Как уменьшить напряжение с помощью стабилитрона

Содержание

Стабилитрон. Особенности практического применения.
Стабилитрон. Простейшие стабилизаторы на нем
Как уменьшить напряжение с помощью стабилитрона
Кто сейчас на форуме

Стабилитрон. Особенности практического применения.

Рассказано о назначении и применении стабилитронов, как проверить их исправность и основные параметры, чем и как можно заменить.

Сердцем практически любого стабилизатора напряжения является стабилитрон. Его основная функция поддерживать постоянное напряжение на выходе при изменении напряжения на входе. Информации на эту тему очень много. Я постараюсь ее систематизировать и подать максимально коротко, только то, что нужно для практики.

На схемах обозначаются так:

Выглядят, в основном, вот так:

Стабилитрон — специально изготовленный диод с особой воль-амперной характеристикой. Показать ее и пояснить нужно обязательно, для понимания принципа работы. Вот как она выглядит для обычного стабилитрона, например, Д814:

Когда на анод подают плюс, а на катод минус, то стабилитрон ведет себя как обычный диод. На рисунке прямая ветвь. При возрастании напряжения ток растет. Когда плюс подают на катод, а минус на анод, т.е. включают в обратном направлении, то характеристика стабилитрона, зависимость тока через него от приложенного напряжения, тоже кардинально меняется. Это хорошо видно по форме обратной ветви характеристики. Когда напряжение на стабилитроне достигает напряжения пробоя, cтабилитрон пробивается, но не перегорает, так как ток через него ограничен резистором. Этот резистор называется балластным. Если не будет этого резистора, или его номинал подобран не правильно, то стабилитрон выйдет из строя. Величина сопротивления этого резистора подбирается таким образом, чтобы в диапазоне изменения входных напряжений ток через стабилитрон не выходил за допустимые для данного стабилитрона пределы Iст min Iст max. При этом напряжение на стабилитроне остается постоянным и равно напряжению стабилизации. Его величина для каждого типа стабилитрона своя. У двуханодных стабилитронов прямая ветвь такая же как и обратная только расположена справа вверху. В схемах двуханодный стабилитрон можно включать независимо от полярности входного напряжения. Это удобно для ограничения переменного напряжения по амплитуде.

Типовая схема включения стабилитрона на конкретном примере:

Параметры стабилитрона КС182 указаны в справочнике:

Напряжение стабилизации стабилитрона 8,2В. При этом ток стабилизации может изменяться от 3мА до 17мА.

Как правило, в расчетах рекомендуют брать минимальное напряжение на входе в 1,5 раза выше напряжения стабилизации. Получаем 12,3 В. Максимальное примем исходя из допустимого разброса напряжения сети 20%. Получаем 14,73 В. Номинал резистора по закону Ома можно посчитать вручную, но в интернете много онлайн калькуляторов для решения таких задач, например, вот этот:

При таких заданных параметрах получим ток в нагрузке от 0 до 12 мА, что соответствует максимальной мощности 0,1 Вт.

Сопротивление балластного резистора 340 Ом, его мощность 0,125 Вт.

Мощность стабилитрона 0,156 Вт.

Мощность, рассеиваемая на резисторе и стабилитроне, составляет в сумме 0,28 Вт. При этом мощность в нагрузке 0,1 Вт. КПД получается 36%. При больших мощностях это не рационально.

Теперь основные моменты из практики.

Как проверить исправность стабилитрона? Обычный стабилитрон проверяется как диод, т.е. прозванивается мультиметром и должен обладать односторонне проводимостью. Другое дело, стабилитрон двухстронний (или двуханодный) или стабилитрон с защитным диодом. Их прозвонить как диод не удастся. Они показывают обрыв в обе стороны. Проверяются только по методике, указанной в следующем пункте.
Проверка напряжения стабилизации. Перед проверкой нужно определиться с мощностью стабилитрона. Это можно сделать по внешнему виду. Если стабилитрон малых размеров и выводы тонкие, то это малая мощность с током стабилизации от 3 до 20 мА. Если корпус чуть больше и выводы толще, то это средняя мощность и ток стабилизации до 90 мА. Ну а мощный стабилитрон имеет большие размеры и возможность установки на радиатор. У него ток стабилизации до ампера и выше.

