet Dati -> « Ko darīt, ja analīze»-> Parametru izvēle.

Iestatiet to šūnā C26 vērtība 6,0 (robeža 20% no Ist min), mainot šūnas vērtību, kurā ievadīta balasta rezistora pretestība ( 15 C $).

Mēs iegūstam R 0 = 1,438 kOhm. Ievadīsim šajā šūnā tuvāko pretestības vērtību no standarta sērijas R 0 =1,3 kOhm.

Pēc tabulas ritināšanas noteikta darbība visām barošanas spriegumu vērtībām mēs iegūstam šādu rezultātu (6. att.).

Rīsi. 6. Lanzar pastiprinātāja parametrisko stabilizatoru darbības režīmu precizēšana

Analīzes rezultāti ir apkopoti arī 2. tabulā.

Rezistoru jauda pastiprinātāja barošanas spriegumiem no ±30 V līdz ±40 V ir 0,5 W, pārējiem spriegumiem – 1 W.

Apakšējā līnija

Pirms tīkamā dizaina montāžas ieteicams analizēt un, ja nepieciešams, precizēt parametriskā stabilizatora zenera diodes darbības režīmu, izmantojot piedāvātās Microsoft Excel izklājlapas.

Paralēlā stabilizatora aprēķins un projektēšana. Pielietojuma iezīmes. (10+)

Parametrisks paralēlais stabilizators

Parametriskā paralēlā stabilizatora darbības princips ir balstīts uz faktu, ka caur to tiek izlaista fiksēta (vai pēcfiksēta) strāva, ko nosaka strāvas avots (tas ir ļoti labi) vai rezistors (tas ir nedaudz sliktāks) . Tālāk strāva tiek sadalīta divos kanālos. Daļa strāvas tiek novirzīta uz slodzi. Otra daļa apiet slodzi. Apvada strāvas stiprums un līdz ar to arī slodzes strāvas stiprums tiek uzturēts tā, lai spriegums pāri slodzei būtu vienāds ar iestatītā vērtība. Paralēlo stabilizatoru tipiskās shēmas ir parādītas attēlā.

Paralēlo parametrisko stabilizatoru tipiskās shēmas

Diemžēl rakstos periodiski tiek konstatētas kļūdas, tās tiek labotas, raksti tiek papildināti, izstrādāti un sagatavoti jauni.

Zāģa zoba sprieguma, signāla, zāģa relaksācijas ģenerators. Shēmas...
Relaksācijas ģeneratoru shēmas un aprēķini, kas ģenerē zāģa spriegumu...

Gudra māja, vasarnīca, kotedža. Inteliģenta automatizācija. Automatizēti...
DIY viedā māja. Metodes, tehnoloģijas, shēmas, programmas...

Elektronisko elementu un radio komponentu pārbaude. Pārbaudiet apkopi...
Kā pārbaudīt daļas derīgumu. Pārbaudes metode. Kādas detaļas var izmantot...

Meklēšana, pārtraukumu noteikšana, elektroinstalācijas pārtraukumi. Atrast, meklēt, atrast...
Slēpto vadu un to pārrāvumu noteikšanas ierīces daļas, montāža un regulēšana...

Svarīgākie stabilizatora parametri ir stabilizācijas koeficients Kst, izejas pretestība Rout un efektivitāte η.

Stabilizācijas koeficients nosaka pēc izteiksmes K st = [∆u iekšā / u iekšā] / [∆u ārā / u ārā]

Kur tu iekšā, tu ārā- konstantes attiecīgi stabilizatora ieejā un izejā; ∆uin- mainīt tu iekšā; ∆uout- mainīt tu esi ārā, kas atbilst ∆u ievades izmaiņām.

Tādējādi stabilizācijas koeficients ir relatīvo izmaiņu attiecība ieejā pret attiecīgajām relatīvajām izmaiņām stabilizatora izejā.

Jo lielāks stabilizācijas koeficients, jo mazāk izvade mainās, mainoties ieejai. Vienkāršākajiem stabilizatoriem Kst vērtība ir vienības, bet sarežģītākiem - simtiem un tūkstošiem.

Stabilizatora izejas pretestība nosaka izteiksme Maršruts = | ∆u ārā / ∆i ārā |

kur ∆uout ir konstantes izmaiņas pie stabilizatora izejas; ∆iout - stabilizatora pastāvīgās izejas strāvas izmaiņas, kas izraisīja izejas sprieguma izmaiņas.

Stabilizatora izejas pretestība ir vērtība, kas līdzīga taisngrieža ar filtru izejas pretestībai. Jo mazāka ir izejas pretestība, jo mazāk izvades izmaiņas mainās, mainoties slodzes strāvai. Vienkāršākajiem stabilizatoriem R out vērtība ir omu vienības, bet progresīvākiem - omu simtdaļas un tūkstošdaļas. Jāatzīmē, ka stabilizators parasti strauji samazina sprieguma pulsāciju.

