Как выбрать стабилитрон: Выбор стабилитрона

Содержание

Выбор стабилитрона

Чтобы подобрать стабилитрон для схемы, показанной на рис. 3, нужно знать диапазон входных напряжений U1 и диапазон изменения нагрузки RН.

Рис. 3. Схема включения стабилитрона.

Для примера рассчитаем сопротивление R и подберём стабилитрон для схемы на рис. 3 со следующими требованиями:

Диапазон входных напряжений, В U1 11…15
Выходное напряжение, В U2 9
Диапазон нагрузок, мА IН 50…100

Такая схема может потребоваться, например, для питания какого-либо устройства с небольшим потреблением от бортовой сети автомобиля.

Один из посетителей сайта нашёл в этой статье ошибку, за что я ему благодарен. Сейчас эта статья исправлена и содержит правильные расчёты.

Итак, для начала рассчитаем значение сопротивления R.

Минимальное напряжение на входе равно 11 В. При таком напряжении мы должны обеспечить ток на нагрузке не менее 100 мА (или 0,1 А). Закон Ома позволяет определить сопротивление резистора:

RЦ = U1МИН / IН.МАКС = 11 / 0,1 = 110 Ом
То есть цепь для обеспечения заданного тока на нагрузке должна иметь сопротивление не более 110 Ом.

На стабилитроне падает напряжение 9 В (в нашем случае). Тогда при токе 0,1 А эквивалент нагрузки:

RЭ = U2 / IН.МАКС = 9 / 0,1 = 90 Ом
Тогда, для того чтобы обеспечить на нагрузке ток 0,1 А, гасящий резистор должен иметь сопротивление:
R = RЦ – RЭ = 110 – 90 = 20 Ом
С учётом того, что сам стабилитрон тоже потребляет ток, можно выбрать несколько меньшее сопротивление из стандартного ряда Е24 статью о резисторах). Но, так как стабилитрон потребляет небольшой ток, этим значением в большинстве случаев можно пренебречь.

Теперь определим максимальный ток через стабилитрон при максимальном входном напряжении и отключенной нагрузке. Расчёт нужно выполнять именно при отключенной нагрузке, так как даже если у вас нагрузка будет всегда подключена, нельзя исключить вероятность того, что какой-нибудь проводок отпаяется и нагрузка отключится.

Итак, вычислим падение напряжения на резисторе R при максимальном входном напряжении:

UR.МАКС = U1МАКС – U2 = 15 – 9 = 6 В
А теперь определим ток через резистор R из того же закона Ома:
IR.МАКС = UR.МАКС / R = 6 / 20 = 0,3 А = 300 мА
Так как резистор R и стабилитрон VD включены последовательно, то максимальный ток через резистор будет равен максимальному току через стабилитрон (при отключенной нагрузке), то есть
IR.МАКС = IVD.МАКС = 0,3 А = 300 мА
Нужно ещё рассчитать
мощность рассеивания
резистора R. Но здесь это мы делать не будем, поскольку данная тема подробно описана в статье Резисторы.

А вот мощность рассеяния стабилитрона рассчитаем:

PМАКС = IVD. МАКС * UСТ = 0,3 * 9 = 2,7 Вт = 2700 мВт
Мощность рассеяния – очень важный параметр, который часто забывают учесть. Если окажется, что мощность рассеяния на стабилитроне превысит максимально допустимую, то это приведёт к перегреву стабилитрона и выходу его из строя. Хотя при этом ток может быть в пределах нормы. Поэтому мощность рассеяния как для гасящего резистора R, так и для стабилитрона VD нужно всегда рассчитывать.

Осталось подобрать стабилитрон по полученным параметрам:

UСТ = 9 В – номинальное напряжение стабилизации
IСТ.МАКС = 300 мА – максимально допустимый ток через стабилитрон
РМАКС = 2700 мВт – мощность рассеяния стабилитрона при IСТ.МАКС

По этим параметрам в справочнике находим подходящий стабилитрон. Для наших целей подойдёт, например, стабилитрон Д815В.

Надо сказать, что этот расчет довольно грубый, так как он не учитывает некоторые параметры, такие, например, как температурные погрешности.

Однако в большинстве практических случаев описанный здесь способ подбора стабилитрона вполне подходит.

Стабилитроны серии Д815 имеют разброс напряжений стабилизации. Например, диапазон напряжений Д815В – 7,4…9,1 В. Поэтому, если нужно получить точное напряжение на нагрузке (например, ровно 9 В), то придётся опытным путём подобрать стабилитрон из партии нескольких однотипных. Если нет желания возиться с подбором «методом тыка», то можно выбрать стабилитроны другой серии, например серии КС190. Правда, для нашего случая они не подойдут, поскольку имеют мощность рассеивания не более 150 мВт. Для повышения выходной мощности стабилизатора напряжения можно использовать транзистор. Но об этом как-нибудь в другой раз…

И ещё. В нашем случае получилась довольная большая мощность рассеивания стабилитрона. И хотя по характеристикам для Д815В максимальная мощность 8000 мВт, рекомендуется устанавливать стабилитрон на радиатор, особенно если он работает в сложных условиях (высокая температура окружающей среды, плохая вентиляция и т. п.).

Если необходимо, то ниже вы можете выполнить описанные выше рассчёты для вашего случая

Параметр Значение Единица измерения
Минимальное входное напряжение, U1МИН = В
Максимальное входное напряжение, U1МАКС = В
Выходное напряжение, U2 = В
Минимальный ток нагрузки, IН.МИН = мА
Максимальный ток нагрузки, IН.МАКС = мА
Сопротивление резистора, Ом, R =
Максимальный ток через стабилитрон, IVD. МАКС = мА
Мощность рассеяния R, PR >= мВт
Мощность рассеяния VD, PVD >= мВт

Не так и сложен стабилитрон, хотя не так и прост | Разумный мир

Сейчас выпускается много разных интегральных линейных стабилизаторов напряжения и кажется, что обычные стабилитроны отошли на второй план. А если все таки нужен стабилитрон, то можно взять TL431. Так?

Не совсем так. Стабилитроны по прежнему используют, хоть область их применения и сузилась. А TL431, при все его плюсах, иногда бывает избыточен. Да и стоит дороже, что иногда бывает важным.

Но сегодняшняя статья не об этом. Мы оставим в стороне споры о том, стоит ли использовать стабилитроны, как они работают, как устроены. Поговорим о некоторых практических аспектах их применения.

Статья из серии «электроника для начинающих«. Опытные любители электроники вряд ли найдут здесь для себя что то полезное или интересное. А профессионалам она точно будет не интересна.

Для понимания статьи достаточно знаний школьной программы в физике и математике.

Казалось бы, зачем снова рассказывать о том, что «устарело» и «давно всем известно»? Однако, как показывает практика, известно все таки не всё и не всем. И у новичков неизменно возникает множество вопросов. Особенно у тех, кто хочет достичь понимания, а не довольствуется чтением статей вроде «как рассчитать балластный резистор для стабилитрона». Да и не устарели стабилитроны.

Давайте попробуем разобраться в некоторых особенностях применения стабилитронов. Без высшей математики и физики полупроводников, но относительно подробно.

Сразу уточню, что описываемое в статье применимо и для стабилитронов, и для стабисторов, и даже для TL431. И даже для защитных TVS диодов.

Небольшое примечание по стабисторам. В этих диодах рабочей является не обратная, а прямая ветвь ВАХ. И отсутствует обратимый пробой. Тем не менее, описанное в статье применимо и к стабисторам.

Стандартная схема включения стабилитрона и типичные советы по расчету балластного сопротивления

Не сомневаюсь, что вы уже много раз видели эту схему и можете нарисовать ее с закрытыми глазами. Но нам все таки нужно от чего то отталкиваться, что бы разговор был предметный.

Типовая схема включения стабилитрона. Иллюстрация моя. Авторство не мое

Типовая схема включения стабилитрона. Иллюстрация моя. Авторство не мое

Поскольку схема совершенно стандартная, я не буду ее подробно описывать. Но нам потребуется тот факт, что потребляемый от источника напряжения Е ток равен сумме тока через стабилитрон и тока нагрузки.

Исходя из этого обычно приводят формулу для расчету сопротивления балластного резистора

В этой формуле все верно. Просто записанная в таком виде она многое не учитывает. Напряжение источника E, напряжение стабилизации стабилитрона Uст, ток нагрузки Iн считаются известными и заранее заданными. А вот ток через стабилитрон Iст предлагается выбирать. Тут то у новичков и возникают вопросы. И ответ на вопрос, а какой же ток выбрать, не так прост, как кажется на первый взгляд.

Да, можно просто сказать, например, 3-5 мА будет хорошим выбором. И у новичка тут же возникает еще один вопрос, а почему именно такой ток? Вполне закономерный вопрос. К тому же, такой простой совет может быть и неверным. Хотите примеры? Для Д815 (буква нам сейчас не важна) такой ток будет недопустимо малым. Для этих стабилитронов нужно выбирать ток не менее 300 мА. Зачем ворошить прошлое и вспоминать такие раритеты? Вот вам пример посвежее. Для 1SMA5918BT3G нужен ток не менее 65 мА.

Что бы понять, почему так происходит мы должны повнимательнее посмотреть на ВАХ (вольт-амперную характеристику) стабилитронов и разобраться с понятием дифференциального сопротивления. Для начала.

Вольт-амперная характеристика и дифференциальное сопротивление

Давайте нарисуем рабочую ветвь ВАХ упрощенно, в более крупном масштабе и без учета знаков тока и напряжения. Пропорции так же не соблюдаются.

Типовой вид ВАХ стабилитрона. Иллюстрация моя

Типовой вид ВАХ стабилитрона. Иллюстрация моя

Разными цветами я показал три основных области.

В области обратно-смещенного перехода стабилитрон ведет себя как обычный диод при подаче обратного напряжения. У стабисторов рабочей является на обратная, а прямая ветвь ВАХ, поэтому на ВАХ будет не область обратно-смещенного перехода, а область прямо-смещенного перехода при малых напряжениях. Понятно, что эта область не является рабочей для стабилитронов, а значит и интереса для нас не представляет. В справочных данных на стабилитроны обычно приводится значение обратного тока Iобр при определенном напряжении Uобр.

В переходной области начинают проявляться эффекты связанные с обратимым пробоем. Часто считается, что пробой возникает мгновенно, однако это не так. Переходная область может быть довольно большой, например, у низковольтных стабилитронов. В качестве отдельного участка ВАХ эту область выделяют не всегда.

Рабочая область является основной используемой, как и следует из ее названия. Я показал ее почти линейной, но в реальности линейной она не является. Именно в этой области находится точка, которая в справочных данных соответствует паспортному значению напряжения стабилизации Uст при определенном токе через стабилитрон Iст

Для рабочей области определяются еще две точки. Первая соответствует минимальному току Iстмин через стабилитрон, при котором рабочая точка еще находится в рабочей области. Вторая соответствует максимальному току Iстмакс через стабилитрон, при котором рассеиваемая стабилитроном мощность не превышает предельной.

Понятно, что ток Iст через стабилитрон должен лежать в пределах между Iстмин и Iстмакс. Но обратите внимание, что я показал рабочую область не строго вертикальной. И это соответствует реальности. Напряжение стабилизации зависит от тока через стабилитрон. Причем зависит нелинейно даже в рабочей области, в общем случае.

Обратите внимание, что на графике ВАХ координатные оси это напряжение и ток. А значит, прямая линия, проходящая через начало координат, будет соответствовать постоянному сопротивлению. Конечно не любая линия, а та, для которой положительное приращение тока соответствует положительному приращению напряжения.

А если это не прямая линия, а кривая? Как наша ВАХ. Как вы знаете, кривую можно аппроксимировать отрезками прямых. Да, не только прямых, но давайте это не будем рассматривать, нам это не потребуется. Каждый отрезок прямой определяется по двум точкам, (U0,I0) и (U1,I1), лежащими на концах аппроксимируемого отрезка кривой. Теперь мы можем ввести понятие дифференциального (разностного сопротивления).

Дифференциальное сопротивление можно определить для каждой точки ВАХ. Если дифференциальное сопротивление определяется не на постоянном, а на переменном токе, то его физический смысл не изменяется, но при этом его чаще называют динамическим сопротивлением. Давайте еще раз посмотрим на наш пример ВАХ

Типовой вид ВАХ стабилитрона с разным дифференциальным сопротивлением для двух разных рабочих точек. Иллюстрация моя

Типовой вид ВАХ стабилитрона с разным дифференциальным сопротивлением для двух разных рабочих точек. Иллюстрация моя

Хорошо видно, что для точки (U1,I1) дифференциальное сопротивление больше, чем для точки (U2,I2). А это означает, что небольшие отклонения тока через стабилитрон во второй точке дадут меньшие отклонения напряжения стабилизации, чем в первой точке.

Что это для нас означает? Скоро узнаете. Но сначала давайте посмотрим на ВАХ реально выпускаемых стабилитронов BZX84.

ВАХ стабилитронов BZX84 производства Diotec. Фрагмент из документации производителя

ВАХ стабилитронов BZX84 производства Diotec. Фрагмент из документации производителя

Здесь показаны кривые для стабилитронов с разным напряжением стабилизации. В документации приводятся напряжения стабилизации при токе через стабилитрон (тестовый ток) 5 мА, что показано на иллюстрации горизонтальной линией.

Очень хорошо видно, что низковольтные стабилитроны имеют большее дифференциальное сопротивление (для BZX84 это динамическое сопротивление на частоте 1кГц). А это значит, гораздо большую зависимость напряжения стабилизации от тока через стабилитрон.

Немного подробнее о стабилизации

Давайте вспомним типовую схему включения стабилитрона, которая приводилась в начале статьи. В общем случае, у нас может изменяться напряжение источника Е и ток нагрузки. При этом напряжение на нагрузке должно, в идеальном случае, оставаться неизменным. Это и есть стабилизация.

Мы можем ввести понятия коэффициента стабилизации и внутреннего сопротивления стабилизатора напряжения на стабилитроне

Коэффициент стабилизации показывает влияние изменения входного напряжения на напряжение стабилизации, а выходное сопротивление влияние изменения тока нагрузки.

Давайте рассмотрим сначала влияние изменения входного напряжения при постоянной нагрузке. Для этого вспомним, что ток через стабилитрон равен разности потребляемого от источника Е тока и тока нагрузки. Ток нагрузки у нас постоянный. Поэтому изменение входного напряжения повлияет только на ток через стабилитрон.

Для упрощения предположим, что стабилитрон идеальный, а значит его напряжение стабилизации не изменится. Поэтому

ΔIст = ΔЕ / Rб

Теперь вспомнив, что такое дифференциальное сопротивление, мы можем определить изменение напряжения стабилизации соответствующее изменению входного напряжения.

Собственно мы подтвердили ранее сделанное утверждение, что чем больше дифференциальное сопротивление, тем больше влияние изменения тока через стабилитрон, а значит, и влияние изменений входного напряжения. Тем меньше коэффициент стабилизации.

Давайте немного посчитаем для реального стабилитрона BZV55C5V1 с напряжением стабилизации 5. 1 В при токе 5 мА. Пусть у нас входное напряжение будет 10 В, а ток нагрузки равен 0.5 мА. Сопротивление балластного резистора при этом будет равняться 890 Ом. Предположим, что входное напряжение увеличилось на 2 В, на сколько увеличится напряжение стабилизации (выходное напряжение)?

Типовое значение дифференциального сопротивления для BZV55C5V1 при токе 5 мА составляет 40 Ом. То есть, выходное напряжение изменится на 0.09 В. В худшем случае, если дифференциальное сопротивление будет равно 60 Ом, изменение составит уже 0.135 В. Даже в худшем случае изменение составит лишь 2.65% от номинального выходного напряжения.

А теперь посмотрим, что будет, если мы выберем ток через стабилитрон равным не 5, а 1 мА. Для этого сопротивление балластного резистора должно равняться 3.27 кОм. Типовое дифференциальное сопротивление стабилитрона при этом токе будет равняться 400 Ом (480 Ом максимум). Теперь у нас выходное напряжение изменится на 0.24 В (0.29 В в худшем случае). А это уже 4.71% (5.69% в худшем случае).

То есть, от выбора рабочего тока через стабилитрон весьма существенно зависит стабильность напряжения стабилизации. При токе 5 мА у нас получается коэффициент стабилизации 7.56, а при токе 1 мА лишь 3.52.

Если мы будет рассматривать влияние тока нагрузки, то придем к таким же выводам. Я не буду приводить формулы и расчеты, вы можете сделать это самостоятельно, в качестве упражнения.

Теперь стало понятно, что ток через стабилитрон нужно выбирать с учетом дифференциального сопротивления. Слишком малый ток снижает стабильность напряжения стабилизации. Если сейчас вспомнить приведенный в начале статьи пример про стабилитрон 1SMA5918BT3G, то из его паспортных данных (динамическое сопротивление 4 Ом при токе 73.5 мА и 350 Ом при 1 мА) будет понятно, что стандартно советуемый ток 5 мА будет для него слишком мал. А вот для BZV55C5V1 он вполне подходит.

В общем случае, дифференциальное сопротивление стабилитрона должно быть много меньше балластного сопротивления и много меньше сопротивления нагрузки.

Это создает проблемы при входном напряжении близком к напряжению стабилизации. В таких случаях поможет использование TL431, который имеет дифференциальное сопротивление 0.2 Ом (0.5 Ом в худшем случае). Однако, тут есть ограничение минимального напряжения стабилизации на уровне 2.5 В.

Проблема с малым сопротивлением нагрузки может быть решена использованием, например, эмиттерного повторителя. Что приводит нас к стандартной схеме простейшего последовательного стабилизатора. Без сомнения, вы эту схему отлично знаете.

Осталось сказать несколько слов о старых советских стабилитронах. Для них приводилось дифференциальное сопротивление для определенного тока через стабилитрон, что позволяло оценить коэффициент стабилизации. И иногда задавался минимальный ток стабилизации (во всяком случае, в отраслевых справочниках такое было).

Еще раз о расчете балластного сопротивления

Теперь мы лучше представляем себе выбор оптимального тока через стабилитрон. Но расчет балластного сопротивления все еще не учитывает некоторые, довольно важные, факторы.

Во первых, изменение входного напряжения. Если входное напряжение постоянно, то нет и необходимости в стабилизации. Во вторых, изменение тока нагрузки. Ток нагрузки может быть постоянным, или может считаться таковым. Например, если стабилитрон используется в качестве источника опорного напряжения для компаратора, то током нагрузки можно вообще пренебречь.

Что бы учесть влияние этих факторов нестабильности на работу стабилитрона (не на коэффициент стабилизации!) необходимо после расчета балластного сопротивления для номинального входного напряжения и номинального тока нагрузки провести дополнительную проверку.

Максимальный ток через стабилитрон будет при минимальном токе нагрузки и максимальном входном напряжении. Нужно проверить, что бы ток через стабилитрон для выбранного Rб не превышал максимально допустимого. Причем с некоторым запасом.

Минимальный ток через стабилитроне будет при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки. Нужно проверить, что бы ток через стабилитроне не был меньше минимального тока стабилизации. Другими словами, что бы рабочая точка находилась в рабочей области, а дифференциальное сопротивление было достаточно малым.

Улучшения/ухудшения

Разумеется, стандартную схему параметрического стабилизатора на стабилитроне не раз пытались улучшить. Пожалуй, наиболее известно предложение вместо Rб использовать стабилизатор тока. Например, заменив резистор на полевой транзистор с p-n переходом включенный как двухполюсник. Вы без сомнения видели подобные схемы не один раз.

Идея здесь проста — стабилизатор тока позволяет обеспечить заданный ток, а его дифференциальное сопротивление велико. Это существенно повышает коэффициент стабилизации. Собственно, тут не важно, какой именно стабилизатор тока используется, вполне можно использовать и токовое зеркало.

Но не стоит забывать, что это отнюдь не универсальный способ повышения коэффициента стабилизации. Он хорошо работает при стабильной нагрузке, но может катастрофически ухудшить ситуацию при переменной нагрузке. Поскольку стабилизатор тока в этом случае может стать дополнительным дестабилизирующим фактором. Подумайте, почему, и в каких ситуациях, это может произойти.

ТКН (температурный коэффициент напряжения)

Напряжение стабилизации, как и следовало ожидать, зависит от температуры. Для низковольтных стабилитронов ТКН обычно отрицательный. То есть, напряжение стабилизации снижается с ростом температуры. Для высоковольтных стабилитронов ТКН обычно положительный. Но у стабилитронов есть и островок стабильности, который расположен примерно вокруг напряжения стабилизации 5.5 В.

Выпускаются и термостабильные стабилитроны, которые можно использовать при работе в большом диапазоне температур.

Но нужно учитывать еще один момент, о котором не редко забывают. Стабилитрон при работе нагревается от рассеиваемой им мощности. Причем температура кристалла может быть ощутимо выше температуры корпуса. А это приводит к дополнительному изменению напряжения стабилизации.

Заключение

Пожалуй, на сегодня достаточно. Я коснулся, упрощенно, очень небольшой части касающихся использования стабилитронов вопросов. Той части, которая наиболее важна для новичков и в части практического использования, и для понимания работы стабилитронов.

Остались в стороне вопросы частотных свойств, емкости, временной стабильности. Остались в стороне интересные варианты схем включении. Например, когда выходным напряжением является не напряжение на стабилитроне, а напряжение на балластном резисторе. Остались в стороне не стандартные варианты использования стабилитронов. Например, в качестве варикапов для настройки колебательных контуров приемников.

Стабилитрон это простой и дешевый электронный прибор, который имеет массу разных применений. Но за этой простотой скрывается не мало тонкостей, которые нужно учитывать.

До новых встреч!

Стабилитрон на 30 вольт маркировка. Как работает стабилитрон. Основные параметры стабилитронов

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 . 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.

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


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:

Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

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:


где

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, Imin это 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.


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 . 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.


R3 10k (4k7 – 22k) reostat

R6 0. 22R 5W (0,15- 0.47R)

R8 100R (47R – 330R)

C1 1000 x35v (2200 x50v)

C2 1000 x35v (2200 x50v)

C5 100n ceramick (0,01-0,47)

T1 KT816 (BD140)

T2 BC548 (BC547)

T3 KT815 (BD139)

T4 KT819(КТ805,2N3055)

T5 KT815 (BD139)

VD1-4 КД202 (50v 3-5A)

VD5 BZX27 (КС527)

VD6 АЛ307Б, К (RED LED)

Регулируемый стабилизированный блок питания – 0-24 V , 1 – 3А

с ограничением тока.

Блок питания (БП) предназначен для получения регулируемого стабилизированного выходного напряжения от 0 до 24v при токе порядка 1-3А, проще говоря чтобы не покупали вы батарейки, а использовали его для эксперементов со своими конструкциями.

В блоке питания предусмотрена так называемая защита т е ограничение максимального тока.

Для чего это нужно? Для того что бы этот БП служил верой и правдой, не боясь коротких замыканий и не требовал ремонта, так сказать «несгораемый и неубиваемый»

На Т1 собран стабилизатор тока стабилитрона, т е имеется возможность установки практически любого стабилитрона с напряжением стабилизации менее входного напряжения на 5 вольт

Это значит, что при установке стабилитрона VD5 допустим ВZX5,6 или КС156 на выходе стабилизатора получим регулируемое напряжение от 0 до приблизительно 4 вольт, соответственно — если стабилитрон на 27 вольт, то максимальное выходное напряжение будет в пределах 24-25 вольт.

