Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне: Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне

Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне

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. R₀ — 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+IR₀, учитывая, что I=Iст+Iн, получим

Uвх=Uст+(Iн+Iст)R₀ (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:

R₀=(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:

   (3)

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:

   (4)

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 R₀=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) — параметрический стабилизатор на транзисторе.

Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения | HomeElectronics

Доброго времени суток. Сегодня мой пост о стабилизаторах напряжения. Что же это такое? Прежде всего, любой радиоэлектронной схеме для работы необходим источник питания. Источники питания бывают разные: стабилизированные и нестабилизированные, постоянного тока и переменного тока, импульсные и линейные, резонансные и квазирезонансные. Такое большое разнообразие обусловлено различными схемами, от которых будут работать электронные схемы. Ниже приведена таблица сравнения схем источников питания.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Показатель	Линейный источник питания	Импульсный источник питания
Стоимость	Низкая	Высока
Масса	Большая	Небольшая
ВЧ-шум	Отсутствует	Высокий
КПД	35 — 50 %	70 — 90 %
Несколько выходов	Нет	Есть

Для питания электронных схем, которые не требуют высокой стабильности питающего напряжения постоянного тока или большой выходной мощности, целесообразно применять простые, надёжные и дешевые линейные источники напряжения. Основой любого линейного источника напряжения является параметрический стабилизатор напряжения. Основой таких устройств является элемент с нелинейной вольт-амперной характеристикой, у которого напряжение на электродах мало зависит от протекающего через элемент тока. Одним из таких элементов является стабилитрон.

Стабилитрон представляет собой особую группу диодов, режим работы которых характеризуется обратной ветвью вольт-амперной характеристики в области пробоя. Рассмотрим поподробнее вольт-амперную характеристику диода.

Вольт-амперная характеристика диода

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении U_пор, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь ток I_обр, который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать обратное напряжение U_обр на диоде до определённого значения U_обр.max произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в области же прямой ветви стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом

Обозначение стабилитрона

Основные параметры стабилитрона

Рассмотрим основные параметры стабилитрона по его вольт-амперной характеристике.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Напряжение стабилизации U_ст определяется напряжением на стабилитроне при протекании тока стабилизации I_ст. В настоящее время выпускаютя стабилитроны с напряжением стабилизации от 0,7 до 200 В.

Максимально допустимый постоянный ток стабилизации I_ст.max ограничен значением максимально допустимой рассеиваемой мощности P_max, зависящей в свою очередь от температуры окружающей среды.

Минимальный ток стабилизации I_ст.min определяется минимальным значением тока через стабилитрон, при котором ещё полностью сохраняется работоспособность прибора. Между значениями I_ст.max и I_ст.min вольт-амперная характеристика стабилитрона наиболее линейна и напряжение стабилизации изменяется незначительно.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона r_СТ – величина, определяемая отношением приращения напряжения стабилизации на приборе ΔU_CT к вызвавшему его малому приращению тока стабилизации Δi_CT.

Стабилитрон, включённый в прямом направлении, как обычный диод, характеризуется значениями постоянного прямого напряжения U_пр и максимально допустимого постоянного прямого тока I_пр.max.

Параметрический стабилизатор

Основная схема включения стабилитрона, которая является схемой параметрического стабилизатора, а также источником опорного напряжения в стабилизаторах других типов приведена ниже.

Схема включения стабилитрона

Данная схема представляет собой делитель напряжения, состоящий из балластного резистора R1 и стабилитрона VD, параллельно которому включено сопротивление нагрузки R_Н. Такой стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при изменении напряжения питания U_П и тока нагрузки I_Н.

Рассмотрим принцип работы данной схемы. Увеличении напряжения на входе стабилизатора приводит к увеличению тока который проходит через резистор R1 и стабилитрон VD. За счёт своей вольт-амперной характеристики напряжение на стабилитроне VD практически не изменится, а соответственно напряжение на сопротивлении нагрузки R_н тоже. Таким образом практически всё изменение напряжение будет приложено к резистору R1. Таким образом достаточно легко подсчитать необходимые параметры схемы.

Расчёт параметрического стабилизатора.

Исходными данными для расчёта для расчёта простайшего параметрического стабилизатора напряжения являются:

входное напряжение U0;

выходное напряжение U1 = U_st – напряжение стабилизации;

выходной ток I_H = I_ST;

Для примера возьмём следующие данные: U0 = 12 В, U1 = 5 В, I_H = 10 мА = 0,01 А.

1. По напряжению стабилизации выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL (U_st = 5,1 В, дифференциальное сопротивление r_st = 10 Ом).

2. Определяем необходимое балластное сопротивление R1:

3. Определяем коэффициент стабилизации:

4. Определяем коэффициент полезного действия

Увеличение мощности параметрического стабилизатора

Максимальная выходная мощность простейшего параметрического стабилизатора напряжения зависит от значений I_ст.max и P_max стабилитрона. Мощность параметрического стабилизатора может быть увеличена, если в качестве регулирующего компонента использовать транзистор, который будет выступать в качестве усилителя постоянного тока.

Параллельный стабилизатор

Схема ПСН с параллельным включением транзистора

Схема представляет собой эмиттерный повторитель, параллельно транзистору VT включено сопротивление нагрузки R_H. Балластный резистор R1 может быть включён как в коллекторную, так ив эмиттерную цепи транзистора. Напряжение на нагрузке равно

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор R_H, а соответственно и напряжения (U1 = U_CT) на выходе стабилизатора, происходит увеличение напряжения база-эмиттер (U_EB) и коллекторного тока I_K, так как транзистор работает в области усиления. Возрастание коллекторного тока приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе R1, что компенсирует рост напряжения на выходе стабилизатора (U1 = U_CT). Поскольку ток I_СТ стабилитрона является одновременно базовым током транзистора, очевидно, что ток нагрузки в этой схеме может быть в h_21e раз больше, чем в простейшей схеме параметрического стабилизатора. Резистор R2 увеличивает ток через стабилитрон, обеспечивая его устойчивую работу при максимальном значении коэффициента h31e, минимальном напряжении питания U0 и максимальном токе нагрузки I_Н.

Коэффициент стабилизации будет равен

где R_VT – входное сопротивление эмиттерного повторителя

где R_e и R_b – сопротивления эмиттера и базы транзистора.

Сопротивление R_e существенно зависит от эмиттерного тока. С уменьшением тока эмиттера сопротивление R_e быстро возрастает и это приводит к увеличению R_VT, что ухудшает стабилизирующие свойства. Уменьшить значение R_e можно за счёт применения мощных транзисторов или составных транзисторов.

Последовательный стабилизаттор

Параметрический стабилизатор напряжения, схема которого представлена ниже, представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с последовательно включённым сопротивлением нагрузки R_H. Источником опорного напряжения в данной схеме является стабилитрон VD.

Схема ПСН с последовательным включением транзистора

Выходное напряжение стабилизатора:

Схема работает следующим образом. При увеличении тока через резистор R_H, а соответственно и напряжения (U1 = U_ST) на выходе стабилизатора происходит уменьшение отпирающего напряжения UEB транзистора и его базовый ток уменьшается. Это приводит к росту напряжения на переходе коллектор – эмиттер, в результате чего выходное напряжение практически не изменяется. Оптимальное значение тока опорного стабилитрона VD определяется сопротивлением резистора R2, включённого в цепь источника питания U0. При постоянном значении входного напряжения U0 базовый ток транзистора I_B и ток стабилизации связаны между собой соотношением I_B + I_ST = const.

