Për të zgjedhur një diodë zener për qarkun e treguar në Fig. 3, duhet të dini gamën e tensioneve hyrëse U1 dhe gamën e ndryshimeve të ngarkesës R N.
Oriz. 3. Qarku i lidhjes me diodën Zener.
Për shembull, le të llogarisim rezistencën R dhe të zgjedhim një diodë zener për qarkun në Fig. 3 me kërkesat e mëposhtme:
Pra, së pari, le të llogarisim vlerën e rezistencës R. Tensioni minimal në hyrje është 11 V. Në këtë tension, duhet të sigurojmë një rrymë në ngarkesë prej të paktën 100 mA (ose 0.1 A). Ligji i Ohmit ju lejon të përcaktoni rezistencën e një rezistence:
R C = U1 MIN / I N.MAX = 11 / 0.1 = 110 Ohm Kjo do të thotë, qarku për të siguruar një rrymë të caktuar në ngarkesë duhet të ketë një rezistencë jo më shumë se 110 Ohm.
Rënia e tensionit në diodën zener është 9 V (në rastin tonë). Pastaj, në një rrymë prej 0,1 A, ngarkesa ekuivalente është: R E = U2 / I N.MAX = 9 / 0,1 = 90 Ohm Më pas, për të siguruar një rrymë prej 0,1 A në ngarkesë, rezistenca shuarëse duhet të ketë një rezistenca: R = R C – R E = 110 – 90 = 20 Ohm Duke marrë parasysh faktin se vetë dioda zener konsumon gjithashtu rrymë, mund të zgjidhni një rezistencë pak më të ulët nga seria standarde E24). Por, meqenëse dioda zener konsumon një rrymë të vogël, kjo vlerë mund të neglizhohet në shumicën e rasteve.
Tani le të përcaktojmë rrymën maksimale përmes diodës zener në tensionin maksimal të hyrjes dhe ngarkesa është e fikur. Llogaritja duhet të kryhet me ngarkesën të shkëputur, pasi edhe nëse ngarkesa juaj është gjithmonë e lidhur, nuk mund të përjashtoni mundësinë që disa tela të mos bashkohen dhe ngarkesa të fiket.
Pra, le të llogarisim rënien e tensionit në rezistencën R në tensionin maksimal të hyrjes:
U R.MAX = U1 MAX – U2 = 15 – 9 = 6 VA Tani le të përcaktojmë rrymën përmes rezistencës R nga i njëjti ligj i Ohmit: I R.MAX = U R.MAX / R = 6 / 20 = 0.3 A = 300 mA Meqenëse rezistenca R dhe dioda zener VD janë të lidhura në seri, rryma maksimale përmes rezistorit do të jetë e barabartë me rrymën maksimale përmes diodës zener (me ngarkesën e fikur), domethënë I R.MAX = I VD. MAX = 0,3 A = 300 mA Nevojitet më shumë llogaritje shpërndarje të energjisë rezistenca R. Por ne nuk do ta bëjmë këtë këtu, pasi kjo temë përshkruhet në detaje në artikullin Rezistorët.
Por le të llogarisim fuqinë e shpërndarjes së diodës zener:
P MAX = I VD.MAX * U ST = 0,3 * 9 = 2,7 W = 2700 mW Fuqia e shpërndarjes është një parametër shumë i rëndësishëm që shpesh harrohet të merret parasysh. Nëse rezulton se shpërndarja e energjisë në diodën zener tejkalon maksimumin e lejuar, kjo do të çojë në mbinxehje të diodës zener dhe dështimin e saj. Edhe pse rryma mund të jetë brenda kufijve normalë. Prandaj, shpërndarja e fuqisë si për rezistencën e amortizimit R ashtu edhe për diodën zener VD duhet të llogaritet gjithmonë.
Mbetet për të zgjedhur një diodë zener sipas parametrave të marrë:
U ST = 9 V - tensioni i vlerësuar i stabilizimit
I ST.MAX = 300 mA – rryma maksimale e lejuar përmes diodës zener
P MAX = 2700 mW – fuqia e shpërndarjes së diodës zener në I ST.MAX
Duke përdorur këto parametra, gjejmë një diodë të përshtatshme zener në librin e referencës. Për qëllimet tona, për shembull, një diodë zener D815V është e përshtatshme.
Duhet thënë se kjo llogaritje është mjaft e përafërt, pasi nuk merr parasysh disa parametra, siç janë, për shembull, gabimet e temperaturës. Sidoqoftë, në shumicën e rasteve praktike, metoda e përshkruar këtu për zgjedhjen e një diode zener është mjaft e përshtatshme.
Diodat Zener të serisë D815 kanë një përhapje të tensioneve të stabilizimit. Për shembull, diapazoni i tensionit të D815V është 7.4...9.1 V. Prandaj, nëse duhet të merrni tensionin e saktë në të gjithë ngarkesën (për shembull, saktësisht 9 V), do t'ju duhet të zgjidhni në mënyrë empirike një diodë zener nga një grup prej disa të të njëjtit lloj. Nëse nuk doni të shqetësoheni me zgjedhjen në mënyrë të rastësishme, atëherë mund të zgjidhni diodat zener nga një seri tjetër, për shembull seria KS190. Vërtetë, ato nuk janë të përshtatshme për rastin tonë, pasi ato kanë një fuqi shpërndarjeje jo më shumë se 150 mW. Një tranzistor mund të përdoret për të rritur fuqinë dalëse të stabilizatorit të tensionit. Por më shumë për këtë herë tjetër...
Dhe një gjë tjetër. Në rastin tonë, fuqia e shpërndarjes së diodës zener ishte mjaft e lartë. Dhe megjithëse sipas karakteristikave për D815V fuqia maksimale është 8000 mW, rekomandohet të instaloni një diodë zener në radiator, veçanërisht nëse funksionon në kushte të vështira (temperaturë e lartë mjedisi, ventilim i dobët, etj.).