Трансформатор следует выбирать примерно так- переменное напряжение вторичной обмотки должно быть примерно на 3-5 вольт больше того, которое вы рассчитываете получить на выходе стабилизатора, которое в свою очередь зависит от установленного стабилитрона,

Ток вторичной обмотки трансформатора как минимум должен быть не менее того тока, который нужно получить на выходе стабилизатора.

Выбор конденсаторов по емкости С1 и С2 –примерно по 1000-2000 мкф на 1А, С4 – 220 мкф на 1А

Несколько сложнее с емкостями по напряжению – рабочее напряжение грубо рассчитывается по такой методике – переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора делится на 3 и умножается на 4

(~ Uвх:3×4)

Т е – допустим, что выходное напряжение вашего трансформатора порядка 30 вольт – 30 делим на 3 и множим на 4 – получаем 40 – значит рабочее напряжение конденсаторов должно быть более чем 40 вольт.

Уровень ограничения тока на выходе стабилизатора зависит от R6 по минимуму и R8 (по максимуму вплоть до отключения)

При установке перемычки вместо R8 между базой VТ5 и эмиттером VТ4 при сопротивлении R6 равном 0,39 ом ток ограничения будет примерно на уровне 3А,

Как понять «ограничение»? Очень просто – выходной ток даже в режиме короткого замыкания на выходе не превысит 3 А, за счет того что выходное напряжение будет автоматически снижено практически до нуля,

А можно ли заряжать автомобильный аккумулятор? Запросто. Достаточно выставить регулятором напряжения, извиняюсь — потенциометром R3 напряжение 14,5 вольта на холостом ходу (т е с отключенным аккумулятором) а потом подключить к выходу блока, аккумулятор, И пойдет ваш аккумулятор заряжаться стабильным током до уровня 14,5в, Ток по мере зарядки будет уменьшаться и когда достигнет значения 14,5 вольта (14,5 в – напряжение полностью заряженного акк) он будет равен нулю.

Как отрегулировать ток ограничения. Выставить на выходе стабилизатора напряжение на холостом ходу порядка 5-7 вольт. Затем к выходу стабилизатора подключить сопротивление примерно на 1 ом мощностью 5-10 ватт и последовательно с ним амперметр. Подстроечным резистором R8 выставить требуемый ток. Правильно выставленный ток ограничения можно проконтролировать выкручивая потенциометр регулировки выходного напряжения на максимум до упора При этом ток, контролируеммый амперметром должен оставаться на прежнем уровне.

Теперь про детали. Выпрямительный мостик – диоды желательно выбирать с запасом по току минимум раза в полтора, Указанные КД202 диоды могут без радиаторов достаточно долго работать при токе 1 ампер, но ежели рассчитываете что вам этого мало, то установив радиаторы можно обеспечить 3-5 ампер, вот только нужно посмотреть в справочнике какие из них и с какой буквой могут до 3 а какие и до 5 ампер. Хочется больше – загляните в справочник и выбирайте диоды помощнее, скажем ампер на 10.

Транзисторы – VT1 и VT4 устанавливать на радиаторы. VT1 будет слегка греться поэтому и радиатор нужен небольшой, а вот VT4 да в режиме ограничения тока будет греться довольно таки хорошо. Поэтому и радиатор нужно подобрать внушительный, можно и вентилятор от блока питания компьютера к нему приспособить – поверьте, не помешает.

Особо пытливым – почему греется транзистор? Ток то течет по нему и чем больше ток, тем больше греется транзистор. Давайте посчитаем – на входе, на конденсаторах 30 вольт. На выходе стабилизатора ну скажем вольт так 13, В итоге между коллектором и эмиттером остается 17 вольт.

Из 30 вольт минусуем 13 вольт получаем 17 вольт (кто хочет видит тут математику, а мне как то на память приходит один из законов дедушки Киргофа, про сумму падений напряжения)

Ну так вот, тот же Киргоф, что то говорил о токе в цепи, наподобие того что какой ток течет в нагрузке, такой же ток и через транзистор VT4 течет. Скажем ампера эдак 3 течет, резистор в нагрузке греется транзистор тоже греется, Так вот тепло это, которым воздух греем и можно назвать мощностью, которая рассеивается… Но попробуем выразиться математически, то бишь

школьный курс физики

где Р — это мощность в ваттах, U – напряжение на транзисторе в вольтах, а J — ток который течет и через нашу нагрузку и через амперметр и естественно через транзистор.

Итак 17 вольт множим на 3 ампера получаем 51 ватт рассеивающийся на транзисторе,

Ну а допустим подключим сопротивление на 1 ом. По закону Ома при токе 3А падение напряжения на резисторе получится 3 вольта и рассеиваемая мощность величиной в 3 ватта начнет греть сопротивление. Тогда падение напряжения на транзисторе: 30 вольт минус 3 вольта = 27 вольт, а мощность рассеиваимая на транзисторе 27v×3A=81 ватт… Теперь заглянем в справочник, в раздел транзисторы. Ежели проходной транзистор т е VТ4 у нас стоит скажем КТ819 в пластмассовом корпусе то по справочнику выходит что он не выдержит т к мощность рассеивания (Рк*max) у него 60 ватт, но зато в металлическом корпусе (КТ819ГМ, аналог 2N3055) – 100 ватт – вот этот подойдет, но радиатор обязателен.

Надеюсь на счет транзисторов более менее понятно, перейдем к предохранителям. Вообще то предохранитель это последняя инстанция, реагирующая на грубые ошибки допущенные вами и «ценой своей жизни» предотвращающая…. Давайте допустим что в первичной обмотке трансформатора по каким то причинам произошло замыкание,или во вторичной. Может от того что перегрелся, может изоляция прохудилась, а может и просто – неправильное соединение обмоток, но предохранителей нет. Трансформатор дымит, изоляция плавится,сетевой провод пытаясь выполнить доблестную функцию предохранителя, горит и не дай бог если на распределительном шите вместо автомата у вас стоят пробоки с гвоздиками вместо предохранителей.

Один предохранитель на ток примерно на 1А больше чем ток ограничения блока питания (т е 4-5А), должен стоять между диодным мостом и трансформатором, а второй между трансформатором и сетью 220 вольт примерно на 0,5-1 ампер.

Трансформатор. Самое пожалуй дорогое в конструкции Грубо говоря чем массивнее трансформатор тем он мощнее. Чем толще провод вторичной обмотки, тем больший ток может отдать трансформатор. Все это сводится к одному – мощности трансформатора. Так как же выбрать трансформатор? Опять школьный курс физики, раздел электротехника…. Опять 30 вольт, 3 ампера и в итоге мощность 90 ватт. Это минимум, который следует понимать так – этот трансформатор кратковременно может обеспечить выходное напряжение 30 вольт при токе 3 ампера, Поэтому желательно накинуть по току запас минимум процентов 10, а лучше все 30-50 процентов. Так что 30 вольт при токе 4-5 ампер на выходе трансформатора и ваш БП сможет часами если не сутками отдавать ток 3 ампера в нагрузку.

Ну и тем кто желает получть максимум по току от этого БП, скажем ампер эдак 10.

Первое – соответствующий вашим запросам трансформатор

Второе – диодный мост ампер на 15 и на радиаторы

Третье – проходной транзистор заменить на два-три соединенных в параллель с сопротивлениями в эмиттерах по 0,1 ом (радиатор и принудительный обдув)

Четвертое- емкости желательно конечно увеличить, но в том случае если БП будет использоваться как зарядное устройство – это не критично.

Пятое – армировать токопроводящие дорожки по пути следования больших токов напайкой дополнительных проводников и соответственно не забывать про соединительные провода «потолще»


Схема подключения запараллеленных транзисторов вместо одного




Много-много лет тому назад такого слова как стабилитрон не существовало вообще. Тем более в бытовой аппаратуре.

Попробуем представить себе громоздкий ламповый приёмник середины двадцатого века. Многие приносили их в жертву собственному любопытству, когда папа с мамой приобретали что-нибудь новое, а «Рекорд» или «Неман» отдавали на растерзание .

Блок питания лампового приёмника был предельно прост: мощный кубик силового трансформатора , который обыкновенно имел всего две вторичных обмотки, диодный мостик или селеновый выпрямитель, два электролитических конденсатора и резистор на два ватта между ними.

Первая обмотка питала накал всех ламп приёмника переменным током и напряжением 6,3V (вольт), а на примитивный выпрямитель приходило порядка 240V для питания анодов ламп. Ни о какой стабилизации напряжения и речи не шло. Исходя из того, что приём радиостанций вёлся на длинных, средних и коротких волнах с очень узкой полосой и ужасным качеством, наличие или отсутствие стабилизации напряжения питания на это качество совершенно не влияло, а приличной автоподстройки частоты на той элементной базе просто быть не могло.

Стабилизаторы в то время применялись только в военных приёмниках и передатчиках, конечно тоже ламповые. Например: СГ1П – стабилизатор газоразрядный, пальчиковый. Так продолжалось до тех пор, пока не появились транзисторы. И тут выяснилось, что схемы, выполненные на транзисторах очень чувствительны к колебаниям питающего напряжения, и обыкновенным простым выпрямителем уже не обойтись. Используя физический принцип, заложенный в газоразрядных приборах, был создан полупроводниковый стабилитрон реже называемый диод Зенера.

Графическое изображение стабилитрона на принципиальных схемах.

Внешний вид стабилитронов. Первый сверху в корпусе для поверхностного монтажа . Второй сверху – в стеклянном корпусе DO-35 и мощностью 0,5 Вт. Третий, – мощностью 1 Вт (DO-41). Естественно, стабилитроны изготавливают в разнообразных корпусах. Иногда в одном корпусе объединяется два элемента.

Принцип работы стабилитрона.

Прежде всего, не следует забывать, что стабилитрон работает только в цепях постоянного тока. Напряжение на него подают в обратной полярности, то есть на анод стабилитрона будет подан минус «-«. При таком включении через него протекает обратный ток (I обр ) от выпрямителя. Напряжение с выхода выпрямителя может изменяться, будет изменяться и обратный ток, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке останется неизменным, то есть стабильным. На следующем рисунке показана вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ (Вольт-Амперной Характеристики), как показано на рисунке. К его основным параметрам относятся U ст . (напряжение стабилизации) и I ст . (ток стабилизации). Эти данные указаны в паспорте на конкретный тип стабилитрона. Причём величина максимального и минимального тока учитывается только при расчёте стабилизаторов с прогнозируемым большим изменением напряжения.

Основные параметры стабилитронов.

Для того чтобы подобрать нужный стабилитрон необходимо разбираться в маркировках полупроводниковых приборов. Раньше все типы диодов, включая и стабилитроны, обозначались буквой “Д” и цифрой определяющей, что же это за прибор. Вот пример очень популярного стабилитрона Д814 (А, Б, В, Г). Буква показывала напряжение стабилизации.

Рядом паспортные данные современного стабилитрона (2C147A ), который использовался в стабилизаторах для питания схем на популярных сериях микросхем К155 и К133 выполненных по ТТЛ технологии и имеющих напряжение питания 5V.

Чтобы разбираться в маркировках и основных параметрах современных отечественных полупроводниковых приборов необходимо немного знать условные обозначения. Они выглядят следующим образом: цифра 1 или буква Г – германий, цифра 2 или буква К – кремний, цифра 3 или буква А – арсенид галлия. Это первый знак. Д – диод, Т – транзистор, С – стабилитрон, Л – светодиод. Это второй знак. Третий знак это группа цифр обозначающих сферу применения прибора. Отсюда: ГТ 313 (1Т 313) – высокочастотный германиевый транзистор, 2С147 – кремниевый стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации 4,7 вольта, АЛ307 – арсенид-галлиевый светодиод.

Вот схема простого, но надёжного стабилизатора напряжения.

Между коллектором мощного транзистора и корпусом подается напряжение с выпрямителя и равное 12 – 15 вольт. С эмиттера транзистора мы снимаем 9V стабилизированного напряжения, так как в качестве стабилитрона VD1 мы используем надёжный элемент Д814Б (см. таблицу). Резистор R1 – 1кОм, транзистор КТ819 обеспечивающий ток до 10 ампер.

Транзистор необходимо разместить на радиаторе-теплоотводе. Единственный недостаток данной схемы – это невозможность регулировки выходного напряжения. В более сложных схемах подстроечный резистор, конечно, имеется. Во всех лабораторных и домашних радиолюбительских источниках питания есть возможность регулировки выходного напряжения от 0 и до 20 – 25 вольт.

Интегральные стабилизаторы.

Развитие интегральной микроэлектроники и появление многофункциональных схем средней и большой степени интеграции, конечно, коснулось и проблем связанных со стабилизацией напряжения. Отечественная промышленность напряглась и выпустила на рынок радиоэлектронных компонентов серию К142, которую составляли как раз интегральные стабилизаторы. Полное название изделия было КР142ЕН5А, но так как корпус был маленький и название не убиралось целиком, стали писать КРЕН5А или Б, а в разговоре они назывались просто «кренки».

Сама серия была достаточно большая. В зависимости от буквы варьировалось выходное напряжение. Например, КРЕН3 выдавал от 3 до 30 вольт с возможностью регулировки, а КРЕН15 был пятнадцативольтовым двухполярным источником питания.

Подключение интегральных стабилизаторов серии К142 было крайне простым. Два сглаживающих конденсатора и сам стабилизатор. Взгляните на схему.

Если есть необходимость получить другое стабилизированное напряжение, то поступают следующим образом: допустим, мы используем микросхему КРЕН5А на 5V, а нам нужно другое напряжение. Тогда между вторым выводом и корпусом ставится стабилитрон с таким расчётом, чтобы сложив напряжение стабилизации микросхемы, и стабилитрона мы получили бы нужное напряжение. Если мы добавим стабилитрон КС191 на V = 9,1 + 5V микросхемы, то на выходе мы получим 14.1 вольт.

Стабилитрон — это полупроводниковый диод с уникальными свойствами. Если обычный полупроводник при обратном включении является изолятором, то он выполняет эту функцию до определенного роста величины приложенного напряжения, после чего происходит лавинообразный обратимый пробой. При дальнейшем увеличении протекающего через стабилитрон обратного тока напряжение продолжает оставаться постоянным за счет пропорционального уменьшения сопротивления. Таким путем удается добиться режима стабилизации.

В закрытом состоянии через стабилитрон сначала проходит небольшой ток утечки. Элемент ведет себя как резистор, величина сопротивления которого велика. При пробое сопротивление стабилитрона становится незначительным. Если дальше продолжать повышать напряжение на входе, элемент начинает греться и при превышении током допустимой величины происходит необратимый тепловой пробой. Если дело не доводить до него, при изменении напряжения от нуля до верхнего предела рабочей области свойства стабилитрона сохраняются.

Когда напрямую включается стабилитрон, характеристики не отличаются от диода. При подключении плюса к p-области, а минуса — к n-области сопротивление перехода мало и ток через него свободно протекает. Он нарастает с увеличением входного напряжения.

Стабилитрон — это особый диод, подключаемый большей частью в обратном направлении. Элемент сначала находится в закрытом состоянии. При возникновении электрического пробоя стабилитрон напряжения поддерживает его постоянным в большом диапазоне тока.

На анод подается минус, а на катод — плюс. За пределами стабилизации (ниже точки 2) происходит перегрев и повышается вероятность выхода элемента из строя.

Характеристики

Параметры стабилитронов следующие:

  • U ст — напряжение стабилизации при номинальном токе I ст;
  • I ст min — минимальный ток начала электрического пробоя;
  • I ст max — максимальный допустимый ток;
  • ТКН — температурный коэффициент.

В отличие от обычного диода, стабилитрон — это полупроводниковое устройство, у которого на вольт-амперной характеристике области электрического и теплового пробоя достаточно далеко расположены друг от друга.

С максимально допустимым током связан параметр, часто указываемый в таблицах — мощность рассеивания:

P max = I ст max ∙ U ст.

Зависимость работы стабилитрона от температуры может быть как с положительным ТКН, так и отрицательным. При последовательном подключении элементов с разными по знакам коэффициентами создаются прецизионные стабилитроны, не зависящие от нагрева или охлаждения.

Схемы включения

Типовая схема простого стабилизатора, состоит из балластного сопротивления R б и стабилитрона, шунтирующего нагрузку.

В некоторых случаях происходит нарушение стабилизации.

  1. Подача на стабилизатор большого напряжения от источника питания при наличии на выходе фильтрующего конденсатора. Броски тока при его зарядке могут вызвать выход из строя стабилитрона или разрушение резистора R б.
  2. Отключение нагрузки. При подаче на вход максимального напряжения ток стабилитрона может превысить допустимый, что приведет к его разогреву и разрушению. Здесь важно соблюдать паспортную область безопасной работы.
  3. Сопротивление R б подбирается небольшим, чтобы при минимально возможной величине напряжения питания и максимально допустимом токе на нагрузке стабилитрон находился в рабочей зоне регулирования.

Для защиты стабилизатора применяются тиристорные схемы защиты или

Резистор R б рассчитывается по формуле:

R б = (U пит — U ном)(I ст + I н).

Ток стабилитрона I ст выбирается между допустимыми максимальным и минимальным значениями, в зависимости от напряжения на входе U пит и тока нагрузки I н.

Выбор стабилитронов

Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение U н, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы.

Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие:

  • U пит = 12-15 В — напряжение входа;
  • U ст = 9 В — стабилизированное напряжение;

Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии.

Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму — 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи:

R ∑ = 12 В / 0,1 А = 120 Ом.

На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит:

R экв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом.

Теперь можно определить сопротивление балласта:

R б = 120 Ом — 90 Ом = 30 Ом.

Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным.

Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит:

U R = 15 — 9 = 6 В.

Затем определяется ток через резистор:

I R = 6/30 = 0,2 А.

Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, I c = I R = 0,2 А.

Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт.

По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В.

Симметричный стабилитрон

Симметричный диодный тиристор представляет собой переключающий прибор, проводящий переменный ток. Особенностью его работы является падение напряжения до нескольких вольт при включении в диапазоне 30-50 В. Его можно заменить двумя встречно включенными обычными стабилитронами. Устройства применяют в качестве переключающих элементов.

Аналог стабилитрона

Когда не удается подобрать подходящий элемент, используют аналог стабилитрона на транзисторах. Их преимуществом является возможность регулирования напряжения. Для этого можно применять усилители постоянного тока с несколькими ступенями.

На входе устанавливают делитель напряжения с R1. Если входное напряжение возрастает, на базе транзистора VT1 оно также увеличивается. При этом растет ток через транзистор VT2, который компенсирует увеличение напряжения, поддерживая тем самым его стабильным на выходе.

Маркировка стабилитронов

Выпускаются стеклянные стабилитроны и стабилитроны в пластиковых корпусах. В первом случае на них наносятся 2 цифры, между которыми располагается буква V. Надпись 9V1 обозначает, что U ст = 9,1 В.

На пластиковом корпусе надписи расшифровываются с помощью даташита, где также можно узнать другие параметры.

Темным кольцом на корпусе обозначается катод, к которому подключается плюс.

Заключение

Стабилитрон — это диод с особыми свойствами. Достоинством стабилитронов является высокий уровень стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения рабочего тока, а также простые схемы подключения. Для стабилизации малого напряжения приборы включают в прямом направлении, и они начинают работать как обычные диоды.

3 лучших приложения, задействованных в рабочих функциях стабилитрона

Стабилитроны — это обычные диоды с PN переходом, работающие в состоянии обратного смещения. Стабилитрон работает так же, как диод с PN переходом в прямом смещении, но уникальность заключается в том, что он также может проводить, когда он включен в обратном смещении выше его порогового / пробивного напряжения. Это среди основные типы диодов используется часто, кроме обычных диодов.



Стабилитрон рабочий

Полупроводниковый диод в состоянии обратного смещения

Если вы помните, простой диод с PN-переходом образован комбинацией полупроводникового материала p-типа с полупроводниковым материалом n-типа. Когда одна сторона полупроводникового кристалла легирована донорными примесями, а другая сторона — акцепторными примесями, образуется PN переход.


Несмещенный полупроводниковый диод

В нормальных условиях дырки со стороны p имеют тенденцию диффундировать в область низкой концентрации, и то же самое происходит с электронами со стороны n.

Таким образом, дырки диффундируют в n-сторону, а электроны диффундируют в p-сторону. Это приводит к накоплению зарядов вокруг перехода, образуя область истощения.



Несмещенный полупроводниковый диод

Электрическая полярность или электрический диполь формируется поперек перехода, вызывая поток потока с верхней стороны n-й стороны. Это приводит к изменению напряженности отрицательного электрического поля, создавая электрический потенциал на переходе. Этот электрический потенциал фактически является пороговым напряжением диода и составляет около 0,6 В для кремния и 0,2 В для германия. Это действует как потенциальный барьер для потока основных носителей заряда, и устройство не проводит ток.

Теперь, когда нормальный диод смещен так, что отрицательное напряжение прикладывается к стороне n и положительное напряжение к стороне p, говорят, что диод находится в состоянии прямого смещения. Это приложенное напряжение имеет тенденцию уменьшать потенциальный барьер после выхода за пределы порогового напряжения.

В этот момент и позже основные носители пересекают потенциальный барьер, и устройство начинает проводить через него ток.

Когда диод смещен в обратном направлении к вышеуказанному, приложенное напряжение таково, что оно увеличивает потенциальный барьер и препятствует потоку основных носителей. Однако он допускает поток неосновных носителей (дырок в n-типе и электроны в p-типе). По мере увеличения напряжения обратного смещения обратный ток имеет тенденцию к постепенному увеличению.

В определенный момент это напряжение таково, что вызывает пробой обедненной области, вызывая резкое увеличение тока. Здесь в игру вступает стабилитрон.

Принцип работы стабилитрона

Как указано выше, основной принцип работы стабилитрона заключается в том, что диод выходит из строя в состоянии обратного смещения. Обычно бывает два типа поломки — стабилитрон и лавина.

Принцип работы стабилитрона

Пробой Зенера

Этот тип пробоя возникает при напряжении обратного смещения от 2 до 8 В. Даже при таком низком напряжении напряженность электрического поля достаточно велика, чтобы воздействовать на валентные электроны атома так, что они отделены от ядер. 7 В / м.

Этот тип пробоя обычно возникает для сильно легированного диода с низким напряжением пробоя и большим электрическим полем. При повышении температуры валентные электроны получают больше энергии для разрыва ковалентной связи и требуется меньшее количество внешнего напряжения. Таким образом, напряжение пробоя стабилитрона уменьшается с температурой.

Лавина

Этот тип пробоя возникает при напряжении обратного смещения выше 8В и выше. Это происходит для слаболегированных диодов с большим напряжением пробоя. Когда неосновные носители заряда (электроны) протекают через устройство, они имеют тенденцию сталкиваться с электронами в ковалентной связи и вызывать разрушение ковалентной связи. По мере увеличения напряжения кинетическая энергия (скорость) электронов также увеличивается, и ковалентные связи легче разрываются, вызывая увеличение электронно-дырочных пар. Напряжение лавинного пробоя увеличивается с температурой.

