Расчет параметрический стабилизатор напряжения: Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне

Содержание

Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне

Параметрический стабилизатор напряжения — это устройство, в котором стабилизация выходного напряжения достигается за счет сильной нелинейности вольт-амперной характеристики электронных компонентов, использованных для построения стабилизатора (т.е. за счет внутренних свойств электронных компонентов, без построения специальной системы регулирования напряжения).

Для построения параметрических стабилизаторов напряжения обычно используются стабилитроны, стабисторы и транзисторы.

Из-за низкого КПД такие стабилизаторы находят применение в основном в слаботочных схемах (с нагрузками до нескольких десятков миллиампер). Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения (например, в схемах компенсационных стабилизаторов напряжения).

Параметрические стабилизаторы напряжения бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми.

Рассмотрим простейший параметрический стабилизатор напряжения, построенный на основе стабилитрона (схема приведена ниже):

  1. Iст — ток через стабилитрон
  2. Iн — ток нагрузки
  3. Uвых=Uст — выходное стабилизированное напряжение
  4. Uвх — входное нестабилизированное напряжение
  5. R0 — балластный (ограничительный, гасящий) резистор

Работа стабилизатора основана на том свойстве стабилитрона, что на рабочем участке вольт-амперной характеристики (от Iст min до Iст max) напряжение на стабилитроне практически не изменяется (на самом деле конечно изменяется от Uст min до Uст max, но можно считать, что Uст min = Uст max = Uст).

В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки — напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже). То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе.

Уравнения, описывающие работу данной схемы:

Uвх=Uст+IR0, учитывая, что I=Iст+Iн, получим

Uвх=Uст+(Iн+Iст)R0

(1)

Для нормальной работы стабилизатора (чтобы напряжение на нагрузке всегда было в пределах от Uст min до Uст max) необходимо, чтобы ток через стабилитрон всегда был в пределах от Iст min до Iст max. Минимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки. Зная это, найдём сопротивление балластного резистора:

R0=(Uвх min-Uст min)/(Iн max+Iст min) (2)

Максимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном токе нагрузки и максимальном входном напряжении. Учитывая это и сказанное выше относительно минимального тока через стабилитрон, с помощью уравнения (1) можно найти область нормальной работы стабилизатора:

Перегруппировав это выражение, получим:

Или, по другому:

Если считать, что минимальное и максимальное напряжение стабилизации (Uст min и Uст max) отличаются незначительно, то первое слагаемое в правой части можно считать равным нулю, тогда уравнение, описывающее область нормальной работы стабилизатора, примет следующий вид:

   (3)

Из этой формулы сразу виден один из недостатков такого параметрического стабилизатора — мы не можем сильно менять ток нагрузки, поскольку это сужает диапазон входного напряжения схемы, более того, можно увидеть, что диапазон изменения тока нагрузки не может быть больше, чем диапазон изменения тока стабилизации стабилитрона (поскольку в этом случае правая часть уравнения вообще становится отрицательной)

Если ток нагрузки постоянен или изменяется незначительно, тогда формула для определения области нормальной работы становится совсем элементарной:

   (4)

Далее, давайте рассчитаем КПД нашего параметрического стабилизатора.

Он будет определяться отношением мощности, отдаваемой в нагрузку к входной мощности: КПД=Uст*Iн/Uвх*I. Если учесть, что I=Iн+Iст, то получим:

   (5)

Из последней формулы видно, что чем больше разница между входным и выходным напряжением, а также чем больше ток через стабилитрон — тем хуже КПД.

Чтобы понять, что значит «хуже» и насколько вообще плохо обстоит дело с КПД у этого стабилизатора — давайте, используя формулы выше, попробуем прикинуть, что будет, если понижать напругу скажем с 6-10 Вольт до 5-ти. Возьмём самый обычный стабилитрон, скажем КС147А. Ток стабилизации у него может меняться в пределах от 3-х до 53-х мА. Чтобы при таких параметрах стабилитрона получить область нормальной работы шириной в 4 Вольта — нам нужно взять балластный резистор на 80 Ом (воспользуемся формулой 4, как будто ток нагрузки у нас постоянный, поскольку если это не так, то всё будет ещё хуже). Теперь из формулы 2 можно посчитать на какой именно ток нагрузки мы можем в этом случае рассчитывать.

Получается всего 19,5 мА, а КПД в этом случае будет, в зависимости от входного напряжения, в пределах от 14% до 61%.

Если для этого же случая посчитать на какой максимальный выходной ток мы можем рассчитывать при условии, что выходной ток не постоянный, а может меняться от нуля до Imax, то решив совместно системы уравнений (2) и (3), получим R

0=110 Ом, Imax=13,5 мА. Как видите, максимальный выходной ток получился почти в 4 раза меньше максимального тока стабилитрона.

Более того, выходное напряжение, полученное на таком стабилизаторе, будет обладать значительной нестабильностью в зависимости от выходного тока (у КС147А на рабочем участке ВАХ напряжение меняется от 4,23 до 5,16В), что может оказаться неприемлемым. Единственный путь борьбы с нестабильностью в данном случае — взять более узкий рабочий участок ВАХ — такой, на котором напряжение меняется не от 4,23 до 5,16В, а скажем от 4,5 до 4,9В, но в этом случае и рабочий ток стабилитрона будет уже не 3..53мА, а скажем 17.

.40мА. Соответственно, и без того небольшая область нормальной работы стабилизатора станет ещё меньше.

Итак, единственный плюс такого стабилизатора — это его простота, тем не менее, как я уже говорил, такие стабилизаторы вполне себе существуют и даже находят активное применение в качестве источников опорного напряжения для более сложных схем.

