Схема простого линейного стабилизатора на стабилитроне, описание принципа его работы. « ЭлектроХобби

Для стабильной работы различных систем (будь то электрические или прочие) естественно нужны стабильные ее элементы, части. Электрическое напряжение является основополагающей характеристикой, которая нуждается в своей мере. Любая электрическая схема требует для своей нормальной работы определенную величину электрического напряжения, от которого также зависят сила тока, сопротивление, мощность. Следовательно в электротехнике существуют специальные компоненты и схемы, задача которых стабилизировать напряжение.

Самым простым способом стабилизировать электрическое постоянное напряжение в нужном месте цепи, схемы является использование обычного стабилитрона. Именно этот электронный элемент в силу своих физических свойств может поддерживать определенную величину постоянного напряжения на одном уровне (с небольшим отклонением, которое можно уменьшить различными способами).

Сам по себе стабилитрон нормально не будет работать, нужен дополнительный резистор. Вместе они образуют схему простого линейного стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне. Стабилитрон представляет собой обычный двуполярный полупроводник с определенным порогом обратного напряжения, после превышения которого он попросту пробивается и начинает пропускать через себя ток. Если до этого пробоя напряжение росло, а ток не менялся (был крайне мал и незначительный), то после пробоя (своего стабилизированного напряжения) стало все наоборот — напряжение остается примерно на одном уровне (меняется незначительно), а сила тока начинает увеличиваться. Различные стабилитроны рассчитаны на свое определенное напряжение стабилизации и максимальный ток (который течет через них после пробоя в режиме стабилизации).

Если просто попытаться присоединить стабилитрон к схеме и путем увеличения входного напряжения смотреть что будет, то можно увидеть — до момента пробоя постоянное напряжение просто постепенно будет увеличиваться на выводах полупроводника, после же пробоя начнет увеличиваться ток, и достаточно сильно. Естественно, чем больше сила тока протекает через элемент, тем сильнее он нагревается. Обычно стабилитроны имеют небольшие размеры. На сильные токи они не рассчитаны. Следовательно даже незначительное превышение тока может легко спалить деталь.

Для нормальной работы такой вот простой схемы линейного стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне последовательно ставится резистор (определенного номинала и мощности). Получается простая последовательная электрическая цепь, состоящая из стабилитрона (полупроводника) и резистора (сопротивления). Что будет происходить в этом случае при постепенном увеличении входного напряжения?

В начале до момента пробоя полупроводника большая часть напряжения (практически все поскольку внутреннее сопротивления стабилитрона в закрытом состоянии очень велико) будет оседать именно на нем. Ток в этой цепи будет мизерным (токи утечки полупроводника). После пробоя стабилитрона (выход в режим стабилизации постоянного напряжения) на нем будет оставаться лишь то напряжение, на которое он рассчитан, а остальное (все, что больше напряжения стабилизации, идущее от источника питания) уже будет оседать на резисторе. Сопротивлением этого резистора регулируется сила тока, которая протекает по этой цепи (простой схемы линейного стабилизатора на стабилитроне).

В итоге получаем, что на стабилитроне будет у нас практически стабильное, имеющее постоянную величину (с небольшим отклонением) постоянное напряжение. А все лишнее, идущее от питающего эту схему источника, будет оставаться на сопротивлении (и меняться оно будет только на нем). Таким образом можно параллельно стабилитрону, в этой схеме линейного стабилизатора, подключать различные маломощные элементы и схемы, которые нуждаются в стабилизированном постоянном напряжении определенной величины.

Для некоторых схем подобная схема простого линейного стабилизатора постоянного напряжения вполне подходит. Хотя все же стабилитрон не может оказать высокую степень стабилизации (есть свои пределы). Его удобно использовать как элемент, создающий место опорного напряжения в схеме. Но для того, чтобы добиться большей стабильности напряжения нужно уже использовать электронные схемы, в которых будет иметься обратная связь, регулирующая величины напряжения за счет цепей, замыкающих выход со входом.