Nëse është e nevojshme, më poshtë mund të kryeni llogaritjet e përshkruara më sipër për rastin tuaj
Stabilizuesit janë parametrikë dhe kompensues. Parimi i funksionimit të parametrave është se ata përdorin vetitë e veçanta të elementeve, parametrat e të cilëve, përkatësisht rezistenca, ndryshojnë në mënyrë që stabilizimi të bëhet i mundur.
Më poshtë janë karakteristikat e një transistori të zakonshëm (a) dhe një diodë zener silikoni (b):
Stabilizuesi aktual
Në të parën prej tyre, rezistenca e elementit ndryshon në mënyrë që, brenda kufijve të rëndësishëm të ndryshimeve të tensionit ndaj elementeve, rryma në të është pothuajse konstante. Në anën tjetër, përkundrazi, me ndryshime të rëndësishme në rrymë, voltazhi është pothuajse konstant. Prandaj, një transistor (ose pajisje të tjera gjysmëpërçuese me një karakteristikë të ngjashme) mund të përdoret për të stabilizuar rrymën, dhe një diodë zener mund të përdoret për të stabilizuar tensionin. Më poshtë është një qark për stabilizimin e rrymës:
Për ta llogaritur atë, së pari zgjidhni një element stabilizues CE me një karakteristikë dhe rrymë të përshtatshme I st (shih figurën më lart A). Tensioni që do të aplikohet në këtë element përcaktohet si tension mesatar midis fillimit dhe fundit të stabilizimit:
Në këtë rast, ngarkesa do të ketë një tension prej I st R n. Bazuar në këto të dhëna, llogariten vlerat e Uin që duhet të aplikohen në stabilizues:
Kjo përfundon llogaritjen e stabilizatorit aktual.
Stabilizuesi i tensionit
Stabilizuesi i tensionit i paraqitur në diagramin më poshtë llogaritet në mënyrë të ngjashme:
Në bazë të vlerës së dhënë të U st, zgjidhet një diodë e përshtatshme zener dhe nga karakteristikat e saj përcaktohen I min dhe I max. Duke përdorur këto të dhëna, llogaritet rryma I st = (I min + I max)/2. Rryma totale në I është e barabartë me I st + U st / R n. për të siguruar mbështetje në ngarkesën U st = I st R n kur voltazhi në rrjet zvogëlohet, tensioni i furnizuar në hyrjen U në zgjidhet 20 përqind më i lartë se U st. Kjo tepricë do të përdoret në rezistencën e çakëllit R b, vlera e së cilës do të gjendet duke përdorur formulën:
Për të përcaktuar cilësinë e stabilizatorit, është futur një koeficient stabilizimi, i barabartë me raportin e devijimeve relative të tensionit të hyrjes me devijimet relative të tensionit në ngarkesë:
Në Kst = 1 nuk ka stabilizim. Sa më shumë Kst të ndryshojë nga uniteti, aq më efektiv është stabilizimi.
Për stabilizuesit parametrikë, koeficienti i stabilizimit nuk është shumë i madh. Për stabilizim me cilësi të lartë, përdoren të ashtuquajturit stabilizues kompensimi. Elementi stabilizues në to janë transistorë të zakonshëm, të cilët kontrollohen automatikisht në mënyrë që tensioni i kolektorit të tyre të ndryshojë dhe të kompensojë devijimin e tensionit në hyrje.
Rregullatorët parametrikë të tensionit përdoren ende për të fuqizuar produktet elektronike me fuqi të ulët, kështu që është e nevojshme të jeni në gjendje t'i llogaritni ato.
Shpesh, kur përsëriten strukturat e përfunduara, kushtet e funksionimit të të cilave ndryshojnë nga ato të rekomanduara nga zhvilluesi, është e nevojshme të analizohet funksionimi i stabilizatorit parametrik të tensionit për të sqaruar vlerën e rezistencës së rezistencës së çakëllit.
Këto probleme u zgjidhën duke përdorur një skedar Microsoft Excel të zhvilluar nga autori. Paraqiten dy opsione për llogaritjen e një stabilizuesi parametrik të tensionit dhe një llogaritje për analizimin e kushteve të funksionimit të një diode zener në një qark të përfunduar.
Objektet e llogaritjes dhe analizës në shembuj janë stabilizues parametrikë të dy modeleve të njohura të amplifikatorëve të fuqisë së frekuencës audio. Kjo është nga Interlavka dhe nga Andrey Zelenin A.
Marrëdhëniet themelore për llogaritjen e një stabilizuesi parametrik duke përdorur një diodë zener
Në Fig. Figura 1 tregon një diagram skematik të një stabilizuesi parametrik: Uin – tension i pastabilizuar në hyrje, Uout=Ust – tension i stabilizuar në dalje, Ist – rrymë përmes diodës zener, In – rrymë e ngarkesës, R 0 – rezistencë çakëll (kufizuese, shuarëse).Uin=Ust+(Në+Ist)R 0 =Ust+IR 0, (1)
I=Në+Ist – rryma që rrjedh nëpër rezistencën e çakëllit R0.
Oriz. 1. Diagrami i një stabilizuesi parametrik të tensionit duke përdorur një diodë zener
Siç mund të shihet nga Fig. 1, një stabilizues parametrik i bazuar në një diodë zener silikoni është një ndarës tensioni i përbërë nga një rezistencë çakëll R0 me një karakteristikë lineare të tensionit aktual të rrymës (VC) dhe një diodë zener VD1, e cila mund të konsiderohet si një rezistencë me një rezistencë të theksuar jolineare I- V karakteristikë.
Kur ndryshon voltazhi Uin, rryma përmes ndarësit ndryshon, duke çuar në një ndryshim në rënien e tensionit në të gjithë rezistencën R0, dhe tensioni në diodën zener, prandaj, në të gjithë ngarkesën Rn praktikisht nuk ndryshon.
