DI DALAM sirkuit berdaya rendah untuk beban hingga 20 miliampere, perangkat dengan koefisien aksi rendah digunakan, dan disebut penstabil parametrik. Desain perangkat tersebut berisi transistor, dioda zener, dan penusuk. Mereka terutama digunakan dalam perangkat stabilisasi kompensasi sebagai sumber referensi nutrisi. Stabilisator parametrik, tergantung pada data teknis, dapat berupa satu tahap, jembatan, atau multi tahap.

Dioda zener pada perangkat ini mirip dengan dioda terhubung. Tetapi tegangan tembus balik lebih cocok untuk dioda zener dan merupakan dasar untuk pengoperasian normalnya. Karakteristik ini telah mendapatkan popularitas untuk berbagai rangkaian di mana perlu untuk membatasi sinyal input berdasarkan tegangan.

Stabilisator semacam itu adalah perangkat yang bekerja cepat dan melindungi area dengan hipersensitivitas dari gangguan impuls. Penggunaan elemen-elemen tersebut di sirkuit baru merupakan indikator peningkatan kualitasnya, yang memastikan pengoperasian konstan dalam mode yang berbeda.

Rangkaian penstabil

Dasar dari perangkat ini adalah rangkaian koneksi dioda zener, yang juga digunakan pada perangkat jenis lain selain sumber listrik.

Rangkaian ini mencakup pembagi tegangan yang terdiri dari resistor pemberat dan dioda zener, yang beban dihubungkan secara paralel. Perangkat menyamakan tegangan keluaran dengan catu daya bolak-balik dan arus beban.

Skema ini bekerja sebagai berikut. Peningkatan tegangan pada input perangkat menyebabkan peningkatan arus yang melewati resistansi R1 dan dioda zener VD. Pada dioda zener, tegangan tetap konstan karena karakteristik arus-tegangannya. Oleh karena itu, tegangan pada beban tidak berubah. Akibatnya seluruh tegangan yang dikonversi akan mengalir ke resistansi R1. Prinsip operasi rangkaian ini memungkinkan untuk menghitung semua parameter.

Prinsip pengoperasian dioda zener

Jika dioda zener dibandingkan dengan dioda, maka ketika dioda dihubungkan dengan arah maju, arus balik dapat melewatinya, yang nilainya tidak signifikan yaitu beberapa mikroamp. Ketika tegangan balik dinaikkan sampai nilai tertentu maka akan terjadi gangguan listrik, dan jika arusnya sangat tinggi maka akan terjadi gangguan termal juga, sehingga dioda akan rusak. Tentu saja, dioda dapat beroperasi pada gangguan listrik dengan mengurangi arus yang melewati dioda.

Dioda zener didesain sedemikian rupa sehingga karakteristik daerah kerusakannya mengalami peningkatan linieritas, dan beda potensial kerusakan cukup stabil. Stabilisasi tegangan dengan menggunakan dioda zener dilakukan bila beroperasi pada cabang kebalikan dari sifat arus dan tegangan, dan pada cabang maju grafik dioda zener beroperasi seperti dioda biasa. Dalam diagram, dioda zener ditunjuk:

Parameter dioda zener

Parameter utamanya dapat dilihat dari karakteristik tegangan dan arus.

• Tegangan stabilisasi adalah tegangan melintasi dioda zener selama aliran arus stabilisasi. Saat ini, dioda zener diproduksi dengan parameter sebesar 0,7-200 volt.
• Arus stabilisasi maksimum yang diizinkan. Hal ini dibatasi oleh disipasi daya maksimum yang diijinkan, yang bergantung pada suhu sekitar.
• Arus stabilisasi terendah, dihitung dengan arus terkecil yang mengalir melalui dioda zener, dengan tetap mempertahankan efek stabilizer.
• Resistensi diferensial adalah nilai yang sama dengan rasio kenaikan tegangan terhadap kenaikan arus yang kecil.

Dioda zener yang dihubungkan dalam suatu rangkaian sebagai dioda sederhana dengan arah maju dicirikan oleh besaran tegangan searah dan arus searah tertinggi yang diizinkan.

Perhitungan penstabil parametrik

Faktor kualitas alat dihitung dengan koefisien stabilisasi yang dihitung dengan rumus: Kst U = (ΔUin / Uin) / (ΔUout / Uout).

Selanjutnya dilakukan perhitungan stabilizer menggunakan dioda zener yang dikombinasikan dengan resistor pemberat sesuai dengan jenis dioda zener yang digunakan. Untuk perhitungannya, digunakan parameter dioda zener yang telah dibahas sebelumnya.

Mari kita definisikan prosedur perhitungan menggunakan sebuah contoh. Mari kita ambil data awal:

• U keluar = 9 V;
• pada n =10mA;
• ΔSaya n = ±2mA;
• ΔUin = ± 10% Uin

Dengan menggunakan buku referensi, kami memilih dioda zener D 814B, yang propertinya adalah:

• kamu st = 9 V;
• saya Seni. maks = 36 mA;
• saya Seni. menit = 3 mA;
• R d = 10 Ohm.

Selanjutnya tegangan masukan dihitung: Uin = nst *Uout, dimana nst adalah koefisien transmisi. Fungsi stabilizer akan lebih efisien jika koefisiennya berada pada kisaran 1,4-2. Jika nst = 1,6, maka Uin = 1,6*9 = 14,4 V.

