در مدارهای کم مصرف برای بارهای تا 20 میلی آمپر از دستگاهی با ضریب عمل کم استفاده می شود که به آن تثبیت کننده پارامتریک می گویند. طراحی چنین دستگاه هایی شامل ترانزیستور، دیود زنر و استابیستور است. آنها عمدتاً در دستگاه های تثبیت کننده جبرانی به عنوان منبع تغذیه مرجع استفاده می شوند. تثبیت کننده های پارامتری، بسته به داده های فنی، می توانند تک مرحله ای، پل یا چند مرحله ای باشند.

دیود زنر در دستگاه مشابه دیود متصل است. اما خرابی ولتاژ معکوس بیشتر برای دیود زنر مناسب است و مبنای عملکرد عادی آن است. این مشخصه برای مدارهای مختلف که در آن لازم است سیگنال ورودی با ولتاژ محدود شود محبوبیت پیدا کرده است.

چنین تثبیت کننده هایی دستگاه های سریع الاثر هستند و از نواحی با حساسیت افزایش یافته در برابر نویز ضربه ای محافظت می کنند. استفاده از چنین عناصری در مدارهای جدید نشانگر افزایش کیفیت آنها است که عملکرد ثابت را در حالت های مختلف تضمین می کند.

مدار استابلایزر

اساس این دستگاه یک مدار اتصال دیود زنر است که به جای منبع تغذیه در انواع دیگر دستگاه ها نیز استفاده می شود.

مدار شامل یک تقسیم کننده ولتاژ متشکل از یک مقاومت بالاست و یک دیود زنر است که یک بار به صورت موازی به آن متصل است. دستگاه ولتاژ خروجی را با منبع تغذیه متناوب و جریان بار برابر می کند.

این طرح به شرح زیر عمل می کند. افزایش ولتاژ در ورودی دستگاه باعث افزایش جریان می شود که از مقاومت R1 و دیود زنر VD عبور می کند. در دیود زنر، ولتاژ به دلیل مشخصه جریان-ولتاژ آن ثابت می ماند. بنابراین، ولتاژ دو سوی بار تغییر نمی کند. در نتیجه، تمام ولتاژ تبدیل شده به مقاومت R1 جریان می یابد. این اصل عملکرد مدار امکان محاسبه تمام پارامترها را فراهم می کند.

اصل عملکرد دیود زنر

اگر دیود زنر را با دیود مقایسه کنیم، هنگامی که دیود در جهت جلو متصل می شود، جریان معکوس می تواند از آن عبور کند که مقدار ناچیز چند میکروآمپر دارد. هنگامی که ولتاژ معکوس به مقدار مشخصی افزایش می یابد، خرابی الکتریکی رخ می دهد و اگر جریان بسیار زیاد باشد، شکست حرارتی نیز رخ می دهد، بنابراین دیود از کار می افتد. البته، یک دیود می تواند با کاهش جریان عبوری از دیود، تحت خرابی الکتریکی کار کند.

دیود زنر به گونه ای طراحی شده است که ویژگی های آن در منطقه شکست افزایش خطی داشته باشد و اختلاف پتانسیل شکست کاملاً پایدار باشد. تثبیت ولتاژ با استفاده از دیود زنر زمانی انجام می شود که بر روی شاخه معکوس ویژگی جریان و ولتاژ کار کند و در شاخه رو به جلو نمودار دیود زنر مانند یک دیود معمولی عمل می کند. در نمودار، دیود زنر مشخص شده است:

پارامترهای دیود زنر

پارامترهای اصلی آن را می توان از مشخصات ولتاژ و جریان مشاهده کرد.

• ولتاژ تثبیتولتاژ روی دیود زنر در طول عبور جریان تثبیت است. امروزه دیودهای زنر با این پارامتر برابر با 200-0.7 ولت تولید می شوند.
• حداکثر جریان تثبیت کننده مجاز. محدود به حداکثر اتلاف توان مجاز است که به دمای محیط بستگی دارد.
• کمترین جریان تثبیت کننده، با کوچکترین جریانی که از دیود زنر می گذرد محاسبه می شود، در حالی که اثر تثبیت کننده حفظ می شود.
• مقاومت دیفرانسیلمقداری برابر با نسبت افزایش ولتاژ به افزایش جریان کوچک است.

دیود زنر متصل به مدار به عنوان یک دیود ساده در جهت جلو با مقادیر ولتاژ ثابت و بالاترین جریان رو به جلو مجاز مشخص می شود.

محاسبه تثبیت کننده پارامتریک

ضریب کیفیت دستگاه با ضریب تثبیت محاسبه می شود که با استفاده از فرمول Kst U = (ΔUin / Uin) / (ΔUout / Uout) محاسبه می شود.

در مرحله بعد، محاسبه تثبیت کننده با استفاده از دیود زنر در ترکیب با یک مقاومت بالاست مطابق با نوع دیود زنر مورد استفاده انجام می شود. برای محاسبه، از پارامترهای دیود زنر که قبلاً بحث شد استفاده می شود.

اجازه دهید روش محاسبه را با استفاده از یک مثال تعریف کنیم. بیایید داده های اولیه را در نظر بگیریم:

• Uout=9 V;
• I n = 10mA;
• ΔI n = ± 2mA;
• ΔUin = ± 10% Uin

با استفاده از کتاب مرجع، دیود زنر D 814B را انتخاب می کنیم که ویژگی های آن عبارتند از:

• U st = 9 V;
• من هنر. حداکثر = 36 میلی آمپر؛
• من هنر. حداقل = 3 میلی آمپر؛
• Rd = 10 اهم.

بعد، ولتاژ ورودی محاسبه می شود: Uin = nst *Uout، که در آن nst ضریب انتقال است. اگر این ضریب در محدوده 1.4-2 باشد، عملکرد تثبیت کننده کارآمدتر می شود. اگر nst = 1.6، Uin = 1.6 * 9 = 14.4 V.