Достаточно часто параллельно этому стабилитрону подсоединяется переменный резистор, идущий уже к транзисторам и микросхемам. Это позволяет создавать как бы место опорного напряжения в более сложных электронных схемах. Если к выходу одного такого линейного стабилизатора (параллельно стабилитрону) подсоединить вход еще одного такого же (последовательную цепь из резистора и стабилитрона), то мы получим улучшенную стабилизацию постоянного напряжения. Стабилизация постоянного напряжения увеличивается в разы. Каждый последующий стабилитрон такой вот цепи должен быть рассчитан на меньшее напряжение, чем вначале стоящий.

P.S. Если обычный диод работает при прямом его включении (на плюс диода подается плюс питания, а на минус диода, минус питания). То в стабилитроне все наоборот. Он нормально работает именно при обратном подключении. Именно режим пробоя полупроводника (который не приносит вреда) дает возможность иметь на  этом компоненте стабилизированное постоянное напряжение. Но опять же, повторюсь, эти полупроводники не рассчитаны на большие токи. Имеют малые размеры. И если случайно через стабилитрон пойдет достаточно большой ток, он просто испортится от перегрева. Учитывайте это.

Стабилитроны

Стабилитроны  (диоды  Зенера)  –  особая  разновидность  диодов,  предназначенная для формирования стабилизированного напряжения питания.

ВАХ, графема стабилитрона и типовые характеристики представлены на рисунке  2.8.  Обратите  внимание,  что  рабочий  ток  стабилитрона  втекает  в  его катод и вытекает из анода!

Вольтамперная характеристика стабилитронов внешне совпадает с аналогичной у выпрямительного диода, однако рабочая область  стабилитрона другая – лежит в отрицательной области напряжений. При протекании обратного  тока в  диапазоне  значений  Iст.мин…Iст.макс  напряжение  на  стабилитроне  меняется  незначительно – от Uст.мин…Uст.макс.

Следует иметь в виду, что, несмотря на похожесть характеристик, обратная ветвь выпрямительных диодов использоваться, как у стабилитрона не может  –  диод выйдет из строя, сгорит. Это связано с существенными технологическими различиями между ними.

Типовая схема использования стабилитрона и её расчёт

Типовая схема  стабилизатора напряжения, которую ещё принято называть  линейным  параметрическим  стабилизатором,  т.к.  его  принцип  действия базируется на особенности ВАХ стабилитрона  (показана на рисунке  2.9). Резистор Rб принято называть балластным.

Примечание   –  Существуют другие виды стабилизаторов – линейные компенсационные.

Графический  способ  определения  рабочей  точки  стабилитрона  на  его ВАХ  представлен на рисунке  2.9. Аналитический расчёт схемы заключается в выборе сопротивления R:

(Е_вх.мин-U_{ст.макс})/Iвх.мин = R,   (2.4)

I_вх.мин = I_{стаб.мин} + I_{нагр.макс}  (2.5)

В  нашем  случае  источником  первичного  питания  являются  химические источники тока (ХИТ; батареи, аккумуляторы). Пока они свежие, их суммарная ЭДС имеет максимальное значение.

По мере исчерпания энергии ЭДС уменьшается, поэтому расчёт необходимо вести для наихудшего случая –  когда энергия батарей уменьшается до допустимого минимума.

Примечания: 

1. Следует иметь в виду, что, если нагрузка будет отключена, то ток, предназначенный для нагрузки, потечёт в стабилитрон, поэтому при выборе стабилитрона следует уточнить: не превысит ли ток стабилитрона в этом состоянии максимально допустимое значение.
2. Следует также иметь в виду, что, если нагрузка меняется в широком (допустимом) диапазоне, то напряжение на стабилитроне также заметно будет меняться. Для сглаживания пульсаций полезно будет подключить параллельно нагрузке конденсатор.
3. Значение резистора R должно быть  относительно большим, чтобы  нестабильность входного питания меньше влияло на стабильность выходного напряжения стабилизатора.
4. КПД параметрического стабилизатора  принципиально  низкий,  поэтому  использовать его в батарейных приборах нежелательно.

Конструктивные варианты стабилитронов

Конструктивное оформление стабилитронов практически не отличается от таковых для полупроводниковых диодов (показано на рисунке 2.10).