Есть еще одна особенность. Чем выше напряжение стабилизации стабилитрона, тем меньше ток стабилизации, так как определяющей в этом случае является рассеиваемая стабилитроном мощность. Так что для стабилитронов малой и средней мощности при проверке достаточно тока 10 мА, для большой мощности 20-30мА. Поэтому для большинства проверок стабилитронов с напряжением стабилизации до 30В берем резистор 1-2 кОм и через него подключаем катод стабилитрона к плюсу регулируемого блока питания, анод соответственно к минусу.

Параллельно стабилитрону подключаем вольтметр. От нуля плавно повышаем напряжение и следим за показаниями вольтметра. Как только они перестали расти при увеличении напряжения блока питания снимаем показания вольтметра. Если напряжение перестало расти при значениях около 1В, значит перепутан анод и катод стабилитрона. Нужно их поменять местами и повторить процедуру. Значение напряжения, при котором прекратились увеличиваться показания вольтметра, и есть напряжение стабилизации. У двуханодных оно будет одинаковым при смене полярности подключения. У стабилитрона с диодом напряжение стабилизации при неправильном включении будет достаточно высоким, на практике выше напряжения блока питания. Теоретически оно будет равно обратному напряжению диода. Можно применять для проверки и нерегулируемый блок питания напряжением выше предполагаемого напряжения стабилизации стабилитрона. При подключении, как на схеме, измеренное напряжение на стабилитроне будет равно напряжению стабилизации стабилитрона. Если показания вольтметра равны напряжению блока питания, значит стабилитрон включен наоборот или имеет напряжение стабилизации выше напряжения блока питания.

В некоторых случаях очень важным параметром является температурный коэффициент напряжения стабилизации. Например, в автомобильном реле-регуляторе, которое управляет величиной напряжения в бортсети автомобиля. Если оно будет сильно изменяться в зависимости от температуры в моторном отсек, то выйдет из строя электрооборудование автомобиля. Следующий наглядный пример. В телевизорах и радиоприемниках в блоке формирования напряжения настройки на частоту принимаемого сигнала также недопустима зависимость напряжения от температуры, иначе сигнал будет плавать и пропадать. Именно поэтому в реле-регуляторах применяют стабилитроны типа Д818Е, а в блоках настройки телевизоров КС531. У первых температурный коэффициент составляет +0,001 %/град, у вторых ±0,005%/град. В то время, как у других, например, КС182 о которых упоминалось в начале статьи, температурный коэффициент составляет около 0,1 %/град. Это почти в 100 раз хуже. как правило, стабилитроны с хорошим температурным коэффициентом содержат внутренний диод, катод которого соединен с катодом стабилитрона. Температурный коэффициент этого диода имеет знак противоположный температурному коэффициенту самого стабилитрона. Таким образом достигается высокая температурная стабильность напряжения стабилизации.

Пока проверяемый стабилитрон подключен для проверки напряжения стабилизации по схеме п.2 этой статьи, можно его выводы подогреть паяльником, немного, градусов до 60-70 и понаблюдать за изменением напряжения на вольтметре. Разница между термостабильным стабилитроном и обычным будет очень заметна.

То, что основное назначение стабилитрона поддерживать постоянное напряжение на нагрузке при изменении входного напряжения и тока нагрузки уже понятно. Но тут есть особенность. Для эффективного выполнения этих задач, мощность нагрузки реально не должна превышать 30% от мощности, рассеиваемой на балластном резисторе и стабилитроне. Об этом уже было сказано в начале статьи. Для увеличения КПД и тока в нагрузке применяют транзисторы. Наиболее простая схема:

Если ток стабилитрона 10мА, а коэффициент усиления транзистора по току 100 раз, то ток в нагрузке будет 10х100=1000мА. Установив параллельно стабилитрону переменный резистор можно напряжение стабилизации в нагрузке изменять от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона.

Чем можно заменить стабилитрон или изменить напряжение стабилизации?

Обычный кремниевый диод включенный в прямом направлении может выполнять функции стабилитрона напряжением около 0,7 В. Для увеличения напряжения диоды можно включать последовательно с такими же диодами или стабилитроном, напряжение которого нужно немного увеличить. Германиевый диод, при прямом включении, стабилизирует напряжение около 0,5 В, светодиод, в зависимости от типа 2…3,2 В.