Langkah selanjutnya adalah menghitung resistor pemberat. Rumus yang digunakan adalah: R o = (U masuk – U keluar) / (I st + I n). Nilai saat ini Ist dipilih: Ist ≥ In. Ketika Uin berubah sebesar Δ Uin dan In sebesar ΔIn, tidak boleh ada lebih dari arus dioda zener yang besarnya I st. maks dan saya st. menit. Oleh karena itu, Ist diambil sebagai nilai rata-rata yang diperbolehkan dalam interval ini dan sama dengan 0,015 ampere.

Artinya resistor pemberat sama dengan: R o = (14.4 – 9)/(0.015+0.01) = 16 Ohm. Nilai standar terdekat adalah 220 ohm. Untuk memilih jenis resistansi, disipasi daya pada rumahan dihitung. Dengan menggunakan rumus P = I*2 R o, kita tentukan nilai P = (25*10-3) * 2 * 220 = 0,138 watt. Dengan kata lain daya resistansi standarnya adalah 0,25 watt.

Oleh karena itu, resistensi MLT lebih cocok - 0,25 - 220 Ohm. Setelah melakukan perhitungan, perlu untuk memeriksa kebenaran pilihan mode operasi dioda zener di rangkaian perangkat parametrik. Pertama-tama, arus terendahnya ditentukan: Ist. Min = (U masuk – ΔU masuk – U keluar) / Ro – (I n + ΔI n), dengan parameter praktis nilai I st. min = (14.4–1.44–9) * 103 / 220–( 10+2 ) = 6 miliampere.

Prosedur yang sama dilakukan untuk menghitung arus tertinggi: I st. maks=(Uin+ΔUin–Uout)/Ro–(In–ΔIn). Berdasarkan parameter awal, arus maksimum adalah: Ist.max = (14.4 + 1.44 – 9) * 103 / 220–(10 – 2) = 23 miliampere. Jika akibatnya nilai arus minimum dan maksimum yang dihitung melebihi batas yang diizinkan, maka I st atau resistor R o perlu diganti. Terkadang dioda zener perlu diganti.

Sampai saat ini, stabilisator tegangan parametrik digunakan untuk memberi daya pada rangkaian peralatan elektronik berdaya rendah. Sekarang jauh lebih murah dan efisien menggunakan stabilisator kompensasi kebisingan rendah seperti ADP3330 atau ADM7154. Meski demikian, beberapa peralatan yang sudah berproduksi sudah menggunakan stabilisator parametrik sehingga perlu bisa menghitungnya. Diagram penstabil parametrik yang paling umum ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Diagram penstabil parametrik

Gambar ini menunjukkan rangkaian penstabil tegangan positif. Jika perlu untuk menstabilkan tegangan negatif, maka dioda zener ditempatkan pada arah yang berlawanan. Tegangan stabilisasi sepenuhnya ditentukan oleh jenis dioda zener.

Perhitungan stabilizer dengan demikian direduksi menjadi perhitungan resistor R 0 . Sebelum Anda mulai menghitungnya, Anda harus memutuskan faktor destabilisasi utama:

• tegangan masukan;
• arus konsumsi.

Tegangan masukan yang tidak stabil dengan konsumsi arus yang stabil biasanya terdapat pada sumber tegangan referensi untuk konverter analog-ke-digital dan digital-ke-analog. Untuk penstabil parametrik yang memberi daya pada peralatan tertentu, perubahan arus keluaran perlu diperhitungkan. Dalam rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 1, pada tegangan input konstan, arus SAYA akan selalu stabil. Jika beban mengkonsumsi lebih sedikit arus, maka kelebihannya akan masuk ke dioda zener.

SAYA = SAYA st + SAYA n (1)

Oleh karena itu, arus beban maksimum tidak boleh melebihi arus maksimum dioda zener. Jika tegangan masukan tidak konstan (dan situasi ini sangat umum terjadi), maka kisaran perubahan arus beban yang diizinkan semakin berkurang. Resistansi resistor R 0 dihitung berdasarkan hukum Ohm. Nilai minimum digunakan dalam perhitungan tegangan masukan.

(2)

Kisaran maksimum perubahan tegangan masukan dapat ditentukan dengan hukum Kirhoff. Setelah transformasi kecil, dapat direduksi menjadi rumus berikut:

(3)

Dengan demikian, perhitungan penstabil parametrik cukup sederhana. Hal inilah yang membuatnya menarik. Namun, ketika memilih jenis stabilizer, Anda harus ingat fakta bahwa dioda zener (tetapi bukan stabilizer) yang merupakan sumber kebisingan. Oleh karena itu, stabilizer yang dijelaskan tidak boleh digunakan di unit penting peralatan radio. Izinkan saya menekankan sekali lagi bahwa ketika merancang peralatan baru, stabilisator kompensasi kebisingan rendah berukuran kecil, seperti ADP7142, lebih cocok sebagai sumber daya sekunder.