3 применения стабилитрона

1. Стабилитрон как напряжение

В цепи постоянного тока, диод Зенера может быть использован в качестве регулятора напряжения или для обеспечения опорного напряжения. Основное применение стабилитрона заключается в том, что напряжение на стабилитроне остается постоянным для большего изменения тока. Это дает возможность использовать стабилитрон в качестве устройства постоянного напряжения или регулятора напряжения.

В любом цепь питания , регулятор используется для обеспечения постоянного выходного напряжения (нагрузки) независимо от изменения входного напряжения или изменения тока нагрузки. Изменение входного напряжения называется линейным регулированием, а изменение тока нагрузки — регулированием нагрузки.

Стабилитрон как регулятор напряжения

Для простой схемы, использующей стабилитрон в качестве регулятора, требуется резистор низкого номинала, подключенный последовательно с источником входного напряжения. Низкое значение требуется для обеспечения максимального прохождения тока через диод, подключенный параллельно. Однако единственным ограничением является то, что ток через стабилитрон не должен быть меньше минимального тока стабилитрона. Проще говоря, для минимального входного напряжения и максимального тока нагрузки ток стабилитрона всегда должен быть Izmin.

При проектировании регулятора напряжения с использованием стабилитрона последний выбирается с учетом его максимальной мощности. Другими словами, максимальный ток через устройство должен быть: —

яМаксимум= Мощность / напряжение стабилитрона

Поскольку входное напряжение и необходимое выходное напряжение известны, проще выбрать стабилитрон с напряжением, примерно равным напряжению нагрузки, то есть Vz ~ = Vили же.

Величина последовательного резистора выбирается равной

R = (Vв– Vс)/(Яzmin+ ЯL), где яL= Напряжение нагрузки / Сопротивление нагрузки.

Обратите внимание, что для напряжений нагрузки до 8 В можно использовать один стабилитрон. Однако для напряжений нагрузки выше 8 В, требующих напряжения стабилитрона более высокого значения, рекомендуется использовать диод с прямым смещением последовательно с диодом Зенера. Это связано с тем, что стабилитрон при более высоком напряжении следует принципу лавинного пробоя, имея положительный температурный коэффициент.

Следовательно, для компенсации используется диод с отрицательным температурным коэффициентом. Конечно, в наши дни используются практические стабилитроны с температурной компенсацией.

2. стабилитрон в качестве опорного напряжения

Стабилитрон в качестве опорного напряжения

В источниках питания и многих других схем, диод Зенера находит свое применение в качестве поставщика постоянного напряжения или опорного напряжения. Единственные условия — входное напряжение должно быть больше напряжения стабилитрона, а резистор последовательного соединения должен иметь минимальное значение, чтобы через устройство протекал максимальный ток.

3. Стабилитрон как фиксатор напряжения.

В цепи с входным источником переменного тока, отличной от нормальной Схема фиксации диода PN , также можно использовать стабилитрон. Диод можно использовать для ограничения пика выходного напряжения до напряжения Зенера на одной стороне и примерно до 0 В на другой стороне синусоидальной формы волны.

стабилитрон в качестве фиксатора напряжения

В приведенной выше схеме в течение положительного полупериода, когда входное напряжение таково, что стабилитрон имеет обратное смещение, выходное напряжение остается постоянным в течение определенного времени, пока напряжение не начнет уменьшаться.

Теперь во время отрицательного полупериода стабилитрон находится в прямом смещенном соединении. Когда отрицательное напряжение увеличивается до порогового напряжения пересылки, диод начинает проводить, а отрицательная сторона выходного напряжения ограничивается пороговым напряжением.

Обратите внимание, что для получения выходного напряжения только в положительном диапазоне используйте два последовательно смещенных стабилитрона.

Рабочие применения стабилитрона

С ростом популярности смартфонов, проекты на базе Android в наши дни предпочитают. Эти проекты предполагают использование Bluetooth технологические устройства. Для работы этих Bluetooth-устройств требуется напряжение около 3 В. В таких случаях, диод Зенера используется для обеспечения ссылки 3V к устройству Bluetooth.

Рабочее применение стабилитрона на Bluetooth-устройстве

Другое применение предполагает использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения. Здесь переменное напряжение выпрямляется диодом D1 и фильтруется конденсатором. Это фильтруется напряжение постоянного тока регулируется с помощью диода, чтобы обеспечить постоянное опорное напряжение 15В. Это регулируемое напряжение постоянного тока используется для управления схемой управления, используемой для управления переключением света, как в автоматизированная система управления освещением.

Применение стабилизации напряжения на стабилитроне

Мы надеемся, что смогли предоставить точную, но важную информацию о работе стабилитронов и их применениях. Вот простой вопрос для читателей — почему в стабилизированных источниках питания постоянного тока микросхемы стабилизаторов более предпочтительны, чем стабилитроны?

Дайте свои ответы и, конечно же, свои отзывы в разделе комментариев ниже.

Фото Кредиты

Как работает параметрический стабилизатор. Выбор стабилитрона

Схема простейшего параметрического стабилизатора, построенного на полупроводниковом стабилитроне, представлена на рис.1.
Принцип действия стабилизатора основан на том, что полупроводниковый стабилитрон VD имеет на обратной ветви своей вольтамперной характеристики участок с большой крутизной (обратное напряжение U ОБР или напряжение стабилизации U СТ практически не за

в
исит от тока, протекающего через стабилитрон), рис.2.


При колебаниях входного напряжения или сопротивления нагрузки изменяется ток I СТ, протекающий через стабилитрон. Однако обратное напряжение U СТ остается практически постоянным. Небольшое изменение напряжения стабилизации U СТ может быть учтено через дифференциальное сопротивление прибора
, приводимое в справочниках. Для поддержания режима стабилизации необходимо, чтобы величина тока стабилизации I СТ находилось в пределах I СТ MIN … I СТ MAX , где I СТ MIN , I СТ MAX – минимальное и максимальное значения обратного тока стабилитрона, приводимое в справочниках. Обычно I СТ MIN =1…3 mА для маломощных стабилитронов, у которых максимальных обратный ток не превышает 100 mА.

Балластный резистор R Б ограничивает ток, протекающий через стабилитрон. Благодаря R Б величина обратного тока не превышает I CT MAX и тем самым предотвращается необратимый тепловой пробой опорного диода VD.


  1. Расчет параметрического стабилизатора по схеме рис.1.
Исходными данными для расчета стабилизатора напряжения, рис.1, являются:


Порядок расчета стабилизатора следующий:


  1. Выбирают стабилитрон и определяют предельно достижимое значение коэффициента стабилизации K СТ ПР

, где

U ВЫХ [В] – выходное напряжение;

[%] – допустимое процентное уменьшение входного напряжения по сравнению с номинальным;

I Н MAX [A] – максимальный ток, потребляемый нагрузкой;

I СТ MIN [A] – минимальный обратный ток выбранного стабилитрона;

r Д [Ом] – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Примечание: в общем виде коэффициентом стабилизации напряжения называют частное от деления относительного изменения напряжения на входе на относительное изменение напряжения на выходе стабилизатора
.

Величина K СТ ПР должна быть больше требуемого коэффициента стабилизации в 1,3…1,5 раза. Если данное условие не выполняется, следует выбрать другой стабилитрон или перейти к более сложной схеме стабилизатора.



где R ВЫХ – выходное сопротивление источника входного напряжения (выпрямителя и фильтра) по постоянному току.

  1. Определяют максимальный ток стабилитрона по формуле:
,

где I Н MIN – минимальный ток нагрузки;

— допустимое процентное увеличение входного напряжения.

Если нагрузка постоянна, то I Н MAX =I Н MIN . Значение максимального обратного тока выбранного стабилитрона должно превышать значение I СТ MAX , рассчитанное по формуле (4). Если это условие не выполняется, можно попытаться подобрать другой стабилитрон. В случае неудачи реализация параметрического стабилизатора по схеме рис.1 с заданными требованиями невозможна и следует использовать усилитель тока нагрузки.

Рассмотрим пример расчета стабилизатора.

Пусть необходим стабилизатор напряжения, поддерживающий на нагрузке напряжение примерно 10В. Минимальный ток нагрузки 5mA, максимальный – 15 mA. Требуемый коэффициент стабилизации не менее 25. Допустимое отклонение входного напряжения от номинального значения 10%. Выходное сопротивление стабилизатора равно 25 Ом.

В соответствии со справочными данными, одним из подходящих стабилитронов является Д810 со следующими параметрами: U СТ =9…10,5 В; I СТ =3…26 mA; r Д =12 Ом.

Используя (1) оценим предельно возможный коэффициент стабилизации
. Это более чем в 1,5 раза больше требуемого коэффициента стабилизации.

Определим необходимое входное напряжение в соответствии с (2):
.

Рассчитаем сопротивление балластного резистора по формуле (3): .

Оценим максимальный ток стабилитрона в соответствии с (4):

Полученный максимальный ток стабилизации меньше предельно допустимого обратного тока стабилитрона (20mA



При больших токах нагрузки рекомендуется использовать схему, рис. 3.

Для усиления тока нагрузки используется проходной транзистор VT, включенный по схеме эмиттерного повторителя. Коллекторный ток транзистора и, соответственно, ток нагрузки в  раз больше тока базы I Б, где  — коэффициент передачи тока транзистора в схеме ОЭ. Для типовых мощных транзисторов  составляет примерно 10…50 единиц. Для увеличения  либо используют несколько транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона, либо составные транзисторы, например, КТ825, КТ827.

Расчет схемы (рис.3.а) сводится к следующему:


U КЭ MAX – максимальное допустимое значение напряжения между коллектором и эмиттером выбранного транзистора;

 MIN – минимальное значение коэффициента передачи тока выбранного транзистора (определяется по справочнику).

Если выбранный транзистор не удовлетворяет данным условиям, выбирают новый транзистор и повторяют расчет с п.2.

Стабилизатор, рис.3б., позволяет регулировать выходное напряжение резистором R P , образующем делитель опорного напряжения. Особенность расчета схемы заключается в том, что принимается равным сумме токов базы транзистора I Б и делителя I Д: , так как для нормальной работы схемы ток I Д должен превышать I Б как минимум в 3…5 раз. Из этого условия и выбирается сопротивление резистора R P .


  1. Индивидуальные задания.

Вариант


Выходное напряжение, В

Ток нагрузки, mA

Коэффициент стабилизации, не менее

Допустимые отклонения входного напряжения в %

Минимальный

Максимальный

1

10

2

18

15

5

5

2

9

5

20

18

15

15

3

12

10

25

14

10

7

4

12

10

100

10

10

5

5

9

5

130

12

10

10

6

5

3

15

18

7

12

7

0…10

10

200

10

8

10

8

0…5

8

150

12

12

12

9

4

10

19

20

7

15

10

8

7

17

22

5

5

11

0…12

7

180

15

5

12

12

0…10

5

400

10

10

10

13

0…5

10

600

14

4

8

14

15

4

22

28

13

10

15

20

3,5

14,5

17

3

5

16

17

4

28

25

15

20

17

9

10

400

15

4

10

18

10

8

500

18

6

6

19

7

1,8

13

22

9

11

20

18

4

180

26

4

5

21

0…9

5

450

10

5

5

22

0…7

5

700

12

7

7

23

0…15

10

400

15

4

8

24

0…18

5

300

19

3

5

25

12,5

4,5

23

26

11

15

26

26

3

11

20

7

8

27

0…12

8

500

10

5

5

28

0…10

5

650

17

7

8

29

9,5

5

800

5

12

12

30

5

6

1200

5

15

15

31

4

5

1300

8

3

3

32

10

10

1500

5

5

5

33

12

8

840

10

5

5

34

15

4

900

15

5

5

35

18

10

1300

12

10

10

36

20

10

1500

12

10

10

37

0…12

8

1300

10

7

7

38

0…10

8

1500

10

3

3

39

0…15

5

1500

8

10

10

40

0…18

5

1500

12

10

10

Примечание: выходное сопротивление выпрямителя принять равным 20 Ом.

Важнейшими параметрами стабилизатора являются коэффициент стабилизации K ст, выходное сопротивление R вых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения K ст = [ ∆u вх / u вх ] / [ ∆u вых / u вых ]

где u вх, u вых — постоянные соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆u вх — изменение u вх ; ∆u вых — изменение u вых , соответствующее изменению ∆u вх.

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения на входе к соответствующему относительному изменению на выходе стабилизатора.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина K ст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением R вых = | ∆u вых / ∆i вых |

где ∆u вых — изменение постоянного на выходе стабилизатора; ∆i вых — изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина R вых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η ст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р н, к мощности, потребляемой от входного источника Р вх: η ст = Р н / Р вх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).

Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного (рис. 2.82, в).
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного u э (на ∆u э), а значит, и входного u вх, выходное изменяется на незначительную величину ∆u вых.

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆u вых.

Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного ∆u вх (на схеме пунктир): R вых = r д || R 0 ≈ r д, т. к. R 0 >> r д η ст = (u вых · I н) / (u вх · I вх) = (u вых · I н) / [ u вх (I н + I вх) ].

K ст = (∆u вх / u вх) : (∆u вых / u вых) Так как обычно R н >> r д Следовательно, K ст ≈ u вых / u вх · [ (r д + R 0) / r д ]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Компенсационные стабилизаторы

Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ).

Полезно отметить, что ООС охватывает два каскада — на операционном усилителе и на транзисторе. Рассматриваемая схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи по сравнению с местной.

Основным недостатком стабилизаторов с непрерывным регулированием является невысокий КПД, поскольку значительный расход мощности имеет место в регулирующем элементе, так как через него проходит весь нагрузки, а падение на нем равно разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора.

В конце 60-х годов стали выпускать интегральные микросхемы компенсационных стабилизаторов с непрерывным регулированием (серия К142ЕН). В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжениями. В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами.

Некоторые параметры интегральных стабилизаторов приведены в табл. 2.1, а вариант подключения к стабилизатору К142ЕН1 внешних элементов — на рис. 2.85.


Резистор R предназначен для срабатывания защиты по току, а R 1 — для регулирования выходного напряжения. Микросхемы К142УН5, ЕН6, ЕН8 являются функционально законченными стабилизаторами с фиксированным выходным напряжением, но не требуют подключения внешних элементов.

Импульсные стабилизаторы в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непрерывные стабилизаторы.

Благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов таких стабилизаторов, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 − 80 % , в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30 − 50%.

В силовом элементе, работающем в ключевом режиме, средняя за период коммутации мощность, рассеиваемая в нем, значительно меньше, чем в непрерывном стабилизаторе, так как хотя в замкнутом состоянии ток, протекающий через силовой элемент, максимален, однако падение на нем близко к нулю, а в разомкнутом состоянии ток, протекающий через него, равен нулю, хотя максимально. Таким образом, в обоих случаях рассеиваемая мощность незначительна и близка к нулю.

Малые потери в силовых элементах приводят к уменьшению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того, использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов.

К недостаткам импульсных источников питания относят наличие пульсаций выходного напряжения .

Рассмотрим импульсный последовательный стабилизатор

Ключ S периодически включается и выключается схемой управления (СУ) в зависимости от значения на нагрузке. на выходе регулируют, изменяя отношение t вкл / t выкл, где t вкл, t выкл — длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях. Чем больше это отношение, тем больше на выходе.

В качестве ключа S часто используют биполярный или полевой транзистор.

Диод обеспечивает протекание тока катушки индуктивности тогда, когда ключ выключен и, следовательно, исключает появление опасных выбросов на ключе в момент коммутации. LC-фильтр снижает пульсации на выходе.

Ещё одно интересное видео о стабилизаторах:

Параметрический стабилизатор напряжения — это устройство, в котором стабилизация выходного напряжения достигается за счет сильной нелинейности вольт-амперной характеристики электронных компонентов, использованных для построения стабилизатора (т. е. за счет внутренних свойств электронных компонентов, без построения специальной системы регулирования напряжения).

Для построения параметрических стабилизаторов напряжения обычно используются стабилитроны, стабисторы и транзисторы.

Из-за низкого КПД такие стабилизаторы находят применение в основном в слаботочных схемах (с нагрузками до нескольких десятков миллиампер). Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения (например, в схемах компенсационных стабилизаторов напряжения).

Параметрические стабилизаторы напряжения бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми.

Рассмотрим простейший параметрический стабилизатор напряжения, построенный на основе стабилитрона (схема приведена ниже):

  1. Iст — ток через стабилитрон
  2. Iн — ток нагрузки
  3. Uвых=Uст — выходное стабилизированное напряжение
  4. Uвх — входное нестабилизированное напряжение
  5. R 0 — балластный (ограничительный, гасящий) резистор

Работа стабилизатора основана на том свойстве стабилитрона, что на рабочем участке вольт-амперной характеристики (от Iст min до Iст max) напряжение на стабилитроне практически не изменяется (на самом деле конечно изменяется от Uст min до Uст max, но можно считать, что Uст min = Uст max = Uст).

В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки — напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже). То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе.

Уравнения, описывающие работу данной схемы:

Uвх=Uст+IR 0 , учитывая, что I=Iст+Iн, получим

Uвх=Uст+(Iн+Iст)R 0 (1)

Для нормальной работы стабилизатора (чтобы напряжение на нагрузке всегда было в пределах от Uст min до Uст max) необходимо, чтобы ток через стабилитрон всегда был в пределах от Iст min до Iст max. Минимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки. Зная это, найдём сопротивление балластного резистора :

R 0 =(Uвх min-Uст min)/(Iн max+Iст min) (2)

Максимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном токе нагрузки и максимальном входном напряжении. Учитывая это и сказанное выше относительно минимального тока через стабилитрон, с помощью уравнения (1) можно найти область нормальной работы стабилизатора:

Перегруппировав это выражение, получим:

Или, по другому:

Если считать, что минимальное и максимальное напряжение стабилизации (Uст min и Uст max) отличаются незначительно, то первое слагаемое в правой части можно считать равным нулю, тогда уравнение, описывающее область нормальной работы стабилизатора , примет следующий вид:

Из этой формулы сразу виден один из недостатков такого параметрического стабилизатора — мы не можем сильно менять ток нагрузки, поскольку это сужает диапазон входного напряжения схемы, более того, можно увидеть, что диапазон изменения тока нагрузки не может быть больше, чем диапазон изменения тока стабилизации стабилитрона (поскольку в этом случае правая часть уравнения вообще становится отрицательной)

Если ток нагрузки постоянен или изменяется незначительно , тогда формула для определения области нормальной работы становится совсем элементарной:

Далее, давайте рассчитаем КПД нашего параметрического стабилизатора. Он будет определяться отношением мощности, отдаваемой в нагрузку к входной мощности: КПД=Uст*Iн/Uвх*I. Если учесть, что I=Iн+Iст, то получим:

(5)

Из последней формулы видно, что чем больше разница между входным и выходным напряжением, а также чем больше ток через стабилитрон — тем хуже КПД.

Чтобы понять, что значит «хуже» и насколько вообще плохо обстоит дело с КПД у этого стабилизатора — давайте, используя формулы выше, попробуем прикинуть, что будет, если понижать напругу скажем с 6-10 Вольт до 5-ти. Возьмём самый обычный стабилитрон, скажем КС147А. Ток стабилизации у него может меняться в пределах от 3-х до 53-х мА. Чтобы при таких параметрах стабилитрона получить область нормальной работы шириной в 4 Вольта — нам нужно взять балластный резистор на 80 Ом (воспользуемся формулой 4, как будто ток нагрузки у нас постоянный, поскольку если это не так, то всё будет ещё хуже). Теперь из формулы 2 можно посчитать на какой именно ток нагрузки мы можем в этом случае рассчитывать. Получается всего 19,5 мА, а КПД в этом случае будет, в зависимости от входного напряжения, в пределах от 14% до 61%.

Если для этого же случая посчитать на какой максимальный выходной ток мы можем рассчитывать при условии, что выходной ток не постоянный, а может меняться от нуля до Imax, то решив совместно системы уравнений (2) и (3), получим R 0 =110 Ом, Imax=13,5 мА. Как видите, максимальный выходной ток получился почти в 4 раза меньше максимального тока стабилитрона.

Более того, выходное напряжение, полученное на таком стабилизаторе, будет обладать значительной нестабильностью в зависимости от выходного тока (у КС147А на рабочем участке ВАХ напряжение меняется от 4,23 до 5,16В), что может оказаться неприемлемым. Единственный путь борьбы с нестабильностью в данном случае — взять более узкий рабочий участок ВАХ — такой, на котором напряжение меняется не от 4,23 до 5,16В, а скажем от 4,5 до 4,9В, но в этом случае и рабочий ток стабилитрона будет уже не 3..53мА, а скажем 17. .40мА. Соответственно, и без того небольшая область нормальной работы стабилизатора станет ещё меньше.

Итак, единственный плюс такого стабилизатора — это его простота, тем не менее, как я уже говорил, такие стабилизаторы вполне себе существуют и даже находят активное применение в качестве источников опорного напряжения для более сложных схем.

Простейшая схема, позволяющая получить существенно больший выходной ток (или существенно более широкую область нормальной работы, или и то и другое) — .

Чтобы подобрать стабилитрон для схемы, показанной на рис. 3, нужно знать диапазон входных напряжений U1 и диапазон изменения нагрузки R Н.

Рис. 3. Схема включения стабилитрона.

Для примера рассчитаем сопротивление R и подберём стабилитрон для схемы на рис. 3 со следующими требованиями:

Итак, для начала рассчитаем значение сопротивления R. Минимальное напряжение на входе равно 11 В. При таком напряжении мы должны обеспечить ток на нагрузке не менее 100 мА (или 0,1 А). Закон Ома позволяет определить сопротивление резистора:

R Ц = U1 МИН / I Н.МАКС = 11 / 0,1 = 110 Ом То есть цепь для обеспечения заданного тока на нагрузке должна иметь сопротивление не более 110 Ом.

На стабилитроне падает напряжение 9 В (в нашем случае). Тогда при токе 0,1 А эквивалент нагрузки: R Э = U2 / I Н.МАКС = 9 / 0,1 = 90 Ом Тогда, для того чтобы обеспечить на нагрузке ток 0,1 А, гасящий резистор должен иметь сопротивление: R = R Ц – R Э = 110 – 90 = 20 Ом С учётом того, что сам стабилитрон тоже потребляет ток, можно выбрать несколько меньшее сопротивление из стандартного ряда Е24 ). Но, так как стабилитрон потребляет небольшой ток, этим значением в большинстве случаев можно пренебречь.

Теперь определим максимальный ток через стабилитрон при максимальном входном напряжении и отключенной нагрузке. Расчёт нужно выполнять именно при отключенной нагрузке, так как даже если у вас нагрузка будет всегда подключена, нельзя исключить вероятность того, что какой-нибудь проводок отпаяется и нагрузка отключится.

Итак, вычислим падение напряжения на резисторе R при максимальном входном напряжении:

U R.МАКС = U1 МАКС – U2 = 15 – 9 = 6 В А теперь определим ток через резистор R из того же закона Ома: I R.МАКС = U R.МАКС / R = 6 / 20 = 0,3 А = 300 мА Так как резистор R и стабилитрон VD включены последовательно, то максимальный ток через резистор будет равен максимальному току через стабилитрон (при отключенной нагрузке), то есть I R.МАКС = I VD.МАКС = 0,3 А = 300 мА Нужно ещё рассчитать мощность рассеивания резистора R. Но здесь это мы делать не будем, поскольку данная тема подробно описана в статье Резисторы .