Простейшая схема, позволяющая получить существенно больший выходной ток (или существенно более широкую область нормальной работы, или и то и другое) — параметрический стабилизатор на транзисторе.

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах

Приведена техника упрощенного расчета параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Входное напряжение Uвх должно быть существенно выше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. А чтобы стабилитрон не вышел из строя ток через него ограничен постоянным резистором R1. Выходное напряжение Uвых будет равно напряжению стабилизации стабилитрона, а с выходным током ситуация сложнее.

Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон рабочего тока через него, например, минимальный ток стабилизации 5 mA, а максимальный 25 mA. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё.

И величина максимального значения этого тока будет зависеть и от сопротивления R1 и от минимального тока стабилизации стабилитрона, — максимальный ток нагрузки будет уменьшен на минимальный ток стабилизации стабилитрона. То есть, получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больший ток можно отдать в нагрузку. В то же время, ток через R1 не должен быть больше максимального тока стабилизации стабилитрона.

Рис. 1. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Так как, во-первых, стабилитрону необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, стабилитрон может выйти из строя при превышении максимального тока стабилизации, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким током потребления.

Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих ток не более максимального тока стабилитрона. Поэтому стабилизаторы по схеме на рис.1 используются только в схемах с небольшим током нагрузки.

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст — Іст.мин)*h31э.

где Іст. — средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h31э — коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001) / 2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h31 э — 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис. 2 ток не более: (0,006645-0,0001) * 40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

  • Входное напряжение Uвх = 15V,
  • выходное напряжение Uвых = 12V,
  • максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать — стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h31э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h31э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст.мин) * h31э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А.

По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 240 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллектора. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р = (Uвх — Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р = (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на составном транзисторе

Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h31э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h31э будет примерно равен произведению h31э обоих транзисторов.

Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора.

Транзистор VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность и ток, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в схеме по рисунку 3. Но теперь у нас два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Это нужно учесть при выборе стабилитрона, — его напряжение стабилизации (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,ЗV больше требуемого выходного напряжения.

К тому же появился резистор R2. Его назначение — подавлять реактивную составляющую транзистора VТ2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе.

Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Иванов А. РК-11-17.

параметрический стабилизатор напряжения

Для любителей более точных и изощренных расчетов предлагается способ посложнее. Здесь исходными данными будут стабилизированное напряжение Uст = Uн на нагрузке Rн, предельные значения тока нагрузки Iн min и Iн max и наибольшие относительные ожидаемые отклонения входного напряжения питания и от его номинального значения Uвх ном. Исходя из соображений надежности аппаратуры мощность, рассеиваемая на стабилитроне, должна обязательно быть ниже предельной. Учитывая это, рекомендуется принимать при расчете наибольшее рабочее значение тока через стабилитрон не более 0,8 от указанного в справочнике Iст max. Это принятое значение тока обозначим Iст.р max. При токе Iст min , регламентированном техническими условиями, динамическое сопротивление rд стабилитрона существенно увеличивается по сравнению со значением, соответствующим номинальному току стабилизации. Это ухудшает стабильность выходного напряжения в режиме наибольших значений тока нагрузки и при напряжении Uвх, близком к нижнему пределу. Для того, чтобы обеспечить приемлемый коэффициент стабилизации, минимальное рабочее значение тока через стабилитрон Iст.р min принимают при расчете в 3раза большим, чем Iст min. При расчете необходимо учитывать, что чем больше Iст.р min и чем меньше Iст.р max, тем больше необходимое значение напряжения Uвх.
Сначала проверяют пригодность выбранного по напряжению стабилизации стабилитрона при заданных пределах тока нагрузки и питающего напряжения:
, где и . Если неравенство не выполняется и нет возможности применить более мощный стабилитрон, то придется задаться меньшими значениями и , уменьшить Iн max или увеличить Iн max.
В тех случаях, когда нагрузка включена постоянно и нагрузочный ток не изменяется, можно принять Iн max = Iн min. Если же, наоборот, надо предусмотреть режим холостого хода стабилизатора, то во избежание повреждения стабилитрона выбирают Iн min = 0. Ток выражают в миллиамперах.
Номинальное значение напряжения Uвх, которое должен обеспечить выпрямитель, вычисляют по формуле:

Схемы и онлайн расчёт элементов регулируемых стабилизаторов напряжения

Онлайн расчёт элементов схем линейных стабилизаторов с фиксированным и
регулируемым выходным напряжением.

Для поддержания стабильной работы и сохранения заявленных параметров электрооборудования его питание в большинстве случаев должно осуществляться постоянным и неподконтрольным никаким внешним воздействиям напряжением. Как правило, эта функция возлагается на устройства, называемые стабилизатором напряжения.
Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрической энергии, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в заданных пределах при изменениях следующих величин: входного напряжения, сопротивления нагрузки, а также в идеале — температуры и иных внешних воздействий.

Ещё не так давно подобные узлы строились на стабилитронах и транзисторах, однако с появлением специализированных микросхем, необходимость в самостоятельном конструировании подобных схем скоротечно отпочковалась, ввиду очевидной простоты реализации стабилизаторов, выполненных на интегральных микросхемах. А зря!

Там, где значения коэффициента стабилизации Кст допустимо исчислять десятками, а не сотнями-тысячами, простейший параметрический стабилизатор не только имеет право на существование, но и выигрывает у своих интегральных собратьев по такому важному параметру, как чистота выходного напряжения и отсутствие импульсных помех в момент резкого изменения тока нагрузки.
Давайте рассмотрим такие простейшие устройства стабилизаторов напряжения.