Një ndryshim i vogël në tension në të gjithë ngarkesën në intervalin nga Ust min në Ust max korrespondon me një ndryshim në rrymën përmes diodës zener nga Ist min në Ist max. Për më tepër, rryma minimale përmes diodës zener korrespondon me tensionin minimal të hyrjes dhe rrymën maksimale të ngarkesës, e cila arrihet me rezistencën e rezistencës së çakëllit.
R 0 =(Uin min-Ust min)/(Në max+Ist min). (2)
Nga ana tjetër, rryma maksimale përmes diodës zener do të rrjedhë me një rrymë minimale të ngarkesës dhe tension maksimal të hyrjes.
Është e lehtë të gjesh kushtet e funksionimit të stabilizatorit:
ΔUin=ΔUst+R 0 (ΔIst-ΔIn), (3)
ku ΔUin=Uin max-Uin min, ΔUst= Ust max-Ust min, ΔIst=Ist max-Ist min, ΔIn= Në max-In min.
Për thjeshtësi, le të vendosim ΔUst = 0 dhe të analizojmë shprehjen (3).
Gama e rrymës së ngarkesës nuk mund të jetë më e madhe se diapazoni i rrymës së diodës zener, pasi në këtë rast ana e djathtë e shprehjes bëhet negative dhe qarku nuk do të funksionojë si rregullator i tensionit.
Nëse ndryshimi në rrymën e ngarkesës është i parëndësishëm, shprehja për gjendjen e funksionimit të stabilizatorit thjeshtohet:
ΔUin= ΔIstR 0. (4)
Efikasiteti i një stabilizuesi parametrik përcaktohet nga shprehja:
Efikasiteti=Ust In /(Uin (Në + Ist)=1/(Nst(1+ Ist/In)), (5)
ku Nst=Uin/Ust – koeficienti i transmetimit të stabilizatorit; zakonisht Nst=1.4…2.
Nga shprehja (5) rezulton se sa më i ulët të jetë koeficienti i transferimit të stabilizatorit dhe sa më i ulët të jetë raporti i rrymës përmes diodës zener ndaj rrymës së ngarkesës, aq më i lartë është efikasiteti.
Parametri kryesor i një stabilizuesi të tensionit, me të cilin vlerësohet cilësia e performancës së tij, është koeficienti i stabilizimit:
Kst=(ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 Ust/rdUin=R 0 /Nst-d=Keficenca, (6)
ku rd është rezistenca dinamike e diodës zener; Kf – koeficienti i filtrimit.
Opsioni i parë për llogaritjen e një stabilizuesi parametrik
Këtë do ta bëjmë për rastin kur tensioni i furnizimit është i paqëndrueshëm dhe rezistenca e ngarkesës është relativisht konstante.
Të dhënat fillestare për llogaritjen janë: Uout, In, ΔIn, Uin, ΔUin.
Për të marrë tensionin e kërkuar të daljes, sipas librit të referencës, zgjidhni një diodë zener me parametrat: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.
Ne llogarisim tensionin e kërkuar të hyrjes bazuar në koeficientët ekstremë optimalë të transferimit të stabilizatorit Nst = 1.4...2, i cili gjithashtu mund të zgjidhet nga përdoruesi në çdo interval të kërkuar Nst:
Ist р=0.5(Ist min+Ist max)>In.
Le të llogarisim rezistencën e rezistencës së çakëllit:
R 0 =(Uin - Ust)/(Ist p+ In).
Le të llogarisim fuqinë e rezistencës së çakëllit me një diferencë të dyfishtë:
Po=2(Ist p+ In) 2 R 0 .
Le të kontrollojmë mënyrën e zgjedhur të funksionimit të stabilizatorit.
Llogaritja është e saktë nëse, me një ndryshim të njëkohshëm në Uin me shumën ΔUin dhe In me shumën ΔIn, rryma e diodës zener nuk shkon përtej kufijve të Ist max dhe Ist min:
Ist р max=(Uin+ ΔUin- Ust)/(R 0 -(Në- ΔIn))<0,8 Iст max;
Ist r min=(Uin- Ust)/(R0-(Në+ ΔIn))>1.2 Ist min.
Kjo merr parasysh diferencën prej 20% të kërkuar për funksionimin e besueshëm të diodës zener. Vlera maksimale e funksionimit të rrymës përmes diodës zener, e pranuar në llogaritje, nuk është më shumë se 0,8 nga referenca Ist max, për shkak të konsideratave të besueshmërisë operacionale të pajisjes, në mënyrë që fuqia e shpërndarë nga dioda zener të jetë më e ulët. maksimale. Për të garantuar koeficientin e kërkuar të stabilizimit, vlera minimale e funksionimit të rrymës përmes diodës zener Ist p min merret të jetë 1.2 herë më e madhe se Ist min.
Nëse vlerat e marra të rrymave Ist p max dhe Ist p min janë jashtë vlerave të lejuara, atëherë është e nevojshme të zgjidhni një vlerë të ndryshme për Ist p, të ndryshoni rezistencën R 0 ose të zëvendësoni diodën zener.
Ne gjithashtu do të llogarisim parametrat e stabilizatorit që përcaktojnë cilësinë dhe efikasitetin e tij - koeficienti i stabilizimit Kst = (ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 /(rdNst),
efikasiteti i faktorit të efikasitetit=Ust In /(Uin (Në + Ist))=1/(Nst(1+ Ist/In)),
dhe koeficienti i filtrimit Kf=Kst/eficencë.
Shembulli i llogaritjes nr. 1
Le të llogarisim një stabilizues parametrik të tensionit me karakteristikat e mëposhtme: tension i stabilizuar i ngarkesës Un=9 V; rryma e ngarkesës In = 10 mA; ndryshimi i rrymës së ngarkesës ΔIn=2 mA; ndryshimi i tensionit të hyrjes ΔUin=10%.Le të zgjedhim një diodë zener të tipit D814B, për të cilën Ust= Un=9 V; rd=10 Ohm; Ist max=36 mA; Është min=3 mA.