مرحله بعدی محاسبه مقاومت بالاست است. از فرمول استفاده می شود: R o = (U in – U out) / (I st + I n). مقدار فعلی Ist انتخاب شده است: Ist ≥ In. وقتی Uin با مقدار Δ Uin و In با ΔIn تغییر می کند، نمی تواند بیشتر از جریان دیود زنر با قدر I st باشد. حداکثر و من خیابان. دقیقه بنابراین Ist به عنوان میانگین مقدار مجاز در این بازه در نظر گرفته شده و برابر با 0.015 آمپر است.

این بدان معنی است که مقاومت بالاست برابر است با: R o = (14.4 – 9)/(0.015+0.01) = 16 اهم. نزدیکترین مقدار استاندارد 220 اهم است. برای انتخاب نوع مقاومت، اتلاف توان روی محفظه محاسبه می شود. با استفاده از فرمول P = I * 2 R o، مقدار P = (25 * 10-3) * 2 * 220 = 0.138 وات را تعیین می کنیم. به عبارت دیگر، توان مقاومت استاندارد 0.25 وات است.

بنابراین، مقاومت MLT مناسب تر است - 0.25 - 220 اهم. پس از انجام محاسبات، لازم است انتخاب صحیح حالت عملکرد دیود زنر در مدار دستگاه پارامتریک بررسی شود. ابتدا کمترین جریان آن مشخص می شود: Ist. Min = (U in – ΔU in – U out) / Ro – (I n + ΔI n)، با پارامترهای عملی مقدار I st. min = (14.4–1.44–9) * 103 / 220–( 10+2 ) = 6 میلی آمپر.

همین روش برای محاسبه بالاترین جریان انجام می شود: I st. max=(Uin+ΔUin–Uout)/Ro–(In–ΔIn). با توجه به پارامترهای اولیه، حداکثر جریان خواهد بود: Ist.max = (14.4 + 1.44 – 9) * 103 / 220–(10 – 2) = 23 میلی آمپر. اگر در نتیجه مقادیر محاسبه شده حداقل و حداکثر جریان از حد مجاز فراتر رود، باید I st یا مقاومت R o را جایگزین کرد. گاهی اوقات دیود زنر نیاز به تعویض دارد.

تا همین اواخر، از تثبیت کننده های ولتاژ پارامتریک برای تغذیه آبشارهای کم مصرف تجهیزات الکترونیکی استفاده می شد. اکنون استفاده از تثبیت کننده های جبران نویز کم مانند ADP3330 یا ADM7154 بسیار ارزان تر و کارآمدتر است. با این وجود، تعدادی از تجهیزات در حال حاضر در حال تولید از تثبیت کننده های پارامتریک استفاده می کنند، بنابراین لازم است بتوان آنها را محاسبه کرد. رایج ترین نمودار یک تثبیت کننده پارامتریک در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1. نمودار یک تثبیت کننده پارامتری

این شکل مدار تثبیت کننده ولتاژ مثبت را نشان می دهد. اگر نیاز به تثبیت ولتاژ منفی باشد، دیود زنر در جهت مخالف قرار می گیرد. ولتاژ تثبیت کاملاً بر اساس نوع دیود زنر تعیین می شود.

بنابراین محاسبه تثبیت کننده به محاسبه مقاومت کاهش می یابد آر 0 . قبل از شروع محاسبه آن، باید در مورد عامل اصلی بی ثبات کننده تصمیم بگیرید:

• ولتاژ ورودی؛
• جریان مصرف

ولتاژ ورودی ناپایدار با مصرف جریان پایدار معمولاً در منابع ولتاژ مرجع برای مبدل های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ وجود دارد. برای یک تثبیت کننده پارامتری که یک قطعه خاص از تجهیزات را تغذیه می کند، لازم است که تغییر در جریان خروجی در نظر گرفته شود. در مدار نشان داده شده در شکل 1، در یک ولتاژ ورودی ثابت، جریان منهمیشه پایدار خواهد بود اگر بار جریان کمتری مصرف کند، مازاد آن وارد دیود زنر می شود.

من = من st + من n (1)

بنابراین، حداکثر جریان بار نمی تواند از حداکثر جریان دیود زنر تجاوز کند. اگر ولتاژ ورودی ثابت نباشد (و این وضعیت بسیار رایج است)، دامنه مجاز تغییرات در جریان بار بیشتر کاهش می یابد. مقاومت مقاومت آر 0 بر اساس قانون اهم محاسبه می شود. محاسبه از حداقل مقدار ولتاژ ورودی استفاده می کند.

(2)

حداکثر دامنه تغییرات ولتاژ ورودی را می توان با استفاده از قانون Kirhoff تعیین کرد. پس از چند تغییر جزئی، می توان آن را به فرمول زیر کاهش داد:

(3)

بنابراین، محاسبه تثبیت کننده پارامتری بسیار ساده است. این دقیقاً همان چیزی است که آن را جذاب می کند. با این حال، هنگام انتخاب نوع تثبیت کننده، باید این واقعیت را در نظر داشته باشید که دیود زنر (اما نه تثبیت کننده) منبع نویز است. بنابراین، تثبیت کننده توصیف شده نباید در واحدهای حیاتی تجهیزات رادیویی استفاده شود. اجازه دهید یک بار دیگر تاکید کنم که هنگام طراحی تجهیزات جدید، تثبیت کننده های جبرانی کم نویز با اندازه کوچک، مانند ADP7142، به عنوان منبع تغذیه ثانویه مناسب تر هستند.

ادبیات:

1. ساژنف A.M.، Rogulina L.G.، Abramov S.S. "تامین برق دستگاه ها و سیستم های ارتباطی": کتاب درسی / موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای SibGUTI. نووسیبیرسک، 2008 – 112 ثانیه
2. Aliev I.I. کتاب مرجع برق. – ویرایش چهارم تصحیح – M.: IP Radio Soft, 2006. – 384 p.
3. Geytenko E.N. منابع برق ثانویه طراحی و محاسبه مدار. آموزش. – م.، 2008. – 448 ص.
4. منبع تغذیه دستگاه ها و سیستم های مخابراتی: کتاب درسی برای دانشگاه ها / V.M. Bushuev, V.A. دمینسکی، ال.ف. زاخاروف و دیگران - م.، 2009. - 384 ص.
5. تثبیت کننده های ولتاژ پارامتریک محاسبه ساده ترین تثبیت کننده پارامتری با استفاده از دیود زنر (http://www.radiohlam.ru/)

برای انتخاب یک دیود زنر برای مدار نشان داده شده در شکل. 3، شما باید محدوده ولتاژهای ورودی U1 و محدوده تغییرات بار RN را بدانید.