Рис.1 а) Простейшая схема     б) С эмиттерным повторителем     в) С регулируемым вых. напряжением

Схема стабилизатора напряжения, приведённая на Рис.1 а), используется в основном с устройствами, через которые не протекает существенных токов. От номинала резистора Rст зависит величина тока Iвх, протекающего как через стабилитрон, так и через нагрузку. Величина этого тока рассчитывается по формуле: Rст = (Uвх — Uст)/ Iвх,
а Iвх должен удовлетворять условию Iвх ≥ Iн. макс + Iст. мин, где Iн. макс — максимальный ток в нагрузке при заданном выходном напряжении, а Iст. мин — минимальный ток стабилизации стабилитрона, указанный в характеристиках полупроводника. В стабилитронах отечественных производителей параметр Iст. мин, как правило, задан в явном виде, у зарубежных может быть не указан вообще. Куда податься бедному еврею? Я бы рекомендовал в этом случае ориентироваться на значение тока из datasheet-ов «Izk» (значение при котором стабилитрон обладает максимальным импедансом) и увеличить эту величину в 2…3 раза. Хотя, по большому счёту, оптимальным (с точки зрения достижения максимальных параметров) током для стабилитрона является тестовый ток, при котором измеряются основные характеристики полупроводника.

Для наиболее эффективного выполнения своих задач стабилитрону довольно важно, чтобы мощность нагрузки не превышала мощности, рассеиваемой на полупроводнике. Поэтому если возникает потребность стабилизации напряжения в нагрузках, потребляющих значительную мощность, используется дополнительный усилитель тока — эмиттерный повторитель (Рис. 1 б)). В этом случае нагрузкой для стабилитрона является входное сопротивление повторителя Rвх ≈ Rн x (1 + β), т.е. ток нагрузки можно увеличить в β раз. Тут важно учитывать падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора, в связи с чем напряжение на выходе стабилизатора будет на 0,6…0,7 В (на 1,2…1,4 В для составного транзистора) меньше напряжения стабилизации стабилитрона .

Установив параллельно стабилитрону переменный резистор (Рис.1 в)), возникает возможность изменять напряжение стабилизации в нагрузке от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона (за вычетом падения напряжения Uбэ на переходе транзистора). Естественно, что ток, протекающий через переменник, также необходимо учитывать, задаваясь его значением — не меньшим, чем входной ток эмиттерного повторителя.
Сдобрим пройденный материал калькулятором.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ ЛИНЕЙНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы компенсационных линейных стабилизаторов являются основой большинства интегральных микросхем, выполняющих функцию стабилизации напряжений и токов, и в простейшем виде могут быть выполнены на стабилитроне и паре транзисторов (Рис.2).

Рис.2 Схемы компенсационных линейных стабилизаторов напряжения

Здесь стабилитрон является источником опорного напряжения, а транзистор Т2 — устройством сравнения выходного напряжения, поступающего через резистивный делитель на его базу, с опорным значением напряжения на его эмиттере. Повысилось выходное напряжение, а вместе с ним напряжение на базе Т2, транзистор приоткрывается и притягивает напряжение на базе регулирующего транзистора Т1 к минусовой (земляной) шине, тем самым, уменьшая напряжение на его эмиттере, а соответственно и на выходе схемы. Снизилось выходное напряжение — всё то же самое, только наоборот. Компенсационные стабилизаторы на транзисторах имеют более высокий коэффициент стабилизации по сравнению с устройствами, представленными на Рис.1, но в связи наличием обратной связи имеют и свои недостатки.
В связи с этим подробно останавливаться на них мы не будем, а перейдём сразу к интегральным стабилизаторам, имеющим похожий принцип действия, но значительно более сложным по структуре, обладающих более высокими характеристиками и при этом — очень простых и удобных в реализации.

Существует два типа подобных интегральных микросхем: регулируемые стабилизаторы напряжения и стабилизаторы с фиксированным значением выходного напряжения. Во втором случае схема стабилизатора приобретает неприлично примитивный вид, незаслуживающий какого-то серьёзного обсуждения.
В случае же стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением, схема всё ещё остаётся достаточно простой, но требует некоторых умственных манипуляций, связанных с расчётом резистивного делителя для получения требуемого выходного напряжения.

Типовая схема включения большинства регулируемых микросхем приведена на Рис.3.


Рис.3

Формула для расчёта выходного напряжения имеет вид Vout = Vref x (1+R2/R1) + Iadj x R2,
причём номинал сопротивления R1, как правило, задаётся производителем микросхемы для достижения наилучших параметров выходных характеристик.

Отдельные бойцы для снижения пульсаций ставят дополнительные электролиты значительных величин параллельно резистору R2. Оно, конечно, бойцы эти герои, но зачем же стулья ломать?
Любое резкое увеличение тока нагрузки, приводящее к снижению выходного напряжения, не сможет моментально отработаться схемой автоматической регулировки из-за задержки в цепи обратной связи, обусловленной данным конденсатором, а это в значительной степени снизит быстродействие устройства.
И если для статических нагрузок параметр быстродействия стабилизатора по барабану, то для динамических (к примеру, таких как УНЧ) — очень даже немаловажен. Поэтому — либо эти электролиты вообще не нужны, либо (если их настоятельно рекомендует Datasheet) ставить конденсаторы небольших номиналов в строгом соответствии с рекомендациями производителя.

Для начала — справочная таблица с основными техническими характеристиками наиболее часто используемых интегральных стабилизаторов с регулировкой выходного напряжения.

Приведённая ниже таблица позволяет рассчитать номиналы резисторов делителя некоторых популярных типов микросхем регулируемых стабилизаторов, представленных разными производителями.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОСХЕМ — СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ


Если не хотите, чтобы вдруг «раздался мощный пук» — послеживайте за полярностью включения конденсатора С2. Она должна совпадать с полярностью входного (выходного) напряжения.