Коэффициент стабилизации схемы

где R_k – сопротивление коллектора биполярного транзистора.

Обычно k_ST ≈ 15…20.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения может быть существенно увеличен при введении в его схему отдельного вспомогательного источника с U’0 > U1 и применении составного транзистора.

Схема ПСН с составным транзистором и питанием стабилитрона от отдельного источника напряжения

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра.

Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора. Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В. Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт.

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

• Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
• Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
• Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
• Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
• Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
• Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Действие стабилитрона

Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном. Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении. Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться.

Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему.

В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта.

Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него.

На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В.

Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1. Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора. В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания.

В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы.

Заключение

Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников.

Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах. Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными. Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов.

Параметрический стабилизатор – основные параметры

В маломощных схемах на нагрузку до 20 миллиампер применяется устройство с малым коэффициентом действия, и называется параметрическим стабилизатором. В устройстве таких приборов имеются транзисторы, стабилитроны и стабисторы. Они применяются в основном в компенсационных устройствах стабилизации в качестве опорных источников питания. Параметрические стабилизаторы в зависимости от технических данных могут быть 1-каскадными, мостовыми и многокаскадными.

Стабилитрон в устройстве прибора подобен подключенному диоду. Но обратный пробой напряжения больше подходит для стабилитрона и является базой его нормальной работы. Эта характеристика нашла популярность для разных схем, где необходимо создавать ограничение сигнала входа по напряжению.

Такие стабилизаторы являются быстродействующими приборами, и защищают участки с повышенной чувствительностью от импульсных помех. Применение таких элементов в новых схемах является показателем их повышенного качества, которое обеспечивает постоянное функционирование в разных режимах.

Схема стабилизатора

Базой этого прибора является схема подключения стабилитрона, применяющаяся и в других видах приборов вместо источника питания.

Схема включает в себя делитель напряжения из балластного сопротивления и стабилитрона, к которому параллельно подключена нагрузка. Устройство выравнивает напряжение на выходе при переменном питании и нагрузочном токе.

Действие схемы происходит следующим образом. Напряжение, повышающееся на входе прибора, вызывает повышение тока, который проходит через сопротивление R1 и стабилитрон VD. На стабилитроне напряжение остается постоянным из-за его вольтамперной характеристики. Поэтому не меняется и напряжение на нагрузке. В итоге все преобразованное напряжение будет приходить на сопротивление R1. Такой принцип действия схемы позволяет сделать расчет всех параметров.

Принцип действия стабилитрона

Если стабилитрон сравнивать с диодом, то при подключении диода в прямом направлении по нему может проходить обратный ток, который имеет незначительную величину в несколько микроампер. При повышении обратного напряжения до некоторой величины возникнет пробой электрический, а если ток очень велик, то произойдет и тепловой пробой, поэтому диод выйдет из строя. Конечно, диод может работать при электрическом пробое при снижении тока, проходящего через диод.

Стабилитрон спроектирован так, что его характеристика на участке пробоя имеет повышенную линейность, а разность потенциалов пробоя достаточно стабильна. Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона выполняется при его функционировании на обратной ветви свойства тока и напряжения, а на прямой ветке графика стабилитрон работает как обычный диод. На схеме стабилитрон обозначается:

Параметры стабилитрона

Его главные параметры можно увидеть по характеристике напряжения и тока.

• Напряжение стабилизации является напряжением на стабилитроне при прохождении тока стабилизации. Сегодня производятся стабилитроны с таким параметром, равным 0,7-200 вольт.
• Наибольший допустимый ток стабилизации. Он ограничен величиной наибольшей допустимой мощности рассеивания, которая зависит от температуры внешней среды.
• Наименьший ток стабилизации, рассчитывается наименьшей величиной тока, протекающего через стабилитрон, при этом сохраняется действие стабилизатора.
• Дифференциальное сопротивление – это величина, равная отношению приращения напряжения к малому приращению тока.

Стабилитрон, подключенный в схеме как простой диод в прямом направлении, характеризуется величинами постоянного напряжения и наибольшим допустимым прямым током.

Расчет параметрического стабилизатора

Добротность функционирования прибора вычисляется по коэффициенту стабилизации, который вычисляется по формуле: Кст U = (ΔUвх / Uвх) / (ΔU вых / Uвых).

Далее расчет стабилизатора с применением стабилитрона производится в сочетании с балластным резистором в соответствии с типом применяемого стабилитрона. Для расчета используются рассмотренные ранее параметры стабилитрона.

Определим порядок расчета на примере. Возьмем исходные данные:

• U вых=9 В;
• I н =10мА;
• ΔI н = ±2мА;
• ΔU вх = ± 10% Uвх

По справочнику подбираем стабилитрон Д 814Б, свойства которого:

• U ст = 9 В;
• I ст. макс = 36 мА;
• I ст. мин = 3 мА;
• R д = 10 Ом.

Далее вычисляется входное напряжение: Uвх = nст *Uвых, где nст – коэффициент передачи. Функционирование стабилизатора станет эффективнее, если этот коэффициент будет в пределах 1,4-2. Если nст =1,6, то U вх= 1,6 * 9 = 14,4 В.

На следующем шаге производится расчет балластного резистора. Используется формула: R о = (U вх – U вых) / (I ст + I н). Величина тока I ст выбирается: I ст ≥ I н. При изменении U вх на величину Δ Uвх и Iн на ΔIн, не может быть больше тока стабилитрона величин I ст. макс и I ст. мин. Поэтому, I ст берется в качестве среднего допустимой величины в этом интервале и равно 0,015 ампер.

Значит, балластный резистор равен: R о = (14,4 – 9)/(0,015+0,01 )= 16 Ом. Ближнее стандартное значение составляет 220 Ом. Для выбора типа сопротивления, выполняется расчет рассеиваемой мощности на корпусе. Применяя формулу Р = I*2 R о, определяем величину Р = (25*10-3) * 2 * 220 = 0,138 ватт. Другими словами, стандартная мощность сопротивления равна 0,25 ватт.

Поэтому лучше подойдет сопротивление МЛТ – 0,25 – 220 Ом. После осуществления расчетов необходимо проверить правильность выбора режима действия стабилитрона в схеме параметрического прибора. В первую очередь определяется его наименьший ток: Iст. Мин = (U вх – ΔU вх – U вых) / Rо – (I н + ΔI н), с практическими параметрами определяется величина I ст.мин = (14,4–1,44–9) * 103 / 220–(10+2) = 6 миллиампер.

Такая же процедура производится для вычисления наибольшего тока: I ст. макс=(Uвх+ΔUвх–Uвых)/Rо–(Iн–ΔIн). По исходным параметрам, наибольший ток составит: Iст.макс=(14,4 + 1,44 – 9) * 103 / 220–(10 – 2)=23 миллиампер. Если в результате вычисленные значения наименьшего и наибольшего тока превосходят допустимые границы, то необходимо заменить I ст или резистор R о. Иногда требуется замена стабилитрона.

Расчет параметрического стабилизатора напряжений на стабилитроне

Любой электронной схеме требуется стабилизированное напряжение, необходимое для питания входящих в её состав активных элементов (транзисторов, микросхем и т. п.). Несмотря на большое разнообразие видов линейных источников в основе всех их лежит классический параметрический стабилизатор напряжения (смотрите рис. ниже).