Примеры показаны ниже на фото:

Кремниевые транзисторы в диодном включении также могут выполнять функции стабилитрона напряжением 5…6 В. Причем можно использовать последовательное подключение транзистора с диодами, нескольких транзисторов, как показано ниже:

Если есть маломощный стабилитрон на нужное напряжение, а нужен более мощный, то можно использовать такую аналогию ( где VD1 маломощный стабилитрон):

R2 – балластный резистор. Напряжение стабилизации схемы равно напряжению стабилизации стабилитрона плюс напряжение б-э транзистора (0,7В у кремниевых и 0,5В у германиевых). Максимальный ток стабилизации схемы равен току стабилитрона, умноженному на коэффициент усиления транзистора по току (h₂₁). Используя такие схемы нельзя допускать превышения значений параметров применяемых элементов.

Если нужны высоковольтные стабилитроны на напряжения 120…180В (КС620А, КС630А, КС650А, КС680А), то можно использовать такие схемы:

Как источник стабильного тока используют германиевые диоды Д220, Д220А, Д219А которые имеют низкое дифференциальное сопротивление при обратном включении и обратном токе 0,1…10 мА. Понятно, что напряжение применяемого транзистора должно быть выше 180 В.

Материал статьи продублирован на видео:

Источник

Стабилитрон. Простейшие стабилизаторы на нем

Стабилитрон (диод Зенера) — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До его наступления, сопротивление стабилитрона высоко и через него протекают небольшие токи утечки. Когда наступает пробой — дифференциальное сопротивление падает и ток резко возрастает. Напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.

Основное их назначение — стабилизация напряжения. Его значение указывается на корпусе или в справочных материалах. Они изготавливаются на напряжения от 1,8 до 400 В. Если последовательно соединить два стабилитрона — напряжения их стабилизации суммируются (1.8+6.2=8В).

Простейший стабилизатор напряжения состоит из стабилитрона и резистора. Его основной недостаток — маленький ток на выходе. Он зависит от используемого стабилитрона (указывается в справочных материалах).

спаян простейший стабилизатор

Расчет сопротивления резистора можно выполнить в Android приложении «Электрические расчеты» или по формулам:

Вычисление напряжения, падающего на балластном резисторе: Ur=Uвx-Uвыx (12-6.2=5.8 В)
Определение сопротивления резистора: R=Ur/Iст (берется из справочных материалов) ( 5.8/0.01=580 Ом)
Вычисление минимальной мощности резистора: Рr=Ur*Iст (5.8*0.01=0.58 Вт). Нужно учитывать, что кроме тока стабилитрона через резистор протекает еще и ток нагрузки — мощность резистора выбирают в два раза больше.

Почему-то результаты разнятся.

Чтобы изготовить стабилизатор на больший ток, в схему добавляют транзистор. В таком случае максимальный ток схемы будет зависеть от используемого транзистора и его охлаждения. Но точного напряжения не получится. Оно будет ниже за счет падения на P-N переходе.

Источник

Как уменьшить напряжение с помощью стабилитрона

Короткий ответ: можно. Гугли делитель напряжения.

А вообще, маловато инфы о задаче

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Модератор

Карма: 157
Рейтинг сообщений: 1591
Зарегистрирован: Пт апр 28, 2006 15:26:07
Сообщений: 11945
Откуда: Россия.
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 2

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Модератор

Карма: 46
Рейтинг сообщений: 232
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Сообщений: 11174
Откуда: из мест не столь отдалённых
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 2

Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой.

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 17
Рейтинг сообщений: 33
Зарегистрирован: Вс апр 20, 2008 23:34:26
Сообщений: 2243
Откуда: Москва
Рейтинг сообщения: 0

Ну я тоже типа новичок.
То, что я прочел пока, так это то, что на обычном диоде есть падение напряжение примерно 0.6В, а про нагрузку ничего не сказано.
Я так понимаю, что без нагрузки они просто могут погореть, так как ток будет очень большой.

А вот про описанный вариант, я ничего не читал. Почему без нагрузки напряжение будет 9В? Куда падение на диоде денется?

_________________
Д о л о й и д и о т и з м !
На вопросы по заказам на форуме и в личке НЕ отвечаю! Пишите письма.

Модератор

Поставщик валерьянки для Кота

А! Хитро. Спасибо, все понял.