Literatur:

1. Sazhnev A.M., Rogulina L.G., Abramov S.S. “Pasokan listrik untuk perangkat dan sistem komunikasi”: tutorial/ Institusi Pendidikan Tinggi Negeri SibGUTI. Novosibirsk, 2008 – 112 detik.
2. Aliev I.I. Buku referensi kelistrikan. – edisi ke-4. benar. – M.: IP Radio Lembut, 2006. – 384 hal.
3. Geytenko E.N. Sumber listrik sekunder. Desain dan perhitungan sirkuit. tutorial. – M., 2008. – 448 hal.
4. Catu daya perangkat dan sistem telekomunikasi: Buku teks untuk universitas / V.M. Bushuev, V.A. Deminsky, L.F. Zakharov dan lainnya - M., 2009. – 384 hal.
5. Stabilisator tegangan parametrik. Perhitungan penstabil parametrik paling sederhana menggunakan dioda zener (http://www.radiohlam.ru/)

Untuk memilih dioda zener untuk rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar. 3, Anda perlu mengetahui rentang tegangan input U1 dan rentang perubahan beban R N.

Beras. 3. Rangkaian sambungan dioda zener.

Sebagai contoh, mari kita hitung resistansi R dan pilih dioda zener untuk rangkaian pada Gambar. 3 dengan persyaratan sebagai berikut:

Jadi, pertama-tama mari kita hitung nilai resistansi R. Tegangan input minimum adalah 11 V. Pada tegangan ini, kita harus memberikan arus ke beban minimal 100 mA (atau 0,1 A). Hukum Ohm memungkinkan Anda menentukan resistansi sebuah resistor:

R C = U1 MIN / I N.MAX = 11 / 0.1 = 110 Ohm Artinya, rangkaian untuk mengalirkan arus tertentu ke beban harus mempunyai hambatan tidak lebih dari 110 Ohm.

Penurunan tegangan pada dioda zener adalah 9 V (dalam kasus kami). Maka pada arus 0,1 A maka beban ekuivalennya adalah : R E = U2 / I N.MAX = 9 / 0,1 = 90 Ohm Maka untuk memberikan arus sebesar 0,1 A pada beban maka resistor quenching harus mempunyai resistansi: R = R C – R E = 110 – 90 = 20 Ohm Dengan mempertimbangkan fakta bahwa dioda zener itu sendiri juga mengonsumsi arus, Anda dapat memilih resistansi yang sedikit lebih rendah dari seri E24 standar). Namun, karena dioda zener mengkonsumsi arus yang kecil, nilai ini dapat diabaikan dalam banyak kasus.

Sekarang mari kita tentukan arus maksimum yang melalui dioda zener pada tegangan input maksimum dan beban mati. Perhitungan harus dilakukan dengan beban terputus, karena meskipun beban Anda selalu terhubung, Anda tidak dapat mengecualikan kemungkinan bahwa beberapa kabel akan terlepas dan beban akan mati.

Jadi, mari kita hitung penurunan tegangan pada resistor R pada tegangan input maksimum:

U R.MAX = U1 MAX – U2 = 15 – 9 = 6 VA Sekarang mari kita tentukan arus yang melalui resistor R dari hukum Ohm yang sama: I R.MAX = U R.MAX / R = 6 / 20 = 0.3 A = 300 mA Karena resistor R dan dioda zener VD dihubungkan secara seri, maka arus maksimum yang melalui resistor akan sama dengan arus maksimum yang melalui dioda zener (dengan beban mati), yaitu I R.MAX = I VD. MAX = 0,3 A = 300 mA Lebih banyak yang diperlukan untuk menghitung disipasi daya resistor R. Tapi kami tidak akan melakukan ini di sini, karena topik ini dijelaskan secara rinci di artikel Resistor.

Tapi mari kita hitung daya disipasi dioda zener:

P MAX = I VD.MAX * U ST = 0,3 * 9 = 2,7 W = 2700 mW Daya disipasi merupakan parameter yang sangat penting yang sering dilupakan untuk diperhitungkan. Jika ternyata disipasi daya pada dioda zener melebihi batas maksimum yang diperbolehkan, hal ini akan menyebabkan dioda zener menjadi terlalu panas dan rusak. Meski arusnya mungkin dalam batas normal. Oleh karena itu, disipasi daya untuk resistor redaman R dan dioda zener VD harus selalu dihitung.

Tetap memilih dioda zener sesuai dengan parameter yang diperoleh:

kamu ST = 9 V – Tegangan terukur stabilisasi
I ST.MAX = 300 mA – arus maksimum yang diizinkan melalui dioda zener
P MAX = 2700 mW – daya disipasi dioda zener pada I ST.MAX

Dengan menggunakan parameter ini, kami menemukan dioda zener yang sesuai di buku referensi. Untuk keperluan kita, misalnya, dioda zener D815V cocok.

Harus dikatakan bahwa perhitungan ini cukup kasar, karena tidak memperhitungkan beberapa parameter, seperti misalnya kesalahan suhu. Namun, dalam kebanyakan kasus praktis, metode yang dijelaskan di sini untuk memilih dioda zener cukup cocok.

Dioda zener seri D815 memiliki penyebaran tegangan stabilisasi. Misalnya, rentang tegangan D815V adalah 7,4...9,1 V. Oleh karena itu, jika Anda perlu mendapatkan tegangan yang tepat pada beban (misalnya, tepat 9 V), Anda harus memilih dioda zener secara empiris dari a kumpulan beberapa jenis yang sama. Jika tidak ingin repot memilih sembarangan, maka Anda bisa memilih dioda zener dari seri lain, misalnya seri KS190. Benar, mereka tidak cocok untuk kasus kami, karena daya disipasinya tidak lebih dari 150 mW. Transistor dapat digunakan untuk meningkatkan daya keluaran penstabil tegangan. Tapi lebih lanjut tentang ini lain kali...