домашнее задание — Расчет значений по принципиальной схеме стабилитрона

Задай вопрос

спросил 1 год, 2 месяца назад

Изменено 3 месяца назад

Просмотрено 112 раз

\$\начало группы\$

Дан D1 — стабилитрон на 10 В, R1 = 1000 Ом и приведена следующая электрическая схема

Найдите ток \$I_D\$ через диод (D1).

\$I_D = \frac{11 — 10}{1000} = 1\$ мА, максимальный ток через стабилитрон.

Найдите ток \$I_R\$ через резистор (R1).

\$I_R = I_D\$, одинаковый ток, потому что они включены последовательно.

Найдите напряжение \$V_D\$ на диоде (D1).

\$V_D = 11 — (0.001\times 1000) = 10\$ В, чувствую, что мне дано 10 В, но нужно показать расчеты…

Найдите напряжение \$V_R\$ на резисторе (R1).

\$V_R = 11 — V_D = 1\$ V

Несмотря на то, что проблема кажется простой, я привык решать стабилитрон с \$V_Z = V_{Z0} + I_Z r_Z\$ и чувствую себя очень пойманным сторожить. В вопросе отсутствует информация или расчеты, которые я сделал, верны? Я также реконструировал схему в симуляторе, и значения, которые она выдает, близки, но не точны моим. Это только увеличивает мою неуверенность в своих рассуждениях.

• стабилитрон
• домашнее задание

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

В вопросе отсутствует информация?

Да и нет. Когда не дается никакой информации о стабилитроне (кроме его стабилитрона), вы можете пойти двумя путями:

1. Предположим, что это идеализированный стабилитрон с \$r_Z=0\$. Это то, что вы сделали. Такой стабилитрон моделируется идеальным источником напряжения, установленным для напряжения Зенера, последовательно с идеальным диодом. Конечно, вы должны использовать указанное номинальное напряжение Зенера 10 В, иначе вы не сможете решить эту схему. Вы должны перерисовать схему с источником напряжения и диодом вместо стабилитрона, чтобы показать, что вы на самом деле анализируете! И тогда вы быстро поймете, что есть два источника напряжения последовательно, вы можете свести их к одному источнику напряжения 1V 🙂

2. Перейти к цифровому ключу. Ищите стабилитроны на 10В. Сортировать по количеству на складе по убыванию. Возьмем диод, который имеет самый высокий уровень складских запасов — весьма вероятно, что он будет популярным продуктом, представляющим типичные сигнальные/аналоговые приложения. Возьмите \$r_Z\$ из характеристических кривых этого диода в таблице данных и используйте ее в своих расчетах. Обоснуйте свой выбор для \$r_Z\$.

Преимущество подхода № 2 заключается в том, что то, что вы делаете, весьма вероятно (>99%), что является репрезентативным для любого, у кого есть приложение, в котором стабилитрон используется в качестве источника опорного напряжения с высоким импедансом, а не в качестве шунтирующего источника питания (скажем, с нагрузкой> = 50 мВт при стабилизированном напряжении).

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Общедоступные схемы с маркировкой «стабилитрон» — CircuitLab