Ne futim informacionin e mësipërm në qelizat përkatëse të të dhënave të burimit (të theksuara me një mbushje blu të lehtë) të fletës "Opsioni i llogaritjes së parë" të tabelës Microsoft Excel "Llogaritja dhe analiza e funksionimit të një stabilizuesi parametrik të tensionit.xlsx" dhe merrni menjëherë rezultatet e llogaritjes në qelizat e llogaritjes, të theksuara me mbushje kafe të hapur:
tensioni i hyrjes Uin=15,0 V; rezistenca e rezistencës së ballastit R 0 =240 Ohm, fuqia e rezistencës së çakëllit me rezervë të dyfishtë Po=0,3 W; Kst=15.0, efikasiteti=24%, Kf=62.5 (shih Fig. 2).
Oriz. 2. Shtypni shembullin e llogaritjes nr. 1 nga ekrani
Ne zgjedhim një rezistencë me një rezistencë prej 240 Ohms dhe një fuqi prej 0,5 W.
Le të supozojmë se në hyrje të stabilizatorit ka valëzime të tensionit të alternuar me një amplitudë Upin = 0,1 V = 100 mV. Amplituda e valëzimit në daljen e stabilizatorit do të jetë Upst = Upin/Kph=100/62.5=1.6 mV.
Shembulli i llogaritjes nr. 2
Le të llogarisim një stabilizues parametrik për tensionet e furnizimit Up=Uin=±25 V; ±35 V dhe ±45 V.Llogaritja do të kryhet për një stabilizues parametrik të polaritetit pozitiv (R5, VD1, C2), pasi një stabilizues tjetër i polaritetit negativ (R6, VD2, C4) ndryshon vetëm në drejtimin e ndezjes së diodës zener.
Le të përgatisim të dhënat fillestare: tensioni i stabilizuar i ngarkesës Un=12 V, rryma e ngarkesës In=(12-0,5)/R2=11,5/10=1,15 mA, ΔIn=0,115 mA, ndryshimi i tensionit të hyrjes ΔUin=10 %.
Le të zgjedhim një diodë zener BZX55C12, e cila ka këto parametra: Ust= Un=12 V; rd=20 Ohm; Ist max=32 mA; Është min=5 mA.
Rezultatet e llogaritjes janë paraqitur në Fig. 3; për Up=±25 V R5=R6=1,3 kOhm (0,25 W); për Up=±35 V R5=R6=2,4 kOhm (0,5 W); për Up=±45 V R5=R6=3,6 kOhm (1 W).
Oriz. 3. Llogaritja e stabilizatorëve parametrikë për amplifikatorin “Green Lanzar”.
Opsioni i dytë për llogaritjen e stabilizatorit parametrik
përdor vlerat kufitare të rrymës së ngarkesës në min dhe në max si të dhëna fillestare, të cilat, kur In min = 0, bëjnë të mundur sigurimin e modalitetit boshe të stabilizatorit. Për ngarkesë konstante zgjidhni In max = In min.
Pra, të dhënat fillestare janë: tensioni i stabilizuar i ngarkesës Uout, rrymat e ngarkesës në min, në max, tensioni i vlerësuar i hyrjes Uin dhe devijimet e tij ΔUin n dhe ΔUin në.
Parametrat e diodës zener janë të njëjta si në llogaritjen e mëparshme: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.
Ne llogarisim vlerat maksimale dhe minimale të rrymës së funksionimit të diodës zener:
Ist p max=0.8 Ist max,
Ist p min=1.2 Ist min.
Nëse stabilizuesi duhet të funksionojë në modalitetin boshe (Në min=0), zgjidhni Ist p min=Ist min.
Ne kontrollojmë përshtatshmërinë e diodës zener të zgjedhur për tensionin e stabilizimit brenda kufijve të specifikuar të rrymës së ngarkesës dhe tensionit të furnizimit:
(Ist p max+ Në min)(1- ΔUin n)-(Ist min+ Në max)(1+ ΔUin në)>0,
ku ΔUin n=(Uin-Uin min)/ Uin, ΔUin in=(Uin max-Uin)/ Uin.
Nëse pabarazia nuk qëndron, ju duhet:
përdorni një diodë zener më të fuqishme;
vendosur në vlera më të vogla · ΔUin n dhe ΔUin in;
zvogëloni në max ose rritni në min.
Tensioni i vlerësuar Uin, të cilin ndreqësi duhet të sigurojë, llogaritet duke përdorur formulën:
Uin= Ust [(Ist p max+I n min)- (Ist p min+ I n max)]/[(Ist p max+I n min)(1- ΔUinn)- (Ist p min+I n max) ( 1+ΔUin në)].
Rezistenca e rezistencës së çakëllit:
R 0 = Uin(ΔUin në+ΔUin n)/[(Ist p max+ Në min)- (Ist p min+ Në max)].
Ne gjithashtu llogarisim fuqinë e rezistencës me një diferencë të dyfishtë:
Po=2(Uin(1+ ΔUin n) - Ust) 2 /R 0 .
Duke përdorur formulat e dhëna në versionin e parë të llogaritjes, gjejmë Kst, efikasitetin dhe Kf.
Shembulli i llogaritjes nr. 3
Le të llogarisim një stabilizues parametrik të tensionit me karakteristikat e mëposhtme: tension i stabilizuar i ngarkesës Un=9 V; rryma Në min =0, Në max =10 mA; ndryshimi i hyrjes ΔUin n=10%, ΔUin v=15%.Le të zgjedhim një diodë zener të tipit D814B, për të cilën Ust = Un; rd=10 Ohm; Ist max=36 mA, Ist min=3 mA.
Pas futjes së të dhënave fillestare në fletën e tabelës “Opsioni i dytë i llogaritjes”, marrim rezultatet e mëposhtme (Fig. 4):
Uin=14 V, R 0 =221 Ohm, Po=0,45 W, Kst=14,2.
Oriz. 4. Pamja e ekranit të stabilizatorit parametrik në modalitetin boshe
Ne zgjedhim një rezistencë me një rezistencë prej 220 Ohms dhe një fuqi prej 0,5 W.