Упрощённая схема

При построении большинства таких устройств используется нелинейный полупроводниковый элемент – диод, называемый в этом случае стабилитроном.

Порядок включения

Классический стабилизатор на стабилитроне относится к простейшему виду устройств данного класса и является самым дешёвым и лёгким в исполнении. Своеобразная «расплата» за эту простоту – невысокий стабилизирующий эффект, сильно зависящий от величины нагрузки и наблюдаемый в очень узком диапазоне.

Входящий в состав стабилизатора напряжения полупроводниковый элемент (стабилитрон) представляет собой выпрямительный диод, включенный в обратном направлении. Благодаря этому, рабочая точка элемента может быть установлена на нелинейном участке вольтамперной характеристики (ВАХ) с резко уходящей вниз ветвью.

Дополнительная информация. Её точное положение задаётся величиной балластного резистора Rо (смотрите схему выше).

С примером типовой вольтамперной характеристики стабилитрона можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке.

ВАХ стабилитрона

Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне (ПСН) неразрывно связан с видом обратной ветви характеристики стабилитрона, имеющей следующие особенности:

• При значительных изменениях тока через прибор напряжение на этом участке колеблется совсем в небольших пределах;
• Путём выставления величины токовой составляющей можно установить рабочую точку по центру обратной ветви;
• За счёт выбора напряжения стабилизации в фиксированной зоне ВАХ удаётся расширить динамический диапазон изменения тока стабилитрона (или его дифференциального сопротивления).

Обратите внимание! Именно из-за возможности выставления фиксированных параметров в этой схеме она получила своё название – параметрическая.

Принцип работы

Суть работы стабилизатора напряжения удобнее всего пояснить на примере диода, включённого в цепь постоянного тока. Когда напряжение на нём имеет прямую полярность (плюс подключён к аноду, а минус – к катоду), полупроводниковый переход смещён в проводящем направлении и пропускает ток.

При обратном порядке подачи полярности n-p переход закрыт и поэтому тока практически не проводит. Но если продолжать увеличивать обратное напряжение между электродами, то в соответствии с его ВАХ можно достичь точки, в которой диод вновь начинает пропускать поток электронов (но уже в другую сторону за счёт пробоя перехода).

Важно! Полупроводниковый элемент в этом случае работает в режиме обратных напряжений, значительно превышающих по величине прямое падение на нём (0,5-0,7 Вольта).

Обратный ток в данной ситуации может считаться рабочим параметром, изменяющимся в пределах регулировки напряжения, а сам диод, работающий в режиме обратного включения, носит название стабилитрона.

Основные параметры

При изучении функционирования параметрического стабилизатора напряжения особое значение придаётся техническим характеристикам самого регулирующего прибора. К ним следует отнести:

• Напряжение стабилизации, определяемое как падение потенциала на нём при протекании тока средней величины;
• Максимальное и минимальное значения тока, пропускаемого через обратно смещенный переход;
• Допустимая рассеиваемая мощность на приборе Pmax.;
• Проводимость перехода в динамическом режиме (или дифференциальное сопротивление стабилитрона).

Последний параметр определяется как отношение приращения напряжения ΔUCT к вызвавшему его изменению стабилизирующего тока ΔICT.

Относительно первых двух параметров следует заметить, что для разных образцов полупроводниковых диодов они могут сильно различаться по своей величине (в зависимости от мощности прибора). Напряжение стабилизации для большинства современных стабилитронов варьируется в диапазоне от 0,7 до 200 Вольт.

Допустимая мощность рассеяния определяется уже перечисленными ранее параметрами и также сильно зависит от типа элемента. Это же можно сказать и о дифференциальном сопротивлении, в определённой мере влияющем на эффективность процесса стабилизации.

Схема параметрического стабилизатора

Особенности схемы

Полное схемное представление стабилизатора параметрического типа, в котором стабилитрон выполняет функцию опорного элемента, приводится на размещённом ниже рисунке.

Рабочая схема стабилизатора

Эту схему можно рассматривать как делитель напряжения, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD с подключённой в параллель нагрузкой RН.

При изменениях входного потенциала соответственно будет меняться и ток через стабилитрон; при этом величина напряжения на нём (а значит и на нагрузке) останется практически неизменной. Её значение будет соответствовать напряжению стабилизации при колебаниях входного тока в некоторых пределах, определяемых характеристиками диода и величиной нагрузки.

Расчёт рабочих параметров

Исходными данными, согласно которым осуществляется расчет стабилизатора параметрического типа, являются:

• Подаваемое на вход питание Uп;
• Напряжение на выходе Uн;
• Выходной номинальный ток IH=Iст.

С учётом этой информации рассчитаем искомую величину, воспользовавшись функцией онлайн-калькулятора, например.

В качестве примера положим:

Uп=12 Вольт, Uн=5 Вольт, IH=10 мА.

Исходя из этих данных, вводимых предварительно в онлайн-калькулятор или вручную, выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL с напряжением стабилизации 5,1 Вольт и дифференциальным сопротивлением порядка 10 Ом. С учётом этого вычисляем величину балластного сопротивления R1, определяемую следующим образом:

R1= Uо–Uн/Iн+Iст =12-5/0,01+0,01= 350 Ом.

Таким образом, весь расчет параметрического стабилизатора сводится к определению номинала балластного резистора R1 и выбору типа стабилитрона (исходя из того, на какое рабочее напряжение он рассчитан).

Возможности по увеличение мощности

Выходная мощность стабилизатора параметрического типа определяется максимальным током стабилитрона и его допустимой мощностью Pmax, которую при желании можно увеличить. Для этого следует дополнить схему транзисторным элементом, включаемым параллельно или последовательно с нагрузкой. Соответственно этому различают стабилизаторы параллельного и последовательного типа, в которых транзистор выполняет функцию усилителя постоянного тока.

Рассмотрим каждую их этих схем более подробно.

Параллельный стабилизатор

В схеме стабилизатора параллельного типа транзистор используется как эмиттерный повторитель, включённый параллельно нагрузке (смотрите рисунок ниже).

Схема стабилизатора параллельного типа

Дополнительная информация. В этой схеме резистор R1 может располагаться как со стороны коллектора, так и в эмиттере транзистора.

Напряжение на нагрузочном резисторе Rн составляет:

Uн=Uст+Uбэ (транзистора).

Схема работает по принципу отвода излишков тока через открытый переход К-Э транзистора, на базе которого постоянно присутствует напряжение (Uст). В этой схеме IСТ является одновременно базовым током транзистора, вследствие чего его величина в нагрузке может в h31e раз превышать исходное значение, то есть транзистор в данном случае работает как усилитель по току.

Последовательный стабилизатор

ПСН, собранный по последовательной схеме, представляет собой тот же эмиттерный повторитель на транзисторе VT, но с сопротивлением нагрузки Rн, включённым последовательно с переходом К-Э (смотрите рисунок).

Схема последовательного ПСН

Выходное напряжение устройства в данной ситуации равно:

Uн=Uст-Uбэ.

В этой схеме любые колебания тока в нагрузке приводят к противоположным по знаку изменениям напряжения на базе транзистора. Подобная зависимость вызывает открывание или закрывание перехода Э-К, что означает автоматическую стабилизацию выходного напряжения.

В заключение описания отметим, что как в последовательной, так и в параллельной схеме ПСН стабилитрон используется в качестве источника опорного напряжения, а транзистор – как усилитель тока.