А вот мощность рассеяния стабилитрона рассчитаем:

P МАКС = I VD.МАКС * U СТ = 0,3 * 9 = 2,7 Вт = 2700 мВт Мощность рассеяния – очень важный параметр, который часто забывают учесть. Если окажется, что мощность рассеяния на стабилитроне превысит максимально допустимую, то это приведёт к перегреву стабилитрона и выходу его из строя. Хотя при этом ток может быть в пределах нормы. Поэтому мощность рассеяния как для гасящего резистора R, так и для стабилитрона VD нужно всегда рассчитывать.

Осталось подобрать стабилитрон по полученным параметрам:

U СТ = 9 В – номинальное напряжение стабилизации
I СТ.МАКС = 300 мА – максимально допустимый ток через стабилитрон
Р МАКС = 2700 мВт – мощность рассеяния стабилитрона при I СТ.МАКС

По этим параметрам в справочнике находим подходящий стабилитрон. Для наших целей подойдёт, например, стабилитрон Д815В.

Надо сказать, что этот расчет довольно грубый, так как он не учитывает некоторые параметры, такие, например, как температурные погрешности. Однако в большинстве практических случаев описанный здесь способ подбора стабилитрона вполне подходит.

Стабилитроны серии Д815 имеют разброс напряжений стабилизации. Например, диапазон напряжений Д815В – 7,4…9,1 В. Поэтому, если нужно получить точное напряжение на нагрузке (например, ровно 9 В), то придётся опытным путём подобрать стабилитрон из партии нескольких однотипных. Если нет желания возиться с подбором «методом тыка», то можно выбрать стабилитроны другой серии, например серии КС190. Правда, для нашего случая они не подойдут, поскольку имеют мощность рассеивания не более 150 мВт. Для повышения выходной мощности стабилизатора напряжения можно использовать транзистор. Но об этом как-нибудь в другой раз…

И ещё. В нашем случае получилась довольная большая мощность рассеивания стабилитрона. И хотя по характеристикам для Д815В максимальная мощность 8000 мВт, рекомендуется устанавливать стабилитрон на радиатор, особенно если он работает в сложных условиях (высокая температура окружающей среды, плохая вентиляция и т.п.).

Если необходимо, то ниже вы можете выполнить описанные выше рассчёты для вашего случая

Стабилизаторы бывают параметрическими и компенсационными. Принцип действия параметрических состоит в том, что в них используются особенные свойства элементов, параметры которых, а именно сопротивление, изменяются так, что стабилизация становится возможной.

Ниже приведены характеристики обыкновенного транзистора (а) и кремневого стабилитрона (б):

Стабилизатор тока

В первой из них сопротивление элемента изменяется так, что в значительных границах изменений напряжения на элементы ток в нем практически постоянный. В другой наоборот – при значительных изменениях тока почти постоянным является напряжение. Поэтому транзистор (или другие полупроводниковые приборы с подобной характеристикой) можно использовать для стабилизации тока, а стабилитрон – для стабилизационного напряжения. Ниже приведена схема для стабилизации тока:

Для ее расчета сначала выбирают стабилизирующий элемент СЕ с подходящей характеристикой и током I ст (смотри рисунок выше а ). Напряжение, которое будет приложено к этому элементу, определяется, как среднее напряжение между началом и концом стабилизации:

При этом на нагрузке будет напряжение I ст R н. За этими данными подсчитывают значения U вх, которое нужно приложить к стабилизатору:

На этом и завершается расчет стабилизатора тока.

Стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения, показанный на схеме ниже, рассчитывается аналогично:

По заданному значению U ст подбирают подходящий стабилитрон и по его характеристике определяют I min и I max . По этим данным подсчитывают ток I ст = (I min + I max)/2. Общий ток I вх равен I ст + U ст/ R н. чтобы обеспечить поддержку на нагрузке U ст = I ст R н при уменьшении напряжения в сети, поданное на входе U вх выбирают процентов на 20 выше чем U ст. Это превышение будет использоваться на балластном резисторе R б, величину которого найдем по формуле:

Для определения качества стабилизатора введен коэффициент стабилизации, равный отношению относительных отклонений входного напряжения к относительным отклонениям напряжения на нагрузке:

При K ст = 1 стабилизация отсутствует. Чем больше K ст отличается от единицы, тем эффективнее стабилизация.

У параметрических стабилизаторов коэффициент стабилизации не очень большой. Для качественной стабилизации используются так называемые компенсационные стабилизаторы. Стабилизирующим элементом в них являются обычные транзисторы, которые автоматически управляются таким образом, чтобы их коллекторное напряжение изменялось и компенсировало отклонение входящего напряжения.

это что такое и для чего он нужен? Как работает стабилитрон Стабилитрон на 30 вольт маркировка

Много-много лет тому назад такого слова как стабилитрон не существовало вообще. Тем более в бытовой аппаратуре.

Попробуем представить себе громоздкий ламповый приёмник середины двадцатого века. Многие приносили их в жертву собственному любопытству, когда папа с мамой приобретали что-нибудь новое, а «Рекорд» или «Неман» отдавали на растерзание .

Блок питания лампового приёмника был предельно прост: мощный кубик силового трансформатора , который обыкновенно имел всего две вторичных обмотки, диодный мостик или селеновый выпрямитель, два электролитических конденсатора и резистор на два ватта между ними.

Первая обмотка питала накал всех ламп приёмника переменным током и напряжением 6,3V (вольт), а на примитивный выпрямитель приходило порядка 240V для питания анодов ламп. Ни о какой стабилизации напряжения и речи не шло. Исходя из того, что приём радиостанций вёлся на длинных, средних и коротких волнах с очень узкой полосой и ужасным качеством, наличие или отсутствие стабилизации напряжения питания на это качество совершенно не влияло, а приличной автоподстройки частоты на той элементной базе просто быть не могло.

Стабилизаторы в то время применялись только в военных приёмниках и передатчиках, конечно тоже ламповые. Например: СГ1П – стабилизатор газоразрядный, пальчиковый. Так продолжалось до тех пор, пока не появились транзисторы. И тут выяснилось, что схемы, выполненные на транзисторах очень чувствительны к колебаниям питающего напряжения, и обыкновенным простым выпрямителем уже не обойтись. Используя физический принцип, заложенный в газоразрядных приборах, был создан полупроводниковый стабилитрон реже называемый диод Зенера.

Графическое изображение стабилитрона на принципиальных схемах.

Внешний вид стабилитронов. Первый сверху в корпусе для поверхностного монтажа . Второй сверху – в стеклянном корпусе DO-35 и мощностью 0,5 Вт. Третий, – мощностью 1 Вт (DO-41). Естественно, стабилитроны изготавливают в разнообразных корпусах. Иногда в одном корпусе объединяется два элемента.

Принцип работы стабилитрона.

Прежде всего, не следует забывать, что стабилитрон работает только в цепях постоянного тока. Напряжение на него подают в обратной полярности, то есть на анод стабилитрона будет подан минус «-«. При таком включении через него протекает обратный ток (I обр ) от выпрямителя. Напряжение с выхода выпрямителя может изменяться, будет изменяться и обратный ток, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке останется неизменным, то есть стабильным. На следующем рисунке показана вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ (Вольт-Амперной Характеристики), как показано на рисунке. К его основным параметрам относятся U ст . (напряжение стабилизации) и I ст . (ток стабилизации). Эти данные указаны в паспорте на конкретный тип стабилитрона. Причём величина максимального и минимального тока учитывается только при расчёте стабилизаторов с прогнозируемым большим изменением напряжения.

Основные параметры стабилитронов.

Для того чтобы подобрать нужный стабилитрон необходимо разбираться в маркировках полупроводниковых приборов. Раньше все типы диодов, включая и стабилитроны, обозначались буквой “Д” и цифрой определяющей, что же это за прибор. Вот пример очень популярного стабилитрона Д814 (А, Б, В, Г). Буква показывала напряжение стабилизации.

Рядом паспортные данные современного стабилитрона (2C147A ), который использовался в стабилизаторах для питания схем на популярных сериях микросхем К155 и К133 выполненных по ТТЛ технологии и имеющих напряжение питания 5V.

Чтобы разбираться в маркировках и основных параметрах современных отечественных полупроводниковых приборов необходимо немного знать условные обозначения. Они выглядят следующим образом: цифра 1 или буква Г – германий, цифра 2 или буква К – кремний, цифра 3 или буква А – арсенид галлия. Это первый знак. Д – диод, Т – транзистор, С – стабилитрон, Л – светодиод. Это второй знак. Третий знак это группа цифр обозначающих сферу применения прибора. Отсюда: ГТ 313 (1Т 313) – высокочастотный германиевый транзистор, 2С147 – кремниевый стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации 4,7 вольта, АЛ307 – арсенид-галлиевый светодиод.

Вот схема простого, но надёжного стабилизатора напряжения.

Между коллектором мощного транзистора и корпусом подается напряжение с выпрямителя и равное 12 – 15 вольт. С эмиттера транзистора мы снимаем 9V стабилизированного напряжения, так как в качестве стабилитрона VD1 мы используем надёжный элемент Д814Б (см. таблицу). Резистор R1 – 1кОм, транзистор КТ819 обеспечивающий ток до 10 ампер.

Транзистор необходимо разместить на радиаторе-теплоотводе. Единственный недостаток данной схемы – это невозможность регулировки выходного напряжения. В более сложных схемах подстроечный резистор, конечно, имеется. Во всех лабораторных и домашних радиолюбительских источниках питания есть возможность регулировки выходного напряжения от 0 и до 20 – 25 вольт.

Интегральные стабилизаторы.

Развитие интегральной микроэлектроники и появление многофункциональных схем средней и большой степени интеграции, конечно, коснулось и проблем связанных со стабилизацией напряжения. Отечественная промышленность напряглась и выпустила на рынок радиоэлектронных компонентов серию К142, которую составляли как раз интегральные стабилизаторы. Полное название изделия было КР142ЕН5А, но так как корпус был маленький и название не убиралось целиком, стали писать КРЕН5А или Б, а в разговоре они назывались просто «кренки».

Сама серия была достаточно большая. В зависимости от буквы варьировалось выходное напряжение. Например, КРЕН3 выдавал от 3 до 30 вольт с возможностью регулировки, а КРЕН15 был пятнадцативольтовым двухполярным источником питания.

Подключение интегральных стабилизаторов серии К142 было крайне простым. Два сглаживающих конденсатора и сам стабилизатор. Взгляните на схему.

Если есть необходимость получить другое стабилизированное напряжение, то поступают следующим образом: допустим, мы используем микросхему КРЕН5А на 5V, а нам нужно другое напряжение. Тогда между вторым выводом и корпусом ставится стабилитрон с таким расчётом, чтобы сложив напряжение стабилизации микросхемы, и стабилитрона мы получили бы нужное напряжение. Если мы добавим стабилитрон КС191 на V = 9,1 + 5V микросхемы, то на выходе мы получим 14.1 вольт.

R3 10k (4k7 – 22k) reostat

R6 0.22R 5W (0,15- 0.47R)

R8 100R (47R – 330R)

C1 1000 x35v (2200 x50v)

C2 1000 x35v (2200 x50v)

C5 100n ceramick (0,01-0,47)

T1 KT816 (BD140)

T2 BC548 (BC547)

T3 KT815 (BD139)

T4 KT819(КТ805,2N3055)

T5 KT815 (BD139)

VD1-4 КД202 (50v 3-5A)

VD5 BZX27 (КС527)

VD6 АЛ307Б, К (RED LED)

Регулируемый стабилизированный блок питания – 0-24 V , 1 – 3А

с ограничением тока.

Блок питания (БП) предназначен для получения регулируемого стабилизированного выходного напряжения от 0 до 24v при токе порядка 1-3А, проще говоря чтобы не покупали вы батарейки, а использовали его для эксперементов со своими конструкциями.

В блоке питания предусмотрена так называемая защита т е ограничение максимального тока.

Для чего это нужно? Для того что бы этот БП служил верой и правдой, не боясь коротких замыканий и не требовал ремонта, так сказать «несгораемый и неубиваемый»

На Т1 собран стабилизатор тока стабилитрона, т е имеется возможность установки практически любого стабилитрона с напряжением стабилизации менее входного напряжения на 5 вольт

Это значит, что при установке стабилитрона VD5 допустим ВZX5,6 или КС156 на выходе стабилизатора получим регулируемое напряжение от 0 до приблизительно 4 вольт, соответственно — если стабилитрон на 27 вольт, то максимальное выходное напряжение будет в пределах 24-25 вольт.

Трансформатор следует выбирать примерно так- переменное напряжение вторичной обмотки должно быть примерно на 3-5 вольт больше того, которое вы рассчитываете получить на выходе стабилизатора, которое в свою очередь зависит от установленного стабилитрона,

Ток вторичной обмотки трансформатора как минимум должен быть не менее того тока, который нужно получить на выходе стабилизатора.

Выбор конденсаторов по емкости С1 и С2 –примерно по 1000-2000 мкф на 1А, С4 – 220 мкф на 1А

Несколько сложнее с емкостями по напряжению – рабочее напряжение грубо рассчитывается по такой методике – переменное напряжение вторичной обмотки трансформатора делится на 3 и умножается на 4

(~ Uвх:3×4)

Т е – допустим, что выходное напряжение вашего трансформатора порядка 30 вольт – 30 делим на 3 и множим на 4 – получаем 40 – значит рабочее напряжение конденсаторов должно быть более чем 40 вольт.

Уровень ограничения тока на выходе стабилизатора зависит от R6 по минимуму и R8 (по максимуму вплоть до отключения)

При установке перемычки вместо R8 между базой VТ5 и эмиттером VТ4 при сопротивлении R6 равном 0,39 ом ток ограничения будет примерно на уровне 3А,

Как понять «ограничение»? Очень просто – выходной ток даже в режиме короткого замыкания на выходе не превысит 3 А, за счет того что выходное напряжение будет автоматически снижено практически до нуля,

А можно ли заряжать автомобильный аккумулятор? Запросто. Достаточно выставить регулятором напряжения, извиняюсь — потенциометром R3 напряжение 14,5 вольта на холостом ходу (т е с отключенным аккумулятором) а потом подключить к выходу блока, аккумулятор, И пойдет ваш аккумулятор заряжаться стабильным током до уровня 14,5в, Ток по мере зарядки будет уменьшаться и когда достигнет значения 14,5 вольта (14,5 в – напряжение полностью заряженного акк) он будет равен нулю.

Как отрегулировать ток ограничения. Выставить на выходе стабилизатора напряжение на холостом ходу порядка 5-7 вольт. Затем к выходу стабилизатора подключить сопротивление примерно на 1 ом мощностью 5-10 ватт и последовательно с ним амперметр. Подстроечным резистором R8 выставить требуемый ток. Правильно выставленный ток ограничения можно проконтролировать выкручивая потенциометр регулировки выходного напряжения на максимум до упора При этом ток, контролируеммый амперметром должен оставаться на прежнем уровне.

Теперь про детали. Выпрямительный мостик – диоды желательно выбирать с запасом по току минимум раза в полтора, Указанные КД202 диоды могут без радиаторов достаточно долго работать при токе 1 ампер, но ежели рассчитываете что вам этого мало, то установив радиаторы можно обеспечить 3-5 ампер, вот только нужно посмотреть в справочнике какие из них и с какой буквой могут до 3 а какие и до 5 ампер. Хочется больше – загляните в справочник и выбирайте диоды помощнее, скажем ампер на 10.

Транзисторы – VT1 и VT4 устанавливать на радиаторы. VT1 будет слегка греться поэтому и радиатор нужен небольшой, а вот VT4 да в режиме ограничения тока будет греться довольно таки хорошо. Поэтому и радиатор нужно подобрать внушительный, можно и вентилятор от блока питания компьютера к нему приспособить – поверьте, не помешает.

Особо пытливым – почему греется транзистор? Ток то течет по нему и чем больше ток, тем больше греется транзистор. Давайте посчитаем – на входе, на конденсаторах 30 вольт. На выходе стабилизатора ну скажем вольт так 13, В итоге между коллектором и эмиттером остается 17 вольт.

Из 30 вольт минусуем 13 вольт получаем 17 вольт (кто хочет видит тут математику, а мне как то на память приходит один из законов дедушки Киргофа, про сумму падений напряжения)

Ну так вот, тот же Киргоф, что то говорил о токе в цепи, наподобие того что какой ток течет в нагрузке, такой же ток и через транзистор VT4 течет. Скажем ампера эдак 3 течет, резистор в нагрузке греется транзистор тоже греется, Так вот тепло это, которым воздух греем и можно назвать мощностью, которая рассеивается… Но попробуем выразиться математически, то бишь

школьный курс физики

где Р — это мощность в ваттах, U – напряжение на транзисторе в вольтах, а J — ток который течет и через нашу нагрузку и через амперметр и естественно через транзистор.

Итак 17 вольт множим на 3 ампера получаем 51 ватт рассеивающийся на транзисторе,

Ну а допустим подключим сопротивление на 1 ом. По закону Ома при токе 3А падение напряжения на резисторе получится 3 вольта и рассеиваемая мощность величиной в 3 ватта начнет греть сопротивление. Тогда падение напряжения на транзисторе: 30 вольт минус 3 вольта = 27 вольт, а мощность рассеиваимая на транзисторе 27v×3A=81 ватт… Теперь заглянем в справочник, в раздел транзисторы. Ежели проходной транзистор т е VТ4 у нас стоит скажем КТ819 в пластмассовом корпусе то по справочнику выходит что он не выдержит т к мощность рассеивания (Рк*max) у него 60 ватт, но зато в металлическом корпусе (КТ819ГМ, аналог 2N3055) – 100 ватт – вот этот подойдет, но радиатор обязателен.

Надеюсь на счет транзисторов более менее понятно, перейдем к предохранителям. Вообще то предохранитель это последняя инстанция, реагирующая на грубые ошибки допущенные вами и «ценой своей жизни» предотвращающая…. Давайте допустим что в первичной обмотке трансформатора по каким то причинам произошло замыкание,или во вторичной. Может от того что перегрелся, может изоляция прохудилась, а может и просто – неправильное соединение обмоток, но предохранителей нет. Трансформатор дымит, изоляция плавится,сетевой провод пытаясь выполнить доблестную функцию предохранителя, горит и не дай бог если на распределительном шите вместо автомата у вас стоят пробоки с гвоздиками вместо предохранителей.

Один предохранитель на ток примерно на 1А больше чем ток ограничения блока питания (т е 4-5А), должен стоять между диодным мостом и трансформатором, а второй между трансформатором и сетью 220 вольт примерно на 0,5-1 ампер.

Трансформатор. Самое пожалуй дорогое в конструкции Грубо говоря чем массивнее трансформатор тем он мощнее. Чем толще провод вторичной обмотки, тем больший ток может отдать трансформатор. Все это сводится к одному – мощности трансформатора. Так как же выбрать трансформатор? Опять школьный курс физики, раздел электротехника…. Опять 30 вольт, 3 ампера и в итоге мощность 90 ватт. Это минимум, который следует понимать так – этот трансформатор кратковременно может обеспечить выходное напряжение 30 вольт при токе 3 ампера, Поэтому желательно накинуть по току запас минимум процентов 10, а лучше все 30-50 процентов. Так что 30 вольт при токе 4-5 ампер на выходе трансформатора и ваш БП сможет часами если не сутками отдавать ток 3 ампера в нагрузку.

Ну и тем кто желает получть максимум по току от этого БП, скажем ампер эдак 10.

Первое – соответствующий вашим запросам трансформатор

Второе – диодный мост ампер на 15 и на радиаторы

Третье – проходной транзистор заменить на два-три соединенных в параллель с сопротивлениями в эмиттерах по 0,1 ом (радиатор и принудительный обдув)

Четвертое- емкости желательно конечно увеличить, но в том случае если БП будет использоваться как зарядное устройство – это не критично.

Пятое – армировать токопроводящие дорожки по пути следования больших токов напайкой дополнительных проводников и соответственно не забывать про соединительные провода «потолще»


Схема подключения запараллеленных транзисторов вместо одного




Простейший блок питания 0-30 Вольт для радиолюбителя.

Схема.

В этой статье мы продолжаем тему схемотехники блоков питания для радиолюбительских лабораторий. На сей раз речь пойдет о самом простом устройстве, собранном из радиодеталей отечественного производства, и с минимальным их количеством.

И так, принципиальная схема блока питания:


Как видите, все просто и доступно, элементная база имеет широкое распространение и не содержит дефицитов.

Начнем с трансформатора. Мощность его должна быть не менее 150 Ватт, напряжение вторичной обмотки — 21…22 Вольта, тогда после диодного моста на емкости С1 вы получите порядка 30 Вольт. Рассчитывайте так, чтобы вторичная обмотка могла обеспечивать ток 5 Ампер.

После понижающего трансформатора стоит диодный мост, собранный на четырех 10-ти амперных диодах Д231. Запас по току конечно хороший, но конструкция получается довольно громоздкая. Наилучшим вариантом будет использование импортной диодной сборки типа RS602, при небольших габаритах она рассчитана на ток 6 Ампер.

Электролитические конденсаторы рассчитаны на рабочее напряжение 50 Вольт. С1 и С3 можно ставить от 2000 до 6800 мкФ.

Стабилитрон Д1 — он задает верхний предел регулировки выходного напряжения. На схеме мы видим надпись Д814Д х 2 , это значит, что Д1 состоит из двух последовательно соединенных стабилитронов Д814Д. Напряжение стабилизации одного такого стабилитрона составляет 13 Вольт, значит два последовательно соединенных дадут нам верхний предел регулировки напряжения 26 вольт минус падение напряжения на переходе транзистора Т1. В результате вы получите плавную регулировку от нуля до 25 вольт.
В качестве регулирующего транзистора в схеме применен КТ819, они выпускаются в пластиковых и металлических корпусах. Расположение выводов, размеры корпусов и параметры этого транзистора смотрите на следующих двух изображениях.


Стабилитрон — это полупроводниковый диод с уникальными свойствами. Если обычный полупроводник при обратном включении является изолятором, то он выполняет эту функцию до определенного роста величины приложенного напряжения, после чего происходит лавинообразный обратимый пробой. При дальнейшем увеличении протекающего через стабилитрон обратного тока напряжение продолжает оставаться постоянным за счет пропорционального уменьшения сопротивления. Таким путем удается добиться режима стабилизации.

В закрытом состоянии через стабилитрон сначала проходит небольшой ток утечки. Элемент ведет себя как резистор, величина сопротивления которого велика. При пробое сопротивление стабилитрона становится незначительным. Если дальше продолжать повышать напряжение на входе, элемент начинает греться и при превышении током допустимой величины происходит необратимый тепловой пробой. Если дело не доводить до него, при изменении напряжения от нуля до верхнего предела рабочей области свойства стабилитрона сохраняются.

Когда напрямую включается стабилитрон, характеристики не отличаются от диода. При подключении плюса к p-области, а минуса — к n-области сопротивление перехода мало и ток через него свободно протекает. Он нарастает с увеличением входного напряжения.