برنج. 3. مدار اتصال دیود زنر.

به عنوان مثال، بیایید مقاومت R را محاسبه کنیم و یک دیود زنر را برای مدار در شکل انتخاب کنیم. 3 با شرایط زیر:

بنابراین، ابتدا مقدار مقاومت R را محاسبه می کنیم. حداقل ولتاژ ورودی 11 ولت است. در این ولتاژ، باید حداقل 100 میلی آمپر (یا 0.1 A) جریان را به بار ارائه دهیم. قانون اهم به شما امکان می دهد مقاومت یک مقاومت را تعیین کنید:

R C = U1 MIN / I N.MAX = 11 / 0.1 = 110 اهم یعنی مداری که یک جریان معین را به بار می دهد باید مقاومتی بیش از 110 اهم نداشته باشد.

افت ولتاژ در دیود زنر 9 ولت است (در مورد ما). سپس در جریان 0.1 آمپر بار معادل است: R E = U2 / I N.MAX = 9 / 0.1 = 90 اهم سپس برای اینکه جریان 0.1 آمپر به بار ارائه شود، مقاومت خاموش کننده باید دارای یک مقاومت: R = R C – R E = 110 – 90 = 20 اهم با در نظر گرفتن این واقعیت که خود دیود زنر نیز جریان مصرف می کند، می توانید مقاومت کمی کمتر از سری استاندارد E24 انتخاب کنید. اما، از آنجایی که دیود زنر جریان کمی را مصرف می کند، این مقدار را می توان در بیشتر موارد نادیده گرفت.

حال اجازه دهید حداکثر جریان عبوری از دیود زنر را در حداکثر ولتاژ ورودی تعیین کنیم و بار خاموش است. محاسبه باید با قطع بار انجام شود، زیرا حتی اگر بار شما همیشه متصل باشد، نمی توانید احتمال لحیم نشدن برخی از سیم کشی ها و خاموش شدن بار را رد کنید.

بنابراین، بیایید افت ولتاژ مقاومت R را در حداکثر ولتاژ ورودی محاسبه کنیم:

U R.MAX = U1 MAX – U2 = 15 – 9 = 6 VA حالا اجازه دهید جریان عبوری از مقاومت R را از همان قانون اهم تعیین کنیم: I R.MAX = U R.MAX / R = 6 / 20 = 0.3 A = 300 mA از آنجایی که مقاومت R و دیود زنر VD به صورت سری متصل هستند، حداکثر جریان عبوری از مقاومت برابر با حداکثر جریان عبوری از دیود زنر (با بار خاموش) خواهد بود، یعنی I R.MAX = I VD. MAX = 0.3 A = 300 mA بیشتر محاسبه مورد نیاز است اتلاف قدرتمقاومت R. اما ما این کار را در اینجا انجام نمی دهیم، زیرا این موضوع در مقاله مقاومت ها به طور مفصل توضیح داده شده است.

اما بیایید قدرت اتلاف دیود زنر را محاسبه کنیم:

P MAX = I VD.MAX * U ST = 0.3 * 9 = 2.7 W = 2700 mW توان اتلاف پارامتر بسیار مهمی است که اغلب فراموش می‌شود که در نظر گرفته شود. اگر معلوم شود که اتلاف توان روی دیود زنر از حداکثر مجاز بیشتر است، این امر منجر به گرم شدن بیش از حد دیود زنر و خرابی آن می شود. اگرچه جریان ممکن است در محدوده طبیعی باشد. بنابراین، اتلاف توان هم برای مقاومت میرایی R و هم برای دیود زنر VD باید همیشه محاسبه شود.

باقی مانده است که یک دیود زنر را با توجه به پارامترهای به دست آمده انتخاب کنید:

U ST = 9 V - ولتاژ تثبیت نامی
I ST.MAX = 300 میلی آمپر – حداکثر جریان مجاز از طریق دیود زنر
P MAX = 2700 میلی وات – قدرت اتلاف دیود زنر در I ST.MAX

با استفاده از این پارامترها، یک دیود زنر مناسب را در کتاب مرجع پیدا می کنیم. برای اهداف ما، به عنوان مثال، دیود زنر D815V مناسب است.

باید گفت که این محاسبه کاملاً خشن است، زیرا برخی از پارامترها مانند خطاهای دما را در نظر نمی گیرد. با این حال، در بیشتر موارد عملی، روشی که در اینجا برای انتخاب دیود زنر توضیح داده شده است کاملاً مناسب است.

دیودهای زنر از سری D815 دارای ولتاژهای تثبیت کننده هستند. به عنوان مثال، محدوده ولتاژ D815V 7.4...9.1 V است. بنابراین، اگر شما نیاز به دریافت ولتاژ دقیق در سراسر بار دارید (به عنوان مثال، دقیقا 9 ولت)، باید به طور تجربی یک دیود زنر را از یک دیود انتخاب کنید. دسته ای از چندین نوع مشابه اگر نمی خواهید با انتخاب تصادفی خود را خسته کنید، می توانید دیودهای زنر را از سری دیگری انتخاب کنید، به عنوان مثال سری KS190. درست است، آنها برای مورد ما مناسب نیستند، زیرا قدرت اتلاف آنها بیش از 150 مگاوات نیست. برای افزایش توان خروجی تثبیت کننده ولتاژ می توان از ترانزیستور استفاده کرد. اما بیشتر در این مورد زمانی دیگر ...