Видео

Оцените статью:

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах

Приведена техника упрощенного расчета параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Входное напряжение Uвх должно быть существенно выше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. А чтобы стабилитрон не вышел из строя ток через него ограничен постоянным резистором R1. Выходное напряжение Uвых будет равно напряжению стабилизации стабилитрона, а с выходным током ситуация сложнее.

Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон рабочего тока через него, например, минимальный ток стабилизации 5 mA, а максимальный 25 mA. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё.

И величина максимального значения этого тока будет зависеть и от сопротивления R1 и от минимального тока стабилизации стабилитрона, – максимальный ток нагрузки будет уменьшен на минимальный ток стабилизации стабилитрона. То есть, получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больший ток можно отдать в нагрузку. В то же время, ток через R1 не должен быть больше максимального тока стабилизации стабилитрона.

Рис. 1. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Так как, во-первых, стабилитрону необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, стабилитрон может выйти из строя при превышении максимального тока стабилизации, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким током потребления.

Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих ток не более максимального тока стабилитрона. Поэтому стабилизаторы по схеме на рис.1 используются только в схемах с небольшим током нагрузки.

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст – Іст. мин)*h31э.

где Іст. – средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h31э – коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001) / 2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h31 э – 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис.2 ток не более: (0,006645-0,0001) * 40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

• Входное напряжение Uвх = 15V,
• выходное напряжение Uвых = 12V,
• максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать – стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h31э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h31э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст.мин) * h31э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А.

По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 240 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллектора. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р = (Uвх – Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р = (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на составном транзисторе

Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h31э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h31э будет примерно равен произведению h31э обоих транзисторов.

Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора.

Транзистор VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность и ток, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в схеме по рисунку 3. Но теперь у нас два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Это нужно учесть при выборе стабилитрона, – его напряжение стабилизации (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,ЗV больше требуемого выходного напряжения.

К тому же появился резистор R2. Его назначение – подавлять реактивную составляющую транзистора VТ2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе.

Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Иванов А. РК-11-17.

параметрический стабилизатор напряжения

Для любителей более точных и изощренных расчетов предлагается способ посложнее. Здесь исходными данными будут стабилизированное напряжение Uст = Uн на нагрузке Rн, предельные значения тока нагрузки Iн min и Iн max и наибольшие относительные ожидаемые отклонения входного напряжения питания и от его номинального значения Uвх ном. Исходя из соображений надежности аппаратуры мощность, рассеиваемая на стабилитроне, должна обязательно быть ниже предельной. Учитывая это, рекомендуется принимать при расчете наибольшее рабочее значение тока через стабилитрон не более 0,8 от указанного в справочнике Iст max. Это принятое значение тока обозначим Iст.р max. При токе Iст min , регламентированном техническими условиями, динамическое сопротивление rд стабилитрона существенно увеличивается по сравнению со значением, соответствующим номинальному току стабилизации. Это ухудшает стабильность выходного напряжения в режиме наибольших значений тока нагрузки и при напряжении Uвх, близком к нижнему пределу. Для того, чтобы обеспечить приемлемый коэффициент стабилизации, минимальное рабочее значение тока через стабилитрон Iст.р min принимают при расчете в 3раза большим, чем Iст min. При расчете необходимо учитывать, что чем больше Iст.р min и чем меньше Iст.р max, тем больше необходимое значение напряжения Uвх.
Сначала проверяют пригодность выбранного по напряжению стабилизации стабилитрона при заданных пределах тока нагрузки и питающего напряжения:
, где и . Если неравенство не выполняется и нет возможности применить более мощный стабилитрон, то придется задаться меньшими значениями и , уменьшить Iн max или увеличить Iн max.
В тех случаях, когда нагрузка включена постоянно и нагрузочный ток не изменяется, можно принять Iн max = Iн min. Если же, наоборот, надо предусмотреть режим холостого хода стабилизатора, то во избежание повреждения стабилитрона выбирают Iн min = 0. Ток выражают в миллиамперах.
Номинальное значение напряжения Uвх, которое должен обеспечить выпрямитель, вычисляют по формуле:Стабилитрон

– параметры, принцип работы, применение и преимущества

Стабилитрон

– это особый тип кремниевого полупроводникового прибора, который работает в области пробоя стабилитрона. В этом посте мы подробно обсудим, что такое стабилитрон, его параметры, как он работает, а также его применение в качестве регулятора напряжения, ограничителя и переключателя напряжения.

Что такое стабилитрон

В общем, диоды – это полупроводниковые устройства, которые позволяют протекать току при прямом смещении и предлагают сопротивление при обратном смещении.Стабилитрон – это особый тип диода, в котором может протекать критическое обратное напряжение и больший обратный ток.

Он начинает проводить в состоянии обратного смещения, когда приложенное напряжение выше напряжения пробоя, и это напряжение называется напряжением пробоя стабилитрона. Он назван в честь американского физика Кларенса Зенера, который изобрел его в 1905 году.

Рис.1 – Знакомство с стабилитроном

Он содержит сильно легированный P-N переход и, следовательно, имеет тонкую обедненную область.Он пропускает электроны из валентной зоны материала P-типа в зону проводимости материала N-типа. Другими словами, он пропускает больше электрического тока, чем другие диоды с P-N переходом. Он начинает проводить ток при обратном напряжении пробоя и продолжает работать в режиме обратного смещения.

Этот тип диодов выгоден тем, что падение напряжения в широком диапазоне напряжений остается постоянным. Кривая вольт-амперной (VI) характеристики стабилитрона и ее символ показаны на рис.2. Он показывает, что обратное сопротивление велико, а обратный ток утечки чрезвычайно мал, когда обратное напряжение ниже, чем обратное напряжение пробоя. Но когда обратное напряжение превышает, обратный ток внезапно возрастает, что называется пробоем, а обратное сопротивление внезапно падает до небольшого значения.

Рис. 2 – Характеристики VI и символ

Параметры стабилитрона

Различные параметры влияют на характеристики VI.Их:

• Максимальный ток стабилитрона
• Минимальный ток стабилитрона
• Номинальное напряжение
• Рассеиваемая мощность

Другие параметры, влияющие на его работу: прямой ток, прямое напряжение, тип упаковки и т. Д.

Максимальный ток стабилитрона

Он определяется как ток, который может пройти через стабилитрон при напряжении пробоя стабилитрона.

Минимальный ток стабилитрона

Это ток, который необходим для проведения стабилитрона в области пробоя.

Номинальное напряжение

Напряжение пробоя стабилитрона также называется номинальным рабочим напряжением. Это один из важных параметров при выборе стабилитрона.

Рассеиваемая мощность

Это максимальная мощность, которую может рассеять стабилитрон. Рассеиваемая мощность – важный параметр, который следует учитывать при выборе стабилитрона, поскольку чрезмерная номинальная мощность приводит к чрезмерному повышению температуры, что приводит к необратимому повреждению устройства.

Как работает стабилитрон

Устройство работает по принципу эффекта Зенера, что означает, что обратная проводимость возникает из-за электронного квантового туннелирования в коротком пространстве между высоколегированными областями P-N. В обычных диодах, когда приложенное напряжение превышает напряжение пробоя; это приводит к необратимому повреждению диода. Однако в стабилитроне напряжение пробоя не такое высокое и не приводит к необратимому повреждению устройства.