Analiza e funksionimit të një stabilizuesi parametrik
Të dhënat fillestare të analizës janë si më poshtë: Un, In, ΔIn, ΔUin, R 0 .Gjithashtu për analizë kërkohen parametrat e diodës zener: Ust = Un, rd, Ist max dhe Ist min.
Analiza zbret në llogaritjen e rrymës së funksionimit të diodës zener Ist p=(Uin-Ust)/R 0 -In; koeficienti i transmetimit Nst = Uin/Ust; fuqia Po e rezistencës së çakëllit, koeficienti i stabilizimit Kst, koeficienti i efikasitetit dhe filtrimit Kf.
Është e rëndësishme të kontrolloni mënyrën e funksionimit të diodës zener në qarkun e stabilizatorit, i cili kryhet duke përdorur formula të ngjashme me ato të dhëna në opsionin e parë të llogaritjes.
Shembulli i analizës #1
Le të analizojmë vlerat e rezistorëve të çakëllit R3 dhe R4 të stabilizuesve të tensionit të kompensimit të amplifikatorit Lanzar, në varësi të tensionit të furnizimit të përdorur.Gama e deklaruar e tensioneve të furnizimit të amplifikatorit është nga Up=±30 V deri në ±65 V, ndërsa në diagrami skematik rezistenca e rezistencave të çakëllit tregohet R 0 =R3=R4=2,2 kOhm (1 W).
Në një botim tjetër, rekomandohet të zgjidhni vlerën e rezistencës së rezistorëve të çakëllit në varësi të tensionit të furnizimit të amplifikatorit duke përdorur formulën R 0 = (Up-15)/I, ku I = 8...10 mA. Tabela 1 tregon llogaritjen duke përdorur formulën e specifikuar për diapazonin e tensionit të furnizimit të amplifikatorit në rritje prej 5 V.
Të dhënat fillestare për analizë: tensioni i stabilizuar i ngarkesës Un=15 V, rryma e ngarkesës In=(15-0,5)/R5=14,5/6,8=2,13 mA, ΔIn=0,213 mA, ndryshimi i tensionit në hyrje ΔUin=10%.
Le të zgjedhim një diodë zener 1N4744A, e cila ka këto parametra: Ust= Un=15 V; rd=14 Ohm; Ist max=61 mA; Është min=5 mA.
Një analizë e funksionimit të stabilizatorëve parametrikë në amplifikatorin Lanzar tregoi se rryma minimale e stabilizatorit Ist p min u zgjodh në kufi me një diferencë prej vetëm 3...14% në vend të 20% të kërkuar (Fig. 5).
Oriz. 5. Mënyrat e funksionimit të stabilizatorëve në amplifikatorin Lanzar në varësi të tensionit të zgjedhur të furnizimit
Duke përdorur mjetin e analizës së të dhënave të fletëllogaritës së Microsoft Excel "Përzgjedhja e parametrave", ne do të sqarojmë rezistencën e rezistorëve të çakëllit. Për ta bërë këtë, le të shkojmë në qelizë me formulën për Ist p min (qelizë C26) dhe zgjidhni nga menyja Të dhënat -> « Çfarë-nëse analiza»-> Zgjedhja e parametrave.
Vendoseni në një qelizë C26 vlera 6.0 (diferenca 20% e Ist min), duke ndryshuar vlerën e qelizës në të cilën është futur rezistenca e rezistencës së çakëllit ( 15 dollarë kanadezë).
Marrim R 0 = 1,438 kOhm. Le të fusim në këtë qelizë vlerën më të afërt të rezistencës nga seria standarde R 0 =1.3 kOhm.
Pasi kemi kryer operacionin e treguar në tabelë për të gjitha vlerat e tensioneve të furnizimit, marrim rezultatin e mëposhtëm (Fig. 6).
Oriz. 6. Sqarimi i mënyrave të funksionimit të stabilizatorëve parametrikë të amplifikatorit Lanzar
Rezultatet e analizës janë përmbledhur gjithashtu në Tabelën 2.
Fuqia e rezistorëve për tensionet e furnizimit të amplifikatorit nga ±30 V në ±40 V është 0,5 W, për tensionet e tjera - 1 W.
Fundi
Është e nevojshme të llogaritet edhe një pajisje kaq e thjeshtë si një stabilizues parametrik i tensionit. Zgjedhja e vlerës së rezistencës së çakëllit "me sy" mund të shkaktojë gabime të projektimit që nuk do të vërehen menjëherë.Para se të montoni modelin që ju pëlqen, këshillohet të analizoni dhe, nëse është e nevojshme, të sqaroni mënyrën e funksionimit të diodës zener të stabilizatorit parametrik duke përdorur tabelat e propozuara në Microsoft Excel.
I mjaftueshëm për shumë qarqe dhe qarqe elektrike bllok i thjeshtë furnizimi me energji elektrike që nuk ka një dalje të tensionit të stabilizuar. Burime të tilla më së shpeshti përfshijnë një transformator të tensionit të ulët, një ndreqës të urës me diodë dhe një kondensator që vepron si filtër.
Tensioni në daljen e furnizimit me energji varet nga numri i kthesave të spirales dytësore të transformatorit. Në mënyrë tipike, voltazhi i rrjetit të amvisërisë ka stabilitet mesatar dhe rrjeti nuk prodhon 220 volt të kërkuara. Vlera e tensionit mund të luhatet në intervalin nga 200 në 235 V. Kjo do të thotë që tensioni në daljen e transformatorit gjithashtu nuk do të jetë i qëndrueshëm, dhe në vend të standardit 12 V, rezultati do të jetë nga 10 në 14 volt.
Funksionimi i qarkut të stabilizatorit
Pajisjet elektrike që nuk janë të ndjeshme ndaj ndryshimeve të vogla në tensionin e furnizimit mund të përdorin një furnizim konvencional me energji elektrike. Dhe pajisjet më kapriçioze nuk do të jenë më në gjendje të punojnë pa energji të qëndrueshme dhe thjesht mund të digjen. Prandaj, ekziston nevoja për një qark ndihmës të barazimit të tensionit të daljes.