Отдельно хочу остановиться на МИКРОМОЩНЫХ СТАБИЛИЗАТОРАХ С МАЛЫМ СОБСТВЕННЫМ ПОТРЕБЛЕНИЕМ.

Такого рода стабилизаторы окажутся совсем не лишними в хозяйстве, так как смогут обеспечить такой важнейший показатель радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием, как экономичность входящих в её состав узлов.

Здесь выбор интегральных микросхем заметно беднее, а цены, как правило, заметно ощутимей, чем на аналоги со стандартным потреблением, поэтому начну я с простой, но проверенной временем схемы на дискретных элементах.


Рис.2

Чем хорош КТ315 в данном включении?
На обратно смещённом переходе КТ315 при напряжении 6 — 7,5В, в зависимости от экземпляра транзистора, возникает электрический (не побоюсь этого слова) пробой, что позволяет использовать его в качестве стабилитрона на эту-же самую величину напряжения пробоя. При этом транзистор в таком включении, в отличие от многих промышленных стабилитронов, хорошо работает и при малых токах стабилизации, порядка 100 мкА.

Из относительно гуманных по цене интегральных стабилизаторов с малым собственным потреблением, могу порекомендовать LP2950, LP2951, LM2931, LM2936 и им подобные.

 

  Тип  U вх макс 
   В
І вых макс 
   А
І вых мин 
  мА
U вых мин 
   В
U вых макс 
   В
  КР142ЕН11  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН12   40    1,5    10    1,2    37 
  КР142ЕН18  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  КР142ЕН22   35    5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22А   35    7,5    10    1,25    34 
  КР142ЕН22Б   35    10    10    1,25    34 
  LT1083   35    7,5    10    1,2    34 
  LT1084   35    5    10    1,2    34 
  LT1085   35    3    10    1,2    34 
  LM117   40    1,5    5    1,2    37 
  LM137  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM138   35    5    10    1,2    32 
  LM150   35    5    10    1,2    33 
  LM217   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317   40    1,5    5    1,2    37 
  LM317LZ   40    0,1    5    1,2    37 
  LM337  -40    1,5    10   -1,2   -37 
  LM337LZ  -40    0,1    10   -1,2   -37 
  LM338   35    5    10    1,2    32 
  LM350   35    3    10    1,2    33 
  TL783   126    0,7    0,1    1,25    125 

11 Расчет параметрических стабилизаторов — СтудИзба

Любые упражнения по изучению электротехники необходимо начинать с проработки лекционного материала и соответствующего раздела в учебнике. Следует также выучить правила составления уравнений и свойств соединений элементов схем.

СЕМИНАР 12

Расчет параметрических стабилизаторов

Задача 1

Нарисовать характеристику стабилитрона с параметрами:

Uст = 12 В, Iст min = 3 мА, Rдиф = 25 Ом, Iст mах = 50 мА.

Решение:

Iст = Iст mах Iст min= 50 – 3 = 47 мА

Рекомендуемые файлы

FREE

Учебный план для ИУ3, ИУ4, ИУ5, ИУ6, ИУ7, РК 6, РЛ6, МТ4, МТ8, МТ11, СМ13

Физика

-10%

Типовой расчёт №2 ( задача 3,4)-2020(зачёт)

Физика

FREE

-34%

Uст = Iст ·Rдиф = 0,047·25 = 1,175 В

Uст min = Uст Uст/2 = 11,42 В

Uст mах = Uст + Uст/2 = 12,59 В

Строим ВАХ стабилитрона рис. 1.

Задача 2

Для схемы на рис. 2, стабилитрон имеет параметры:

Uст = 20 В, Iст min = 1 мА, Rдиф = 40 Ом, Iст mах = 71 мА.

Определить ток I в цепи графическим способом, если Iн =20 мА.

Решение:

I = Iст + Iн

Iст = Iст mах Iст min = 71 — 1 = 70 мА

Uст = Iст ·Rдиф = 0,07·40 = 2,8 В

Uст min= UстUст/2 = 18,6 В

Uст mах = Uст + Uст/2 = 21,4 В

Строим ВАХ стабилитрона, ВАХ резистора. Суммируем ВАХ-ки. Графически определяем ток неразветвленного участка цепи рис 3.

I = 55 мА

Задача 3

Чему равно относительное изменение напряжение на выходе параметрического стабилизатора, если ток стабилитрона изменился на 2 мА, Uст = 8 В, Rдиф= 16 Ом?

Решение:

Задача 4

Для стабилизации  напряжения в нагрузке Rн = 2 кОм используется параметрический стабилизатор напряжения рис. 4. Стабилитрон имеет параметры:  Iстmin = 1 мА, Iстmax = 23 мА, Rдиф = 30 Ом; номинальное напряжение на выходе равно 11 В, входное напряжение  22 В.

Определить  Кст и Rбал.            

Решение:

        

                                                                   

Задача 5

Определить напряжение на входе стабилизатора рис. 5. Параметры стабилитрона:

Uст = 12 В, Iст min = 5 мА, Iст mах = 35 мА, Rдиф = 20 Ом, Rбал = 800 Ом, Rн = ∞.

Решение: ток через стабилитрон

Так как стабилитрон и балластное сопротивление включены в цепь последовательно, то

I  =  Iст mах = 20 мА

По второму закону Кирхгофа:   

Задача 6

Определить U2 в стабилизаторе напряжения рис. 6, если U1 = 16 В, R1= 300 Ом, R2 = 1,2 кОм, Uст min = 12 В, Rст = 15 Ом.

Указание: решить задачу аналитическим методом, ис­пользуя схему замещения стабилитрона (ис­точник эдс Е = Uст, включенный последовательно с резистором Rст).