Фиг.3 – Схематическое изображение принципа работы

В основном, значение регулирования напряжения ниже 6 В называется Пробой Зенера , и на этом этапе температурный коэффициент диода отрицательный, то есть при повышении температуры слой обеднения уменьшается. В этой узкой обедненной области энергия валентных электронов атома возрастает, и электрическое поле меньшей интенсивности может возбуждать валентные электроны из атомов, вызывая пробой Зенера.

Когда обедненный слой широкий с большей напряженностью электрического поля, повышение температуры; увеличивает энергию атомов решетки, препятствуя движению носителей, вызывая лавинный пробой. Лавинный пробой происходит только при увеличении обратного напряжения и, следовательно, температурный коэффициент положительный.

Применение стабилитрона

Способность выдерживать высокое напряжение без повреждений позволяет использовать его в современных электронных схемах.Три основных приложения перечислены ниже:

• Регулятор напряжения
• Схема отсечения
• Переключатель напряжения

Использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Основное применение регулятора напряжения – обеспечение постоянного выходного напряжения независимо от изменений энергии, потребляемой током нагрузки, или нестабильности напряжения питания.

Рисунок. 4 иллюстрирует свойство стабилитронов по напряжению.Резистор R1 подключен к стабилитрону последовательно. Диод подключен к обратному смещению для регулирования напряжения.

Рис.4 – Цепь регулятора напряжения

Резистор R1 рассчитывается по приведенной ниже формуле.

R1 = (V _в – V _z ) / I _z

Где,

• I _z = ток стабилитрона
• В _z = стабилитрон / выходное напряжение
• В _в = Входное напряжение
• R1 = сопротивление

На основе формулы легко убедиться, что номинал выбранного резистора не приводит к протеканию тока выше, чем ток Зенера.

Использование стабилитрона в качестве ограничителя Схема ограничения

используется для предотвращения превышения выходным напряжением заданного напряжения без изменения входного сигнала или формы волны. Стабилитрон работает как обычный диод, когда приложенное напряжение меньше напряжения пробоя стабилитрона. Следовательно, он широко используется в схемах отсечения.

Рис.5 – Цепь клипсатора

Цепи ограничения

могут быть разработаны для ограничения сигнала в положительной, отрицательной или обеих областях. Стабилитрон используется для ограничения выходного сигнала независимо от формы входного сигнала. Если устройство используется для ограничения положительного размаха цепи ограничения, то оно предотвращает превышение напряжением напряжения пробоя стабилитрона без изменения формы входного сигнала.

Во время отрицательного размаха цепи ограничения он действует как обычный кремниевый диод и ограничивает выходное напряжение. Чтобы ограничить выходной сигнал как положительным, так и отрицательным колебанием; используется двойная стабилитронная схема ограничения.

Использование стабилитрона для переключения напряжения

Схема смещения напряжения, которая помогает преобразовывать сигнал из одной области напряжения в другую.Они обладают способностью поддерживать постоянное выходное напряжение независимо от входного напряжения, что делает их идеальным компонентом в качестве переключателя напряжения. Это устройство в схеме смещения напряжения минимизирует выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя стабилитрона. Пример схемы переключения напряжения показан ниже на рис. 6.

Рис.6 – Цепь переключателя напряжения

Преимущества стабилитрона

К преимуществам можно отнести:

• Они дешевле других типов диодов.
• Поддерживает стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения.
• Может использоваться как обычный кремниевый диод при прямом смещении.
• Они обладают очень высокой рассеиваемой мощностью.
• У них очень высокие стандарты производительности.
• Благодаря небольшому размеру они могут использоваться в небольших электронных устройствах.

Недостатки стабилитрона

Недостатки:

• Эти диоды имеют низкий КПД при более высоких токах нагрузки.
• У них относительно плохой коэффициент регулирования напряжения.
• При использовании в качестве регулятора напряжения всегда есть небольшое изменение на выходе постоянного тока из-за сопротивления стабилитрона.

  Также читают:
Тиристор - рабочий, VI-характеристики, типы, применение, преимущества и недостатки
Гальванический элемент - конструкция, типы, принцип работы, применение, преимущества 
  Термистор - классификация, принцип работы, применение и преимущества 
 

Чакрастхита – B.E (медицинская электроника) и имеет опыт работы в MatLab и Lab View Software в качестве инженера-проектировщика в BCS Innovations и в больнице Manipal в качестве инженера-биомедицина. Она является автором, редактором и партнером Electricalfundablog.

Определение стабилитрона

– характеристики стабилитрона

Определение стабилитрона – также называется стабилизатором или стабилизатором . Он является членом семейства полупроводниковых диодов . Часто применяется в ограничительных системах (например.грамм. в системах частотной модуляции (ЧМ), системах выбора импульсов), стабилизаторах напряжения и в качестве компонента, обеспечивающего защиту цепей от скачков напряжения.

Рис. 1. Символ стабилитрона

Его важнейшим параметром является напряжение пробоя «p-n перехода». Когда диод смещен в прямом направлении, он работает как обычный полупроводниковый диод. Это означает, что он начинает проводить ток после того, как напряжение пересекает пороговое напряжение этого диода (для кремниевого диода прибл.0,7 В).

---

Стабилитрон – Задачи для студентов

Если вы студент или просто хотите узнать, как решать задачи с стабилитроном, посетите этот раздел нашего веб-сайта, где вы можете найти широкий спектр электронных задач.

---

Что отличает стабилитрон от обычного полупроводникового диода, так это то, что стабилитрон имеет обратное смещение, можно заметить, что стабилитрон способен проводить электричество после превышения указанного напряжения на переходе , так называемый пробой стабилитрона напряжение без повреждения компонента. Значение напряжения пробоя коррелирует с высоким постоянством и не изменяется при изменении обратного тока. После превышения этого напряжения значение тока быстро увеличивается. Для малых напряжений (до 5В) Эффект Зенера играет решающую роль. В диапазоне 5-7В эффект Зенера и лавинный пробой – с основной. И, наконец, при превышении 7В – только лавинный пробой. Стоит отметить, что пробой Зенера происходит в сильно легированных переходах , тогда как лавинный пробой в слаболегированных.Можно предположить, что пробой напряжения стабилитрона не имеет отношения к току, протекающему через диод (только в случае больших изменений тока пробоя могут быть замечены очень незначительные изменения – низкое динамическое сопротивление )

Стабилитрон – Вольт-амперная характеристика

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика стабилитрона (в данном случае использовался диод 1N718 с напряжением стабилитрона | Vz | = 15В)

Стабилитрон , как и другие диоды, имеет свою уникальность. характеристики.В то же время он наследует некоторые из них.

Параметры стабилитрона

Список статических и динамических параметров основного стабилитрона этого компонента вы можете увидеть внизу:

Статические параметры

• В _F – прямое напряжение при фиксированном прямом ток I _F ,
• I _R – обратный ток при данном V _R обратное напряжение (чаще всего значение V _R равно 1 В)

Следует отметить, что эти параметры могут не иметь значения, когда диод работает в «зоне пробоя » .

• V _Z – напряжение стабилитрона, соответствующее договорному значению стабильности тока (информация доступна в технических паспортах отдельных диодов)
• TKV _Z – коэффициент температуры стабильности напряжения (доля относительного изменение стабильности напряжения до абсолютного изменения температуры окружающей среды при определенной стабилизации тока).

Стабилитрон динамический параметр – это динамическое сопротивление , выражаемое формулой:

Динамический параметр

Сопротивление rz также можно определить с помощью статической характеристики I (U) при определенном токе стабилизации диода.Имя такого сопротивления должно быть дифференциально-дифференциальное сопротивление.