Stabilizatora efektivitāte η st ir slodzei P n piegādātās jaudas attiecība pret ieejas avota patērēto jaudu. R in: η st = R n / R in

Tradicionāli stabilizatorus iedala parametriskajos un kompensējošajos.

Interesants video par sprieguma stabilizatoriem:

Parametriskie stabilizatori

Tās ir vienkāršākās ierīces, kurās nelielas izejas izmaiņas tiek panāktas, izmantojot elektroniskas ierīces ar diviem spailēm, kurām raksturīga izteikta strāvas-sprieguma raksturlieluma nelinearitāte. Apskatīsim parametriskā stabilizatora shēmu, kuras pamatā ir Zener diode (2.82. att.).

Analizēsim šo ķēdi (2.82. att., a), kurai vispirms to transformējam, izmantojot ekvivalento ģeneratora teorēmu (2.82. att., b). Grafiski analizēsim ķēdes darbību, uz Zenera diodes strāvas-sprieguma raksturlīknes uzzīmējot slodzes līnijas dažādām ekvivalenta sprieguma vērtībām, kas atbilst dažādām ieejas vērtībām (2.82. att., c).
No grafiskajām konstrukcijām redzams, ka, būtiski mainoties ekvivalentam u e (par ∆u e), un līdz ar to arī ievadei u in, izvade mainās par nenozīmīgu daudzumu ∆u out.

Turklāt, jo zemāka ir Zenera diodes diferenciālā pretestība (t.i., jo horizontālāka ir Zenera diodes raksturlielums), jo mazāka ir ∆u out.

Noteiksim tāda stabilizatora galvenos parametrus, kuriem oriģinālajā shēmā nomainām Zenera diodi pret ekvivalentu ķēdi un ievadām ieejas ķēdē (2.82. att., d) sprieguma avotu, kas atbilst ieejas ∆u izmaiņām. ievade (diagrammā punktēta līnija): R out = r d || R 0 ≈ r d, jo R 0 >> r d η st = (u out · I n) / (u in · I in) = (u out · I n) / [ u in (I n + I in) ].

K st = (∆u in / u in) : (∆u out / u out) Tā kā parasti R n >> r d Tāpēc, K st ≈ u ārā / u iekšā · [ (r d + R 0) / r d ]

Parasti parametriskos stabilizatorus izmanto slodzēm no vairākām vienībām līdz desmitiem miliamperu. Tos visbiežāk izmanto kā atsauces avotus kompensācijas sprieguma stabilizatoros.

Kompensējošie stabilizatori

Tās ir slēgtas automātiskās vadības sistēmas. Kompensējošā stabilizatora raksturīgie elementi ir atsauces (atsauces) avots (RS), salīdzinošais un pastiprinošais elements (CAE) un regulējošais elements (RE).

Ir lietderīgi atzīmēt, ka OOS aptver divus posmus - uz darbības pastiprinātāju un uz tranzistoru. Aplūkotā shēma ir pārliecinošs piemērs, kas parāda vispārējās negatīvās atgriezeniskās saites priekšrocības salīdzinājumā ar vietējo.

Galvenais stabilizatoru trūkums ar nepārtrauktu regulēšanu efektivitāte ir zema, jo regulēšanas elementā notiek ievērojams enerģijas patēriņš, jo visa slodze iet caur to, un kritums pāri tam ir vienāds ar starpību starp stabilizatora ieejas un izejas spriegumiem.

60. gadu beigās sāka ražot integrētās shēmas stabilizatoru kompensēšanai ar nepārtrauktu regulēšanu (sērija K142EN). Šajā sērijā ietilpst stabilizatori ar fiksētu izejas spriegumu, ar regulējamu izejas spriegumu un bipolāru un ieejas un izejas spriegumu. Gadījumos, kad ir nepieciešams izlaist strāvu caur slodzi, kas pārsniedz integrēto stabilizatoru maksimālās pieļaujamās vērtības, mikroshēma tiek papildināta ar ārējiem vadības tranzistoriem.

Daži integrālo stabilizatoru parametri ir doti tabulā. 2.1, un iespēja pievienot ārējos elementus stabilizatoram K142EN1 ir parādīta attēlā. 2.85.


Rezistors R ir paredzēts strāvas aizsardzības iedarbināšanai, un R 1 ir paredzēts izejas sprieguma regulēšanai. Mikroshēmas K142UN5, EH6, EH8 ir funkcionāli nokomplektēti stabilizatori ar fiksētu izejas spriegumu, taču tiem nav nepieciešams savienot ārējos elementus.