و بیشتر. در مورد ما، قدرت اتلاف دیود زنر بسیار بالا بود. و اگرچه با توجه به ویژگی های D815V حداکثر توان 8000 میلی وات است، توصیه می شود دیود زنر را روی رادیاتور نصب کنید، به خصوص اگر در شرایط سخت (دمای محیطی بالا، تهویه ضعیف و غیره) کار کند.

در صورت لزوم، در زیر می توانید محاسبات شرح داده شده در بالا را برای مورد خود انجام دهید

منبع تغذیه دستگاه های کم مصرف RES با محدودیت کمی در تغییر مصرف جریان معمولاً از تثبیت کننده های ولتاژ پارامتریک (PVS) انجام می شود. علاوه بر این، این تثبیت کننده ها به طور گسترده ای به عنوان منابع مرجع ولتاژ (VRS) در تثبیت کننده های ولتاژ و جریان جبرانی استفاده می شوند.

تثبیت کننده پارامتریولتاژ خروجی را به دلیل ویژگی های ویژگی های ولتاژ جریان یک عنصر غیر خطی، به عنوان مثال، یک دیود زنر، یک تثبیت کننده، یک چوک اشباع، تثبیت می کند. بلوک دیاگرام تثبیت کننده پارامتریک در شکل نشان داده شده است. 15.1. در آن، عنصر غیر خطی NE از طریق یک مقاومت خاموش کننده /?“ به ولتاژ منبع تغذیه ورودی وصل می شود و یک بار به صورت موازی به NE متصل می شود. من n هستم.با افزایش ولتاژ ورودی؟/0، جریان عبوری از عنصر غیر خطی NE افزایش می یابد، در نتیجه افت ولتاژ در مقاومت خاموش کننده افزایش می یابد به طوری که ولتاژ خروجی در سراسر بار ثابت می ماند. پایداری ولتاژ خروجی در یک تثبیت کننده پارامتری با شیب مشخصه جریان-ولتاژ NE تعیین می شود و کم است. تثبیت کننده پارامتریک توانایی تنظیم روان ولتاژ خروجی و تنظیم دقیق مقدار اسمی آن را ندارد.

همانطور که اشاره شد، برای تثبیت ولتاژ DC در PSN، از عناصری با مشخصه جریان-ولتاژ غیر خطی استفاده می شود. یکی از این عناصر دیود زنر سیلیکونی است. نمودار اصلی یک PSN تک مرحله ای در شکل نشان داده شده است. 15.2.

برنج. 15.1

برنج. 15.2. مدار تثبیت کننده پارامتریک تک مرحله ای

در این مدار زمانی که ولتاژ ورودی تغییر می کند و غیرهتوسط ± D S/tجریان از طریق دیود زنر VI)تغییرات توسط A/st، که منجر به تغییرات جزئی در ولتاژ در دیود زنر (±D?/„) و در نتیجه در بار می‌شود. مقدار D(/n به D?/in، مقاومت مقاومت محدود کننده بستگی دارد آی تیو

خیابان دی

مقاومت دیفرانسیل دیود زنر g st =--.

خیابان d1

در شکل 15.3 نمونه ای از ویژگی های استاتیکی یک تثبیت کننده را برای توضیح اصل تثبیت و تعیین ضریب تثبیت نشان می دهد.

ضریب تثبیت (بر اساس ولتاژ ورودی) مدار PSN در شکل. 15.2 و مشخصات در شکل. 15.3 به صورت ظاهر می شود

آ و k و t

و،"" جی

مقاومت داخلی تثبیت کننده عمدتاً با مقاومت تفاضلی دیود زنر تعیین می شود. در شکل 15.4 وابستگی ها را نشان می دهد خیابان gدیودهای زنر کم مصرف از ولتاژ تثبیت برای جریان های مختلف تثبیت / cx. از نمودارها می توان دریافت که با افزایش /st، مقاومت دیفرانسیل کاهش می یابد و به آن می رسد

حداقل مقدار برای تثبیت 6-8 ولت.

دیودهای زنر با ولتاژ

برنج. 15.4.

برنج. 15.5.

ضریب دمایی ولتاژ a n دیود زنر انحراف ولتاژ خروجی PSN را با تغییرات دما تعیین می کند. در شکل شکل 15.5 وابستگی a n را به ولتاژ تثبیت نشان می دهد. برای دستگاه هایی با و st > 5.5 ولت با افزایش دما، ولتاژ روی دیود زنر افزایش می یابد. بنابراین، جبران دما در این مورد می تواند با اتصال دیودها به صورت سری با دیود زنر در جهت رو به جلو حاصل شود. (U0 2, K/) 3 در شکل. 15.6، آ).

با این حال، این مقاومت داخلی PSN را به دلیل مقاومت دیفرانسیل دیودهای جبران کننده حرارتی در جهت رو به جلو r diff افزایش می دهد که به نوع دیود انتخاب شده و حالت عملکرد آن بستگی دارد. به عنوان مثال در شکل. 15.7 وابستگی g diff به جریان رو به جلو را برای غیر

برنج. 15.6.

آ- با دیودهای جبران کننده دما K/) 2، K/) 3؛ ب -تثبیت کننده دو مرحله ای؛ V -تثبیت کننده پل با یک دیود زنر؛ g - تثبیت کننده پل با دو دیود زنر. د -تثبیت کننده با دنبال کننده امیتر; e -با شبکه دو ترمینال تثبیت کننده جریان؛ و -با ترانزیستورهای تثبیت کننده جریان با رسانایی متفاوت p-p-pو p-p-p

کدام نوع از دیودها و دیودهای زنر در جهت جلو متصل می شوند. لازم به ذکر است که PSN جبران شده با دما دارای مقدار gst افزایش یافته و ضریب تثبیت کاهش یافته است. در شکل شکل 15.8 وابستگی ضریب دما را به مقدار جریان رو به جلو برای دیودهای زنر از نوع D814 و دیود DZ10 نشان می دهد که می تواند برای جبران دما مورد استفاده قرار گیرد.