Параметры стабилитрона характеризуются следующими ограничениями :

• I _FMAX – максимальная проводимость постоянного тока,
• I _FMMAX – пиковый, допустимый ток диода в прямом направлении. смещенное состояние (состояние проводимости). Обычно указывается для диодов малой и средней мощности,
• I _ZMAX – максимальное допустимое значение стабилизации тока, в большинстве случаев определяется из отношения коэффициента рассеяния P _и и коэффициента стабилизации напряжения Pad V _Z ,
• P _MAX – максимальная потеря мощности.

Рис. 3. Схема системы стабилизатора на основе стабилитрона

Стабилитрон напряжения

Системы стабилизации напряжения являются одними из самых распространенных. Некоторые устройства питаются от батарей (аккумуляторных батарей), а выходное напряжение источников питания может колебаться в пределах относительно большого диапазона.

Давайте посмотрим на методы создания безопасных напряжений. Очевидно, что у вас всегда есть возможность использовать встроенный стабилизатор напряжения (IC), однако существует довольно много других интересных подходов, большинство из которых требует всего лишь нескольких (обычно разных) компонентов.

Стабилизация напряжения – не сложная задача при обучении, так как хорошие ИС стабилизатора напряжения, такие как 7805, легко найти. Из-за этого в этих устройствах обычно используется регулятор напряжения для подачи немного пониженного, но постоянного напряжения, например 5 В для электронных схем или для получения микроконтроллера. При работе с входным напряжением от 7 В до 30 В он предлагает выходное напряжение всего 5 В. С другой стороны, использование интегральной схемы включает в себя большое количество элементов.В качестве альтернативы можно использовать 1 полупроводниковый прибор, а именно стабилитрон. Стабилизатор 7805 действительно содержит стабилитрон наряду со значительным количеством транзисторов. Стабилитрон – это своего рода диод, в котором пробой происходит с использованием четко определенного обратного осмоса. Принцип работы схемы является результатом особенностей обычного стабилитрона. Самый первый пробой происходит, когда обратное напряжение поднимается выше определенного значения (UZ), что способствует резкому усилению обратного присутствия.Напряжение на диоде остается стабильным при пробивном напряжении, при условии, что вы не переусердствуете с противоположным током. Очередной пробой – это регулярно наблюдаемый недостаток при использовании стабилитронов. В случае, если стабилитрон становится слишком горячим, переход закорачивается, и после этого диод поднимает напряжение до уровня, близкого к нулю. Проще говоря, выражение «стабилитрон» не обязательно уместно, поскольку два разных явления несут ответственность за его пробой при напряжении от 3 до 200 В.Это отрицательный температурный коэффициент, заставляющий напряжение стабилитрона падать до 0,1 процента на уровень. Удар лавины, превышающий 5,6 В, имеет положительный температурный коэффициент.

5.7: Регулятор напряжения – Workforce LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Четыре батареи по 6 В
• Стабилитрон, 12 В – тип 1N4742 (каталог Radio Shack № 276-563 или аналогичный)
• Один резистор 10 кОм

Для этого эксперимента подойдет любой низковольтный стабилитрон. Перечисленная здесь модель 1N4742 (напряжение стабилитрона = 12 вольт) является лишь одним предложением. Какую бы модель диода вы ни выбрали, я настоятельно рекомендую тот, у которого напряжение стабилитрона больше , чем напряжение одной батареи, для максимального обучения. Важно, чтобы вы видели, как работает стабилитрон при напряжении на меньше, чем его номинального пробоя.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 3, глава 3: «Диоды и выпрямители»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Создайте эту простую схему, подключив диод в режиме «обратного смещения» (положительный катод и отрицательный анод), и измерьте напряжение на диоде, используя одну батарею в качестве источника питания.Запишите это падение напряжения для использования в будущем. Также измерьте и запишите падение напряжения на резисторах 10 кОм.

Измените схему, подключив последовательно две 6-вольтовые батареи для получения общего напряжения источника питания 12 вольт. Повторно измерьте падение напряжения на диоде, а также падение напряжения на резисторе с помощью вольтметра:

.

Соедините последовательно три, а затем четыре 6-вольтовых батареи, образуя источник питания на 18 и 24 В соответственно. Измерьте и запишите падения напряжения на диодах и резисторах для каждого нового напряжения источника питания.Что вы заметили в падении напряжения на диоде для этих четырех различных источников напряжения? Вы видите, что напряжение на диоде никогда не превышает 12 вольт? Что вы заметили в падении напряжения на резисторе для этих четырех различных уровней напряжения источника?

Стабилитроны

часто используются в качестве стабилизаторов напряжения устройств , поскольку они ограничивают падение напряжения на себе на заранее определенном уровне. Любое избыточное напряжение, подаваемое источником питания, падает на последовательном резисторе.Однако важно отметить, что стабилитрон не может заменить недостатком напряжения источника. Например, этот 12-вольтовый стабилитрон не пропускает 12 вольт при напряжении источника питания всего 6 вольт. Полезно думать о стабилитроне как о ограничителе напряжения : установка максимального падения напряжения, но не минимального падения напряжения.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Список соединений (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

Стабилитрон можно смоделировать в SPICE с помощью обычного диода, параметр обратного пробоя (bv = 12) установлен на желаемое напряжение пробоя стабилитрона.

BZX84C15L datasheet – стабилитроны

Эта серия стабилитронов предлагается в удобном пластиковом корпусе SOT23 для поверхностного монтажа. Эти устройства предназначены для регулирования напряжения с минимальными требованиями к пространству. Они хорошо подходят для таких приложений, как сотовые телефоны, портативные портативные устройства и печатные платы высокой плотности.

Номинальное значение 225 мВт или диапазон напряжения пробоя стабилитрона платы FR5 Корпус 75 В, разработанный для оптимальной сборки автоматизированной платы. Небольшой размер корпуса для приложений с высокой плотностью нагрузки.

Механические характеристики: КОРПУС: Корпус из термореактивного пластика без пустот. ОТДЕЛКА: Коррозионно-стойкое покрытие, легко поддается пайке. МАКСИМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА КОРПУСА ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПАЙКИ:

ПОЛЯРНОСТЬ: Катод обозначается полосой полярности НОМИНАЛ ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТИ: UL94 V0 МАКСИМАЛЬНЫЕ НОМИНАЛЫ

Номинальное полное рассеивание мощности на плате FR5 (Примечание = 25 ° C снижено при температуре выше 25 ° C. Переход от сопротивления к соединению с окружающей средой и символ диапазона температур хранения 225 1. 8 RqJA 300 2,4 RqJA TJ, Tstg +150 мВт мВт / C C / W 556 мВт мВт / C C / W Макс Единица

См. Конкретную информацию о маркировке в столбце маркировки устройства в таблице электрических характеристик на стр. 3 данной спецификации.

Устройства, выделенные жирным курсивом, относятся к предпочтительным устройствам ON Semiconductor. Предпочтительные устройства – это рекомендуемые варианты для будущего использования и наилучшая общая стоимость.

Суффикс «T1» относится к катушке диаметром 8 мм и 7 дюймов. Суффикс «T3» относится к катушке диаметром 8 мм и 13 дюймов.