Стабилитрон — это особый диод, подключаемый большей частью в обратном направлении. Элемент сначала находится в закрытом состоянии. При возникновении электрического пробоя стабилитрон напряжения поддерживает его постоянным в большом диапазоне тока.

На анод подается минус, а на катод — плюс. За пределами стабилизации (ниже точки 2) происходит перегрев и повышается вероятность выхода элемента из строя.

Характеристики

Параметры стабилитронов следующие:

  • U ст — напряжение стабилизации при номинальном токе I ст;
  • I ст min — минимальный ток начала электрического пробоя;
  • I ст max — максимальный допустимый ток;
  • ТКН — температурный коэффициент.

В отличие от обычного диода, стабилитрон — это полупроводниковое устройство, у которого на вольт-амперной характеристике области электрического и теплового пробоя достаточно далеко расположены друг от друга.

С максимально допустимым током связан параметр, часто указываемый в таблицах — мощность рассеивания:

P max = I ст max ∙ U ст.

Зависимость работы стабилитрона от температуры может быть как с положительным ТКН, так и отрицательным. При последовательном подключении элементов с разными по знакам коэффициентами создаются прецизионные стабилитроны, не зависящие от нагрева или охлаждения.

Схемы включения

Типовая схема простого стабилизатора, состоит из балластного сопротивления R б и стабилитрона, шунтирующего нагрузку.

В некоторых случаях происходит нарушение стабилизации.

  1. Подача на стабилизатор большого напряжения от источника питания при наличии на выходе фильтрующего конденсатора. Броски тока при его зарядке могут вызвать выход из строя стабилитрона или разрушение резистора R б.
  2. Отключение нагрузки. При подаче на вход максимального напряжения ток стабилитрона может превысить допустимый, что приведет к его разогреву и разрушению. Здесь важно соблюдать паспортную область безопасной работы.
  3. Сопротивление R б подбирается небольшим, чтобы при минимально возможной величине напряжения питания и максимально допустимом токе на нагрузке стабилитрон находился в рабочей зоне регулирования.

Для защиты стабилизатора применяются тиристорные схемы защиты или

Резистор R б рассчитывается по формуле:

R б = (U пит — U ном)(I ст + I н).

Ток стабилитрона I ст выбирается между допустимыми максимальным и минимальным значениями, в зависимости от напряжения на входе U пит и тока нагрузки I н.

Выбор стабилитронов

Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение U н, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы.

Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие:

  • U пит = 12-15 В — напряжение входа;
  • U ст = 9 В — стабилизированное напряжение;

Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии.

Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму — 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи:

R ∑ = 12 В / 0,1 А = 120 Ом.

На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит:

R экв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом.

Теперь можно определить сопротивление балласта:

R б = 120 Ом — 90 Ом = 30 Ом.

Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным.

Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит:

U R = 15 — 9 = 6 В.

Затем определяется ток через резистор:

I R = 6/30 = 0,2 А.

Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, I c = I R = 0,2 А.

Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт.

По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В.

Симметричный стабилитрон

Симметричный диодный тиристор представляет собой переключающий прибор, проводящий переменный ток. Особенностью его работы является падение напряжения до нескольких вольт при включении в диапазоне 30-50 В. Его можно заменить двумя встречно включенными обычными стабилитронами. Устройства применяют в качестве переключающих элементов.

Аналог стабилитрона

Когда не удается подобрать подходящий элемент, используют аналог стабилитрона на транзисторах. Их преимуществом является возможность регулирования напряжения. Для этого можно применять усилители постоянного тока с несколькими ступенями.

На входе устанавливают делитель напряжения с R1. Если входное напряжение возрастает, на базе транзистора VT1 оно также увеличивается. При этом растет ток через транзистор VT2, который компенсирует увеличение напряжения, поддерживая тем самым его стабильным на выходе.

Маркировка стабилитронов

Выпускаются стеклянные стабилитроны и стабилитроны в пластиковых корпусах. В первом случае на них наносятся 2 цифры, между которыми располагается буква V. Надпись 9V1 обозначает, что U ст = 9,1 В.

На пластиковом корпусе надписи расшифровываются с помощью даташита, где также можно узнать другие параметры.

Темным кольцом на корпусе обозначается катод, к которому подключается плюс.

Заключение

Стабилитрон — это диод с особыми свойствами. Достоинством стабилитронов является высокий уровень стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения рабочего тока, а также простые схемы подключения. Для стабилизации малого напряжения приборы включают в прямом направлении, и они начинают работать как обычные диоды.

Как выбрать шунт-диодный барьер искрозащиты?

Главная цель статьи — максимально облегчить непростой процесс выбора барьеров искробезопасности.

Любое промышленное производство требует высокотехнологичных решений в плане контроля и обеспечения безопасности. Особенно это касается производств, связанных с добычей и переработкой легковоспламеняющихся материалов, таких как: нефть, газ, целлюлозная промышленность и т. д. Для обеспечения пожарной безопасности, оборудование, размещенное в зоне наличия легковоспламеняющихся газов и веществ, должно иметь защиту от возникновения искр, нагрева и возгорания. Такое оборудование называют взрывозащищенным, и оно имеет в своей маркировке обозначение «Ex».

Взрывозащита может быть выполнена различными способами: взрывонепроницаемая оболочка, имеет обозначение Exd, искробезопасная электрическая цепь — обозначается Exi, герметизация компаундом Exm и так далее, и каждая имеет свою область применения. Оборудование также может иметь комбинированную защиту, состоящую из нескольких видов защит. Далее мы будем рассматривать взрывозащиту типа искробезопасная электрическая цепь, так как именно при таком виде защиты применяются барьеры искробезопасности.

Использование различного электрооборудования во взрывоопасной зоне, например, датчиков давления и температуры, расходомеров, уровнемеров накладывает ограничение на величину электрической энергии, передаваемой во взрывоопасную зону к оборудованию, а также электрической энергии, которую может накопить электрооборудование и линии связи между ними. Количество электрической энергии, которую можно безопасно «пустить» во взрывоопасную зону для различных взрывоопасных веществ было установлено опытным путем, и подробно этот процесс описан в ГОСТ 30852.0-2002. Важно отметить, что такая защита строится на ограничении энергии при возникновении аварийных ситуаций в электросети и связанном оборудовании, таких как короткое замыкание линии или попадание на вход высокого напряжения.

Устройство и принцип работы барьеров

Барьер искрозащиты представляет собой законченный блок, имеющий неразборную конструкцию для защиты от несанкционированного ремонта и замены элементов, который удовлетворяет требованиям ГОСТ 30852.10-2002. Различают цепи искрозащиты с уровнями «ia», «ib» и «iс». Отличие схемы «ia» от «ib» заключается в том, что у цепей с уровнем искрозащиты «ia» предусмотрена защита обеих полюсов от источника питания. Электрические схемы блоков искрозащиты на стабилитронах приведены на рисунках 1а, 1б. Барьер состоит из шунтирующих стабилитронов VD1 — VD6, последовательно включенных токоограничительных R2, R2. 1 и балластных R1, R1.1 резисторов и плавких предохранителей FU1, FU1.1. Для схемы «ia» предусмотрено двойное дублирование стабилитронов для повышения надежности и снижения вероятности отказов.

Рисунок 1а — Схема барьера с искробезопасной цепью уровня «ib»

Рисунок 1б — Схема барьера с искробезопасной цепью уровня «ia»

При нормальной работе напряжение на стабилитронах не превышает напряжения стабилизации, и через стабилитроны практически не течет ток (рисунок 2). В случае возникновения аварийной ситуации (попадания на вход барьера повышенного напряжения) стабилитроны будут ограничивать напряжение на выходе барьера при изменении тока, протекающего через них (рисунок 3). Если в результате аварии на вход барьера подается напряжение, которое вызывает протекание тока свыше допустимого, то установленный плавкий предохранитель отключит защищаемые цепи от аварийной цепи. Чтобы ограничить ток через стабилитроны в момент попадания высокого напряжения на вход барьера устанавливается дополнительный токоограничительный резистор R2, который призван сохранить целостность стабилитронов при протекании токов на момент пока перегорает плавкий предохранитель. Обычное время перегорания плавкого предохранителя находится в пределах 10 миллисекунд и сильно зависит от величины протекающего тока. Назначение балластного резистора R1 — ограничение тока короткого замыкания на выходе барьера. Таким образом обеспечивается искробезопасный ток, напряжение и электрическая мощность при которых не может произойти возгорание во взрывоопасной зоне при аварийных режимах работы электрической цепи, но при этом обеспечивается нормальная передача полезного сигнала при её штатной работе.

Рисунок 2 — Протекание тока через барьер в штатном режиме

Рисунок 3 — Протекание тока через барьер при аварийной ситуации

Барьеры искрозащиты имеют следующие параметры:

Um — максимальное напряжение, которое может быть приложено ко входу барьера, при этом не произойдет пробой изоляции барьера, и он сохранит свою функцию ограничения энергии. Для большинства барьеров это напряжение составляет 250 В так как питание устройств осуществляется от источников, которые преобразуют сетевое напряжение и в случае пробоя изоляции блока питания барьер должен выдержать появление на входе сетевого напряжения;

  • U0 — максимальное напряжение на выходе барьера (к которому подключено оборудование, расположенное во взрывоопасной зоне) при попадании на вход барьера напряжения Um при отключенной нагрузке;
  • I0 — максимальный выходной ток (ток короткого замыкания). Данный параметр определяется при коротком замыкании выхода барьера и при подаче на вход барьера напряжения Um;
  • P0 — максимальная мощность, которую барьер может передать во взрывоопасную зону. Данный параметр напрямую зависит от напряжения на выходе барьера, его тока короткого замыкания и определяется по формуле:

P0 = U0 · I0 / 4.

  • Rв — сопротивление ветвей барьера, сопротивление между клеммой входного и выходного разъема. В некоторых случаях его называют проходным сопротивлением барьера.

На рисунке 4 приведен график зависимости мощности на выходе барьера от изменения сопротивления нагрузки. Как можно видеть из графика максимальная мощность на выходе достигается когда напряжение и ток достигают половины от своих максимальных значений.

Рисунок 4 — Зависимость мощности на выходе барьера от напряжения и тока на нагрузке

Классификация барьеров

Барьеры искрозащиты по устройству и принципу действия делятся на три группы.

Шунт-диодные барьеры искрозащиты, или пассивные барьеры (иногда их называют «барьеры на зенеровских диодах») — это барьеры, состоящие из шунтирующих стабилитронов, последовательно включенных токоограничивающих резисторов и плавких предохранителей. Принцип действия данных барьеров был приведен выше.

Такие барьеры применяются для подключения различных датчиков, работающих с унифицированными токовыми сигналами 4…20, 0…20 или 0…5 мА, подключения термопреобразователей температуры, потенциометров, концевых датчиков, кнопок и подобных устройств, а также передачи питания на устройства, которые находятся во взрывоопасной зоне. Данные барьеры являются самыми простыми устройствами. После короткого замыкания выхода или подачи на вход барьера высокого напряжения перегорает плавкий предохранитель, и барьер необходимо заменить. У некоторых производителей в качестве опций устанавливается дополнительная электронная схема ограничения тока короткого замыкания, которая призвана защитить предохранитель от случайного замыкания, например, при пуско-наладочных работах, делая барьер защищенным от короткого замыкания на выходе. Однако за такой функционал приходится платить не только деньгами, но и дополнительным падением напряжения на ветвях барьера.

В нашей продуктовой линейке – это барьеры ЭнИ-БИС-100-Ех, ЭнИ-БИС-150-Ех, ЭнИ-БИС-1000-Ех.

Активные барьеры искрозащиты, в которых помимо пассивного барьера добавлена электронная схема преобразователя, позволяющая осуществлять функциональное преобразование входного сигнала, например, токовый сигнал 4…20 мА преобразовывать в выходной сигнал 0…20 мА или сигнал от потенциометра в выходной токовый сигнал 0…20 мА.

Помимо схемы преобразования в барьере имеется электронный ограничитель тока короткого замыкания на выходе, повышающий живучесть барьера при коротком замыкании выхода барьера в рабочем режиме при пуско-наладочных работах. В отличие от пассивных барьеров, где замыкание на выходе приводит к перегоранию плавкого предохранителя, активные барьеры после устранения замыкания вновь готовы к работе. Для функционирования такого барьера требуется дополнительное напряжение питания.

Основная причина применения активных барьеров — ситуации, когда невозможно применить пассивные барьеры. Например, когда сопротивление нагрузки слишком велико для того чтобы датчику хватало напряжения питания при максимальном токе потребления. Такая ситуация может возникнуть в случае, если имеется несколько показывающих (дублирующих) приборов. Еще один случай, когда применение активного барьера оправдано — если для питания датчика (устройства) необходимо использовать барьер с напряжением U0, которое ниже или равно стандартному ряду выходных напряжений источника питания, а его подстройка невозможна.

Еще один немаловажный момент, который следует учесть при использовании пассивных и активных барьеров, это наличие эквипотенциальной системы заземления. Если на данном объекте невозможно создать эквипотенциальную систему заземления, то использование таких барьеров не допускается.

В нашей продуктовой линейке – это барьеры ЭнИ-БИС-200-Ех.

Активные барьеры с гальванической развязкой. Такие барьеры в своем составе помимо пассивного барьера, схемы ограничения тока короткого замыкания и электронного преобразователя, содержат еще и источник питания с гальванически развязанными выходами, который позволяет осуществлять питание входных и выходных цепей барьера, гальванически разделенных между собой. Данная группа барьеров не имеет клемм для подключения к заземлению так как имеется гальваническая развязка входа от выхода и от источника питания, которая гарантированно выдерживает разность потенциалов минимум 500 В.

Данные барьеры применяются в тех случаях, когда невозможно создать эквипотенциальную систему заземления — разность потенциалов земли в точке установки датчика отличается от потенциала заземления в точке установки остального оборудования. В этих случаях заземление осуществляется непосредственно в точке установки датчика, а со стороны измерительного оборудования устанавливается барьер искрозащиты с гальванической развязкой, задачей которого является передача токового сигнала в цепи, связывающей устройства, находящиеся под разными потенциалами.

В нашей продуктовой линейке – это барьеры ЭнИ-БИС-300-Ех, ЭнИ-БИС-3000-Ех.

Все три группы барьеров широко используются при проектировании систем контроля и управления технологическими процессами при работе оборудования во взрывоопасной зоне. Барьеры каждой группы имеют свое назначение и область применения. Поставленная перед проектировщиком задача может быть решена несколькими путями с использованием тех или иных барьеров. В таком случае всегда производится оценка каждого варианта решения задачи, оцениваются финансовая составляющая, удобство монтажа и обслуживания систем с целью поиска оптимального решения.

Алгоритмы подбора шунт-диодных барьеров искробезопасности

Далее приведем конкретные примеры для выбора пассивных барьеров и примеры расчетов для проверки работоспособности схемы.

Пример 1. Допустим, необходимо измерять давление газа во взрывоопасной зоне. Во взрывоопасной зоне будет присутствовать газ этилен. Для упрощения задачи рассмотрим вариант с одним датчиком, расположенным в 50 метрах от шкафа с оборудованием. Питание датчика будет осуществляться от сетевого источника питания через барьер, а с помощью измерительного прибора будет осуществляться индикация измеренного давления. Измерительный прибор, блок питания и барьер расположены во взрывобезопасной зоне. В месте установки оборудования имеется возможность создания эквипотенциальной системы заземления.

Перед началом выбора датчика и барьера необходимо определиться с подгруппой электрооборудования, которой должен соответствовать датчик и барьер искрозащиты. Подгруппа электрооборудования зависит от того взрывоопасного вещества, которое будет присутствовать во взрывоопасной зоне. Методика определения подгруппы и рекомендации по выбору подгруппы, а также перечень типовых представителей горючих веществ и соответствующая им подгруппа приведены в приложении А ГОСТ 30852.0-2002, ГОСТ 30852.11-2002.

Согласно приложению А ГОСТ 30852.0-2002 газ этилен соответствует категории взрывоопасности IIB. Соответственно при выборе оборудования, которое будет во взрывоопасной зоне, подгруппа должна быть IIB или более высокая — IIC.

Далее необходимо выбрать датчик давления для измерения соответствующего давления и имеющий взрывозащищенное исполнение типа «искробезопасная электрическая цепь» с необходимым классом точности измерения.

Для нашего примера выберем датчик давления, который имеет следующие характеристики:

  • минимальное напряжение питания Uд min=12В;
  • максимальное напряжение питания Ui=28В;
  • максимальный входной ток Ii=120мА;
  • максимальная рассеиваемая мощность Pi=0,84Вт;
  • максимальная внутренняя емкость Ci = 0,05 мкФ;
  • максимальная внутренняя индуктивность Li = 0,2 мГн.

После выбора подходящего датчика давления необходимо подобрать к нему барьер искрозащиты. Для выбора барьера необходимо определить, какими параметрами он должен обладать. Выбор следует делать из следующих условий:

  • U0 ≤ Ui;
  • I0 ≤ Ii;
  • P0 ≤ Pi.

Другими словами, барьер искробезопасности должен пропускать через себя такое количество электрической энергии, чтобы во всех режимах работы датчик оставался взрывозащищенным. Для данного датчика выберем барьер ЭнИ-БИС-110-Ех со следующими параметрами:

  • максимальное напряжение на выходе U0 = 25,2 В;
  • ток короткого замыкания I0 = 100 мА;
  • максимальная мощность, передаваемая через барьер P0 = 0,6 Вт;
  • максимальное проходное сопротивление ветвей Rmax = 280 Ом.

В качестве измерительного прибора может выступать любой прибор, предназначенный для измерения тока в токовой петле и обеспечивающий необходимым классом точности измерения. Для этой цели мы будем использовать измеритель-регулятор МИР-7200. Для расчета нам нужно знать сопротивление токоизмерительного шунта, которое содержится в технической документации и составляет 50 Ом.

Осталось подобрать источник, от которого будет запитан датчик давления через барьер. Для этого необходимо вернуться к выбранному барьеру искрозащиты, так как напряжение на выходе блока питания будет зависеть от U0 барьера. Напряжение на входе барьера не должно превышать напряжения, при котором через стабилитроны начнет протекать ток. Этот параметр указывается в руководстве по эксплуатации на барьер искрозащиты. Если этот параметр не указан, то его можно вычислить условно. Для барьеров с напряжением U0 более 13 В максимальное напряжение, которое можно подать на вход барьера и при котором ток утечки стабилитронов не превысит 10 мкА, составляет:

Uвх max= U0 – (1…1,5 В).

Для барьеров с напряжением U0 менее 13 В необходимо увеличивать запас по напряжению до 2…2,5 В, поскольку это связано с искривлением вольт-амперной характеристики стабилитронов при снижении напряжения стабилизации.

Рассчитаем максимальное напряжение, которое можно подать на вход выбранного барьера: Uвх max = 25,2 – 1,2 = 24,0 В.

После определения максимального напряжения, которое можно подать на вход барьера, выбираем источник питания. Это может быть как отдельный источник питания, так и встроенный в измерительный прибор с выходным напряжением 24 В и максимальным током нагрузки не менее 25 мА.

После выбора всех необходимых приборов можно составить электрическую схему для проведения окончательных расчетов. Получившаяся схема приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 — Подключение датчика давления через искробезопасный барьер

Для расчета схемы и проверки ее работоспособности необходимо рассчитать сопротивление кабеля, соединяющего датчик давления с барьером искробезопасности. Часть кабеля, который соединяет блок питания, измерительный прибор и барьер можно не учитывать, если данные блоки смонтированы в непосредственной близости в одном шкафу, так как сопротивление этого кабеля будет ничтожно мало и его при расчетах можно не учитывать. В случае, когда длина этого кабеля значительна, его так же необходимо включить в расчет.

Расчет сопротивления кабеля начинают с измерения необходимой длины. Подключение датчиков ведут с помощью медного кабеля с сечением жил не менее 0,35 мм2. Рассчитаем сопротивление кабеля по формуле:

Rк = ρ · L / S,

где ρ — удельное сопротивление меди 0,017 Ом·мм2/м;

L — длина кабеля, м;

S — площадь сечения кабеля, мм2.

При длине кабеля 50 м сопротивление линии составит: Rк = 0,017 · 50 / 0,35 = 2,42 Ом.

Необходимо провести проверку работоспособности схемы — вычислить значения напряжения питания датчика Uд (см. рисунок 5), которое будет на его клеммах при максимальном токе.

Вычисления следует проводить по формуле:

Uд = Uбп – (Rш + Rmax + 2 · Rк) · Iд mах,

где Uбп — напряжение на выходе блока питания;

Rш — сопротивление шунта измерительного прибора;

Rmax — проходное сопротивление барьера;

Rк — сопротивление кабеля;

Iд max — максимально возможный ток, потребляемый датчиком, равный 22,5 мА.

Подставив в формулу значения, получим Uд = 24 – (50 + 280 + 2 · 2,42) · 0,0225 = 16,4 В.

Полученное значение есть ничто иное, как минимальное напряжение, которое будет подаваться на датчик для его питания. Это напряжение должно быть больше минимального напряжения питания датчика, которое для выбранного датчика равно 12 В.

В завершении этого примера остается выбрать конкретный тип кабеля с нужным сечением, вычислить емкость и индуктивность кабеля и затем суммировать значение емкости кабеля с емкостью датчика Ci и индуктивность кабеля с индуктивностью датчика Li. Схема будет считаться рабочей, а цепь искробезопасной, если будут выполняться следующие условия:

  • Uд min ≤ Uд;
  • L0 ≥ L+ Lк;
  • C0 ≥ Ci + Cк.

Если при расчете напряжения для питания датчика становится недостаточно, то необходимо уменьшать сопротивление кабеля (например, увеличив сечение или количество жил), подобрать другой барьер с меньшим проходным сопротивлением, разделить цепь датчика и измерительных приборов на два контура, применив активный барьер искробезопасности.

Рассмотренный выше пример является самым простым, но на практике чаще всего встречаются задачи, когда датчиков может быть несколько, а располагаться они могут на достаточно большой территории и для реализации такой задачи необходимо применять несколько другие подходы. А именно, необходимо помимо обеспечения искрозащиты, каким-то образом защищаться от перекрестных помех, создаваемых оборудованием. Для этих целей схемы барьеров «ib» подходят плохо из-за того, что они имеют глухо заземленный минусовой проводник. При большой территориальной разобщенности оборудования на заземляющих проводниках могут наводиться помехи, с которыми очень тяжело бороться. В таких случаях рекомендуется использовать схемы с плавающим потенциалом сигнальных линий.

Пример такой схемы подключения приведен на рисунке 6. В данной схеме применен барьер со схемой «ia», в которой оба полюса сигнальной линии защищены плавкими предохранителями и имеются стабилитроны для ограничения напряжения и токоограничивающие резисторы, но для работы схемы необходимо чтобы выход источника питания был гальванически развязан от заземления. В данной схеме может быть применен как один источник питания, от которого будут запитаны датчики, так и раздельные источники, имеющие гальваническую развязку от заземления и объединенные общим минусом. Такое построение дает возможность повысить живучесть системы на случай выхода из строя источника питания.

Рисунок 6 — Схема подключения нескольких датчиков к одному измерительному прибору

В плане расчетов схема, приведенная на рисунке 6, ничем не отличается от приведенного выше примера, кроме того, что при расчетах необходимо учитывать сопротивление обеих ветвей. Используя данную схему можно наращивать количество подключаемых датчиков до нужного количества.