Le të shqyrtojmë një qark që barazon tensionin DC duke përdorur një transistor dhe një diodë zener, e cila luan rolin e elementit kryesor, përcakton dhe barazon tensionin në daljen e furnizimit me energji elektrike.
Le të kalojmë në një konsideratë specifike diagrami elektrik një stabilizues konvencional për të barazuar tensionin DC.
- Ekziston një transformator zbritës me një tension të ndryshueshëm dalës prej 12V.
- Ky tension furnizohet në hyrjen e qarkut, dhe më konkretisht, në urën ndreqëse të diodës, si dhe një filtër të bërë në një kondensator.
- Ndreqësi, i bërë në bazë të një ure diodë, konverton rrymën alternative në rrymë të vazhdueshme, por fitohet një tension i papritur.
- Diodat gjysmëpërçuese duhet të funksionojnë në rrymën më të lartë me një rezervë prej 25%. Kjo rrymë mund të gjenerohet nga furnizimi me energji elektrike.
- Tensioni i kundërt nuk duhet të bjerë më pak se tensioni i daljes.
- Kondensatori, i cili luan rolin e një lloj filtri, i barazon këto luhatje të fuqisë, duke e kthyer formën e valës së tensionit në një formë grafiku pothuajse ideale. Kapaciteti i kondensatorit duhet të jetë në intervalin 1-10 mijë mikrofarad. Tensioni gjithashtu duhet të jetë më i lartë se vlera e hyrjes.
Nuk duhet të harrojmë efektin e mëposhtëm: pas kondensatorit elektrolitik (filtri) dhe urës ndreqës të diodës, tensioni i alternuar rritet me rreth 18%. Kjo do të thotë që rezultati nuk është 12 V në dalje, por rreth 14.5 V.
Veprimi i diodës Zener
Faza tjetër e punës është funksionimi i diodës zener për të stabilizuar tensionin DC në modelin e stabilizatorit. Është lidhja kryesore funksionale. Nuk duhet të harrojmë se diodat zener, brenda kufijve të caktuar, mund të ruajnë stabilitetin në një tension të caktuar konstant kur lidhen në të kundërt. Nëse aplikoni tension në diodën zener nga zero në një vlerë të qëndrueshme, ai do të rritet.
Kur të arrijë një nivel të qëndrueshëm, do të mbetet konstant, me një rritje të lehtë. Në të njëjtën kohë, forca e rrymës që kalon përmes saj do të rritet.
Në qarkun e konsideruar të një stabilizuesi konvencional, voltazhi i daljes së të cilit duhet të jetë 12 V, dioda zener përcaktohet për një vlerë tensioni prej 12.6 V, pasi 0.6 V do të jetë një humbje tensioni në tranzicionin bazë emetues të tranzitorit. Tensioni i daljes në pajisje do të jetë saktësisht 12 V. Dhe meqenëse e vendosëm diodën zener në një vlerë prej 13 V, dalja e njësisë do të jetë afërsisht 12.4 volt.
Dioda zener kërkon një kufi të rrymës për ta mbrojtur atë nga ngrohja e tepërt. Duke gjykuar nga diagrami, ky funksion kryhet nga rezistenca R1. Është i lidhur në seri me një diodë zener VD2. Një tjetër kondensator, i cili vepron si filtër, është i lidhur paralelisht me diodën zener. Duhet të barazojë impulset e tensionit që rezultojnë. Edhe pse mund të bëni plotësisht pa të.
Diagrami tregon transistorin VT1 të lidhur me një kolektor të përbashkët. Qarqe të tilla karakterizohen nga një rritje e konsiderueshme e rrymës, por nuk ka rritje të tensionit. Nga kjo rrjedh se dalja e tranzistorit prodhon një tension konstant të pranishëm në hyrje. Meqenëse kryqëzimi i emetuesit thith 0.6 V, dalja e transistorit është vetëm 12.4 V.
Në mënyrë që transistori të hapet, nevojitet një rezistencë për të krijuar një paragjykim. Ky funksion kryhet nga rezistenca R1. Nëse ndryshoni vlerën e tij, mund të ndryshoni rrymën e daljes së tranzitorit, dhe, rrjedhimisht, rrymën e daljes së stabilizatorit. Si eksperiment, mund të lidhni një rezistencë të ndryshueshme 47 kOhm në vend të rezistencës R1. Duke e rregulluar atë, mund të ndryshoni rrymën e daljes së furnizimit me energji elektrike.
Në fund të qarkut të stabilizatorit të tensionit, është lidhur një tjetër kondensator i vogël elektrolitik C3, i cili barazon pulset e tensionit në daljen e pajisjes së stabilizuar. I ngjitur në të qark paralel rezistenca R2, e cila mbyll emetuesin VT1 në polin negativ të qarkut.
konkluzioni
Ky qark është më i thjeshti, përfshin numrin më të vogël të elementeve dhe krijon një tension të qëndrueshëm në dalje. Ky stabilizues është mjaft i mjaftueshëm për funksionimin e shumë pajisjeve elektrike. Një tranzistor i tillë dhe një diodë zener janë projektuar për një rrymë maksimale prej 8 A. Kjo do të thotë se për një rrymë të tillë nevojitet një radiator ftohës për të hequr nxehtësinë nga gjysmëpërçuesit.
Më shpesh përdoren diodat Zener, transistorët dhe stabilizuesit. Ata kanë efikasitet të reduktuar, kështu që ato përdoren vetëm në qarqet me fuqi të ulët. Më shpesh ato përdoren si burime kryesore të tensionit në qarqet kompensuese të stabilizuesve të tensionit. Stabilizues të tillë parametrikë janë urë, shumëfazor dhe njëfazor. Kjo është më qarqe të thjeshta stabilizues të ndërtuar në bazë të një diode zener dhe elementëve të tjerë gjysmëpërçues.