اگر افزایش پایداری ولتاژ خروجی PSN مورد نیاز باشد، از مدارهای تثبیت کننده دو مرحله ای یا پل استفاده می شود که در شکل نشان داده شده است. 15.6، ب, در، g.تثبیت اولیه ولتاژ در PSN دو مرحله ای (شکل 15.6، ب)با استفاده از عناصر انجام می شود من g هستم، UE)و G/) 2، به شما امکان می دهد ضریب تثبیت ولتاژ خروجی نسبتاً بالایی را بدست آورید

I G I r2

به = k k ~-1L__ گرم| _

st2k به st1 به st2 y,)(y

^nx"st1 " *st2/"stZ" "st4" "st5 /

جایی که به st، به st2- ضرایب تثبیت آبشارهای اول و دوم؛ g stb g st2 - مقاومت دیفرانسیل دیودهای زنر -KT> 3; a*st4، ^st5 - مقاومت های دیفرانسیل

دیودها آخ 4، G/) 5 . افت دما در ولتاژ بار و مقاومت داخلی PSN دو مرحله ای مانند مدار در شکل 1 است. 15.6، آ.

برنج. 15.7.

از جریان مستقیم

برنج. 15.8.

از جریان مستقیم

افزایش ضریب تثبیت در مدارهای پل (شکل 15.6، V, ز)به دلیل ولتاژ جبرانی که در سراسر مقاومت ظاهر می شود به دست می آید R 2یا دیود زنر VDهنگامی که ولتاژ ورودی تغییر می کند. ضریب تثبیت در R H = Const:

برای نمودار در شکل 15.6، V

و"

U,Ar„/R 3 -R 2 /R,y

جایی که یو اچ- ولتاژ بار R";

برای نمودار در شکل 15.6، g

جایی که جی st i و g st 2 - مقاومت های دیفرانسیل دیودهای زنر yb و uo 2.

در تثبیت‌کننده‌های پارامتریک پل، از نظر تئوری، اگر عناصر را بر اساس شرایط انتخاب کنید، ضریب تثبیت می‌تواند بی‌نهایت بزرگ باشد: برای شکل. 15.6، در g st /I 3 = R2/Rو برای نمودار در شکل. 15.6، g g st2 /I 2 = g st /Ya.مقاومت داخلی مدار در شکل. 15.6، در g n = g C1 + من 2،و برای نمودار در شکل. 15.6، g

آقای. Gst1+ جی-t2-

لازم به ذکر است که پایداری نسبتاً بالای ولتاژ خروجی در مدارهای PSN در شکل. 15.6، خداوندبه دلیل کاهش قابل توجه راندمان در مقایسه با مدار در شکل 1 به دست می آید. 15.3. مدار در شکل به شما امکان می دهد تا پایداری ولتاژ خروجی PSN را بدون کاهش بازده افزایش دهید. 15.6، هبه دلیل استفاده از منبع جریان ساخته شده روی ترانزیستور UT،دیود زنر U[)(به جای آن می توان دو دیود که به صورت سری در جهت رو به جلو متصل شده اند قرار داد) و مقاومت ها من اوهو /؟ ب این به شما امکان می دهد جریان عبوری از دیود زنر را تثبیت کنید U1) 2و در نتیجه انحرافات ولتاژ در سرتاسر بار را با تغییرات زیاد در ولتاژ ورودی به شدت کاهش می دهد. تغییر دما و مقاومت داخلی این مدار PSN تقریباً مشابه مدار شکل است. 15.2.

حداکثر توان خروجی مدارهای PSN در نظر گرفته شده توسط مقادیر محدود کننده جریان تثبیت کننده و توان تلف شده دیود زنر محدود می شود. اگر از ترانزیستور در حالت پیرو امیتر با دیود زنر در مدار پایه استفاده می کنید (شکل 15.6، د، سپس قدرت بار را می توان افزایش داد. ضریب تثبیت PSN در شکل. 15.6، د

• (15.5)
• (15.6)

به -*و -

"(1 + tsg st /A 0)?/ و '

و مقاومت داخلی

/?(/)« p(g e +/* b /L 21e);

g b g e, I 2 e -به ترتیب مقاومت پایه، امیتر، کلکتور و ضریب انتقال جریان در مدار ترانزیستور OE.

با این حال، چنین PSN با 1/ st > 5.5 ولت در کنترل دما نسبت به تثبیت کننده های نشان داده شده در شکل پایین تر است. 15.6، a-g.

در شکل 15.6، ویک مدار PSN با ترانزیستورهای اضافی با رسانایی مختلف نشان داده شده است. با ثبات بالای ولتاژ خروجی و توانایی اتصال همزمان دو بار مشخص می شود. N | و در 2به ریل های ولتاژ ورودی مختلف. از نظر ضریب تثبیت و تغییر دما، این طرح کمی برتر از طرح شکل 1 است. 15.6، هو مقاومت های داخلی جی st ] و r st 2 به ترتیب توسط دیودهای زنر SD و E/) 2 تعیین می شوند.

رگولاتورهای ولتاژ پارامتریک هنوز برای تغذیه محصولات الکترونیکی کم مصرف استفاده می شوند، بنابراین لازم است بتوان آنها را محاسبه کرد.

اغلب، هنگام تکرار سازه های تمام شده، که شرایط عملیاتی آن با شرایط توصیه شده توسط توسعه دهنده متفاوت است، لازم است عملکرد تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک را برای روشن شدن مقدار مقاومت مقاومت بالاست تجزیه و تحلیل کرد.

این مشکلات با استفاده از یک فایل مایکروسافت اکسل توسعه یافته توسط نویسنده حل شد. دو گزینه برای محاسبه یک تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک و یک محاسبه برای تجزیه و تحلیل شرایط عملکرد یک دیود زنر در یک مدار تمام شده ارائه شده است.

اهداف محاسبه و تجزیه و تحلیل در مثال ها تثبیت کننده های پارامتریک دو طرح معروف تقویت کننده توان فرکانس صوتی است. این از Interlavka و از آندری زلنینآ.