Dan selanjutnya. Dalam kasus kami, daya disipasi dioda zener cukup tinggi. Dan meskipun menurut karakteristik D815V daya maksimumnya adalah 8000 mW, disarankan untuk memasang dioda zener pada radiator, terutama jika beroperasi dalam kondisi sulit (suhu lingkungan tinggi, ventilasi buruk, dll).

Jika perlu, di bawah ini Anda dapat melakukan penghitungan yang dijelaskan di atas untuk kasus Anda

Catu daya perangkat RES berdaya rendah dengan batas kecil perubahan konsumsi arus biasanya dilakukan dari penstabil tegangan parametrik (PVS). Selain itu, stabilisator ini banyak digunakan sebagai sumber referensi tegangan (VRS) pada stabilisator tegangan dan arus kompensasi.

Penstabil parametrik menstabilkan tegangan keluaran karena sifat karakteristik tegangan arus elemen nonlinier, misalnya dioda zener, penstabil, tersedak saturasi. Skema struktural penstabil parametrik ditunjukkan pada Gambar. 15.1. Di dalamnya, elemen nonlinier NE dihubungkan ke tegangan suplai input?/ 0 melalui resistor pendinginan /?„ dan beban dihubungkan secara paralel ke NE saya n. Ketika tegangan masukan meningkat?/0, arus yang melalui elemen nonlinier NE meningkat, akibatnya penurunan tegangan pada resistor pendinginan meningkat sehingga tegangan keluaran tetap konstan di bawah beban. Stabilitas tegangan keluaran pada penstabil parametrik ditentukan oleh kemiringan karakteristik arus-tegangan NE dan rendah. Tidak ada kemungkinan dalam penstabil parametrik penyesuaian halus tegangan keluaran dan pengaturan nilai nominalnya secara tepat.

Sebagaimana dicatat, untuk menstabilkan tegangan DC di PSN, digunakan elemen dengan karakteristik tegangan arus nonlinier. Salah satu elemen tersebut adalah dioda zener silikon. Diagram dasar PSN satu tahap ditunjukkan pada Gambar. 15.2.

Beras. 15.1

Beras. 15.2. Rangkaian penstabil parametrik satu tahap

Di rangkaian ini, ketika tegangan input berubah dll. oleh ±D S/t arus melalui dioda zener VI) berubah sebesar A/st, yang menyebabkan sedikit perubahan tegangan pada dioda zener (sebesar ±D?/„), dan juga pada beban. Nilai D(/n bergantung pada D?/in, resistansi resistor pembatas Dia Dan

di st

Resistansi diferensial dioda zener g st =--.

d1 st

Pada Gambar. 15.3 menunjukkan contoh karakteristik statis suatu stabilizer untuk menjelaskan prinsip stabilisasi dan menentukan koefisien stabilisasi.

Koefisien stabilisasi (berdasarkan tegangan input) dari rangkaian PSN pada Gambar. 15.2 dan karakteristik pada Gambar. 15.3 muncul sebagai

A dan k dan t

Dan," " G

Resistansi internal stabilizer ditentukan terutama oleh resistansi diferensial dioda zener. Pada Gambar. 15.4 menunjukkan ketergantungan g st dioda zener berdaya rendah dari tegangan stabilisasi untuk berbagai arus stabilisasi / cx. Dapat dilihat dari grafik bahwa dengan bertambahnya /st, resistansi diferensial berkurang dan mencapai

nilai minimum untuk stabilisasi 6-8 V.

Dioda zener dengan tegangan

Beras. 15.4.

Beras. 15.5.

Koefisien suhu tegangan an dioda zener menentukan deviasi tegangan keluaran PSN dengan perubahan suhu. Pada Gambar. Gambar 15.5 menunjukkan ketergantungan n pada tegangan stabilisasi. Untuk perangkat dengan dan st > 5,5 V Dengan meningkatnya suhu, tegangan pada dioda zener meningkat. Oleh karena itu, kompensasi suhu dalam hal ini dapat dicapai dengan menghubungkan dioda secara seri dengan dioda zener dalam arah maju (U0 2, K/) 3 pada Gambar. 15.6, A).

Namun, hal ini meningkatkan resistansi internal PSN karena resistansi diferensial dioda kompensasi termal dalam arah maju r diff, yang bergantung pada jenis dioda yang dipilih dan mode operasinya. Sebagai contoh pada Gambar. 15.7 menunjukkan ketergantungan g diff pada arus maju untuk non-

Beras. 15.6.

A- dengan dioda kompensasi suhu K/) 2, K/) 3; B - penstabil dua tahap; V - penstabil jembatan dengan satu dioda zener; g - penstabil jembatan dengan dua dioda zener; D - stabilizer dengan pengikut emitor; e - dengan jaringan dua terminal yang menstabilkan arus; Dan - dengan transistor penstabil arus dengan konduktivitas berbeda hal-hal Dan hal-hal

jenis dioda dan dioda zener apa yang dihubungkan searah maju. Perlu dicatat bahwa PSN dengan kompensasi suhu memiliki nilai gst yang meningkat dan koefisien stabilisasi yang berkurang. Pada Gambar. Gambar 15.8 menunjukkan ketergantungan koefisien suhu terhadap besar arus maju untuk dioda zener tipe D814 dan dioda DZ10, yang dapat digunakan untuk kompensasi suhu.