Përmbajtja:Qarqet me rrymë të ulët me ngarkesa 20 mA ose më pak përdorin një pajisje me efikasitet të ulët të njohur si rregullator parametrik të tensionit. Dizajni i këtyre pajisjeve përfshin transistorë, stabilizues dhe dioda zener. Ato përdoren kryesisht në pajisjet stabilizuese kompensuese si burime të tensionit referencë. Në varësi të karakteristikat teknike, stabilizuesit parametrikë mund të jenë njëfazor, shumëfazor dhe urë.
Dioda zener, e cila është pjesë e dizajnit, i ngjan një diodë të lidhur në të kundërt. Sidoqoftë, prishja e tensionit të kundërt, karakteristik për një diodë zener, është baza për funksionimin normal të saj. Kjo veti përdoret gjerësisht për qarqe të ndryshme në të cilat është e nevojshme të krijohet një kufizim i tensionit të sinjalit të hyrjes. Stabilizuesit parametrik janë pajisje me shpejtësi të lartë, ato mbrojnë zonat e ndjeshme të qarqeve nga zhurma e impulsit. Përdorimi i këtyre elementeve në qarqet moderne është bërë një tregues i cilësisë së tyre të lartë, duke siguruar funksionim të qëndrueshëm të pajisjeve në mënyra të ndryshme.
Qarku i stabilizatorit parametrik
Baza e një stabilizuesi parametrik është një qark kalimi i diodës zener, i cili përdoret gjithashtu në llojet e tjera të stabilizatorëve si burim i tensionit të referencës.
Qarku standard përbëhet nga, i cili, nga ana tjetër, përfshin një rezistencë çakëll R1 dhe një diodë zener VD. Rezistenca e ngarkesës RH lidhet paralelisht me diodën zener. Ky dizajn stabilizon tensionin e daljes me ndryshimin e tensionit të furnizimit lart dhe rrymën e ngarkesës In.
Qarku funksionon në rendin e mëposhtëm. Rritja e tensionit në hyrjen e stabilizatorit shkakton një rritje të rrymës që kalon përmes rezistencës R1 dhe diodës zener VD. Tensioni i diodës zener mbetet i pandryshuar për shkak të karakteristikës së tij të tensionit aktual. Prandaj, tensioni në rezistencën e ngarkesës nuk ndryshon. Si rezultat, i gjithë tensioni i ndryshuar do të furnizohet me rezistencën R1. Parimi i funksionimit të qarkut bën të mundur llogaritjen e të gjithë parametrave të nevojshëm.
Llogaritja e një stabilizuesi parametrik
Cilësia e funksionimit të një stabilizuesi të tensionit vlerësohet nga koeficienti i tij i stabilizimit, i përcaktuar me formulën: KstU= (ΔUin/Uin) / (ΔUout/Uout). Tjetra, llogaritja e stabilizatorit parametrik të tensionit në diodën zener kryhet në përputhje me rezistencën e rezistencës së çakëllit Ro dhe llojin e diodës zener të përdorur.
Për llogaritjen e diodës zener përdoren parametrat e mëposhtëm elektrikë: Ist.max - rryma maksimale e diodës zener në pjesën e punës të karakteristikës rrymë-tension; Ist.min - rryma minimale e diodës zener në seksionin e punës të karakteristikës së tensionit aktual; Rd - rezistenca diferenciale në seksionin e punës të karakteristikës së tensionit aktual. Procedura e llogaritjes mund të konsiderohet duke përdorur një shembull specifik. Të dhënat fillestare do të jenë si më poshtë: Uout= 9 V; Në = 10 mA; ΔIn= ± 2 mA; ΔUin= ± 10%Uin.
Para së gjithash, në drejtori zgjidhet dioda zener e markës D814B, parametrat e së cilës janë: Ust = 9 V; Ist.max = 36 mA; Ist.min= 3 mA; Rd = 10 Ohm. Pas kësaj, voltazhi i hyrjes llogaritet duke përdorur formulën: Uin=nstUout, në të cilën nst është koeficienti i transferimit të stabilizatorit. Funksionimi i pajisjes stabilizuese do të jetë më efektiv kur nst është 1.4-2.0. Nëse nst = 1.6, atëherë Uin = 1.6 x 9 = 14.4V.
Hapi tjetër është llogaritja e rezistencës së rezistencës së çakëllit (Ro). Për këtë përdoret formula e mëposhtme: Ro= (Uin-Uout) / (Ist+In). Vlera aktuale Ist zgjidhet sipas parimit: Ist ≥ In. Në rastin e një ndryshimi të njëkohshëm në Uin nga vlera ΔUin dhe In nga vlera ΔIn, rryma e diodës zener nuk duhet të kalojë vlerat e Ist.max dhe Ist.min. Në këtë drejtim, Ist merret si vlera mesatare e lejuar në këtë diapazon dhe është 0.015A.
Kështu, rezistenca e rezistencës së çakëllit do të jetë e barabartë me: Ro = (14.4 - 9) / (0.015 + 0.01) = 216 Ohms. Rezistenca standarde më e afërt do të jetë 220 ohms. Për të zgjedhur llojin e dëshiruar të rezistencës, duhet të llogarisni fuqinë e shpërndarë në trupin e tij. Duke përdorur formulën P = I2Ro, marrim vlerën P = (25·10-3)2x220 = 0,138 W. Kjo do të thotë, shpërndarja standarde e fuqisë së rezistencës do të jetë 0.25 W. Prandaj, një rezistencë MLT-0,25-220 Ohm ± 10% është më e përshtatshme për qarkun.