«Ремонт газопроводов при порыве техникой» — тут тоже много полезного для Вас.

Решение: начертим схему замещения стабилизатора рис 7.

Используем метод двух узлов:

;

U2 = 12,2 В

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

  • Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.
  • Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки
  • Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения:
    — параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне;
    – последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Полупроводниковый стабилитрон —  (другое название – диод Зенера)  предназначен для стабилизации постоянного напряжения источников питания.

В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора он выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом.

В более сложных схемах ему отводится только роль источника опорного напряжения.

Один из внешних видов и обозначение стабилитрона:

Как работает стабилитрон

Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом а катод с плюсом источника питания – Uобр). При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – Iобр.

При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси Uобр), но при некотором напряжении Uобр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения.

В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси Iобр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (Uст min) и ток стабилизации минимальный (Iст min).

При дальнейшем увеличении Uобр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (Uст max)  и ток стабилизации максимальный (Iст max).

С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.

Режим стабилизации стабилитрона может быть в широких пределах, поэтому в документации на стабилитроны указывают допустимые минимальные и максимальные значения токов (Iст min и Iст max) и напряжений стабилизации (Uст min и Uст max).

Внутри этих диапазонов лежат выбранные производителем номинальные значенияIст и Uст.

Номинальный ток стабилизации обычно устанавливается производителями на уровне 25%-35% от максимального, а номинальное значение напряжения стабилизации как среднее от максимального и минимального.

Для примера можно воспользоваться программой  “TBFEdit”  – справочник по радиодеталям“ и воочию посмотреть какие характеристики приводятся в справочниках по стабилитронам:

К примеру стабилитрон Д814Г:
— номинальный ток стабилизации (Iст)= 5 мА;
– номинальное напряжение стабилизации (Uст)= (от 10 до 12 вольт)= 11 вольт;
– максимальный ток стабилизации (Iст max)= 29 мА.
Эти данные нам будут необходимы при расчетах простейшего стабилизатора напряжения.

  1. Если вы не смогли найти нужный наш родной, советский, стабилитрон, то можно используя, к примеру программу, Color And Code, подобрать по нужным параметрам буржуйский аналог:
  2. Как видите, стабилитрон Д814Г легко можно заменить аналогом – BZX55C11 (у которого характеристики даже немного получше)
  3. Ну а теперь рассмотрим параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне применяется в слаботочных устройствах (несколько миллиампер) и представляет собой делитель напряжения (на резисторе R – балластный резистор и стабилитроне VD – который выполняет роль второго резистора) на вход которого подается нестабильное  напряжение  а выходное напряжение снимается с нижнего плеча делителя. При повышении (понижении) входного напряжения внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается (увеличивается), что позволяет удерживать выходное напряжение на заданном уровне. На балластном резисторе падает разница между входным напряжением питания и напряжением стабилизации стабилитрона.

  • Рассмотрим схему данного (самого простейшего) стабилизатора напряжения:
  • Как рассчитать параметры такого стабилизатора. Первое и самое главное, что нужно запомнить:

Для нормальной работы схемы ток через стабилитрон должен в несколько раз (3-10 раз) превышать ток в стабилизируемой нагрузке. Практически, так-как номинальный ток стабилизации стабилитрона в несколько раз меньше максимального, то допускается при расчетах считать, что ток нагрузки не должен превышать номинального тока стабилизации.
К примеру: ток потребляемый нагрузкой составляет 10 мА, значит нам необходимо подобрать такой стабилитрон, чтобы его номинальный ток стабилизации не был меньше 10 мА (лучше конечно, если он будет больше).

Расчет параллельного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Дано:
Uвх – входное напряжение = 15 вольт
Uвых – выходное напряжение (напряжение стабилизации) = 11 вольт

Расчет:
1.

По справочнику, приведенному выше, определяем, что для наших целей подходит стабилитрон Д814Г:
Uст (10-12в)= 11 вольт
Iст max= 29 мА
Iст номинальный = 5 мА
Исходя из сказанного выше, определяемся, что ток нагрузки не должен превышать Iст номинального – 5 мА
2. Определяем напряжение падения на балластном резисторе (R) как разность входного и выходного стабилизированного напряжения:
Uпад=Uвх – Uвых=15-11= 4 вольта
3. Используя закон Ома, определяем номинал балластного сопротивления R, деля напряжение падения Uпад на Iст стабилитрона:
R= Uпад/Iст= 4/0,005= 800 Ом
Так как резисторов номиналом 800 Ом нет, берем ближайший больший номинал – R=1000 Ом= 1 кОм
4. Определяем мощность балластного резистора R:
Pрез= Uпад*Iст= 4*0,005= 0,02 ватта
Так как через резистор протекает не только ток стабилизации стабилитрона но и ток потребляемый нагрузкой, то полученное значение увеличиваем минимум в 2 раза:
Pрез= 0,004*2= 0,008 ват, что соответствует ближайшему номиналу = 0,125 ватт.

Что делать если вы не нашли стабилитрон с нужным напряжением стабилизации.
В этом случае можно применить последовательное соединение стабилитронов. К примеру, если мы соединим последовательно два стабилитрона Д814Г, то напряжение стабилизации составит 22 вольта (11+11).

Если соединим Д814Г и Д810 то получим напряжение стабилизации 20 вольт (11+10).
Допускается любое число последовательного соединения стабилитронов одной серии (как в примере – Д8**).

Последовательное соединение стабилитронов разной серии допускается только в том случае, если рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой использованной серии.