В случае, когда минусовой провод измерительного контроллера соединен с выводом заземления (и такое встречается не редко), данная схема работать уже не может. Для нормальной работы в таком случае требуется использование барьера, схема которого приведена на рисунке 7. Обратите внимание на то как выполнена точка подключения заземления в этом барьере. Такое включение с дополнительным стабилитроном дает возможность использовать многоканальный измерительный прибор, общий минус которого соединен с заземлением. Подобная схема требует от барьера увеличения токоограничивающего сопротивления, что приводит к увеличению проходного сопротивления барьера. Поэтому такие барьеры имеют, как правило, более высокий ток короткого замыкания и как следствие — более низкую подгруппу электрооборудованию (IIB или даже IIA).

Рисунок 7 — Схема подключения датчиков через барьеры к контроллеру с общим заземленным минусом

В следующем примере разберемся с выбором и подключением термопреобразователей сопротивления к измерительным приборам через барьер искрозащиты.

Пример 2. К нормирующему преобразователю ЭнИ-702И необходимо подключить платиновый термопреобразователь сопротивления Pt100, расположенный во взрывоопасной зоне на расстоянии 200 метров от измерительного прибора, подгруппа электрооборудования IIC. Диапазон измерения температуры от минус 50 до плюс 100 °С. Схема подключения датчика — четырехпроводная.

Для выполнения расчета необходимы следующие данные:

  • ток через измеряемое сопротивление — 0,21 мА;
  • максимальное выходное напряжение генератора тока для измерительного преобразователя температуры — 2 В;
  • максимальное сопротивление термопреобразователя сопротивления при максимальной измеряемой температуре;
  • параметры линии связи (кабеля).

Поскольку подключение будет производиться по 4-х проводной схеме, то можно не заботиться об одинаковом сопротивлении ветвей барьеров, данная схема подключения призвана компенсировать любые изменения в сопротивлении линии связи. Подключение термопреобразователя будем осуществлять через барьер, имеющий схему «ia» чтобы все линии могли работать с плавающим потенциалом. Это позволит снизить влияние помех и даст возможность подключения нескольких термопреобразователей сопротивления к одному прибору, если есть такая необходимость. Подгруппа электрооборудования, которой должен соответствовать барьер искробезопасности, выбирается исходя из того взрывоопасного вещества, которое будет присутствовать во взрывоопасной зоне.

Теперь необходимо определиться с максимальным напряжением на выходе барьера U0. Проанализировав схемы входных цепей АЦП для подключения термопреобразователя, можно отметить следующее: схемотехника АЦП, применяемая в оборудовании, питается от напряжения 5 В или реже 3,3 В и генератор тока, который поддерживает стабильный ток через измеряемое сопротивление, питается от этого же напряжения. Соответственно напряжения на выходе генератора тока не могут превышать этого значения. Также не стоит забывать, что в зависимости от реализации генератора тока потенциал измерительных выводов может существенно отличаться от потенциала заземления.

Из вышесказанного следует, что напряжение U0 барьера должно быть не ниже 5 В, плюс некоторый запас, а с учетом того, что необходимо обеспечить минимальный ток утечки через стабилитроны менее 1 мкА, то U0 барьера должно быть не ниже 7,5…8 В. Верхнее значение напряжения будет ограничено параметрами линии связи, так как от U0 зависят емкость и индуктивность подключаемого кабеля. Сам термопреобразователь имеет пренебрежимо малую емкость и индуктивность и их в расчете можно не учитывать. Использовать барьеры с U0 ниже 6 В нежелательно, так как в силу физических свойств стабилитронов будет возникать большой ток утечки, который может существенно искажать результаты измерений.

Для примера расчета выберем барьер искрозащиты ЭнИ-БИС-107-Ех, имеющий следующие характеристики:

  • U0 = 12,8 В;
  • L0 = 1,5 мГн;
  • I0 = 100 мА;
  • C0 = 0,5 мкФ;
  • Rв max = 130 Ом (сопротивление одной ветви).

Схема подключения термопреобразователя сопротивления к измерительному прибору через барьер искрозащиты приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 — Схема подключения термопреобразователя сопротивления через барьер искрозащиты к измерительному прибору

В качестве линии связи между термопреобразователем и барьером возьмем монтажный кабель МКЭШВ 2x2x0,5 м, который имеет следующие характеристики:

  • емкость пары 150 пФ/м;
  • индуктивность пары 0,7 мкГн/м;
  • сопротивление одной жилы 40 Ом/км.

Рассчитаем какую емкость, сопротивление и индуктивность будет иметь данный кабель при длине 200 метров:

  • Ск = 150 · 200 = 3000 пФ;
  • Lк = 0,7 · 200 = 140 мкГн;
  • Rк = 200 / 1000 · 40 = 8 Ом.

Делаем проверку на допустимые значения емкости и индуктивности линии связи для подгруппы IIC и для данного барьера:

  • Lк < L0:     0,14 < 1,5 мГн;
  • Cк < С0:    0,003 < 0,5 мкФ.

Рассчитанные значения емкости и индуктивности кабеля удовлетворяют требованиям. Теперь необходимо убедиться, что у генератора тока, задающего ток через термопреобразователь, достаточно напряжения для поддержания стабильного тока через барьер и линию связи. Для этого необходимо по ГОСТ 6651-2009 вычислить максимальное сопротивление термопреобразователя. Для Pt100 при температуре 100 °С сопротивление составит 138,51 Ом, а при температуре минус 50 °С — 80,31 Ом. Используя схему на рисунке 8, рассчитаем падение напряжения на барьере с подключенным термопреобразователем и линией связи по формуле:

Uг = Iизм · (2 · Rв max + 2 · Rк + Rtmax),

где Iизм — ток через измеряемое сопротивление;

Rв max — сопротивление одной ветви;

Rк — сопротивление кабеля;

Rtmax — максимальное сопротивление термопреобразователя.

Подставив в формулу значения, получим Uг = 0,00021 · (2 · 130 + 2 · 8 + 138,51) = 0,085 В.

Как видно из расчета напряжение, которое может выдать генератор тока значительно выше требуемого в данном конкретном случае.

Если линия связи достаточно протяженная, то цена кабеля может быть существенна. В таком случае применяется подключение по 3-х проводной схеме с компенсацией, так как один из проводников является общим как для генератора тока, так и для измерительной цепи. Для подключения термопреобразователя сопротивления к измерительному прибору в этом случае требуется барьер, сопротивление ветвей которого имеет минимальный разброс 0,05…0,2 Ом. В этом заключается особенность выбора барьера для 3-х проводной схемы подключения, в отличие от 4-х проводной схемы, где разброс сопротивлений ветвей не принципиален. Такие барьеры специально изготавливают для работы 3-х проводной схемы и в описании на барьер об этом указывают особо, так как для остальных случаев такой точности в проходных сопротивлениях барьера не требуется. Расчеты для 3-х проводной цепи проводятся аналогично, как и для 4-х проводной.

Измерение температуры с помощью термопреобразователей сопротивления подключенных через барьер искрозащиты по 2-х проводной схеме не применяется ввиду низкой точности измерения, из-за невозможности компенсировать сопротивление барьера и линии связи, которые также зависят от температуры.

Еще один момент, на который хотелось обратить внимание — подключение термопары через барьер искрозащиты к измерительному прибору. Такой вариант возможен, но при его применении возникает ряд сложностей.

Первая сложность заключается в том, что для работы с термопарой в измерительном приборе установлен датчик температуры, который измеряет температуру клеммника для подключения термопары. Этот датчик необходим для компенсации напряжения холодного спая чтобы измерительный прибор показывал только температуру горячего спая, и она не зависела от температуры, которая окружает измерительный прибор (при подключении проводов от термопары к клеммнику между проводом термопары и клеммника образуется еще одна термопара).

Производя подключение термопары через барьер искробезопасности компенсация холодного спая уже не будет работать корректно, а датчик температуры переставить из измерительного прибора на клеммники барьера невозможно.

Вторая сложность, с которой придется столкнуться при таком решении — это борьба с помехами. Если учесть, какое ЭДС вырабатывает термопара (самое большое ЭДС у термопары ТХА при температуре 1300 °С около 75 мВ) и представить, что барьер искрозащиты это полупроводниковый прибор в паре с длинным проводом от термопары являющийся хорошей антенной, то несложно понять, что наведенные радиопомехи в проводе будут детектироваться на стабилитронах барьера как на амплитудном детекторе, а амплитуда таких помех может в несколько раз превышать полезный сигнал. По этим причинам подключение термопар через барьер искрозащиты необходимо рассматривать как крайний вариант. Самым лучшим решением в такой ситуации является применение нормирующего преобразователя, размещенного во взрывоопасной зоне непосредственно возле самой термопары и осуществляющего преобразование сигналов от термопары в токовый сигнал, который можно транслировать на значительные расстояния и не переживать за помехозащищенность.

В заключении следует отметить, что пассивные барьеры могут применяться не только для передачи токовых сигналов и сигналов от термопреобразователей сопротивления, но и для передачи сигналов от потенциометров, управления электропозиционерами, сигналов от кнопок и контактных датчиков, частотных сигналов от расходомеров и так далее. В последующих статьях мы осветим данные темы, а также расскажем об особенностях выбора активных барьеров и барьеров с гальванической развязкой.

Жулин Алексей Владимирович

Начальник конструкторского бюро

Группы приборостроительных компаний

«ИТеК ББМВ»-«Энергия-Источник»

Модельный ряд шунт-диодных барьеров искрозащиты производства ООО «Энергия-Источник»

Наименование Количество каналов Маркировка Uо, В Iо, мА Pо, Вт Варианты применения
ЭнИ-БИС-101-Ex 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ 8,0 60 0,12 датчик «сухой контакт»
ЭнИ-БИС-102-Ex 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ 12,8 65 0,21 датчик «сухой контакт»
ЭнИ-БИС-103-Ex 2(=) [Ех ib Gb] IIC/IIВ 6,5 100 0,17 датчик «сухой контакт»
ЭнИ-БИС-104-Ex 2(=) [Ех ib Gb] IIC/IIВ 12,6 100 0,32 датчик «сухой контакт»
ЭнИ-БИС-105-Ex 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ 12,6 100 0,32 реостатный датчик
потенциометрический датчик
ЭнИ-БИС-106-Ex 2(≠) [Ех ia Ga] IIC/IIВ 12,8 100 0,32 термосопротивление (четырехпроводная схема)
ЭнИ-БИС-107-Ex 2(=) [Ех ia Ga] IIC/IIВ 12,8 100 0,32 термосопротивление (четырехпроводная схема)
тензодатчик
ЭнИ-БИС-108-Ex 2(=) [Ех ia Ga] IIC/IIВ 25,2 100 0,63 термосопротивление (четырехпроводная схема)
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-109-Ex 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ 9,3 220 0,52 термосопротивление (трехпроводная схема)
ЭнИ-БИС-110-Ex 2(=) [Ех ib Gb] IIC/IIВ 25,2 100 0,63 токовый сигнал
ЭнИ-БИС-111-Ex 1 [Ех ib Gb] IIВ 25,2 380 2,40 подключение устройств с максимальным током потребления до 50 мА
ЭнИ-БИС-112-Ex 5(=) [Ех ia Ga] IIВ 29,0 260 1,89 токовый сигнал
ЭнИ-БИС-113-Ex 2(≠) [Ех ib Gb] IIВ

25,5

8,0

374

800

2,39

1,60

подключение устройств с максимальным током потребления до 50 мА
интерфейс RS-485
ЭнИ-БИС-114-Ex 5(=) [Ех ib Gb] IIВ 29,0 260 1,89 токовый сигнал
ЭнИ-БИС-115-Ex 2(=) [Ех ib Gb] IIВ 8,0 800 1,6 интерфейс RS-485/ RS-422
ЭнИ-БИС-116-Ex 1(=) [Ех ib Gb] IIC/IIВ 12,5 750 2,35 интерфейс RS-232
ЭнИ-БИС-117-Ex 2(=) [Ех ia Ga] IIC/IIВ 27,0 91 0,61 термосопротивление (четырехпроводная схема)
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-118-Ex 1 [Ех ib Gb] IIВ 25,5 374 2,39 подключение устройств с максимальным током потребления до 50 мА
ЭнИ-БИС-150-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13,0

13,0

9

9

0,03

0,03

тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-151-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

10,0

92

200

0,64

0,50

токовый сигнал
ЭнИ-БИС-151-Ех-DC(+)-R250 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

10,0

92

200

0,64

0,50

токовый сигнал
(преобразование в 1…5 В)
ЭнИ-БИС-152-Ex-DC(–) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

26,0

19,5

86

51

0,56

0,26

вибродатчик
ЭнИ-БИС-153-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

15,5

15,5

157

157

0,61

0,61

частотный сигнал
ЭнИ-БИС-154-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

21,0

21,0

142

142

0,75

0,75

датчик «сухой контакт»
ЭнИ-БИС-155-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

9,0

9,0

122

122

0,27

0,27

термопара
термосопротивление
(четырехпроводная схема)
тензодатчик
ЭнИ-БИС-156-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

18,0

18,0

147

147

0,66

0,66

детектор пламени и газа
ЭнИ-БИС-157-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

28,0

92

92

0,64

0,64

токовый сигнал
ЭнИ-БИС-157-Ex-DC(–) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

28,0

92

92

0,64

0,64

 —
ЭнИ-БИС-157-Ex-DC(+)-d 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

28,0

92

0,64

датчик «сухой контакт»
светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-157-Ex-DC(–)-d 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

28,0

92

0,64

 —
ЭнИ-БИС-157-Ex-DC(+)-d-P 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

28,0

110

0,77

датчик «сухой контакт»
светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-158-Ex-DC(+) 1 [Ех ib Gb] IIC/IIВ

28,0

92

0,64

светодиодный индикатор
соленоид
ЭнИ-БИС-158-Ex-DC(–) 1 [Ех ib Gb] IIC/IIВ

28,0

92

0,64

светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-159-Ex-АС-Р 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13,0

13,0

176

176

0,57

0,57

тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1007-Ex-DC(+) 2 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13,5

13,5

100

100

0,34

0,34
термосопротивление (четырехпроводная схема)
тензодатчик
ЭнИ-БИС-1008-Ex-AC 2 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

25,8

25,8

100

100

0,65

0,65
термосопротивление (четырехпроводная схема)
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1009-Ex-AC 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

9,3

9,3

220

220

0,51

0,51
термосопротивление (трехпроводная схема)
ЭнИ-БИС-1010-Ex-DC(+) 2 [Ех ibGb] IIC/IIВ

25,8

25,8

100

100

0,65

0,65
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1013-Ex-DC(+) 2 [Ех ib Gb] IIВ

25,8

8,0

364

800

2,35

1,60
подключение устройств с максимальным током потребления до 50 мА
интерфейс RS-485
ЭнИ-БИС-1015-Ex-DC(+) 2 [Ех ib Gb] IIВ

8,0

8,0

800

800

1,60

1,60
интерфейс RS-485/RS-422
ЭнИ-БИС-1016-Ex-AC 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

12,5

12,5

750

750

2,34

2,34
интерфейс RS-232
ЭнИ-БИС-1099-Ex барьер-заглушка
ЭнИ-БИС-1110-Ex-DC(+) 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

10,0

200

0,50

ЭнИ-БИС-1115-Ex-DC(+) 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

15,0

150

0,57

ЭнИ-БИС-1115-Ex-DC(+)-P 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

15,0

291

1,09

ЭнИ-БИС-1150-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13,0

13,0

9

9

0,03

0,03
тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1150-Ex-АС-s 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13,0

13,0

9

9

0,03

0,03
тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1150-Ex-DC(+) 2 [Ех ib Gb] IIC/IIВ

13,0

13,0

9

9

0,03

0,03
логические сигналы низкого уровня
ЭнИ-БИС-1151-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

10,0

92

200

0,64

0,50
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1151-Ех-DC(+)-R250 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28,0

10,0

92

200

0,64

0,50
токовый сигнал
(преобразование в 1…5 В)
ЭнИ-БИС-1152-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

26,0

19,5

86

51

0,56

0,25
ЭнИ-БИС-1152-Ex-DC(–) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

26,0

19,5

86

51

0,56

0,25
вибродатчик
ЭнИ-БИС-1153-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

15,5

15,5

157

157

0,61

0,61
ЭнИ-БИС-1153-Ex-АС-s 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

15,5

15,5

157

157

0,61

0,61
частотный сигнал
ЭнИ-БИС-1153-Ex-DC(+) 2 [Ех ib Gb] IIC/IIВ

15,5

15,5

157

157

0,61

0,61
ЭнИ-БИС-1154-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

21,0

21,0

142

142

0,75

0,75
датчик «сухой контакт
ЭнИ-БИС-1155-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

9,0

9,0

122

122

0,27

0,27
тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1155-Ex-АС-Р-s 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

9,0

9,0

122

122

0,27

0,27
термопара
термосопротивление
(четырехпроводная схема)
тензодатчик
ЭнИ-БИС-1155-Ex-АС-P 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

9,0

9,0

26

26

0,06

0,06
тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1156-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

18

18

147

147

0,66

0,66

детектор пламени и газа
ЭнИ-БИС-1156-Ex-АС-s 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

18

18

147

147

0,66

0,66
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

92

0,64

0,64
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

92

0,64

0,64
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-d 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

0,64

датчик «сухой контакт»
светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-d-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

0,64

датчик «сухой контакт»
светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-P 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

120

120

0,84

0,84
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-P-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

120

120

0,84

0,84
токовый сигнал
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-d-P 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

120

0,84

датчик «сухой контакт»
светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(+)-d-P-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

120

0,84

датчик «сухой контакт»
светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(–) 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

92

0,64

0,64
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(–)-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

92

0,64

0,64
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(–)-d 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

0,64

ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(–)-d-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

92

0,64

ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(–)-P-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

120

120

0,84

0,84
ЭнИ-БИС-1157-Ex-DC(–)-d-P-f 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

120

0,84

ЭнИ-БИС-1158-Ex-AC 1 [Ех ib Gb] IIC/IIВ

28

92

0,64

ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(+) 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

92

0,64

светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(+)-f 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

92

0,64

светодиодный индикатор
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(+)-P 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

120

0,84

светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(+)-P-f 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

120

0,84

светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(+)-PP 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

170

1,19

светодиодный индикатор
токовый сигнал
соленоид
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(–) 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

92

0,64

светодиодный индикатор
соленоид
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(–)-P 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

120

0,84

светодиодный индикатор
соленоид
ЭнИ-БИС-1158-Ex-DC(–)-P-f 1 [Ех ibGb] IIC/IIВ

28

120

0,84

светодиодный индикатор
соленоид
ЭнИ-БИС-1159-Ex-АС 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13

13

90

90

0,29

0,29
ЭнИ-БИС-1159-Ex-АС-P 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13

13

176

176

0,57

0,57
тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1159-Ex-АС-P-s 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

13

13

176

176

0,57

0,57
тензодатчик
(шестипроводная схема)
ЭнИ-БИС-1160-Ex-AC 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

10,5

10,5

200

200

0,53

0,53
ЭнИ-БИС-1161-Ex-AC 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

15

15

150

150

0,56

0,56
ЭнИ-БИС-1162-Ex-AC 1 [Ех ia Ga] IIC/IIВ

28

28

47

47

0,33

0,33

Примечания:

—       (=) — однотипные каналы;

—       (≠) — разнотипные каналы;

—       Pо — максимальная выходная мощность;

—       Uо — максимальное выходное напряжение;

—       Iо — максимальный выходной ток;

—       в верхней строке приведены параметры для первого канала, в нижней строке приведены параметры для второго канала.

Наши специалисты по техподдержке готовы ответить на ваши вопросы и подобрать для вас барьер искробезопасности.

Обращайтесь по:

телефону (351) 751-23-42

e-mail: [email protected]

icq: 715058620;

Viber, WhatsApp: +7(922)011-41-53

Стабилитрон

Регулятор напряжения | REUK.co.uk

A Стабилитрон — это электронный компонент, который можно использовать для создания очень простой схемы регулятора напряжения . Эта схема позволяет получать фиксированное стабильное напряжение от нестабильного источника напряжения, такого как аккумуляторная батарея системы с возобновляемыми источниками энергии , которое будет колебаться в зависимости от состояния заряда батареи.

Цепь регулятора напряжения стабилитрона

 

На изображении выше показана очень простая схема регулятора напряжения , для которой требуется только один стабилитрон (доступен в магазине REUK) и один резистор . Пока входное напряжение на несколько вольт больше желаемого выходного напряжения, напряжение на стабилитроне будет стабильным.

По мере увеличения входного напряжения ток через стабилитрон увеличивается, но падение напряжения остается постоянным — особенность стабилитронов. Следовательно, поскольку ток в цепи увеличился, падение напряжения на резисторе увеличивается на величину, равную разнице между входным напряжением и напряжением стабилитрона диода.

* Обратите внимание, что стабилитроны обычно доступны со следующими напряжениями: 2,4, 2,7, 3, 3,3, 3,6, 3,9, 4,3, 4,7, 5,1, 5,6, 6,2, 6,8, 7,5, 8,2, 9,1, 10, 11, 12, 13, 15, 18, 20, 22… и в корпусах мощностью 300 мВт, 500 мВт, 1,3 Вт, 2 Вт, 3,25 Вт и 5 Вт.

Подбор стабилитрона и резистора к ситуации

 

Вот ручной пример, который показывает, как правильно подобрать стабилитрон и резистор для известной нагрузки: у нас нестабильное напряжение питания 12 Вольт и нам нужен стабильный выход 8 Вольт для питания устройства 100 мА. 12 вольт достаточно выше 8 вольт, чтобы гарантировать, что любые пульсации в питании не приведут нас ниже нашего целевого напряжения.

1. Выберите стабилитрон
Поскольку нам нужно 8 вольт, мы можем выбрать между 7,5 В или 8,2 В стабилитрон . 8,2 В достаточно близко к нашему целевому напряжению, поэтому мы выбираем стабилитрон с напряжением стабилитрона
8,2 В .

2. Рассчитайте максимальный ток в цепи
Нашему нагрузочному устройству требуется ток 100 мА, плюс нам также нужно не менее 5 мА для стабилитрона, поэтому давайте установим I max равным 110 мА, чтобы быть в безопасности.Если вы добавите 10-20% к току нагрузки, это даст вам безопасное значение для максимального тока в цепи, поскольку маловероятно, что входное напряжение подскочит намного выше.

3. Выберите номинальную мощность стабилитрона
Доступны стабилитроны с различной номинальной мощностью. Если через небольшой стабилитрон протекает большой ток, он выйдет из строя, поэтому мы рассчитываем мощность, которая будет потеряна в диоде, и выбираем диод с номиналом выше этого значения. Здесь номинальная мощность стабилитрона равна напряжению стабилитрона, умноженному на максимальный ток (I max ), вычисленный выше, который равен 8.2 * 0,110 = 0,9 Вт. Следовательно, стабилитрон мощностью 1,3 Вт должен быть идеальным.
Мы умножаем полный максимальный ток на напряжение стабилитрона, поскольку, когда через нагрузку не протекает ток, т.е. когда устройство выключено — весь ток будет проходить через стабилитрон.