Jika peningkatan stabilitas tegangan keluaran PSN diperlukan, maka digunakan rangkaian penstabil dua tahap atau jembatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 15.6, B, di, g. Stabilisasi tegangan awal pada PSN dua tahap (Gbr. 15.6, B), dilakukan dengan menggunakan elemen aku g, UE) dan G/) 2, memungkinkan Anda memperoleh koefisien stabilisasi tegangan keluaran yang cukup tinggi

aku G aku r2

Ke = kk ~-1L__g| _

st2k Ke st1 Ke st2 y,)(y

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

Di mana ke st, ke st2- koefisien stabilisasi tahap pertama dan kedua; g stb g st2 - resistansi diferensial dioda zener -KT> 3; a*st4, ^st5 - resistansi diferensial

dioda Aduh 4, G/) 5 . Penurunan suhu tegangan pada beban dan resistansi internal PSN dua tahap adalah sama seperti pada rangkaian pada Gambar. 15.6, A.

Beras. 15.7.

dari arus searah

Beras. 15.8.

dari arus searah

Meningkatkan koefisien stabilisasi pada rangkaian jembatan (Gbr. 15.6, V, G) dicapai karena tegangan kompensasi yang muncul pada resistor R 2 atau dioda zener VD ketika tegangan masukan berubah. Koefisien stabilisasi di R H = konstanta:

untuk diagram pada Gambar. 15.6, V

Dan"

U,Ar„/R 3 -R 2 /R,y

Di mana kamu h- tegangan beban R";

untuk diagram pada Gambar. 15.6, hal

Di mana G st i dan g st 2 - resistansi diferensial dioda zener yb Dan kamu 2.

Dalam stabilisator parametrik jembatan, secara teoritis, koefisien stabilisasi bisa sangat besar jika elemen dipilih berdasarkan kondisi: untuk Gambar. 15.6, di g st /I 3 = R2/R dan untuk diagram pada Gambar. 15.6, hal g st2 /saya 2 = g st /Ya. Resistansi internal untuk rangkaian pada Gambar. 15.6, dalam g n = g C1 + saya 2, dan untuk diagram pada Gambar. 15.6, hal

Tn. Gst1+ G-t2-

Perlu dicatat bahwa stabilitas tegangan keluaran yang relatif tinggi pada rangkaian PSN pada Gambar. 15.6, Tuhan dicapai karena penurunan efisiensi yang signifikan dibandingkan dengan rangkaian pada Gambar. 15.3. Rangkaian pada Gambar 1 memungkinkan Anda untuk meningkatkan stabilitas tegangan keluaran PSN tanpa menurunkan efisiensi. 15.6, e karena penggunaan sumber arus yang dibuat pada transistor UT, dioda zener kamu[)(sebagai gantinya dua dioda yang dihubungkan secara seri dalam arah maju dapat dimasukkan) dan resistor saya eh Dan /? B. Hal ini memungkinkan Anda untuk menstabilkan arus yang mengalir melalui dioda zener U1) 2 dan dengan demikian secara tajam mengurangi penyimpangan tegangan pada beban dengan perubahan besar pada tegangan masukan. Perubahan suhu dan hambatan dalam rangkaian PSN ini hampir sama dengan rangkaian pada Gambar. 15.2.

Daya keluaran maksimum dari rangkaian PSN yang dipertimbangkan dibatasi oleh nilai batas arus stabilisasi dan daya yang dihamburkan dari dioda zener. Jika Anda menggunakan transistor dalam mode pengikut emitor dengan dioda zener di rangkaian basis (Gbr. 15.6, D), maka daya beban dapat ditingkatkan. Koefisien stabilisasi PSN pada Gambar. 15.6, D

• (15.5)
• (15.6)

Ke -*Dan -

"(1 + tsg st /A 0)?/ dan ’

dan resistensi internal

/?(/)« p(g e +/* b /L 21e);

gb, g e, saya 2 e - masing-masing resistansi basis, emitor, kolektor dan koefisien transfer arus pada rangkaian transistor OE.

Namun, PSN tersebut dengan 1/ st > 5,5 V lebih rendah dalam kontrol suhu dibandingkan stabilisator yang ditunjukkan pada Gambar. 15.6, ag.

Pada Gambar. 15.6, Dan Sirkuit PSN dengan transistor tambahan dengan konduktivitas berbeda ditampilkan. Hal ini ditandai dengan stabilitas tegangan keluaran yang tinggi dan kemampuan untuk menghubungkan dua beban secara bersamaan /? tidak | Dan saya n2 ke berbagai rel tegangan masukan. Dalam hal koefisien stabilisasi dan perubahan suhu, skema ini sedikit lebih unggul dari skema pada Gambar. 15.6, e, dan resistensi internal G st ] dan r st 2 masing-masing ditentukan oleh dioda zener SD dan E/) 2.

Regulator tegangan parametrik masih digunakan untuk memberi daya pada produk elektronik berdaya rendah, sehingga perlu untuk dapat menghitungnya.

Seringkali, ketika mengulangi struktur yang sudah jadi, kondisi pengoperasiannya berbeda dari yang direkomendasikan oleh pengembang, perlu untuk menganalisis pengoperasian penstabil tegangan parametrik untuk memperjelas nilai resistansi resistor pemberat.