Komutācijas stabilizatori tagad ir ne mazāk izplatīti kā nepārtraukti stabilizatori.

Pateicoties šādu stabilizatoru jaudas elementu galvenā darbības režīma izmantošanai, pat ar ievērojamu ieejas un izejas sprieguma līmeņu atšķirību jūs varat iegūt efektivitāti 70-80%, savukārt nepārtrauktiem stabilizatoriem tas ir 30 - 50%.

Jaudas elementā, kas darbojas komutācijas režīmā, vidējā jauda, ​​kas tajā izkliedēta pārslēgšanas periodā, ir ievērojami mazāka nekā nepārtrauktā stabilizatorā, jo, lai gan slēgtā stāvoklī strāva, kas plūst caur barošanas elementu, ir maksimāla, kritums pāri tam ir tuvu. līdz nullei, un atvērtā stāvoklī caur to plūstošā strāva ir nulle, lai gan maksimālā. Tādējādi abos gadījumos jaudas izkliede ir niecīga un tuvu nullei.

Nelieli jaudas elementu zudumi noved pie dzesēšanas radiatoru samazināšanās vai pat likvidēšanas, kas ievērojami samazina svara un izmēra rādītājus. Turklāt impulsa stabilizatora izmantošana dažos gadījumos ļauj izslēgt no ķēdes strāvas transformatoru, kas darbojas ar frekvenci 50 Hz, kas arī uzlabo stabilizatoru darbību.

Pārslēgšanas barošanas avotu trūkumi ietver izejas sprieguma pulsācijas klātbūtne.

Apsveriet pārslēgšanas sērijas regulatoru

Taustiņu S periodiski ieslēdz un izslēdz vadības ķēde (CS) atkarībā no slodzes vērtības. izvade tiek regulēta, mainot attiecību t on / t off, kur t ieslēgts, t izslēgts - to laika periodu ilgums, kuros atslēga ir attiecīgi ieslēgtā un izslēgtā stāvoklī. Jo lielāka šī attiecība, jo lielāka ir produkcija.

Bipolāru vai lauka efekta tranzistoru bieži izmanto kā slēdzi S.

Diode nodrošina induktora strāvas plūsmu, kad slēdzis ir izslēgts, un tādējādi novērš bīstamu pārspriegumu parādīšanos uz atslēgas pārslēgšanas brīdī. LC filtrs samazina izejas pulsāciju.

Vēl viens interesants video par stabilizatoriem:

Sprieguma stabilizatora galvenais parametrs, pēc kura tiek novērtēta tā darbības kvalitāte, ir stabilizācijas koeficients

Uz st U = (ΔU in /U in) / (ΔU out / U out).

Vienkāršākais sprieguma stabilizators ir parametrisks, kura diagramma ir parādīta attēlā. 1.6.

Rīsi. 1.6. Parametrisks sprieguma stabilizators bez temperatūras kompensācijas

Parametriskā stabilizatora aprēķins parasti ir saistīts ar balasta rezistora R o pretestības aprēķināšanu un Zenera diodes veida izvēli.

Zenera diodes galvenie elektriskie parametri ir:

U st – stabilizācijas spriegums;

I st.max – Zenera diodes maksimālā strāva volt-ampēra darba daļā

īpašības;

I st.min – Zenera diodes minimālā strāva volt-ampēra darba daļā

īpašības;

R d – diferenciālā pretestība strāvas-sprieguma darba daļā

īpašības.

Apskatīsim aprēķina metodi, izmantojot piemēru.

Dots: U izeja = 9 V; I n = 10 mA; ΔI n = ± 2 mA; ΔU iekšā = ± 10%U iekšā. .

Aprēķinu procedūra.

1. Izmantojot uzziņu grāmatu, izvēlieties D814B tipa Zener diode ar parametriem

U st = 9 V; I st. max = 36 mA; I st. min = 3 mA; R d = 10 omi.

2. Aprēķiniet nepieciešamo ieejas spriegumu, izmantojot formulu

U iekšā = n st U ārā,

kur n st ir stabilizatora pārraides koeficients.

Lai nodrošinātu optimālus stabilizatora darbības apstākļus, ieteicams izvēlēties nst diapazonā no 1,4 līdz 2.

Ņemsim nst = 1,6, tad Uin = 1,6 9 = 14,4 V.

3. Aprēķināt balasta rezistora R o pretestību

R o = (U in –U out) / (I st +I n).

Pašreizējā I st tiek izvēlēta no šādiem apsvērumiem: I st ≥I n.

Vienlaicīgi mainot U in ar vērtību ΔU in un I n ar vērtību ΔI n, Zenera diodes strāvai nevajadzētu pārsniegt I st.max un I st.min robežas.