(Распиновка: 1-анод, 2-нет соединения, 3-катод) (TA = 25C, если не указано иное, 0.95 В Макс. = 10 мА) Символ VZ IZT ZZT IF VF QVZ C Параметр Обратное напряжение стабилитрона @ IZT обратный ток Максимальный импеданс стабилитрона @ IZT обратный ток утечки @ обратное напряжение VR Прямой ток Прямое напряжение @ IF Максимальный температурный коэффициент VZ Макс. Емкость = 0 и = 1 МГц IR VF IZT IF I

(Назначение выводов: 1 анод, 2 соединения нет, 3 катода) (TA = 25 ° C, если не указано иное, 0,90 В макс. = 10 мА)

3. Напряжение стабилитрона измеряется импульсным испытательным током при температуре окружающей среды 25 ° C.

Стабилитрон – PAL3_Electronics – ~ Confluence ~ Institute ~ для ~ Creative ~ Technologies

Стабилитрон действует как обычный диод, позволяя току течь только в одном направлении, но делает исключение.Если напряжение в направлении обратного смещения выше определенного значения, называемого напряжением пробоя, то стабилитрон пропускает ток. Стабилитроны часто используются для регулирования напряжения, когда нестабильный или изменяющийся во времени сигнал превращается в почти постоянное напряжение. Стабилитроны хорошо подходят для этой цели, когда они помещены в режим обратного смещения, поскольку они пропускают ток только тогда, когда напряжение выше напряжения пробоя.

Как и обычный диод с P-N переходом, стабилитрон имеет две клеммы, называемые анодом и катодом. Вот схематический символ:

Чтобы помочь запомнить, какой терминал является каким, обратите внимание, что буква «А» анода выглядит как треугольник, а катодная полоса выглядит как вертикальная полоса (также называемая полоской «k» или бар “т”). Этот символ отличается от обычного диода тем, что линия на конце стрелки слегка изогнута с каждой стороны.

Стабилитрон имеет три основных режима: прямое смещение, обратное смещение и пробой / лавина при обратном смещении.

Прямое смещение: Когда напряжение на аноде выше порогового «напряжения колена» на катоде (~ 0.7 В для кремниевого диода), то диод смещен в прямом направлении и проводит ток. Когда диод смещен в прямом направлении, ток течет в направлении треугольника: от анода к катоду. Хотя диоды можно рассматривать как короткое замыкание при прямом смещении и обрыв цепи при обратном смещении, это идеальный вариант. На самом деле, когда диод смещен в прямом направлении, он проводит столько тока, сколько требуется внешней схеме, и регулирует свое внутреннее сопротивление так, чтобы падение напряжения на нем всегда было равно 0.7 вольт, напряжение колена.

Обратное смещение (до пробоя): Когда диод смещен в обратном направлении и ниже напряжения пробоя, он имеет очень высокое сопротивление, поэтому он почти не проводит ток.

Пробой / Лавина: После напряжения пробоя стабилитрон легко проводит ток. Когда напряжение на аноде более отрицательное, чем напряжение на катоде, и разница больше, чем напряжение пробоя, стабилитрон проводит столько тока, сколько требует внешняя схема, и регулирует свое внутреннее сопротивление таким образом, чтобы напряжение на нем падало. всегда напряжение пробоя.Этот режим работы уникален для стабилитронов и называется лавинным или пробивным. В отличие от обычного диода, стабилитроны предназначены для работы за пределами напряжения пробоя и не повреждаются, пока не будут достигнуты гораздо более высокие напряжения. Стабилитроны рассчитаны на определенные значения напряжения пробоя, часто в диапазоне 5,6 В, но часто могут быть намного выше, когда стабилитроны используются как часть стабилизатора высокого напряжения.

Основными параметрами диода являются его пороговое напряжение (a.k.a напряжение колена ) и его напряжение пробоя . Напряжение изгиба для кремниевых диодов составляет около 0,7 В, что связано со свойствами кремния при легировании с образованием P-N-переходов. Почти все диоды сделаны из кремния, за исключением случаев, когда требуются другие специфические характеристики (например, германиевые диоды имеют более низкое пороговое напряжение около 0,3 вольт).

Напряжение пробоя стабилитрона является вторым важным параметром. В отличие от обычных диодов, этот параметр точно контролируется и важен для практического функционирования диода.

Эти параметры можно понять, рассматривая кривую зависимости напряжения от тока, показанную ниже. При пробое ток внезапно течет после того, как почти нет тока. Точно так же при напряжении колена ток начинает течь легко, с небольшим сопротивлением.

Стабилитроны сконструированы так же, как и обычные диоды, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как и обычный диод, стабилитрон выполнен из материала P и N с переходом между ними. Материал P соединен с анодом, а материал N соединен с катодом.Они образуют «область истощения», которая работает как односторонний клапан: ток довольно легко течет в одном направлении, но действует как барьер для тока при обратном смещении. Однако стабилитроны могут проводить обратное смещение, используя два механизма: эффект Зенера и лавинный пробой.

Прямое смещение: Когда положительное напряжение подключено к материалу P, а отрицательное напряжение подключено к материалу N, напряжения подталкивают основные носители материала (отверстия для P; электроны для N) к переходу. Этот толчок сжимает область истощения, пока она не исчезнет, ​​и тогда может течь ток. Когда толчок достаточно сильный, а именно больше порогового значения напряжения, диод смещается в прямом направлении и течет ток.

Обратное смещение (ниже пробоя): Когда стабилитрон имеет отрицательное напряжение, приложенное к материалу P, и положительное напряжение, приложенное к материалу N, напряжения отталкивают большинство носителей от перехода. Если напряжения слабые, то основные носители не будут двигаться далеко, потому что они притягиваются друг к другу и хотят оставаться рядом с переходом.При этом область истощения расширяется вокруг стыка, но не ломается.

Пробой (Лавина): Когда напряжение достаточно велико, а именно больше, чем напряжение пробоя, они преодолевают взаимное притяжение, которое тянет их к переходу, и вырываются. Лавинный пробой происходит при наличии достаточного напряжения, чтобы свободные электроны обладали достаточной энергией для того, чтобы их столкновения разрушали электронно-дырочные пары. Эти столкновения высвобождают больше электронов, вызывая больше столкновений и формируя электронную «лавину», которая позволяет току течь.Эти столкновения разрушают область истощения в P-N-переходе, позволяя току течь в обратном направлении. Лавинный пробой также происходит в обычных диодах, но обычно не контролируется и приводит к повреждению диода. Для сравнения, стабилитроны построены так, чтобы выдерживать ток, протекающий при обратном смещении, и лавина контролируется: ток легко течет с повышенным напряжением, но не полностью закорачивает диод.

Пробой (Эффект Зенера): Эффект Зенера обычно возникает до 5.6 В и происходит через специальный механизм, известный как квантовое туннелирование, когда электроны «прыгают» с одной стороны перехода на другую. Это особый эффект, который возникает из-за повышенного электрического поля, вызванного оттягиванием основных носителей заряда от перехода.

(PDF) Показатели шунтирующих стабилизаторов напряжения на основе стабилитронов при криогенных температурах

и BZX79-C5V6B), зависимость их нагрузки в процентах регулирования

от температуры оказалась

примерно незначительной, т.е. показано, что

уменьшится с

примерно с 17.От 5 до 16,7%. Наконец, для остальных

диодов (ZX83-C6V8 и BZX55C9V1) процент регулирования нагрузки

уменьшается с понижением температуры

уровней, то есть с 17,5 и 9,5%, измеренных при 300 K

до 16,7 и 1,20% при температуре 93 К для двух диодов

соответственно.