روابط اساسی برای محاسبه یک تثبیت کننده پارامتری در دیود زنر

در شکل شکل 1 نمودار شماتیک یک تثبیت کننده پارامتری را نشان می دهد: Uin – ولتاژ ناپایدار ورودی، Uout=Ust – ولتاژ تثبیت شده خروجی، Ist – جریان از دیود زنر، جریان ورودی – بار، R0 – مقاومت بالاست (محدود کننده، خاموش کننده).

Uin=Ust+(In+Ist)R 0 =Ust+IR 0, (1)
I=In+Ist – جریانی که از مقاومت بالاست R0 می گذرد.

برنج. 1. نمودار تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک با استفاده از دیود زنر

همانطور که در شکل دیده میشود. در شکل 1، یک تثبیت کننده پارامتریک مبتنی بر دیود زنر سیلیکونی، یک تقسیم کننده ولتاژ متشکل از یک مقاومت بالاست R0 با مشخصه جریان-ولتاژ خطی (VC) و یک دیود زنر VD1 است که می تواند به عنوان مقاومتی با I- غیرخطی شدید در نظر گرفته شود. ویژگی V

هنگامی که ولتاژ Uin تغییر می کند، جریان از طریق تقسیم کننده تغییر می کند و منجر به تغییر در افت ولتاژ در مقاومت R0 و ولتاژ در سراسر دیود زنر می شود، بنابراین، در سراسر بار Rn عملا تغییر نمی کند.

یک تغییر کوچک در ولتاژ در سراسر بار در محدوده از Ust min تا Ust max مربوط به تغییر در جریان عبوری از دیود زنر از Ist min به Ist max است. علاوه بر این، حداقل جریان از طریق دیود زنر مربوط به حداقل ولتاژ ورودی و حداکثر جریان بار است که با مقاومت مقاومت بالاست به دست می آید.

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

به نوبه خود، حداکثر جریان از طریق دیود زنر با حداقل جریان بار و حداکثر ولتاژ ورودی جریان خواهد داشت.

یافتن شرایط عملکرد تثبیت کننده آسان است:

ΔUin=ΔUst+R 0 (ΔIst-ΔIn)، (3)
جایی که ΔUin=Uin max-Uin min، ΔUst= Ust max-Ust min، ΔIst=Ist max-Ist min، ΔIn= In max-In min.

برای سادگی، اجازه دهید ΔUst = 0 را تنظیم کرده و عبارت (3) را تجزیه و تحلیل کنیم.

محدوده جریان بار نمی تواند بیشتر از محدوده جریان دیود زنر باشد، زیرا در این حالت سمت راست عبارت منفی می شود و مدار به عنوان تنظیم کننده ولتاژ کار نخواهد کرد.

اگر تغییر در جریان بار ناچیز باشد، بیان وضعیت عملکرد تثبیت کننده ساده می شود:

ΔUin= ΔIstR 0. (4)

کارایی یک تثبیت کننده پارامتری از عبارت زیر تعیین می شود:

کارایی=Ust In /(Uin (In + Ist)=1/(Nst(1+ Ist/In))، (5)
جایی که Nst=Uin/Ust – ضریب انتقال تثبیت کننده؛ معمولا Nst=1.4…2.

از عبارت (5) چنین استنباط می شود که هرچه ضریب انتقال تثبیت کننده کمتر باشد و نسبت جریان عبوری از دیود زنر به جریان بار کمتر باشد، بازده بالاتر است.

پارامتر اصلی یک تثبیت کننده ولتاژ، که توسط آن کیفیت عملکرد آن ارزیابی می شود، ضریب تثبیت است:

Kst=(ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 Ust/rdUin=R 0 /Nst-d=Kfeefficiency، (6)
که در آن rd مقاومت دینامیکی دیود زنر است. Kf – ضریب فیلتراسیون.

اولین گزینه برای محاسبه تثبیت کننده پارامتری

ما این کار را برای مواردی انجام خواهیم داد که ولتاژ تغذیه ناپایدار باشد و مقاومت بار نسبتاً ثابت باشد.

داده های اولیه برای محاسبه عبارتند از: Uout، In، ΔIn، Uin، ΔUin.

برای به دست آوردن ولتاژ خروجی مورد نیاز، با توجه به کتاب مرجع، یک دیود زنر با پارامترهای: Ust = Uout، Ist max، Ist min، rd انتخاب کنید.

ما ولتاژ ورودی مورد نیاز را بر اساس ضرایب انتقال بهینه شدید تثبیت کننده Nst = 1.4...2 محاسبه می کنیم، که همچنین می تواند توسط کاربر در هر محدوده مورد نیاز Nst انتخاب شود:

Ist р=0.5(Ist min+Ist max)>In.

بیایید مقاومت مقاومت بالاست را محاسبه کنیم:

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

بیایید قدرت مقاومت بالاست را با یک حاشیه دو برابر محاسبه کنیم:

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

بیایید حالت انتخاب شده عملکرد تثبیت کننده را بررسی کنیم.
اگر با تغییر همزمان Uin به مقدار ΔUin و In به مقدار ΔIn، جریان دیود زنر از محدوده Ist max و Ist min فراتر نرود، محاسبه صحیح است:
Ist r max=(Uin+ ΔUin- Ust)/(R 0 -(In- ΔIn))<0,8 Iст max;
Ist r min=(Uin- Ust)/(R0-(In+ ΔIn))>1.2 Ist min.

این امر حاشیه 20% مورد نیاز برای عملکرد قابل اعتماد دیود زنر را در نظر می گیرد. حداکثر مقدار کارکرد جریان از طریق دیود زنر که در محاسبه پذیرفته شده است، با توجه به قابلیت اطمینان عملیاتی دستگاه، بیش از 0.8 از Ist max مرجع نیست، به طوری که توان تلف شده توسط دیود زنر کمتر است. حداکثر. برای تضمین ضریب تثبیت مورد نیاز، حداقل مقدار عملیاتی جریان عبوری از دیود زنر Ist p min 1.2 برابر بیشتر از Ist min در نظر گرفته می شود.