Что делать, если в приведеном выше примере, ток нагрузки составляет к примеру не 5 а 25 мА?
Можно конечно все так и оставить, так как максимальный ток стабилизации (Iст max) Д814Г равен 29 мА, единственное придется пересчитать мощность балластного резистора. Но в этом случае стабилитрон будет работать на пределе своих возможностей и у вас не будет никаких гарантий, что он не выйдет из строя.
А что делать если ток нагрузки составляет, к примеру, 50 мА?

 

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе – это по сути параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключенный ко входу эммитерного повторителя.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона за счет падения напряжения на переходе база-эммитер транзистора (для кремниевых транзисторов – около 0,6 вольт, для германиевы – окло 0,25 вольт), что нужно учитывать при выборе стабилитрона.

Эммитерный повторитель (он же – усилитель тока) позволяет увеличить максимальный ток стабилизатора напряжения по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне в β (h31э) раз (где β (h31э) – коэффициент усиления по току данного транзистора, берется наименьшее значение).

  1. Схема последовательного стабилизатора на биполярном транзисторе:
  2. Так-как данный стабилизатор состоит из двух частей – источник опорного напряжения (он же параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне) и усилителя тока на транзисторе (он же эммитерный повторитель), то расчет такого стабилизатора производится аналогично выше приведенному примеру.
    Единственное отличие:
    — к примеру нам надо получить ток нагрузки 50 мА, тогда выбираем транзистор с коэффициентом усиления β (h31э) не менее 10 (β (h31э)=Iнагрузки/Iст=50/5=10
    – мощность балластного резистора рассчитываем по формуле: Ррез=Uпад*(Iст+Iнагрузки)
  3. Ток нагрузки можно увеличить еще в несколько раз, если применить схему с составным тразистором (два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи):
  4. Вот, в принципе, и все.

Источник: http://radio-stv.ru/praktikum-radiolyubitelya/stabilizatoryi-napryazheniya

Параметрические стабилизаторы напряжения. Расчёт простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне

Параметрический стабилизатор напряжения — это устройство, в котором стабилизация выходного напряжения достигается за счет сильной нелинейности вольт-амперной характеристики электронных компонентов, использованных для построения стабилизатора (т.е. за счет внутренних свойств электронных компонентов, без построения специальной системы регулирования напряжения).

Для построения параметрических стабилизаторов напряжения обычно используются стабилитроны, стабисторы и транзисторы.

Из-за низкого КПД такие стабилизаторы находят применение в основном в слаботочных схемах (с нагрузками до нескольких десятков миллиампер). Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения (например, в схемах компенсационных стабилизаторов напряжения).

Параметрические стабилизаторы напряжения бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми.

Рассмотрим простейший параметрический стабилизатор напряжения, построенный на основе стабилитрона (схема приведена ниже):

  1. Iст — ток через стабилитрон
  2. Iн — ток нагрузки
  3. Uвых=Uст — выходное стабилизированное напряжение
  4. Uвх — входное нестабилизированное напряжение
  5. R0 — балластный (ограничительный, гасящий) резистор

Работа стабилизатора основана на том свойстве стабилитрона, что на рабочем участке вольт-амперной характеристики (от Iст min до Iст max) напряжение на стабилитроне практически не изменяется (на самом деле конечно изменяется от Uст min до Uст max, но можно считать, что Uст min = Uст max = Uст).

В приведенной схеме, при изменении входного напряжения или тока нагрузки — напряжение на нагрузке практически не меняется (оно остаётся таким же, как и на стабилитроне), вместо этого изменяется ток через стабилитрон (в случае изменения входного напряжения и ток через балластный резистор тоже).

То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором, величина падения напряжения на этом резисторе зависит от тока через него, а ток через него зависит в том числе от тока через стабилитрон, и таким образом, получается, что изменение тока через стабилитрон регулирует величину падения напряжения на балластном резисторе.

  • Уравнения, описывающие работу данной схемы:
  • Uвх=Uст+IR0, учитывая, что I=Iст+Iн, получим
  • Uвх=Uст+(Iн+Iст)R0 (1)

Для нормальной работы стабилизатора (чтобы напряжение на нагрузке всегда было в пределах от Uст min до Uст max) необходимо, чтобы ток через стабилитрон всегда был в пределах от Iст min до Iст max. Минимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки. Зная это, найдём сопротивление балластного резистора:

R0=(Uвх min-Uст min)/(Iн max+Iст min) (2)

Максимальный ток через стабилитрон будет течь при минимальном токе нагрузки и максимальном входном напряжении. Учитывая это и сказанное выше относительно минимального тока через стабилитрон, с помощью уравнения (1) можно найти область нормальной работы стабилизатора:

Перегруппировав это выражение, получим:

Или, по другому:

Если считать, что минимальное и максимальное напряжение стабилизации (Uст min и Uст max) отличаются незначительно, то первое слагаемое в правой части можно считать равным нулю, тогда уравнение, описывающее область нормальной работы стабилизатора, примет следующий вид:

Из этой формулы сразу виден один из недостатков такого параметрического стабилизатора — мы не можем сильно менять ток нагрузки, поскольку это сужает диапазон входного напряжения схемы, более того, можно увидеть, что диапазон изменения тока нагрузки не может быть больше, чем диапазон изменения тока стабилизации стабилитрона (поскольку в этом случае правая часть уравнения вообще становится отрицательной)

Если ток нагрузки постоянен или изменяется незначительно, тогда формула для определения области нормальной работы становится совсем элементарной:

Далее, давайте рассчитаем КПД нашего параметрического стабилизатора. Он будет определяться отношением мощности, отдаваемой в нагрузку к входной мощности: КПД=Uст*Iн/Uвх*I. Если учесть, что I=Iн+Iст, то получим:

Из последней формулы видно, что чем больше разница между входным и выходным напряжением, а также чем больше ток через стабилитрон — тем хуже КПД.