ВЫВОДЫ

Настоящая работа в основном связана с проектированием, применением

и исследованием характеристик шунтирующих схем стабилизатора напряжения

на основе стабилитронов при низких температурах

до 93 К.Из экспериментальной работы

и анализа полученных результатов можно сделать

вывод о влиянии низкой температуры на обратную ВАХ

исследуемых диодов,

зависимость между регулируемым выходным и входным напряжениями

исследуемых диодных цепей, коэффициент стабильности напряжения

для исследуемых диодов, выходное напряжение в зависимости от нагрузки

тока для различных исследуемых нагрузок и регулируемое выходное сопротивление

.Результаты показывают, что

исследуемых параметров диодов являются прямыми функциями уровня температуры

, для стабилитрона

напряжения ≤ 5,0 В и ≥ 6,0 В. Зависимость выхода стабилитрона

от напряжения линейно-нагрузочные характеристики

по температуре прослежены в

в диапазоне от 300 до 93 К. Из чего, зависимость

линейного и нагрузочного регулирования стабилизатора напряжения Зенера

от температуры в пределах предложенный диапазон

, показанный как функция напряжения пробоя используемого стабилитрона

.То есть для низковольтных стабилитронов

(BZV86-1V4 и BZX83-C3V6) было показано, что их регулируемое выходное напряжение

увеличилось до 93 К. С другой стороны, для стабилитронов

с высоким пробоем (BZX83 –

C6V8 и BZX55C9V) наблюдалась обратная тенденция.

Наконец, устройства с промежуточным напряжением пробоя

(BZX79-C4V7 и BZX79-C5V6) оказались очень устойчивыми к температурным колебаниям.

Phys Sci Res Int 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Akturk A, Goldsman N, Dilli Z, Peckerar M, 2006. Характеристики устройства

и корпус вызывают эффекты саморазогрева при криогенных температурах.

Proceedings of SISPAD, 240.

Akturk A, Goldsman N, Metze G, 2005. Самосогласованное моделирование нагрева

и производительности MOSFET в трехмерных интегральных схемах

. IEEE Trans на Elec Dev, 52 (11): 2395.

Akturk A, Goldsman N, Parker L, Metze G, 2005. Смешанный режим

температурное моделирование всего кристалла на основе отдельных неизотермических операций устройства

. Solid State Elec, 49 (7), 1127.

Allnutt GF, 2007. Тестирование и определение характеристик кремниевых устройств при криогенных температурах

. M.Sc. Диссертация представлена ​​на факультете

аспирантуры

Университета Мэриленда, Колледж-Парк.

Cressler JD, 2005.О потенциале SiGe HBT для экстремальной электроники

. Труды IEEE, 93, 1559.

Эль-Ганам С.М., Басит В.А., 2011. Характеристики электронной коммутации

схем на основе биполярных силовых транзисторов при низких температурах.

Криогеника, 51 (3): 117–123.

Фанг Ф.Ф., Фаулер А.Б., 1965. Транспортные свойства электронов на инвертированных поверхностях кремния

. Phys Rev, 169: 619.

Gaensslen FH, Rideout VL, Walker EJ, Walker JJ, 1977.Очень маленькие полевые МОП-транзисторы

для работы при низких температурах. IEEE Trans on Elec Dev,

24 (3): 218.

Годсе А.П., Бакши UA, 2008. Базовая электроника. Технические публикации

Пуна, 2-е исправленное издание, Индия.

Годсе А.П., Бакши UA, 2009. Электронные устройства. Первое издание,

Технические публикации, Пуна, Индия.

Качхава С.М., 2003. Физика твердого тела, твердотельные устройства и

электроника. New Age International (P) Ltd., Индия.

Кумано Х., 1996. Полупроводниковый прибор, содержащий стабилитроны с температурной стабильностью

между областями базы и коллектора.

US005545914A, Rohm Co., Ltd, Киото, Япония.

Nguyen DM, Paques G, 2011. Лавинные диоды с низкотемпературной зависимостью

в 4H-SiC, подходящие для параллельной защиты. Trans Tech

Publications, Швейцария, Форум по материаловедению, 679-680: 633-

636.

Stout TB, Basappa P, Williams F, Song KD, 2008.Исследование мощности микроволн

через ректенну для дирижаблей. Наносенсоры и

Микросенсоры

для биосистем, Труды SPIE, 6931: 69310L.

Шмырка-Гртебык А., Липириски Л., 1995. Линейный диодный термометр в диапазоне температур

4-300 К. Криогеника, 35: 281-284.

Васильева Т., 2009. Стабилитрон, кандидат технических наук, Доступно на:

http://81.161.248.42/sd/files/2011/02/Zener_diode_en.pdf.

Уорд Р.Р., Доусон В.Дж., Киршман Р.К., Мюллер О., Паттерсон Р.Л.,

Дикман Дж. Э., Хаммуд А., 2002.Полупроводниковые приборы на основе Ge

для криогенной силовой электроники. 5-й семинар по низкой температуре

Электроника, НАСА.

Базовый стабилизатор напряжения на стабилитронах · GitHub

Блог 2020/9/30

<- предыдущая | индекс | следующая ->

Смоделируем стабилизатор напряжения на стабилитроне с помощью LTspice.

Наша схема представляет собой «настенную бородавку» 12 В переменного тока, включающую мостовой выпрямитель, сглаживающий конденсатор, пару стабилитрон-резистор, которая образует регулятор напряжения, и резистивную нагрузку.

Используемые модели LTspice:

Чтобы использовать пользовательские модели, нажмите кнопку .op и вставьте определения модели, затем нажмите Control + щелкните правой кнопкой мыши каждый компонент и введите пользовательскую модель в поле «Значение»:

Здесь вы можете увидеть работу регулятора:

Размах напряжения нерегулируемой выпрямленной формы волны составляет всего лишь 1 Вольт:

Увеличивая регулируемую форму волны, мы видим, что размах составляет около 41 милливольта:

41V более 924 мВ составляет около 4.4%, что преобразуется примерно в примерно в 27 дБ от нормы .

В таблице данных в качестве испытательного тока используется 20 мА, а максимально допустимый ток указан как 55 мА:

В нашей схеме ток стабилитрона колеблется от 10 до 30 мА, поэтому мы получаем в среднем около 20 и ниже 55 мА:

1N754 – это деталь мощностью 500 мВт, давайте проверим рассеиваемую мощность. Выберите окно графика, затем в меню «Параметры графика» выберите «Добавить кривую». Введите I (D6) * V (vunreg) в поле выражения:

.

Мощность варьируется от 100 до 300 мВт, и похоже, что рабочий цикл составляет 50%, поэтому средняя рассеиваемая мощность составляет 200 мВт, что нормально:

Теперь давайте выведем его из строя, увеличив ток, потребляемый нагрузочным резистором:

• Щелкните .op и добавьте директиву spice для перехода к параметру RLOAD через список значений: .step param RLOAD list 150120100 82
• Щелкните правой кнопкой мыши резистор Rload и измените его значение на {RLOAD} (обратите внимание на фигурные скобки)

Теперь мы можем увидеть, как стабилитрон постепенно выходит из строя, посмотрев на Vz. По мере того, как сопротивление нагрузки уменьшается, нагрузочный резистор потребляет больше тока, что выводит стабилитрон из строя.