4. Выберите резистор
Падение напряжения на резисторе равно разнице между напряжением источника и напряжением стабилитрона = 12-8 = 4 Вольта, и, следовательно, сопротивление по закону Ома равно падению напряжения разделить на I max = 4/0.110 = 36 Ом, поэтому выберите резистор на 39 Ом.
Если напряжение источника, вероятно, будет намного выше заявленных 12 Вольт, тогда падение напряжения на резисторе будет больше, и поэтому может потребоваться резистор с большим сопротивлением.

5. Выберите номинальную мощность резистора
Мощность, рассеиваемая на резисторе, равна падению напряжения на резисторе, умноженному на I max . Следовательно, в этом примере мощность = 4 * 0,110 = 0,440 Вт. Используя 0.Резистор на 5 Вт будет немного лучше, особенно если напряжение источника будет регулярно колебаться выше, поэтому здесь следует использовать резистор
с номиналом 1 или 2 Вт, несмотря на то, что он стоит несколько дополнительных копеек.

Ситуация с банком батарей системы возобновляемой энергии

Если описанная выше ситуация относится к аккумуляторной батарее системы возобновляемой энергии, напряжение источника 12 В может варьироваться от 10,6 В до 15,5 В. Поэтому нам нужно проверить, что все еще работает правильно при более высоком и более низком напряжении.

Если бы напряжение источника поднялось до 15,5 Вольт, то на резисторе 39 Ом упало бы 15,5-8,2 = 7,3 Вольт: ток 187 мА. Если бы напряжение источника упало до 10,6 Вольт, то на резисторе 39 Ом упало бы всего 10,6-8,2 = 2,4 Вольта: ток 61 мА. Следовательно, в обоих случаях мы легко имеем достаточный ток, проходящий через стабилитрон , чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение.

При максимальном напряжении у нас было бы 1,37 Вт мощности, рассеиваемой резистором, поэтому хорошо, что мы выбрали модель с номиналом 2 Вт.У нас также был бы потенциальный максимум 1,5 Вт, рассеиваемый стабилитроном, поэтому мы также должны изменить его на модель с номинальной мощностью 2 Вт, чтобы быть в безопасности.

Альтернативы стабилизаторам напряжения на стабилитронах

 

Если вам требуется определенное фиксированное выходное напряжение – например, 5В, 12В, 15В от заданного входного напряжения, доступен широкий выбор чипов линейного регулятора. Например, наиболее популярны L7805 для +5 В (на фото выше) и L7812 для +12 В.Им просто нужны конденсаторы на входе и выходе, чтобы сгладить напряжения, и они очень надежны.

Там, где требуется регулируемое выходное напряжение, чаще всего выбирают LM317 — см. нашу статью Регулируемый источник питания LM317 для получения подробной информации о конструкциях как слаботочных, так и сильноточных источников питания с LM317.

Если входное напряжение очень близко к выходному напряжению, нельзя использовать, например, L7812 или LM317, поскольку выходное напряжение этих ИС всегда как минимум на пару вольт меньше входного напряжения.В этих ситуациях лучше использовать стабилизатор с малым падением напряжения LM2940 или регулируемый LM2941 , поскольку выходное напряжение может быть менее чем на 0,5 В ниже входного. Они особенно полезны, когда освещение и устройства, чувствительные к напряжению 12 В, должны питаться от батареи «12 В», особенно если эта батарея заряжается от солнечной панели или генератора переменного тока и т. д.

Как выбрать стабилитрон?-Официальный сайт Dongguan Merry Electronics Co., Ltd.

Стабилитроны обычно используются в регулируемых источниках питания в качестве эталонного источника питания и работают в состоянии обратного пробоя.При использовании обратите внимание на положительные и отрицательные связи. Положительный полюс трубки соединяется с отрицательным полюсом источника питания, а отрицательный полюс трубки соединяется с положительным полюсом источника питания. При выборе трубки регулятора напряжения следует учитывать конкретную электронную схему. Для простого источника питания с параллельной стабилизацией выходным напряжением является стабильное напряжение стабилитрона. Источником стабилизации напряжения транзисторного радиоприемника может быть лампа стабилизации напряжения типа 2CW54, а стабилизирующее напряжение может достигать 6.5В.

Значение стабилизации напряжения стабилитрона очень дискретно, даже если продукты одного производителя и одной модели имеют разные значения стабильного напряжения, следует уделить внимание выбору. Для цепей с более высокими требованиями значение регулировки следует проверить перед выбором. Для стабилитронов с защитой от перенапряжения стабильное напряжение следует выбирать в соответствии с напряжением защиты. Стабильное значение напряжения не должно быть слишком большим или слишком маленьким, иначе оно не будет играть роли в защите по напряжению.

При использовании стабилизатора напряжения следует учитывать, что обратный ток стабилитрона не может увеличиваться до бесконечности, иначе стабилитрон выйдет из строя из-за перегрева. Следовательно, стабилитрону обычно требуется последовательный токоограничивающий резистор в цепи. При выборе стабилитрона, если вам нужна лампа с большей величиной регулирования напряжения, но ее нет в наличии на СТО, вы можете последовательно использовать несколько ламп с меньшей величиной регулирования напряжения.Когда требуется лампа с более низким значением регулирования напряжения, и ее нельзя купить, вместо стабилитрона можно использовать обычный прямой кремниевый диод. Например, два последовательно соединенных кремниевых диода 2CA82A можно использовать в качестве стабилизатора напряжения 1,4 В. Однако, как правило, не допускается последовательное использование трубок Зенера.

При выборе стабилитрона, помимо таких параметров, как стабильное напряжение и максимальный рабочий ток, следует также обратить внимание на выбор стабилитрона с меньшим динамическим сопротивлением, поскольку чем меньше динамическое сопротивление, тем лучше характеристики регулирования напряжения. Например, динамическое сопротивление регулятора 2CW53 менее 500 Ом, а динамическое сопротивление диода регулятора 2CW55 менее 10 Ом.

Приведенное выше объяснение является методом выбора стабилитронов. Надеюсь, она будет вам полезна после прочтения. Если вы хотите узнать больше о диодах Зенера, пожалуйста, нажмите на наш веб-сайт, чтобы просмотреть!

Схемы стабилитронов, характеристики, расчетыCarl Zener в основном используются в электронных схемах для создания точных источников опорного напряжения. Это устройства, способные создавать на себе практически постоянное напряжение независимо от изменений схемы и ситуации с напряжением.

Внешне вы можете найти стабилитроны, очень похожие на стандартные диоды, такие как 1N4148. Стабилитроны также работают, выпрямляя переменный ток в пульсирующий постоянный ток, как и их традиционные альтернативы. Однако, в отличие от стандартных выпрямительных диодов, стабилитроны имеют катод, непосредственно соединенный с плюсом источника питания, а анод — с минусом источника питания.

Характеристики и работа

В стандартной конфигурации стабилитроны демонстрируют высокое сопротивление ниже определенного критического напряжения (известного как напряжение Зерье). Когда это конкретное критическое напряжение превышено, активное сопротивление стабилитрона падает до чрезвычайно низкого уровня.

И при этом низком значении сопротивления на стабилитронах поддерживается эффективное постоянное напряжение, и можно ожидать, что это постоянное напряжение будет сохраняться независимо от любого изменения тока источника.

Проще говоря, всякий раз, когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное значение стабилитрона, стабилитрон проводит и заземляет избыточное напряжение. Из-за этого напряжение падает ниже напряжения стабилитрона, которое выключает стабилитрон, а источник питания снова пытается превысить напряжение стабилитрона, снова включая стабилитрон. Этот цикл быстро повторяется, что в конечном итоге приводит к стабилизации выходного сигнала точно при постоянном значении напряжения стабилитрона.

Эта характеристика графически выделена на рисунке ниже, который показывает, что выше «напряжения Зенера» обратное напряжение остается почти постоянным даже при изменении обратного тока.В результате стабилитроны часто используются для получения постоянного падения напряжения или опорного напряжения с их внутренним сопротивлением.

Стабилитроны выпускаются с различной мощностью и номинальным напряжением от 2,7 В до 200 В. (Однако в основном стабилитроны со значениями намного выше 30 В почти никогда не используются.)

Как выбрать резистор стабилитрона

Стандартную схему регулятора напряжения с использованием одного резистора и стабилитрона можно увидеть на следующем рисунке. .Здесь предположим, что напряжение стабилитрона равно 4,7 В, а напряжение питания Vin равно 8,0 В.

Основную работу стабилитрона можно объяснить следующими моментами: На выходе стабилитрона можно увидеть падение напряжения 4,7 В на стабилитроне, в то время как на резисторе Rs возникает отсечка 2,4 В.

Теперь, в случае изменения входного напряжения, давайте представим, с 8,0 до 9,0 В, падение напряжения на стабилитроне по-прежнему будет поддерживать номинальное значение 4.7 В.

Однако падение напряжения на резисторе Rs было увеличено с 2,4 В до 3,4 В.

Можно ожидать, что падение напряжения на идеальном стабилитроне будет довольно постоянным. На практике вы можете обнаружить, что напряжение на стабилитроне слегка увеличивается из-за динамического сопротивления стабилитрона.

Процедура расчета изменения напряжения Зенера заключается в умножении динамического сопротивления стабилитрона на изменение тока Зенера.

Резистор R1 в приведенной выше базовой конструкции стабилизатора обозначает предпочтительную нагрузку, которая может быть подключена к стабилитрону.R1 в связи с этим будет потреблять определенное количество тока, который протекал через стабилитрон.

Поскольку ток в Rs будет выше, чем ток, поступающий на нагрузку, величина тока будет продолжать проходить через стабилитрон, обеспечивая идеально постоянное напряжение на стабилитроне и нагрузке.

Указанный последовательный резистор Rs должен быть определен таким образом, чтобы наименьший ток, поступающий на стабилитрон, всегда был выше минимального уровня, указанного для стабильного регулирования от стабилитрона.Этот уровень начинается сразу под «коленом» кривой обратного напряжения/обратного тока, как показано на предыдущей графической диаграмме выше.

Вы должны дополнительно убедиться, что выбор Rs гарантирует, что ток, проходящий через стабилитрон, никогда не превысит его номинальную мощность: что может быть эквивалентно напряжению Зенера x току Зенера. Это максимальный ток, который может пройти через стабилитрон при отсутствии нагрузки R1.

Как рассчитать стабилитроны

Разработка базовой схемы стабилитрона на самом деле проста и может быть реализована с помощью следующих инструкций:

  1. Определите максимальный и минимальный ток нагрузки (Li), например 10 мА и 0 мА.
  2. Определите максимальное напряжение питания, которое может развиться, например, уровень 12 В, также следя за тем, чтобы минимальное напряжение питания всегда было = 1,5 В + Vz (номинальное напряжение стабилитрона).
  3. Как указано в базовой конструкции регулятора, требуемое выходное напряжение равно эквивалентному напряжению Зенера Vz = 4,7 В, а выбранный наименьший ток Зенера составляет 100 микроампер . Это означает, что максимальный предполагаемый ток Зенера здесь составляет 100 микроампер плюс 10 миллиампер, что равно 10.1 миллиампер.
  4. Последовательный резистор Rs должен выдерживать минимальный ток 10,1 мА, даже если входное питание имеет самый низкий заданный уровень, который на 1,5 В выше выбранного значения стабилитрона Vz, и может быть рассчитан по закону Ома как: Rs = 1,5 / 10,1 х 10 -3 = 148,5 Ом. Ближайшее стандартное значение, кажется, составляет 150 Ом, поэтому Rs может быть 150 Ом.
  5. Если напряжение питания возрастет до 12 В, падение напряжения на Rs будет равно Iz x Rs, где Iz = ток через стабилитрон.Следовательно, применяя закон Ома получаем Iz = 12 — 4,7/150 = 48,66 мА
  6. Выше указан максимальный ток, который будет пропускать через стабилитрон. Другими словами, максимальный ток, который может протекать при максимальной выходной нагрузке или максимальном заданном входном напряжении питания. В этих условиях стабилитрон будет рассеивать мощность Iz x Vz = 48,66 x 4,7 = 228 мВт. Ближайшее стандартное значение номинальной мощности для этого составляет 400 мВт.

Влияние температуры на стабилитроны

Наряду с параметрами напряжения и нагрузки, стабилитроны также достаточно устойчивы к колебаниям окружающей температуры.Тем не менее, температура выше определенной степени может оказывать некоторое влияние на устройство, как показано на графике ниже:

На нем показана кривая температурного коэффициента стабилитрона. Хотя при более высоких напряжениях кривая коэффициента откликается примерно на 0,1% на градус Цельсия, она проходит через ноль при 5 В, а затем становится отрицательной для более низких уровней напряжения. В конце концов она достигает -0,04% на градус Цельсия при напряжении около 3,5 В.

Использование стабилитрона в качестве датчика температуры

Одним из хороших способов использования чувствительности стабилитрона к изменению температуры является применение устройства в качестве датчика температуры, как показано ниже. диаграмма

На диаграмме показана мостовая сеть, построенная с использованием пары резисторов и пары стабилитронов с идентичными характеристиками.Один из стабилитронов работает как генератор опорного напряжения, а другой стабилитрон используется для измерения изменений уровней температуры.

Стандартный стабилитрон на 10 В может иметь температурный коэффициент +0,07%/°C, что может соответствовать изменению температуры на 7 мВ/°C. Это создаст дисбаланс около 7 мВ между двумя плечами моста на каждый градус Цельсия изменения температуры. Измеритель FSD на 50 мВ можно использовать в указанном положении для отображения соответствующих показаний температуры.

Настройка значения стабилитрона

Для некоторых схем может потребоваться точное значение стабилитрона, которое может быть нестандартным или недоступным.

В таких случаях можно создать массив стабилитронов, который затем можно использовать для получения желаемого значения стабилитрона, как показано ниже:

клеммы, как описано в следующем списке:

Вы можете использовать другие значения в указанных позициях, чтобы получить множество других настраиваемых наборов выходных стабилитронов

Стабилитроны с питанием переменным током устройства также могут быть рассчитаны на работу с источниками переменного тока.

Несколько применений стабилитронов переменного тока включают аудио, радиочастотные схемы и другие формы систем управления переменным током.

Как показано в приведенном ниже примере, когда источник переменного тока используется со стабилитроном, стабилитрон мгновенно проводит ток, как только сигнал переменного тока переходит от нуля к отрицательной половине своего цикла. Поскольку сигнал отрицательный, переменный ток будет закорочен через анод на катод стабилитрона, в результате чего на выходе появится 0 В.

Когда переменный ток проходит положительную половину цикла, стабилитрон не проводит ток до тех пор, пока переменный ток не поднимется до уровня напряжения стабилитрона.Когда сигнал переменного тока пересекает напряжение стабилитрона, стабилитрон проводит и стабилизирует выходной сигнал до уровня 4,7 В, пока цикл переменного тока не упадет до нуля.

Помните, что при использовании стабилитрона с входом переменного тока убедитесь, что Rs рассчитывается в соответствии с пиковым напряжением переменного тока.

В приведенном выше примере выход несимметричный, а пульсирует 4,7 В постоянного тока. Чтобы получить на выходе симметричное напряжение 4,7 В переменного тока, можно подключить два встречно-параллельных стабилитрона, как показано на схеме ниже. , у него есть один недостаток, который может повлиять на чувствительные аудиосхемы, такие как усилители мощности.

Стабилитроны генерируют шум во время работы из-за лавинного эффекта перехода при переключении, в диапазоне от 10 мкВ до 1 мВ. Это можно подавить, добавив конденсатор параллельно стабилитрону, как показано ниже:

Емкость конденсатора может быть от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ, что позволит подавить шум в 10 раз и будет поддерживать наилучшая стабилизация напряжения.

На следующем графике показано влияние конденсатора на снижение шума стабилитрона.

Использование стабилитрона для фильтрации пульсаций напряжения

Стабилитроны также могут применяться в качестве эффективных фильтров пульсаций напряжения, так же как и для стабилизации переменного напряжения.

Благодаря чрезвычайно низкому динамическому сопротивлению стабилитроны могут работать как фильтр пульсаций точно так же, как фильтрующий конденсатор.

Очень впечатляющую фильтрацию пульсаций можно получить, подключив диод Зенера параллельно нагрузке к любому источнику постоянного тока. Здесь напряжение должно быть таким же, как и уровень пульсаций.

В большинстве схемных приложений он может работать так же эффективно, как обычный сглаживающий конденсатор емкостью в несколько тысяч микрофарад, что приводит к значительному снижению уровня пульсаций напряжения, накладываемых на выход постоянного тока.

Как увеличить допустимую мощность стабилитронов

Простой способ увеличить допустимую мощность стабилитронов, вероятно, состоит в том, чтобы просто соединить их параллельно, как показано ниже:

Однако на практике это может быть не так просто, как кажется, и может работать не так, как задумано.Это связано с тем, что, как и любое другое полупроводниковое устройство, стабилитроны никогда не бывают с абсолютно идентичными характеристиками, поэтому один из стабилитронов может провести через себя весь ток раньше другого и в конечном итоге выйти из строя.

Быстрым способом решения этой проблемы может быть добавление последовательных резисторов с низкими значениями к каждому стабилитрону, как показано ниже, что позволит каждому стабилитрону равномерно распределять ток за счет компенсации падений напряжения, создаваемых резисторами R1 и R2:

Хотя допустимая мощность может быть увеличена за счет параллельного подключения стабилитронов, значительно улучшенный подход может заключаться в добавлении шунтирующего биполярного транзистора в сочетании со стабилитроном, сконфигурированным в качестве опорного источника.См. следующий пример схемы для того же самого.

Добавление шунтирующего транзистора не только увеличивает пропускную способность стабилитрона в 10 раз, но и дополнительно улучшает уровень регулирования выходного напряжения, который может достигать указанного коэффициента усиления по току транзистора.

Этот тип стабилитрона на шунтирующих транзисторах можно использовать в экспериментальных целях, поскольку схема имеет 100% защиту от короткого замыкания. Тем не менее, конструкция довольно неэффективна, поскольку транзистор может рассеивать значительный ток в отсутствие нагрузки.

Для еще лучших результатов лучше и предпочтительнее использовать стабилизатор с последовательным проходом на транзисторах, как показано ниже.

В этой схеме стабилитрон создает опорное напряжение для последовательного проходного транзистора, который, по сути, работает как эмиттерный повторитель. В результате напряжение на эмиттере поддерживается в пределах нескольких десятых вольта от базового напряжения транзистора, создаваемого стабилитроном. Следовательно, транзистор работает как последовательный компонент и позволяет эффективно контролировать изменения напряжения питания.

Весь ток нагрузки теперь проходит через этот последовательный транзистор. Допустимая мощность этого типа конфигурации полностью определяется значением и спецификацией транзисторов, а также зависит от эффективности и качества используемого радиатора.

Прекрасная стабилизация может быть достигнута в приведенной выше конструкции с использованием резистора 1k. Регулирование можно увеличить в 10 раз, заменив обычный стабилитрон специальным низкодинамичным стабилитроном, например 1N1589).

Если вы хотите, чтобы приведенная выше схема обеспечивала регулируемое выходное напряжение с переменным напряжением, этого можно легко добиться, используя потенциометр 1K на стабилитроне. Это позволяет регулировать переменное опорное напряжение на базе последовательно включенного транзистора.

Однако эта модификация может привести к снижению эффективности регулирования из-за некоторого эффекта шунтирования, создаваемого потенциометром.

Цепь стабилитрона с постоянным током

Простой источник постоянного тока с стабилитроном может быть реализован на одном транзисторе в виде последовательного переменного резистора.На рисунке ниже показана принципиальная принципиальная схема.

Здесь вы видите пару проходов цепи, один через стабилитрон, включенный последовательно с резистором смещения, а другой путь через резисторы R1, R2 и последовательный транзистор.

В случае, если ток отклоняется от исходного диапазона, это вызывает пропорциональное изменение уровня смещения резистора R3, что, в свою очередь, приводит к пропорциональному увеличению или уменьшению последовательного сопротивления транзистора.

Эта регулировка сопротивления транзистора приводит к автоматической коррекции выходного тока до желаемого уровня.Точность управления током в этой конструкции будет составлять около +/- 10 % в зависимости от выходных условий, которые могут находиться в диапазоне от короткого замыкания до нагрузки до 400 Ом.

Схема последовательного включения реле с использованием стабилитрона

Если у вас есть приложение, в котором набор реле должен переключаться последовательно одно за другим на выключателе питания, а не активироваться все вместе, то следующая конструкция может оказаться весьма удобной.

Здесь последовательно увеличивающиеся стабилитроны установлены последовательно с группой реле вместе с отдельными последовательными резисторами малого номинала. Когда питание включено, стабилитроны проводят один за другим последовательно в порядке возрастания их значений стабилитрона. Это приводит к тому, что реле включается в той последовательности, которая требуется приложению. Значения резисторов могут быть 10 Ом или 20 Ом в зависимости от значения сопротивления катушки реле.

Цепь стабилитрона для защиты от перенапряжения

Благодаря их характеристике, чувствительной к напряжению, можно комбинировать стабилитроны с токочувствительной характеристикой предохранителей для защиты важнейших компонентов цепи от скачков частое перегорание, что может произойти, особенно когда номинал предохранителя очень близок к рабочему току цепи.

При подключении к нагрузке стабилитрона правильного номинала можно использовать плавкий предохранитель, рассчитанный на номинальный ток нагрузки в течение длительного времени. В этой ситуации предположим, что входное напряжение увеличивается до степени, превышающей напряжение пробоя Зенера, что заставит стабилитрон проводить ток. Это вызовет внезапное увеличение тока, почти мгновенно перегорающего предохранитель.

Преимущество этой схемы заключается в том, что она предотвращает частое и непредсказуемое срабатывание предохранителя из-за близкого номинала предохранителя к току нагрузки.Вместо этого предохранитель перегорает только тогда, когда напряжение и ток действительно превышают указанный небезопасный уровень.

Схема защиты от пониженного напряжения с использованием стабилитрона

Реле и правильно подобранный стабилитрон достаточны для создания точной схемы отключения при низком или пониженном напряжении для любого желаемого применения. Принципиальная схема представлена ​​ниже:

Операция на самом деле очень проста, питание Vin, получаемое от мостовой трансформаторной сети, изменяется пропорционально в зависимости от изменений входного переменного тока.Это означает, что если предположить, что 220 В соответствует 12 В от трансформатора, то 180 В должно соответствовать 9,81 В и так далее. Поэтому, если предполагается, что 180 В является порогом отключения при низком напряжении, то выбор стабилитрона в качестве устройства на 10 В отключит работу реле всякий раз, когда входное переменное напряжение падает ниже 180 В.

Как стабилитрон защищает от перенапряжения в цепи?

Защита от перенапряжения необходима для предотвращения повреждений в результате электрических переходных процессов.Это функция источника питания, которая отключает питание или ограничивает выходной сигнал, когда напряжение превышает заданный уровень. В большинстве источников питания используется схема защиты от перенапряжения для предотвращения повреждения электронных компонентов. Они предлагают некоторую форму схемы защиты от перенапряжения (OVP) для обнаружения и последующего быстрого снижения перенапряжения. Здесь представлена ​​защита стабилитроном, что является наиболее распространенным способом.