اگر مقادیر جریان بدست آمده Ist p max و Ist pmin خارج از مقادیر مجاز هستند، باید مقدار دیگری برای Ist p انتخاب کنید، مقاومت R 0 را تغییر دهید یا دیود زنر را جایگزین کنید.

ما همچنین پارامترهای تثبیت کننده را محاسبه خواهیم کرد که کیفیت و کارایی آن را تعیین می کند - ضریب تثبیت Kst = (ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 /(rdNst)،
ضریب کارایی efficiency=Ust In /(Uin (In + Ist))=1/(Nst(1+ Ist/In)),
و ضریب فیلتراسیون Kf=Kst/بازده.

مثال محاسبه شماره 1

بیایید یک تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک با مشخصات زیر محاسبه کنیم: ولتاژ بار تثبیت شده Un=9 V; جریان بار در = 10 میلی آمپر؛ تغییر در جریان بار ΔIn=2 mA; تغییر ولتاژ ورودی ΔUin=10%.

بیایید یک دیود زنر از نوع D814B را انتخاب کنیم که برای آن Ust= Un=9 V; rd=10 اهم. حداکثر = 36 میلی آمپر; حداقل 3 میلی آمپر است.

اطلاعات فوق را در سلول های مربوط به داده های منبع (که با پر آبی روشن مشخص شده است) برگه "اولین گزینه محاسبه" جدول Microsoft Excel "محاسبه و تجزیه و تحلیل عملکرد تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک.xlsx" و فوراً نتایج محاسباتی را در سلول‌های محاسباتی که با پر کردن قهوه‌ای روشن برجسته شده‌اند به دست آورید:

ولتاژ ورودی Uin=15.0 V; مقاومت مقاومت بالاست R 0 = 240 اهم، قدرت مقاومت بالاست با ذخیره مضاعف Po=0.3 W. Kst=15.0، کارایی=24٪، Kf=62.5 (شکل 2 را ببینید).

برنج. 2. مثال محاسبه شماره 1 را از روی صفحه چاپ کنید

ما یک مقاومت با مقاومت 240 اهم و قدرت 0.5 وات را انتخاب می کنیم.

فرض کنید در ورودی تثبیت کننده امواج ولتاژ متناوب با دامنه Upin = 0.1 V = 100 mV وجود دارد. دامنه ریپل در خروجی تثبیت کننده Upst = Upin/Kph=100/62.5=1.6 میلی ولت خواهد بود.

مثال محاسبه شماره 2

بیایید یک تثبیت کننده پارامتریک برای ولتاژهای تغذیه محاسبه کنیم Up=Uin=±25 V; 35± ولت و 45 ± ولت.

محاسبه برای یک تثبیت کننده پارامتری قطب مثبت (R5، VD1، C2) انجام می شود، زیرا تثبیت کننده دیگری با قطبیت منفی (R6، VD2، C4) تنها در جهت روشن شدن دیود زنر متفاوت است.

بیایید داده های اولیه را آماده کنیم: ولتاژ بار تثبیت شده Un=12 V، جریان بار In=(12-0.5)/R2=11.5/10=1.15 mA، ΔIn=0.115 mA، تغییر ولتاژ ورودی ΔUin=10%.

بیایید یک دیود زنر BZX55C12 را انتخاب کنیم که دارای پارامترهای زیر است: Ust= Un=12 V; rd=20 اهم; حداکثر = 32 میلی آمپر; حداقل 5 میلی آمپر است.

نتایج محاسبات در شکل نشان داده شده است. 3; برای Up=±25 V R5=R6=1.3 کیلو اهم (0.25 W); برای Up=±35 V R5=R6=2.4 کیلو اهم (0.5 W); برای Up=±45 V R5=R6=3.6 کیلو اهم (1 W).

برنج. 3. محاسبه تثبیت کننده های پارامتریک برای تقویت کننده "Green Lanzar".

گزینه دوم برای محاسبه تثبیت کننده پارامتری

از مقادیر حدی جریان بار In min و In max به عنوان داده های اولیه استفاده می کند که وقتی In min = 0 باشد، امکان ارائه حالت بیکار تثبیت کننده را فراهم می کند. برای بار ثابت In max = In min را انتخاب کنید.

بنابراین، داده های اولیه عبارتند از: ولتاژ بار تثبیت شده Uout، جریان های بار در حداقل، در حداکثر، ولتاژ ورودی نامی Uin و انحرافات آن ΔUin n و ΔUin در.

پارامترهای دیود زنر مانند محاسبه قبلی است: Ust = Uout، Ist max، Ist min، rd.

ما حداکثر و حداقل مقدار جریان کار دیود زنر را محاسبه می کنیم:

Ist p max=0.8 Ist max،
Ist p min=1.2 Ist min.

اگر تثبیت کننده باید در حالت بیکار (In min=0) کار کند، Ist p min=Ist min را انتخاب کنید.

ما مناسب بودن دیود زنر انتخاب شده برای ولتاژ تثبیت را در محدوده های مشخص شده جریان بار و ولتاژ تغذیه بررسی می کنیم:

(Ist p max+ In min)(1- ΔUin n)-(Ist min+ In max)(1+ ΔUin in)>0،
جایی که ΔUin n=(Uin-Uin دقیقه)/ Uin، ΔUin in=(Uin max-Uin)/ Uin.

اگر نابرابری برقرار نباشد، شما نیاز دارید:
از دیود زنر قوی تر استفاده کنید.
روی مقادیر کوچکتر ΔUin n و ΔUin in تنظیم کنید.
کاهش در حداکثر یا افزایش در حداقل.

ولتاژ نامی Uin، که یکسو کننده باید ارائه دهد، با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

Uin= Ust [(Ist p max+I n min)- (Ist p min+ I n max)]/[(Ist p max+I n min)(1- ΔUinn)- (Ist p min+I n max) ( 1+ΔUin in)].

مقاومت مقاومت بالاست:

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

همچنین قدرت مقاومت را با یک حاشیه دو برابر محاسبه می کنیم:

Po=2(Uin(1+ ΔUin n) - Ust) 2 /R 0 .