Чтобы понять, что значит «хуже» и насколько вообще плохо обстоит дело с КПД у этого стабилизатора — давайте, используя формулы выше, попробуем прикинуть, что будет, если понижать напругу скажем с 6-10 Вольт до 5-ти. Возьмём самый обычный стабилитрон, скажем КС147А.

Ток стабилизации у него может меняться в пределах от 3-х до 53-х мА.

Чтобы при таких параметрах стабилитрона получить область нормальной работы шириной в 4 Вольта — нам нужно взять балластный резистор на 80 Ом (воспользуемся формулой 4, как будто ток нагрузки у нас постоянный, поскольку если это не так, то всё будет ещё хуже).

Теперь из формулы 2 можно посчитать на какой именно ток нагрузки мы можем в этом случае рассчитывать. Получается всего 19,5 мА, а КПД в этом случае будет, в зависимости от входного напряжения, в пределах от 14% до 61%.

Если для этого же случая посчитать на какой максимальный выходной ток мы можем рассчитывать при условии, что выходной ток не постоянный, а может меняться от нуля до Imax, то решив совместно системы уравнений (2) и (3), получим R0=110 Ом, Imax=13,5 мА. Как видите, максимальный выходной ток получился почти в 4 раза меньше максимального тока стабилитрона.

Более того, выходное напряжение, полученное на таком стабилизаторе, будет обладать значительной нестабильностью в зависимости от выходного тока (у КС147А на рабочем участке ВАХ напряжение меняется от 4,23 до 5,16В), что может оказаться неприемлемым.

Единственный путь борьбы с нестабильностью в данном случае — взять более узкий рабочий участок ВАХ — такой, на котором напряжение меняется не от 4,23 до 5,16В, а скажем от 4,5 до 4,9В, но в этом случае и рабочий ток стабилитрона будет уже не 3..53мА, а скажем 17..40мА.

Соответственно, и без того небольшая область нормальной работы стабилизатора станет ещё меньше.

Итак, единственный плюс такого стабилизатора — это его простота, тем не менее, как я уже говорил, такие стабилизаторы вполне себе существуют и даже находят активное применение в качестве источников опорного напряжения для более сложных схем.

Простейшая схема, позволяющая получить существенно больший выходной ток (или существенно более широкую область нормальной работы, или и то и другое) — параметрический стабилизатор на транзисторе.

Источник: https://radiohlam.ru/paramstab/

Параметрический стабилизатор — основные параметры

В маломощных схемах на нагрузку до 20 миллиампер применяется устройство с малым коэффициентом действия, и называется параметрическим стабилизатором. В устройстве таких приборов имеются транзисторы, стабилитроны и стабисторы.

Они применяются в основном в компенсационных устройствах стабилизации в качестве опорных источников питания. Параметрические стабилизаторы в зависимости от технических данных могут быть 1-каскадными, мостовыми и многокаскадными.

Стабилитрон в устройстве прибора подобен подключенному диоду. Но обратный пробой напряжения больше подходит для стабилитрона и является базой его нормальной работы. Эта характеристика нашла популярность для разных схем, где необходимо создавать ограничение сигнала входа по напряжению.

Такие стабилизаторы являются быстродействующими приборами, и защищают участки с повышенной чувствительностью от импульсных помех. Применение таких элементов в новых схемах является показателем их повышенного качества, которое обеспечивает постоянное функционирование в разных режимах.

Схема стабилизатора

Базой этого прибора является схема подключения стабилитрона, применяющаяся и в других видах приборов вместо источника питания.

Схема включает в себя делитель напряжения из балластного сопротивления и стабилитрона, к которому параллельно подключена нагрузка. Устройство выравнивает напряжение на выходе при переменном питании и нагрузочном токе.

Действие схемы происходит следующим образом. Напряжение, повышающееся на входе прибора, вызывает повышение тока, который проходит через сопротивление R1 и стабилитрон VD.

На стабилитроне напряжение остается постоянным из-за его вольтамперной характеристики. Поэтому не меняется и напряжение на нагрузке. В итоге все преобразованное напряжение будет приходить на сопротивление R1.

Такой принцип действия схемы позволяет сделать расчет всех параметров.

Принцип действия стабилитрона

Если стабилитрон сравнивать с диодом, то при подключении диода в прямом направлении по нему может проходить обратный ток, который имеет незначительную величину в несколько микроампер.

При повышении обратного напряжения до некоторой величины возникнет пробой электрический, а если ток очень велик, то произойдет и тепловой пробой, поэтому диод выйдет из строя.

Конечно, диод может работать при электрическом пробое при снижении тока, проходящего через диод.

Стабилитрон спроектирован так, что его характеристика на участке пробоя имеет повышенную линейность, а разность потенциалов пробоя достаточно стабильна. Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона выполняется при его функционировании на обратной ветви свойства тока и напряжения, а на прямой ветке графика стабилитрон работает как обычный диод. На схеме стабилитрон обозначается:

Параметры стабилитрона

Его главные параметры можно увидеть по характеристике напряжения и тока.

  • Напряжение стабилизации является напряжением на стабилитроне при прохождении тока стабилизации. Сегодня производятся стабилитроны с таким параметром, равным 0,7-200 вольт.
  • Наибольший допустимый ток стабилизации. Он ограничен величиной наибольшей допустимой мощности рассеивания, которая зависит от температуры внешней среды.
  • Наименьший ток стабилизации, рассчитывается наименьшей величиной тока, протекающего через стабилитрон, при этом сохраняется действие стабилизатора.
  • Дифференциальное сопротивление – это величина, равная отношению приращения напряжения к малому приращению тока.