1. Фон перенапряжения

Каждая схема работает при различных уровнях напряжения, при этом 3. 3 В, 5 В и 12 В являются наиболее распространенными уровнями напряжения для цифровой схемы. Но каждая конструкция особенная, и наличие более одного рабочего напряжения также является нормальным для схемы. Например, стандартная компьютерная система SMPS будет работать при шести различных уровнях напряжения, а именно ±3,3 В, ±5 В и ±12 В. В этих случаях, если маломощное устройство работает от высокого напряжения, компонент будет необратимо поврежден, если для питания различных типов компонентов используются разные уровни напряжения. Поэтому, чтобы избежать вреда от перенапряжения, разработчик всегда должен концентрироваться на реализации схемы защиты от перенапряжения в своих проектах.
Для любой части или цепи существует три разных номинального напряжения, а именно минимальное рабочее напряжение, рекомендуемое или нормальное рабочее напряжение и максимальное рабочее напряжение. Для любых цепей или деталей любое значение выше максимального рабочего напряжения может быть фатальным. Использование схемы защиты от перенапряжения на стабилитроне является очень распространенным и экономичным решением.

2. Основы защиты входа стабилитрона

Для защиты цепи от перенапряжения часто первым вариантом являются стабилитроны.Диод Зенера следует той же теории диода, которая блокирует ток в обратном направлении. Однако есть недостаток, заключающийся в том, что стабилитрон блокирует протекание тока в обратном направлении только при ограниченном напряжении, определяемом номинальным напряжением стабилитрона. Стабилитрон на 5,1 В блокирует протекание тока в обратном направлении до 5,1 В. Если напряжение на стабилитроне выше 5,1 В, он позволяет току проходить через него. Эта функция стабилитрона делает его отличным компонентом защиты от перенапряжения.

3. Простая схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитрона

Рассмотрим схему, где необходима защита микроконтроллера от перенапряжения. Все, что имеет максимальное значение 5 В на выводах ввода-вывода микроконтроллера. Таким образом, напряжение более 5 В повредит микроконтроллер.

Рисунок 1. Защита от перенапряжения для микроконтроллера

Диод, используемый в приведенной выше схеме, представляет собой стабилитрон на 5,1 В. В случае перенапряжения он будет работать отлично.Он может передавать ток и регулировать напряжение до 5,1 В, если напряжение превышает 5,1 В. На практике, однако, он будет вести себя как обычный диод и блокировать напряжение менее 5,1 В. Для полного описания моделирования вы можете сделать это в зависимости от ваших потребностей.

Рис. 2. Моделирование схемы защиты от перенапряжения

На схеме выше есть входное напряжение, которое является источником постоянного тока.R1 и D1 — это два компонента, которые защищают выход от защиты от перенапряжения. D1, 1N4099, в данном случае является стабилитроном. Когда V1 достигает 6,8 В, выход будет защищен. Максимальное выходное напряжение останется равным 6,8 В при опорном напряжении 1N4099.
Давайте посмотрим, как вышеприведенная схема работает как схема защиты входа стабилитрона и защищает выход от напряжения более 6,8В.

Используя PSpice cadence, моделируется приведенная выше схема.Выход остается постоянным на уровне 5,999 В при входном напряжении 6 В на V1 (которое составляет 6,0 В).

Входное напряжение в приведенном выше моделировании составляет 6,8 В. Таким образом, производительность составляет 6,785 В, что аналогично 6,8 В. Давайте еще поднимем входное напряжение и создадим ситуацию перенапряжения.

Теперь 7,5 В, что больше 6,8 В, является входным напряжением. Производительность теперь составляет 6,883 В. Вот как диод Зенера успешно спасает подключенную цепь от ситуации перенапряжения, даже когда напряжение возвращается к значению менее 6.8В, как показано на предыдущем этапе, схема снова будет нормально работать. Другими словами, стабилитрон не сгорает даже в состоянии перенапряжения, в отличие от предохранителя.
Чтобы выбрать другие пределы перенапряжения в приведенной выше схеме, можно использовать любые другие стабилитроны с другими значениями, такими как 3,3 В, 5,1 В, 9,1 В, 10,2 В.

4. Как выбрать стабилитрон для защиты цепи?

Следующей важной частью является выбор номинала стабилитрона. Приведенные ниже пункты помогут вам выбрать правильное значение стабилитрона и номер детали.
1) Сначала выберите напряжение стабилитрона. Именно значение напряжения будет служить замыкающим контуром для стабилитрона и защищать нагрузку от перенапряжения. Напряжение Зенера составляет 6,8 В в Pspice, для приведенного выше примера.
В некоторых случаях целевое напряжение стабилитрона отсутствует. В таких случаях можно выбрать близкое значение стабилитрона. Например, для защиты от перенапряжения до 7 В близким значением является стабилитрон на 6,8 В.
2) Рассчитайте ток нагрузки, подключенный к цепи защиты от перенапряжения.Это 50 мА для нашего примера, рассмотренного выше. Помимо тока нагрузки, стабилитронам требуется ток смещения. Следовательно, общий ток плюс ток смещения стабилитрона должен быть равен току нагрузки. Для вышеупомянутого примера общий ток может быть равен 50 мА+10 мА=60 мА.
3) Для стабилитронов существует рейтинг мощности. Следовательно, для правильного отвода тепла требуется правильная номинальная мощность стабилитрона. На основании измеренного полного тока в фазе 2, который составляет 60 мА, можно рассчитать номинальную мощность.Следовательно, номинальная мощность стабилитрона будет равна напряжению стабилитрона, которое связывает полный ток, протекающий через диод.
4) Рассчитайте номинал резистора, продифференцировав напряжение источника и общее напряжение. Предел, который может быть применен к цепи, будет напряжением источника. Например, это может быть 13 В, чтобы максимизировать перенапряжение, которое может возникнуть, или может быть добавлено в качестве напряжения питания.
Тогда падение напряжения на резисторе будет = 13В-6.8 В = 6,2 В. По закону Ома значение резистора будет = 6,2 В / 0,060 А = 103 Ом. Можно выбрать стандартное значение резистора 100 Ом.
5) Типичные значения стабилитрона: 5,1 В, 5,6 В, 6,2 В, 12 В и 15 В — наиболее распространенные; у них также есть 3В, 5В, 12В, 18В, 24В.

5. Обзор защиты стабилитрона от перенапряжения

Самый простой способ защиты устройств от перенапряжения — схема защиты от перенапряжения с использованием стабилитронов. В этом методе напряжение остается регулируемым, а стоимость этой схемы намного ниже по сравнению с другими методами.
Хотя, конечно, у такой схемы есть недостатки. Рассеиваемая мощность является основным недостатком схемы такого типа. Он по-прежнему рассеивает тепло из-за включенного последовательного резистора и приводит к потерям энергии.

Zener Voltage – обзор

Регулировка напряжения

Блоки питания от сети (часто изготавливаемые таким образом, чтобы их можно было подключать к обычной сетевой розетке) иногда продают как «выпрямители батарей». Они используются для питания радиоприемника или магнитофона и более экономичны, чем батареи.Их выход равен постоянному току. и может быть рассчитан на 6 В, 9 В, а иногда и другие установленные напряжения. Если вы измерите выходную мощность с помощью тест-метра, вы можете обнаружить, что напряжение намного выше номинального напряжения, когда к устройству подключен только измеритель. При подключении радиоприемника или другого оборудования выходной сигнал падает до номинального уровня, но может быть на несколько вольт ниже. Это связано с тем, что напряжение простого трансформатора-выпрямителя-сглаживателя падает по мере увеличения потребляемого от него тока. Обычно это не имеет значения для радиоприемников и аналогичного оборудования, но имеет значение, если части схемы предназначены для работы при фиксированном напряжении.

При необходимости регулирования напряжения от источника питания необходим дополнительный каскад. На схеме на стр. 105 дополнительный каскад состоит из резистора и стабилитрона. Стабилитрон выбирается так, чтобы напряжение Зенера (стр. 79) было равно напряжению, требуемому питающей цепью. Оно должно быть ниже, чем предусмотрено схемой выпрямителя. Когда ток течет во внешнюю цепь, возникает p. d. через резистор. Это значение выбирается таким образом, чтобы снизить напряжение до немного большего, чем требуется для внешней цепи, когда она использует свой максимальный ток.

Стабилитрон проводит небольшой избыточный ток, а остаток уходит во внешнюю цепь. р.д. через d.c. выходные клеммы — это напряжение Зенера. Если внешняя цепь меняет свои требования так, что ей требуется меньший ток, избыточный ток уходит через диод. Питание во внешнюю цепь остается при напряжении стабилитрона. Регулирование стабилитроном не идеально, но подходит для многих целей.

Опорный сигнал напряжения запрещенной зоны действует аналогично диоду Зенера.На странице 116 объясняется, как можно использовать запрещенную зону в качестве датчика температуры, регулируя скорость изменения двух противоположных p.d.s. В эталоне напряжения запрещенной зоны регулировки таковы, что одинаковая разность напряжений получается при всех температурах в широком диапазоне. Таким образом, эталон дает постоянное напряжение при любой температуре, что делает его пригодным для прецизионных схем. Он может заменить диод Зенера на стр. 105, чтобы обеспечить лучшую степень регулирования выходного напряжения.

Еще лучшим способом регулирования выходного напряжения является использование усилителя эмиттерного повторителя (стр. 99) в качестве регулятора напряжения. На нерегулируемой стороне цепи (после сглаживающего конденсатора) ток протекает через резистор и стабилитрон. Диод смещен обратно в область лавинного пробоя (стр. 79). Номинал резистора таков, что обратный ток достаточно мал, скажем, 5 мА.

В UNREG изменяется по мере увеличения и уменьшения тока, потребляемого цепью.Ток, протекающий через диод, увеличивается выше 5 мА или уменьшается ниже 5 мА, но p.d. на диоде остается близким к напряжению стабилитрона. Таким образом, стабилитрон удерживает базу транзистора при напряжении стабилитрона В Гц.

Колебания величины тока, потребляемого цепью (в определенных пределах), не влияют на напряжение на базе транзистора. Транзистор обычно рассчитан на ток 1 А, возможно, больше. Ток течет через коллектор и эмиттер во внешнюю цепь.

Пока транзистор находится в состоянии проводимости, между базой и эмиттером существует обычное p.d ( V BE ) около 0,6 В. Это связано с виртуальной ячейкой на p-n переходе. Таким образом, регулируемое выходное напряжение В REG на 0,6 В меньше, чем В z . Например, если напряжение Зенера составляет 4,7 В, регулируемое выходное напряжение составляет 4,1 В.159), известный как регулятор напряжения . Такие устройства также могут иметь функции ограничения тока. Если в нагрузке возникает короткое замыкание или потребляемый ток превышает безопасную величину по любой другой причине, это состояние обнаруживается регулятором, и выходное напряжение резко снижается. В схему также может входить термисторная цепь (стр. 115), обеспечивающая отключение по теплу, отключающее ток при перегреве устройства. Регуляторы напряжения предназначены для обеспечения одного фиксированного напряжения в стандартном диапазоне, включая 5 В, 6 В и 12 В, а также диапазон отрицательных напряжений. Также доступны регулируемые регуляторы.

Диоды — Learn.sparkfun.com

Избранное Любимый 65

Введение

После того, как вы закончите с простыми пассивными компонентами, такими как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пришло время вступить в удивительный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.

В этом уроке мы рассмотрим:

  • Что такое диод!?
  • Теория работы диода
  • Важные свойства диода
  • Различные типы диодов
  • Как выглядят диоды
  • Типичные области применения диодов

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотреть) эти:

.

Что такое цепь?

Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаете, что такое цепь? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещая наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это не простой вопрос, но этот урок прольет на него свет!

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения непрерывности, напряжения, сопротивления и тока.

Хотите изучить различные диоды?

Идеальные диоды

Основная функция идеального диода заключается в управлении направлением протекания тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, блокируется. Они как односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь*, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.В такой ситуации говорят, что диод выключен или смещен в обратном направлении .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале* диод действовал бы как короткое замыкание (на нем 0 В), если бы он проводил ток. Когда диод проводит ток, это с прямым смещением (жаргон электроники для «вкл»).

Зависимость тока от напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение создает нулевой ток — разомкнутая цепь.Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

Идеальные диодные характеристики
режим работы на (передние предвзятые) OFF (обратный смещение)
Текущий до I> 0 I = 0
Напряжение напротив V=0 V
Внешний вид диода Короткое замыкание Обрыв цепи

Символ цепи

Каждый диод имеет две клеммы — соединения на каждом конце компонента — и эти клеммы поляризованы , что означает, что эти две клеммы совершенно разные. Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, каким образом ток течет через диод, попробуйте вспомнить мнемонику ACID : «анодный ток в диоде» (также анод-катод — это диод ).

Символ цепи стандартного диода представляет собой треугольник, упирающийся в линию.Как мы рассмотрим позже в этом уроке, существует множество типов диодов, но обычно их символ цепи выглядит примерно так:

Терминал, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником/стрелкой, но не может двигаться в обратном направлении.

Выше приведена пара простых диодных схем. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и позволяет току течь по цепи. По сути это похоже на короткое замыкание.Справа диод D2 смещен в обратном направлении. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

*Внимание! Звездочка! Не совсем так… К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, просто у них есть несколько характеристик, которые заставляют их работать чуть хуже нашей идеальной модели…


Реальные характеристики диода

В идеале диоды будут блокировать любой и весь ток, протекающий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток течет в прямом направлении.К сожалению, фактическое поведение диода не совсем идеально. Диоды потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не блокируют весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Зависимость тока от напряжения

Наиболее важной характеристикой диода является его отношение ток-напряжение ( i-v ). Это определяет, каков ток, протекающий через компонент, с учетом того, какое напряжение измеряется на нем.Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Кривая i-v диода, тем не менее, полностью не -линейна. Выглядит это примерно так:

Зависимость тока от напряжения диода. Чтобы преувеличить некоторые важные моменты сюжета, шкалы как в положительной, так и в отрицательной половинах не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одной из трех областей:

  1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод «включен» и через него может протекать ток.Напряжение должно быть больше, чем прямое напряжение (V F ), чтобы ток был значительным.
  2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, при котором напряжение меньше V F , но больше -V BR . В этом режиме протекание тока (в основном) блокировано, а диод выключен. Очень небольшой ток (порядка нА), называемый обратным током насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
  3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

Прямое напряжение

Для того, чтобы «включиться» и проводить ток в прямом направлении, диоду необходимо приложить к нему определенное положительное напряжение. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (V F ).Его также можно назвать напряжением включения или напряжением включения .

Как мы знаем из кривой i-v , ток через диод и напряжение на диоде взаимозависимы. Больше ток — больше напряжение, меньше напряжение — меньше ток. Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод является полностью проводящим, обычно можно предположить, что напряжение на нем является номинальным прямым напряжением.

Мультиметр с настройкой диода можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

V F конкретного диода зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Как правило, кремниевый диод будет иметь V F около 0,6-1V . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет определенное значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь намного большее V F , в то время как диоды Шоттки специально разработаны для того, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если к диоду приложить достаточно большое отрицательное напряжение, он поддастся и позволит току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства обычных диодов не очень полезно подвергать их воздействию больших отрицательных напряжений.

Для обычных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 до -100 В или даже более отрицательное.

Диод Спецификации

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в техническом описании каждого диода. Например, в этой таблице данных для диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

.

Техническое описание может даже представить вам очень знакомый график зависимости тока от напряжения, чтобы более подробно описать поведение диода. Этот график из таблицы данных диода увеличивает извилистую часть прямой области кривой i-v .Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

На этой диаграмме указана еще одна важная характеристика диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенную мощность, прежде чем они перегорят. Для всех диодов должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если на диод действует большее напряжение или ток, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится и т. д.).

Некоторые диоды хорошо подходят для высоких токов — 1 А и более — другие, такие как слабосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут подходить только для тока около 200 мА.


Этот 1N4148 — это всего лишь небольшая выборка всех существующих диодов различных типов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие диодов существует и для чего служит каждый тип.

Типы диодов

Обычные диоды

Сигнальные диоды

Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный номинальный ток.Типичным примером сигнального диода является 1N4148.

Очень общего назначения, имеет типичное падение прямого напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Малосигнальный диод 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который указывает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод — это стандартный диод с гораздо более высоким максимальным номинальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения.1N4001 является примером силового диода.

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также доступны для поверхностного монтажа. Вы заметите, что каждый диод каким-то образом (независимо от того, насколько он крошечный или трудноразличимый) указывает, какой из двух контактов является катодом.

Светодиоды (LED!)

Самым ярким представителем семейства диодов должен быть светоизлучающий диод (LED).Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Несколько сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для того, чтобы они загорелись. Номинал светодиода V F обычно больше, чем у обычного диода (1.2~3В), и это зависит от цвета, который излучает светодиод. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а сверхярко-красного светодиода такого же размера — всего 2,2 В.

Очевидно, светодиоды чаще всего используются в осветительных приборах. Они шустрые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, задней подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например, инфракрасные светодиоды, составляющие основу большинства пультов дистанционного управления.Еще одно распространенное использование светодиодов — оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание, как схематическое обозначение диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, отходящих от символа.

Диоды Шоттки

Другим очень распространенным диодом является диод Шоттки.

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны низким падением напряжения в прямом направлении и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1A 40V …

1

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к гораздо меньшему прямому падению напряжения , которое обычно составляет от 0.15В и 0,45В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

Диоды Шоттки

особенно полезны для ограничения потерь, когда каждый бит напряжения должен быть сохранен. Они достаточно уникальны, чтобы получить собственный символ цепи с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

Стабилитроны

— странный изгой семейства диодов. Они обычно используются для преднамеренного проведения обратного тока .

Стабилитрон — 5.1В 1Вт

На пенсии COM-10301

Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных приложений. Эти диоды…

Пенсионер Стабилитроны

рассчитаны на очень точное напряжение пробоя, называемое пробивным напряжением стабилитрона или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает в обратном направлении достаточный ток, падение напряжения на нем будет оставаться постоянным при напряжении пробоя.

Используя свойство пробоя, стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения, точно равного их напряжению Зенера. Их можно использовать в качестве стабилизатора напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, потребляющих значительный ток.

Зенеры

достаточно уникальны, чтобы иметь собственный символ схемы с волнистыми концами на катодной линии. Символ может даже определять, каково именно напряжение стабилитрона диода.Вот 3,3-вольтовый стабилитрон, создающий стабильное опорное напряжение 3,3 В:

.

Фотодиоды

Фотодиоды — это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квант) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Фотодиод BPW34 (не четверть, мелочь сверху). Поместите его под солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии!

Солнечные элементы являются основным спонсором фотодиодной технологии.Но эти диоды также можно использовать для обнаружения света или даже оптической связи.


Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют огромный спектр применения. Практически в каждой схеме вы найдете диод того или иного типа. Они могут использоваться во всем, от слабосигнальной цифровой логики до высоковольтной схемы преобразования мощности. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель представляет собой цепь, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).Это преобразование имеет решающее значение для всех видов бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из настенных розеток вашего дома, но постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется с — быстро переключается между движением в положительном и отрицательном направлениях — но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Поэтому для преобразования переменного тока в постоянный вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Звучит как работа для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель может состоять всего из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, посылается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Входной (красный/левый) и выходной (синий/правый) осциллограммы напряжения после прохождения через схему однополупериодного выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования отрицательных скачков в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходного сигнала, которую она создает (синий/справа).

Эти схемы являются важным компонентом в источниках питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока настенной розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. д. Если вы разорвете настенную бородавку, вы, скорее всего, увидите там несколько диодов, исправляющих ее.

Можете ли вы найти четыре диода, образующих мостовой выпрямитель в этой настенной бородавке?

Защита от обратного тока

Вы когда-нибудь неправильно вставляли аккумулятор? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, включенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает на вашу цепь только положительное напряжение.

Этот диод полезен, когда разъем источника питания неполяризован, что позволяет легко перепутать и случайно соединить отрицательный источник питания с положительным входной цепи.

Недостаток обратного защитного диода заключается в том, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диоды Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические элементы

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические элементы, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный вентиль ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также расположен в этом узле. Всякий раз, когда один из входов (или оба) имеет логическую 1 (высокий уровень/5 В), выход также становится логической 1.Когда на оба входа подается логический 0 (низкий уровень/0 В), на выходе устанавливается низкий уровень через резистор.

Логический элемент И устроен аналогичным образом. Аноды обоих диодов соединены вместе, где находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую 1, заставляющую ток течь к выходному контакту и также подтягивать его к высокому уровню. Если на любом из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических элементов можно добавить больше входов, добавив всего один диод.

Обратноходовые диоды и подавление скачков напряжения

Диоды

очень часто используются для ограничения потенциального ущерба от неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходного напряжения (TVS) — это специальные диоды, похожие на стабилитроны — с низким напряжением пробоя (часто около 20 В), но с очень большой номинальной мощностью (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

Обратноходовые диоды

выполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, особенно вызванных индуктивным компонентом, таким как двигатель.Когда ток через индуктор внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, размещенный на индуктивной нагрузке, даст этому сигналу отрицательного напряжения безопасный путь к разряду, фактически повторяясь снова и снова через индуктор и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.

Это всего лишь несколько областей применения этого удивительного полупроводникового компонента.


Приобретение диодов

Теперь, когда ваш текущий течет в правильном направлении, пришло время использовать ваши новые знания с пользой.Если вы ищете отправную точку или просто запасаетесь, у нас есть набор изобретателя, а также отдельные диоды на выбор.

Наши рекомендации:

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны низким падением напряжения в прямом направлении и очень быстрым переключением.Этот диод Шоттки 1A 40V …

1

Набор изобретателя SparkFun — версия 3.2

На пенсии КОМПЛЕКТ-12060

** Как вы могли видеть из [нашего сообщения в блоге] (https://www.sparkfun.com/news/2241), мы недавно перенесли нашу форму для литья под давлением для SIK…

76 Пенсионер

Ресурсы и продолжение

Теперь, когда вы разобрались с диодами, возможно, вы захотите продолжить изучение полупроводников:

Или откройте для себя некоторые другие распространенные электронные компоненты:

Стабилитрон

Регулятор напряжения | Объяснение и способ сборки – 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 пробой 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 (например, 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 лишь 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.

Интересная часть этого диода 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, поскольку нагрузка подключена параллельно диоду.

Зенеровский диод 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 идеальными 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 регулятор 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 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 диоду Зенера.

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 увидят только его часть.

Мы видим, что сопротивление нагрузки может оказывать значительное влияние 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 в основном постоянное, номинальная мощность в основном определяет максимальный ток, который может выдержать диод: 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:

   

Выбор резистора

Два найденных параметра можно использовать для расчета номинала резистора, необходимого для замыкания цепи.

Рассчитайте минимальное сопротивление

Используя наибольший ток и введя его в закон Ома, вы можете найти минимальное значение сопротивления (Rmin):

   

Рассчитайте 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:

Максимальный ток нагрузки:

Минимальный ток нагрузки:

   

Регулятор напряжения на стабилитроне как компонент источника питания 9 выпрямительный фильтр и стабилизатор напряжения, 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.

Вам может понравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.