با استفاده از فرمول های داده شده در نسخه اول محاسبه، Kst، efficiency و Kf را پیدا می کنیم.

مثال محاسبه شماره 3

بیایید یک تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک با مشخصات زیر محاسبه کنیم: ولتاژ بار تثبیت شده Un=9 V; جریان در حداقل = 0، در حداکثر = 10 میلی آمپر. تغییر در ورودی ΔUin n=10%, ΔUin v=15%.

بیایید یک دیود زنر از نوع D814B را انتخاب کنیم که برای آن Ust = Un; rd=10 اهم. Ist max=36 mA، Ist min=3 mA.

پس از وارد کردن داده های اولیه در برگه جدول "گزینه محاسبه دوم"، نتایج زیر را به دست می آوریم (شکل 4):

Uin=14 V، R 0 =221 Ohm، Po=0.45 W، Kst=14.2.

برنج. 4. اسکرین شات از تثبیت کننده پارامتری در حالت بیکار

ما یک مقاومت با مقاومت 220 اهم و قدرت 0.5 وات را انتخاب می کنیم.

تجزیه و تحلیل عملکرد یک تثبیت کننده پارامتری

داده های اولیه تجزیه و تحلیل به شرح زیر است: Un، In، ΔIn، ΔUin، R 0.

همچنین، آنالیز به پارامترهای دیود زنر نیاز دارد: Ust = Un، rd، Ist max و Ist min.

تجزیه و تحلیل به محاسبه جریان عملیاتی دیود زنر ختم می شود. Ist p=(Uin-Ust)/R 0 -In. ضریب انتقال Nst = Uin/Ust; توان پو مقاومت بالاست، ضریب تثبیت Kst، ضریب راندمان و فیلتراسیون Kf.

بررسی حالت عملکرد دیود زنر در مدار تثبیت کننده مهم است که با استفاده از فرمول هایی مشابه آنچه در گزینه محاسبه اول ارائه شده است انجام می شود.

مثال تحلیل شماره 1

بیایید مقادیر مقاومت های بالاست R3 و R4 تثبیت کننده های ولتاژ جبرانی تقویت کننده Lanzar را بسته به ولتاژ تغذیه مورد استفاده تجزیه و تحلیل کنیم.

محدوده اعلام شده ولتاژهای تغذیه تقویت کننده از Up=±30 V تا ±65 V است، در حالی که نمودار مدار مقاومت مقاومت های بالاست R 0 =R3=R4=2.2 کیلو اهم (1 W) را نشان می دهد.

در نشریه دیگری، توصیه می شود مقدار مقاومت مقاومت های بالاست را بسته به ولتاژ تغذیه تقویت کننده با استفاده از فرمول R 0 = (Up-15)/I انتخاب کنید، که در آن I = 8 ... 10 میلی آمپر است. جدول 1 محاسبه را با استفاده از فرمول مشخص شده برای محدوده ولتاژ تغذیه تقویت کننده در افزایش 5 ولت نشان می دهد.

داده های اولیه برای تجزیه و تحلیل: ولتاژ بار تثبیت شده Un=15 V، جریان بار In=(15-0.5)/R5=14.5/6.8=2.13 mA، ΔIn=0.213 mA، تغییر ولتاژ ورودی ΔUin=10%.

بیایید یک دیود زنر 1N4744A را انتخاب کنیم که دارای پارامترهای زیر است: Ust= Un=15 V; rd=14 اهم; Ist max=61 mA; حداقل 5 میلی آمپر است.

تجزیه و تحلیل عملکرد تثبیت کننده های پارامتریک در تقویت کننده Lanzar نشان داد که حداقل جریان تثبیت کننده Ist p min در حد با حاشیه تنها 3...14٪ به جای 20٪ مورد نیاز انتخاب شده است (شکل 5).

برنج. 5. حالت های عملکرد تثبیت کننده ها در تقویت کننده لانزار بسته به ولتاژ تغذیه انتخابی

با استفاده از ابزار تجزیه و تحلیل داده های صفحه گسترده مایکروسافت اکسل "انتخاب پارامتر"، مقاومت مقاومت های بالاست را روشن خواهیم کرد. برای انجام این کار، اجازه دهید به سلول با فرمول برای Ist p min (سلول C26) و از منو انتخاب کنید داده ها -> « تجزیه و تحلیل چه می شد»-> انتخاب پارامتر.

آن را در یک سلول قرار دهید C26مقدار 6.0 (حاشیه 20% Ist min)، تغییر مقدار سلولی که مقاومت مقاومت بالاست در آن وارد شده است ( 15 دلار کانادا).

ما R 0 = 1.438 کیلو اهم را دریافت می کنیم. اجازه دهید نزدیکترین مقدار مقاومت را از سری استاندارد R 0 = 1.3 کیلو اهم وارد این سلول کنیم.

پس از انجام عملیات مشخص شده در جدول برای تمام مقادیر ولتاژ تغذیه، نتیجه زیر را به دست می آوریم (شکل 6).

برنج. 6. شفاف سازی حالت های عملکرد تثبیت کننده های پارامتریک تقویت کننده لانزار

نتایج تجزیه و تحلیل نیز در جدول 2 خلاصه شده است.

قدرت مقاومت ها برای ولتاژهای تغذیه تقویت کننده از ± 30 ولت تا 40 ± ولت 0.5 وات و برای سایر ولتاژها 1 وات است.

خط پایین

محاسبه حتی چنین دستگاه ساده ای به عنوان تثبیت کننده ولتاژ پارامتریک ضروری است. انتخاب مقدار مقاومت بالاست "با چشم" می تواند باعث ایجاد خطاهای طراحی شود که بلافاصله متوجه آنها نمی شود.

قبل از مونتاژ طرحی که دوست دارید، توصیه می شود با استفاده از صفحات گسترده پیشنهادی در مایکروسافت اکسل، حالت عملکرد دیود زنر تثبیت کننده پارامتری را تجزیه و تحلیل و در صورت لزوم روشن کنید.