Masalah-masalah ini diselesaikan dengan menggunakan file Microsoft Excel yang dikembangkan oleh penulis. Dua opsi untuk menghitung penstabil tegangan parametrik dan perhitungan untuk menganalisis kondisi operasi dioda zener dalam rangkaian jadi disajikan.

Objek perhitungan dan analisis dalam contoh adalah stabilisator parametrik dari dua desain penguat daya frekuensi audio yang terkenal. Ini dari Interlavka dan dari Andrey Zelenin A.

Hubungan dasar untuk menghitung penstabil parametrik pada dioda zener

Pada Gambar. Gambar 1 menunjukkan diagram skema penstabil parametrik: Uin – masukan tegangan tidak stabil, Uout=Ust – tegangan stabil keluaran, Ist – arus melalui dioda zener, In – arus beban, R 0 – resistor pemberat (pembatas, pendinginan).

Uin=Ust+(In+Ist)R 0 =Ust+IR 0, (1)
I=In+Ist – arus yang mengalir melalui resistor ballast R0.

Beras. 1. Diagram penstabil tegangan parametrik menggunakan dioda zener

Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 1, penstabil parametrik berbahan dasar dioda zener silikon adalah pembagi tegangan yang terdiri dari resistor pemberat R 0 dengan Volt - linier karakteristik ampere(karakteristik tegangan volt) dan dioda zener VD1, yang dapat dianggap sebagai resistor dengan karakteristik tegangan arus nonlinier tajam.

Ketika tegangan Uin berubah, arus yang melalui pembagi berubah, menyebabkan perubahan penurunan tegangan pada resistor R0, dan tegangan pada dioda zener, oleh karena itu, pada beban Rн praktis tidak berubah.

Perubahan kecil tegangan pada beban dalam rentang dari Ust min ke Ust max berhubungan dengan perubahan arus melalui dioda zener dari Ist min ke Ist max. Selain itu, arus minimum yang melalui dioda zener sesuai dengan tegangan input minimum dan arus beban maksimum, yang dicapai dengan resistansi resistor pemberat.

R 0 =(Uin menit-Ust menit)/(Dalam maks+Ist menit). (2)

Pada gilirannya arus maksimum yang melalui dioda zener akan mengalir pada arus beban minimum dan tegangan masukan maksimum.

Sangat mudah untuk menemukan kondisi pengoperasian stabilizer:

ΔUin=ΔUst+R 0 (ΔIst-ΔIn), (3)
dimana ΔUin=Uin max-Uin min, ΔUst= Ust max-Ust min, ΔIst=Ist max-Ist min, ΔIn= Dalam max-In min.

Untuk mempermudah, mari kita atur ΔUst = 0 dan analisis ekspresi (3).

Kisaran arus beban tidak boleh lebih besar dari kisaran arus dioda zener, karena dalam kasus ini sisi kanan ekspresi menjadi negatif dan rangkaian tidak akan berfungsi sebagai pengatur tegangan.

Jika perubahan arus beban tidak signifikan, ekspresi kondisi pengoperasian stabilizer disederhanakan:

ΔUin= ΔIstR 0. (4)

Efisiensi penstabil parametrik ditentukan dari persamaan:

Efisiensi=Ust Masuk /(Uin (Masuk + Ist)=1/(Nst(1+ Ist/In)), (5)
dimana Nst=Uin/Ust – koefisien transmisi stabilizer; biasanya Nst=1,4…2.

Dari persamaan (5) dapat disimpulkan bahwa semakin rendah koefisien transfer stabilizer dan semakin rendah rasio arus yang melalui dioda zener terhadap arus beban, semakin tinggi efisiensinya.

Parameter utama penstabil tegangan, yang digunakan untuk menilai kualitas kinerjanya, adalah koefisien stabilisasi:

Kst=(ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 Ust/rdUin=R 0 /Nst-d=Kefisiensi, (6)
di mana rd adalah resistansi dinamis dioda zener; Kf – koefisien filtrasi.

Opsi pertama untuk menghitung penstabil parametrik

Kami akan melakukan ini ketika tegangan suplai tidak stabil dan resistansi beban relatif konstan.

Data awal untuk perhitungan adalah : Uout, In, ΔIn, Uin, ΔUin.

Untuk mendapatkan tegangan keluaran yang dibutuhkan, sesuai buku referensi, pilih dioda zener dengan parameter: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.

Kami menghitung tegangan input yang diperlukan berdasarkan koefisien transfer optimal ekstrim dari stabilizer Nst = 1.4...2, yang juga dapat dipilih oleh pengguna dalam rentang apa pun yang diperlukan Nst:

Ist р=0,5(Ist min+Ist maks)>Masuk.

Mari kita hitung resistansi resistor pemberat:

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

Mari kita hitung kekuatan resistor pemberat dengan margin ganda:

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

Mari kita periksa mode pengoperasian stabilizer yang dipilih.
Perhitungan benar jika, dengan perubahan simultan Uin sebesar ΔUin dan In sebesar ΔIn, arus dioda zener tidak melampaui batas Ist max dan Ist min:
Ist r maks=(Uin+ ΔUin- Ust)/(R 0 -(In- ΔIn))<0,8 Iст max;
Ist r min=(Uin- Ust)/(R0-(In+ ΔIn))>1,2 Ist mnt.