Теперь показаны схемы 1-13 из 13. Сортировать по недавно измененное имя

	двухсторонний_клипер ОБЩЕСТВЕННЫЙ Ограничивает переменный ток большой силы по обеим сторонам формы сигнала с помощью стабилитронов и полевого МОП-транзистора с P- и N-каналами. от gsorter | обновлено 31 августа 2022 г. мосфет сила регулятор напряжения стабилитрон
	отладка-рис-07.14 ОБЩЕСТВЕННЫЙ по хкиенле | обновлено 10 апреля 2022 г. источник постоянного тока вел стабилитрон
	voltage_regulator-zener-base_to_gnd ОБЩЕСТВЕННЫЙ по хкиенле | обновлено 19 марта 2022 г. БЖТ регулятор напряжения стабилитрон
	voltage_regulator-zener-2_bjt ОБЩЕСТВЕННЫЙ по хкиенле | обновлено 19 марта 2022 г. БЖТ регулятор напряжения стабилитрон
	учебник-bjt-current_limiter-w_zener ОБЩЕСТВЕННЫЙ по хкиенле | обновлено 18 марта 2022 г. источник постоянного тока вел стабилитрон
	aoe-рис-02-022 ОБЩЕСТВЕННЫЙ по хкиенле | обновлено 21 января 2022 г. аоэ эмиттерный повторитель НЧ пассивный фильтр регулятор напряжения стабилитрон
	Регулятор напряжения с использованием BJT ОБЩЕСТВЕННЫЙ от mk5734 | обновлено 10 апреля 2019 г. БЖТ регулятор напряжения стабилитрон
	Опорное напряжение стабилитрона ОБЩЕСТВЕННЫЙ Зенеровский диод обеспечивает управляемый обратный пробой и может действовать как фиксированное опорное напряжение. от CircuitLab | обновлено 08 июня 2017 г. регулятор напряжения стабилитрон
	Регулируемый стабилитроном источник питания ОБЩЕСТВЕННЫЙ от Caremus | обновлено 02 октября 2016 г. мост-выпрямитель трансформатор стабилитрон
	Зенердиод_схема ОБЩЕСТВЕННЫЙ Simulatie taak 4. 13 Cursus «Elektrische en elektronische bouwstenen» van prof. Джо Вераверт от tarsdj | обновлено 03 июня 2015 г. стабилитрон
	Zenderdiode_Simulatie ОБЩЕСТВЕННЫЙ от tarsdj | обновлено 11 апреля 2015 г. стабилитрон
	Реле Стабилитрона Вещь ОБЩЕСТВЕННЫЙ Джиммируби | обновлено 30 апреля 2014 г. батарея диод индукция катушка индуктивности катушки индуктивности реле резисторы выключатель стабилитрон стабилитрон
	Два стабилитрона Vo(t) ОБЩЕСТВЕННЫЙ Простая схема для анализа входа и выхода с двумя стабилитронами. по ДГД | обновлено 16 июня 2012 г. диод просто стабилитрон стабилитрон

Другие теги

555 7805 переменный ток в постоянный активный фильтр усилитель мощности аналог и анод аттенюатор atx аудио автомобильный отклонение группы запрещенная зона поведенческий точка смещения БЖТ сулит мост-выпрямитель кнопка калькулятор каскадные фильтры каскод катод смос кольпиты компенсация источник постоянного тока токоограничивающий текущее зеркало текущий монитор регулятор тока дак постоянный ток в переменный устройство-моделирование дифференциал дифференциатор цифровой диод делитель эмиттерный повторитель Обратная связь фильтр лететь обратно обратноходовой диод частотная область полная волна гитара радиолюбитель высокая частота высокоскоростной высокое напряжение хв гистерезис IC катушка зажигания индукция индуктивный индуктивная нагрузка первоначальные условия инструментальный усилитель интегратор инвертирование jfet Лаплас вел светодиодная матрица сдвиг уровня освещение липо лм317 тензодатчик логический вентиль НЧ механический микроконтроллер микрофон мосфет двигатель мультивибратор неинвертирующий нелинейный ни выемка Закон Ома операционный усилитель оптический или же осциллятор параллельно пассивный пассивный фильтр печатная плата сдвиг фазы фотодиод фоторезистор фототранзистор пьезо растения потенциометр сила источник питания блок питания предусилитель тянуть вниз остановить ШИМ радиоуправляемый релаксационный осциллятор реле резистор-лестница резонанс рф рлк ПЗУ насыщенность триггер Шмитта датчик ряд серводвигатель сигнал свеча зажигания стабильность степпер подведение итогов суперпозиция переключение постоянная времени трансформатор транзистор транслинейный твин-т делитель напряжения регулятор напряжения волновая арифметика проводка хнор xor стабилитрон переключение при нулевом напряжении

---

О CircuitLab

CircuitLab — это встроенный в браузер программный инструмент для создания схем и моделирования цепей, который поможет вам быстро проектировать и анализировать аналоговые и цифровые электронные системы.