Pas përfundimit të të gjitha llogaritjeve, duhet të kontrolloni nëse mënyra e funksionimit të diodës zener është zgjedhur saktë në qarkun e përgjithshëm të stabilizatorit parametrik. Fillimisht përcaktohet rryma minimale e saj: Ist.min = (Uin-ΔUin-Uout) / Ro - (In+ΔIn), me parametra realë fitohet vlera Ist.min = (14.4 - 1.44 - 9) x 103/ 220. - (10 + 2) = 6 mA. Të njëjtat veprime kryhen për përcaktimin e rrymës maksimale: Ist.max = (Uin+ΔUin-Uout) / Ro - (In-ΔIn). Në përputhje me të dhënat fillestare, rryma maksimale do të jetë: Ist.max = (14.4 + 1.44 - 9) · 103/ 220 - (10 - 2) = 23 mA. Nëse vlerat e marra të rrymës minimale dhe maksimale janë jashtë kufijve të lejuar, atëherë në këtë rast është e nevojshme të ndryshoni Ist ose Ro. Në disa raste, dioda zener duhet të zëvendësohet.
Stabilizuesi parametrik i tensionit në diodën zener
Për çdo qark radio-elektronik, kërkohet një burim energjie. Ato mund të jenë rrymë direkte dhe alternative, të stabilizuara dhe të pastabilizuara, dhe lineare, rezonante dhe pothuajse rezonante. Kjo shumëllojshmëri bën të mundur zgjedhjen e furnizimit me energji elektrike për qarqe të ndryshme.
Në më të thjeshtën qarqet elektronike, ku nuk kërkohet stabilitet i lartë i tensionit të furnizimit ose fuqia e lartë e daljes, më së shpeshti përdoren burimet lineare të tensionit, të karakterizuara nga besueshmëria, thjeshtësia dhe kostoja e ulët. Komponentët e tyre janë stabilizues parametrik të tensionit dhe rrymës, dizajni i të cilave përfshin një element që ka një karakteristikë jolineare të rrymës-tensionit. Një përfaqësues tipik i elementeve të tillë është një diodë zener.
Ky element i përket një grupi të veçantë diodash që veprojnë në modalitetin e degës së kundërt të karakteristikës së tensionit aktual në rajonin e prishjes. Kur dioda ndizet në drejtimin përpara nga anoda në katodë (nga plus në minus) me një tension Uthr, rryma elektrike fillon të rrjedhë lirshëm nëpër të. Nëse drejtimi i kundërt nga minus në plus është i ndezur, atëherë vetëm një Irev rrymë, që arrin vetëm disa μA, kalon nëpër diodë. Një rritje e tensionit të kundërt në diodë në një nivel të caktuar do të çojë në prishjen e tij elektrike. Nëse rryma është e mjaftueshme, dioda dështon për shkak të prishjes termike. Funksionimi i një diode në rajonin e prishjes është i mundur nëse rryma që kalon nëpër diodë është e kufizuar. Në dioda të ndryshme, voltazhi i prishjes mund të shkojë nga 50 në 200 V.
Ndryshe nga diodat, karakteristika e tensionit aktual të një diode zener ka një linearitet më të lartë në kushtet e tensionit konstant të prishjes. Kështu, për të stabilizuar tensionin duke përdorur këtë pajisje, përdoret dega e kundërt e karakteristikës së tensionit aktual. Në seksionin e degës së drejtpërdrejtë, funksionimi i diodës zener ndodh saktësisht në të njëjtën mënyrë si me një diodë konvencionale.
Në përputhje me karakteristikën e saj të tensionit aktual, dioda zener ka parametrat e mëposhtëm:
- Tensioni i stabilizimit - Ust. Varet nga tensioni në diodën zener gjatë rrjedhjes së rrymës Ist. Gama e stabilizimit të diodave moderne zener varion nga 0,7 në 200 volt.
- Maksimumi i lejuar D.C. stabilizim - Ist.max. Kufizohet nga shkalla maksimale e lejueshme e fuqisë Pmax, e cila, nga ana tjetër, është e lidhur ngushtë me temperaturën e ambientit.
- Rryma minimale e stabilizimit - Ist.min. Varet nga vlera minimale e rrymës që kalon nëpër diodën zener. Në këtë rrymë, pajisja duhet të mbetet plotësisht funksionale. Karakteristika e tensionit aktual të diodës zener midis parametrave Ist.max dhe Ist.min ka konfigurimin më linear, dhe ndryshimi në tensionin e stabilizimit është shumë i parëndësishëm.
- Rezistenca diferenciale e diodës zener - e para. Kjo vlerë përcaktohet si raporti i rritjes së tensionit të stabilizimit në pajisje me rritjen e vogël të rrymës së stabilizimit që shkaktoi këtë tension (ΔUCT/ΔiCT).
Stabilizuesi parametrik i tranzistorit
Funksionimi i një stabilizuesi parametrik duke përdorur transistorë nuk është pothuajse i ndryshëm nga një pajisje e ngjashme duke përdorur një diodë zener. Në çdo qark, voltazhi në dalje mbetet i qëndrueshëm, pasi karakteristikat e tyre të tensionit aktual ndikojnë në zonat me një rënie të tensionit që varet dobët nga rryma. Kjo do të thotë, si në stabilizuesit e tjerë parametrikë, treguesit e qëndrueshëm të rrymës dhe tensionit arrihen për shkak të vetive të brendshme të përbërësve.
Rënia e tensionit në të gjithë ngarkesën do të jetë e njëjtë me ndryshimin midis rënies së tensionit të diodës zener dhe tranzicioni r-n tranzistor. Rënia e tensionit në të dyja rastet varet dobët nga rryma, nga e cila mund të konkludojmë se tensioni i daljes është gjithashtu konstant.
Funksionimi normal i stabilizatorit karakterizohet nga prania e tensionit në intervalin nga Ust.max në Ust.min. Për ta bërë këtë, është e nevojshme që rryma që kalon nëpër diodën zener të jetë në intervalin nga Ist.max në Ist.min. Kështu, rrjedha maksimale e rrymës përmes diodës zener do të kryhet në kushtet e rrymës minimale të bazës së tranzitorit dhe tensionit maksimal të hyrjes. Prandaj, një stabilizues i tranzistorit ka avantazhe të konsiderueshme mbi një pajisje konvencionale, pasi vlera e rrymës së daljes mund të ndryshojë në një gamë të gjerë.