Ini memperhitungkan margin 20% yang diperlukan untuk pengoperasian dioda zener yang andal. Nilai operasi maksimum arus yang melalui dioda zener, yang diterima dalam perhitungan, tidak lebih dari 0,8 dari referensi Ist max, karena pertimbangan keandalan operasional perangkat, sehingga daya yang dihamburkan oleh dioda zener berada di bawah maksimal. Untuk menjamin koefisien stabilisasi yang diperlukan, nilai operasi minimum arus yang melalui dioda zener Ist p min diambil 1,2 kali lebih besar dari Ist min.

Jika nilai arus yang diperoleh Ist p max dan Ist p min berada di luar nilai yang diizinkan, maka perlu memilih nilai Ist p yang berbeda, mengubah resistansi R 0 atau mengganti dioda zener.

Kami juga akan menghitung parameter stabilizer yang menentukan kualitas dan efisiensinya - koefisien stabilisasi Kst = (ΔUin/Uin)/(ΔUout/Uout)= R 0 /(rdNst),
faktor efisiensi efisiensi=Ust Masuk /(Uin (In + Ist))=1/(Nst(1+ Ist/In)),
dan koefisien filtrasi Kf=Kst/efisiensi.

Contoh perhitungan No.1

Mari kita hitung penstabil tegangan parametrik dengan karakteristik sebagai berikut: tegangan beban stabil Un=9 V; memuat arus Masuk = 10 mA; perubahan arus beban ΔIn=2 mA; perubahan tegangan masukan ΔUin=10%.

Mari kita pilih dioda zener tipe D814B, yang Ust= Un=9 V; jarak=10 Ohm; Ist maks = 36 mA; menit pertama = 3 mA.

Kami memasukkan informasi di atas ke dalam sel yang sesuai dari data sumber (disorot dengan isian biru muda) pada lembar "Opsi perhitungan pertama" dari tabel Microsoft Excel "Perhitungan dan analisis pengoperasian penstabil tegangan parametrik.xlsx" dan segera dapatkan hasil perhitungan pada sel perhitungan yang diberi isian berwarna coklat muda:

tegangan masukan Uin=15,0 V; resistansi resistor pemberat R 0 =240 Ohm, daya resistor pemberat dengan cadangan ganda Po=0,3 W; Kst=15.0, efisiensi=24%, Kf=62.5 (lihat Gambar 2).

Beras. 2. Cetak dari layar contoh perhitungan No.1

Kami memilih resistor dengan resistansi 240 Ohm dan daya 0,5 W.

Mari kita asumsikan ada riak pada input stabilizer tegangan AC amplitudo Upin=0,1 V=100 mV. Amplitudo riak pada keluaran penstabil adalah Upst = Upin/Kph=100/62.5=1.6 mV.

Contoh perhitungan No.2

Mari kita hitung penstabil parametrik untuk tegangan suplai Naik=Uin=±25 V; ±35V dan ±45V.

Perhitungan akan dilakukan untuk penstabil parametrik polaritas positif (R5, VD1, C2), karena penstabil polaritas negatif lainnya (R6, VD2, C4) hanya berbeda dalam arah penyalaan dioda zener.

Mari kita siapkan data awal: tegangan beban stabil Un=12 V, arus beban In=(12-0.5)/R2=11.5/10=1.15 mA, ΔIn=0.115 mA, perubahan tegangan input ΔUin=10 %.

Mari kita pilih dioda zener BZX55C12, yang memiliki parameter berikut: Ust= Un=12 V; jarak=20 Ohm; Ist maks = 32 mA; menit pertama = 5 mA.

Hasil perhitungan ditunjukkan pada Gambar. 3; untuk Naik=±25 V R5=R6=1,3 kOhm (0,25 W); untuk Naik=±35 V R5=R6=2,4 kOhm (0,5 W); untuk Naik=±45 V R5=R6=3,6 kOhm (1 W).

Beras. 3. Perhitungan stabilisator parametrik untuk penguat “Green Lanzar”.

Opsi kedua untuk menghitung penstabil parametrik

menggunakan nilai batas arus beban In min dan In max sebagai data awal, yang, ketika In min = 0, memungkinkan untuk menyediakan mode siaga stabilizer. Untuk beban konstan pilih In max = In min.

Jadi, data awalnya adalah: tegangan beban stabil Uout, arus beban Dalam min, Dalam maks, tegangan masukan pengenal Uin dan deviasinya ΔUin n dan ΔUin in.

Parameter dioda zener sama seperti pada perhitungan sebelumnya: Ust = Uout, Ist max, Ist min, rd.

Kami menghitung nilai maksimum dan minimum arus operasi dioda zener:

Ist p maks=0,8 Ist maks,
Waktu pertama p menit=1,2 Waktu pertama menit.

Jika stabilizer harus beroperasi dalam mode siaga (Dalam min=0), pilih Ist p min=Ist min.

Kami memeriksa kesesuaian dioda zener yang dipilih untuk tegangan stabilisasi dalam batas arus beban dan tegangan suplai yang ditentukan:

(Ist p maks+ Dalam menit)(1- ΔUin n)-(Ist min+ Dalam maks)(1+ ΔUin dalam)>0,
dimana ΔUin n=(Uin-Uin min)/ Uin, ΔUin in=(Uin max-Uin)/ Uin.

Jika ketimpangan tidak terjadi, Anda memerlukan:
gunakan dioda zener yang lebih kuat;
atur ke nilai yang lebih kecil ΔUin n dan ΔUin in;
kurangi dalam maks atau tambah dalam min.