Šī iemesla dēļ Ist parasti izvēlas no pieņemamo vērtību diapazona vidus.

Mēs pieņemam I st = 0,015 A.

Tad R o = (14,4–9) / (0,015 + 0,01) = 216 omi.

Izvēlēsimies rezistora pretestības R o standarta vērtību saskaņā ar parametru sēriju E24 (skat. 4. pielikumu).

Mēs ņemam R o = 220 omi.

Lai izvēlētos rezistora veidu, ir jāaprēķina uz rezistora korpusa izkliedētā jauda

P = I2Ro; P = (25 10 -3) 2 220 = 0,138 W.

Mēs pieņemam, ka rezistora jaudas izkliedes standarta vērtība ir 0,25 W.

Mēs izvēlamies rezistora veidu MLT-0,25-220 Ohm ± 10%.

4. Pārbaudīsim pareizo zenera diodes darbības režīma izvēli sprieguma stabilizatora ķēdē:

I st.min = (U in –ΔU in –U out) / Ro – (I n +ΔI n);

I st.min = (14,4 – 1,44 – 9) · 10 3 / 220 – (10 + 2) = 6 mA;

I st.max = (U in +ΔU in –U out) / Ro – (I n –ΔI n);

I st.max = (14,4 + 1,44 - 9) · 10 3 / 220 - (10 - 2) = 23 mA.

Ja aprēķinātās strāvas vērtības Ist.min un Ist.max ir ārpus pieļaujamajām vērtībām, tad ir jāizvēlas vai nu cita vērtība Ist, vai jāmaina rezistora R o pretestība, vai jānomaina Zener diode.

5. Sprieguma stabilizācijas koeficientu parametriskajam stabilizatoram nosaka pēc formulas:

K st = (R o /R d + 1) /n st,

K st = (220 / 10 + 1) / 1,6 = 14,3.

6. Parametriskā sprieguma stabilizatora izejas pretestība

R out = R o = 10 omi.

Attēlā 1.7. attēlā parādīta parametriskā sprieguma stabilizatora diagramma ar tā galvenā elementa - Zenera diodes - darbības režīma temperatūras stabilizāciju.

Lai palielinātu izejas sprieguma temperatūras stabilitāti, vairākas silīcija diodes ir savienotas virknē ar Zener diodi šajā ķēdē.

Diodes sprieguma temperatūras koeficients (TCV) pēc zīmes ir pretējs Zenera diodes TCV, bet mazāks. Tāpēc temperatūras kompensācijai Ust ir nepieciešamas vairākas diodes. Silicon Zener diodes, kas savienotas virzienā uz priekšu, var izmantot arī termiskai stabilizācijai. Termiski stabilizējošo elementu skaitu nosaka Zenera diodes TKN moduļa attiecība pret elementa (diodes) TKN moduli. Dalīšanas rezultāts tiek noapaļots līdz tuvākajam veselajam skaitlim.

Zenera diožu un diožu TKN skaitliskās vērtības ir norādītas atsauces grāmatās un izteiktas %/o C. Silīcija diodēm, kas savienotas virzienā uz priekšu, TKN nedaudz atšķiras viena no otras dažādi veidi un atrodas iekšā

1,4...1,7 mV/o C. Germānija diodēm, piemēram, D7A - D7Zh, TKN vērtība ir –1,9 mV/o C. Termiskās stabilizācijas aprēķinu veikšanai RGR-1 izmanto diodi D7Zh, kurai TKN ir –1,9 mV/o C.

Jāpatur prātā, ka ar lielu skaitu termiski stabilizējošu diožu (trīs vai vairāk), ir jāņem vērā tiešais sprieguma kritums uz tiem un dinamiskā pretestība. Diodei D7Zh tiešais spriegums ir 0,5 V, un dinamiskā pretestība ir 2 omi. Kopējais stabilizācijas spriegums tiek definēts kā Zenera diodes un diožu spriegumu summa, un kopējā dinamiskā pretestība ir definēta kā Zenera diodes un diožu dinamisko pretestību summa.

Šāda stabilizatora aprēķins tiek veikts saskaņā ar iepriekš norādīto metodi.

Rīsi. 1.7. Parametrisks sprieguma stabilizators ar temperatūras kompensāciju

Piezīme:

Sekundārās barošanas avota aprēķināšanas secība ir šāda: vispirms tiek aprēķināts sprieguma stabilizators, pēc tam izlīdzināšanas filtrs un pēc tam taisngrieža ķēde.

Ierīces elektriskās shēmas shēma jāveic saskaņā ar GOST un ņemot vērā konstrukcijas shēmu (1.1. att.)

Pārbaudījums Nr.2

Bipolārā tranzistora pastiprinātāja pakāpes aprēķins

saskaņā ar kopējo emitenta ķēdi