_________________
Д о л о й и д и о т и з м !
На вопросы по заказам на форуме и в личке НЕ отвечаю! Пишите письма.

Вымогатель припоя

Карма: 5
Рейтинг сообщений: 68
Зарегистрирован: Пт май 23, 2008 16:49:28
Сообщений: 634
Откуда: Kyiv
Рейтинг сообщения: 0

Хммм.. Включил свой БП, выставил на нем 5 вольт до третьего знака.
Затем к одному из щупов присандалил два диода КД105 последовательно.
Вольтметр показал 4,35 вольт. Проверил несколько раз для чистоты эксперимента — все верно.
О каком токе может идти речь, если входное сопротивление вольтметра порядка 10МОм?

Модератор

Вымогатель припоя

Естественно, этого я вам не скажу..
Может вам ещё и рассказать, где водятся жирные мыши?

UT33D, фирмы UNI-T.
На пределе 20 вольт Rвх будет ..эээээ. 1000ком*20=20МОм.

Модератор

Можете меня тоже собакам бросать, но если есть падение напряжения, значит есть и ток. Пока сам не проверю.
Пока будем считать, что десятые доли микроампера.

А жирных мышей я не люблю.

Вымогатель припоя

А жирных мышей я не люблю.

Берем в руки мышеловку. тьфу, калькулятор.
И так на цепочке из двух в моем случае диодов падает 5-4,35=0,65 вольта.
допустим, что Rвх=1МОм, следовательно, ток не может быть больше прибл 5 мкА
Тогда чистое сопротивление цепи из двух диодов будет Rд=0,65/(5*10^-6)= приблизително 100 ком.
Хоть закройте меня один на один с питбулем, но как может прямое сопротивление двух диодов быть аж в 100кОм?
А если учесть, что ток все-таки меньше, чем 5 мкА, то.

Модератор

Вымогатель припоя

Хмммм.. снова пошел к своему БП, перевел вольтметр на просто чудовищное входное сопротивление, измеряя на пределе 200 вольт.
Заглянул в паспорт и оказалось, что у него аж 1Мом на вольт.
То есть у меня сопротивление цепи аж 200 МОм, что подтверждают искажения результатов, если каатья руками выводов диодов (наводки сети)
Думаю, при таком сопротивлении ток в цепи просто исчезающе мал и равен . страшно подумать.. 25 нА.
А сопротивление диодах при таком токе получается аж 25 МОм.
И тем не менее, на них все равно падение напряжения в 0, 6 вольта, хотя кривая ВАХ должна просто уже исчезнуть, имхо..
Я думаю, что при токе в 1 аттоАмпер тоже будет такая же картина.
Так что делать? Можно ли в этом случае говорить, что тока в цепи диодов фактицки нет?

Модератор

Карма: 10
Рейтинг сообщений: 7
Зарегистрирован: Пт июл 21, 2006 03:08:05
Сообщений: 3182
Откуда: Пенза
Рейтинг сообщения: 0

_________________
Если долго мучиться, что-нибудь. сломается.

Модератор

Карма: 13
Рейтинг сообщений: 14
Зарегистрирован: Вс июн 01, 2008 00:17:35
Сообщений: 4673
Откуда: Я всего лишь плод вашего воображения.
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1

Интересно, как он такое сопротивление измерит? У меня и на работе пожалуй ничем такое не измеришь. А уж дома — тем более. Думается мне, что сопротивление прибора все таки пониже. Кстати, надо бы для статистики другие диоды взять. КД202Р например. У них, если мне не изменяет память, до 1,2 вольта м.б. падение под нагрузкой. На ХХ понятно будет меньше, но все-таки.

Модератор

_________________
Если долго мучиться, что-нибудь. сломается.

Генеральный секретарь МЯУ

Карма: 63
Рейтинг сообщений: 22
Зарегистрирован: Пн сен 03, 2007 18:24:27
Сообщений: 17769
Откуда: Россия. Омск.
Рейтинг сообщения: 0

Фигасе. Не знал, спасибо.

Страница 1 из 4

[ Сообщений: 69 ]

На страницу 1 , 2 , 3 , 4 След.

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 17

Источник