Tegangan pengenal Uin yang harus disediakan oleh penyearah dihitung dengan rumus:

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 masuk)].

Resistansi resistor pemberat:

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

Kami juga menghitung kekuatan resistor dengan margin ganda:

Po=2(Uin(1+ ΔUin n) - Ust) 2 /R 0 .

Dengan menggunakan rumus yang diberikan pada perhitungan versi pertama, kita mencari Kst, efisiensi dan Kf.

Contoh perhitungan No.3

Mari kita hitung penstabil tegangan parametrik dengan karakteristik sebagai berikut: tegangan beban stabil Un=9 V; arus Dalam min =0, Dalam maks =10 mA; perubahan masukan ΔUin n=10%, ΔUin v=15%.

Mari kita pilih dioda zener tipe D814B, yang Ust = Un; jarak=10 Ohm; Ist maks=36 mA, Ist min=3 mA.

Setelah memasukkan data awal ke dalam lembar tabel “Opsi perhitungan kedua”, diperoleh hasil sebagai berikut (Gbr. 4):

Uin=14 V, R 0 =221 Ohm, Po=0,45 W, Kst=14,2.

Beras. 4. Tangkapan layar penstabil parametrik dalam mode siaga

Kami memilih resistor dengan resistansi 220 Ohm dan daya 0,5 W.

Analisis pengoperasian penstabil parametrik

Data awal analisis adalah sebagai berikut: Un, In, ΔIn, ΔUin, R 0 .

Juga diperlukan untuk analisis adalah parameter dioda zener: Ust = Un, rd, Ist max dan Ist min.

Analisis dilakukan dengan menghitung arus operasi dioda zener Ist p=(Uin-Ust)/R 0 -In; koefisien transmisi Nst = Uin/Ust; daya Po resistor pemberat, koefisien stabilisasi Kst, efisiensi dan koefisien filtrasi Kf.

Penting untuk memeriksa mode operasi dioda zener di rangkaian stabilizer, yang dilakukan menggunakan rumus yang mirip dengan yang diberikan pada opsi perhitungan pertama.

Contoh analisis #1

Mari kita menganalisis nilai resistor pemberat R3 dan R4 dari stabilisator tegangan kompensasi penguat Lanzar, tergantung pada tegangan suplai yang digunakan.

Kisaran tegangan suplai amplifier yang dinyatakan adalah dari Naik=±30 V hingga ±65 V, saat menyala diagram skematik resistansi resistor pemberat ditunjukkan R 0 =R3=R4=2,2 kOhm (1 W).

Dalam publikasi lain, disarankan untuk memilih nilai resistansi resistor pemberat tergantung pada tegangan suplai penguat menggunakan rumus R 0 = (Up-15)/I, di mana I = 8...10 mA. Tabel 1 menunjukkan perhitungan menggunakan rumus yang ditentukan untuk rentang tegangan suplai penguat dengan penambahan 5 V.

Data awal untuk analisis: tegangan beban stabil Un=15 V, arus beban In=(15-0.5)/R5=14.5/6.8=2.13 mA, ΔIn=0.213 mA, perubahan tegangan input ΔUin=10%.

Mari kita pilih dioda zener 1N4744A, yang memiliki parameter berikut: Ust= Un=15 V; jarak=14 Ohm; Ist maks = 61 mA; menit pertama = 5 mA.

Analisis pengoperasian stabilisator parametrik dalam penguat Lanzar menunjukkan bahwa arus stabilisator minimum Ist p min dipilih pada batas dengan margin hanya 3...14% daripada yang diperlukan 20% (Gbr. 5).

Beras. 5. Mode pengoperasian stabilisator di amplifier Lanzar tergantung pada tegangan suplai yang dipilih

Dengan menggunakan alat analisis data spreadsheet Microsoft Excel “Pemilihan Parameter”, kami akan memperjelas resistansi resistor pemberat. Untuk melakukan ini, mari kita pergi ke sel dengan rumus Ist p min (sel Bab 26) dan pilih dari menu Data -> « Analisis bagaimana-jika»-> Pemilihan parameter.

Taruh di dalam sel Bab 26 nilai 6.0 (margin 20% dari Ist min), mengubah nilai sel di mana resistansi resistor pemberat dimasukkan ( $C$15).

Kita mendapatkan R 0 = 1,438 kOhm. Mari kita masukkan ke dalam sel ini nilai resistansi terdekat dari seri standar R 0 =1,3 kOhm.

Setelah melakukan operasi yang ditunjukkan dalam tabel untuk semua nilai tegangan suplai, kami memperoleh hasil berikut (Gbr. 6).

Beras. 6. Klarifikasi mode operasi stabilisator parametrik penguat Lanzar

Hasil analisis juga dirangkum dalam Tabel 2.

Kekuatan resistor untuk tegangan suplai penguat dari ±30 V hingga ±40 V adalah 0,5 W, untuk tegangan lainnya – 1 W.

Intinya

Bahkan perhitungan ini pun diperlukan perangkat sederhana sebagai penstabil tegangan parametrik. Memilih nilai resistor pemberat “secara mata” dapat menyebabkan kesalahan desain yang tidak segera diketahui.

Sebelum merakit desain yang Anda suka, disarankan untuk menganalisis dan, jika perlu, memperjelas mode operasi dioda zener penstabil parametrik menggunakan spreadsheet yang diusulkan di Microsoft Excel.