Стабилитрон, подключенный в схеме как простой диод в прямом направлении, характеризуется величинами постоянного напряжения и наибольшим допустимым прямым током.

Расчет параметрического стабилизатора

Добротность функционирования прибора вычисляется по коэффициенту стабилизации, который вычисляется по формуле: Кст U = (ΔUвх / Uвх) / (ΔU вых / Uвых).

Далее расчет стабилизатора с применением стабилитрона производится в сочетании с балластным резистором в соответствии с типом применяемого стабилитрона. Для расчета используются рассмотренные ранее параметры стабилитрона.

Определим порядок расчета на примере. Возьмем исходные данные:

  • U вых=9 В;
  • I н =10мА;
  • ΔI н = ±2мА;
  • ΔU вх = ± 10% Uвх

По справочнику подбираем стабилитрон Д 814Б, свойства которого:

  • U ст = 9 В;
  • I ст. макс = 36 мА;
  • I ст. мин = 3 мА;
  • R д = 10 Ом.

Далее вычисляется входное напряжение: Uвх = nст *Uвых, где nст – коэффициент передачи. Функционирование стабилизатора станет эффективнее, если этот коэффициент будет в пределах 1,4-2. Если nст =1,6, то U вх= 1,6 * 9 = 14,4 В.

На следующем шаге производится расчет балластного резистора. Используется формула: R о = (U вх – U вых) / (I ст + I н). Величина тока I ст выбирается: I ст ≥ I н. При изменении U вх на величину Δ Uвх и Iн на ΔIн, не может быть больше тока стабилитрона величин I ст. макс и I ст. мин. Поэтому, I ст берется в качестве среднего допустимой величины в этом интервале и равно 0,015 ампер.

Значит, балластный резистор равен: R о = (14,4 – 9)/(0,015+0,01 )= 16 Ом. Ближнее стандартное значение составляет 220 Ом. Для выбора типа сопротивления, выполняется расчет рассеиваемой мощности на корпусе. Применяя формулу Р = I*2 R о, определяем величину Р = (25*10-3) * 2 * 220 = 0,138 ватт. Другими словами, стандартная мощность сопротивления равна 0,25 ватт.

Поэтому лучше подойдет сопротивление МЛТ — 0,25 — 220 Ом. После осуществления расчетов необходимо проверить правильность выбора режима действия стабилитрона в схеме параметрического прибора.

В первую очередь определяется его наименьший ток: Iст. Мин = (U вх – ΔU вх – U вых) / Rо – (I н + ΔI н), с практическими параметрами определяется величина I ст.

мин = (14,4–1,44–9) * 103 / 220–(10+2) = 6 миллиампер.

Такая же процедура производится для вычисления наибольшего тока: I ст. макс=(Uвх+ΔUвх–Uвых)/Rо–(Iн–ΔIн). По исходным параметрам, наибольший ток составит: Iст.

макс=(14,4 + 1,44 – 9) * 103 / 220–(10 – 2)=23 миллиампер.

Если в результате вычисленные значения наименьшего и наибольшего тока превосходят допустимые границы, то необходимо заменить I ст или резистор R о. Иногда требуется замена стабилитрона.

Параметрический стабилизатор напряжения

(4

Источник: http://ostabilizatore.ru/parametricheskij-stabilizator.html

РадиоКот :: Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форумеРадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Собираем первые устройства >

Теги статьи: Добавить тег

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Ага, все-таки зашел? Что, любопытство замучило? Но я очень рад. Нет, правда. Располагайся поудобнее, сейчас мы вместе произведем некоторые нехитрые расчеты, которые нужны, чтобы сварганить тот блок питания, который мы уже сделали в первой части статьи. Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных схемах.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов — это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это, так называемый параметрический стабилизатор. Состоит он из двух частей: 1 — сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором Rб 2 — эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно за тем, чтобы напряжение оставалось тем каким нам надо, следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль как бы усилителя или если угодно — умощителя.

Два основных параметра нашего блока питания — напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки. Назовем их: Uвых — это напряжение и

Imax — это ток.

  • Для блока питания, который мы отгрохали в прошлой части, Uвых = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.
  • Сначала нам необходимо определить какое напряжение Uвх мы должны подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых. Это напряжение определяется по формуле:
  • Uвх = Uвых + 3

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 17 вольт.

Едем дальше.

Определим, какой нам нужен транзистор VT. Для этого нам надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Считаем:

Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax

Тут надо учесть один момент. Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчете, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдает БП. А оно, в нашем случае, составляет 1,5 вольта. Если этого не сделать, то транзистор может накрыться медным тазом, поскольку максимальная мощность будет рассчитана неверно. Смотри сам:

Если мы берем Uвых=14 вольтам, то получаем Pmax=1.3*(17-14)*1=3.9 Вт. А если мы примем Uвых=1.5 вольта, то Pmax=1.3*(17-1.5)*1=20,15 Вт

То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Разумеется, транзистору это сильно не понравилось бы.

Ну вот, теперь лезем в справочник и выбираем себе транзистор. Помимо только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Я выбрал КТ817 — вполне приличный транзистор…

Фу, ну вроде с этим справились. Пошли дальше.

Сначала определим максимальный ток базы свежевыбранного транзистора ( а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все — даже базы транзисторов).

Iб max=Imax / h31Э min

h31Э min — это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника Если там указаны пределы этого параметра — что то типа 30…40, то берется самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число — 25, с ним и будем считать, а что еще остается?

Iб max=1/25=0.04 А (или 40 мА). Не мало.

Ну давайте будем теперь искать стабилитрон. Искать его надо по двум параметрам — напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольтам, а ток — не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали. Полезли опять в справочник…

По напряжению нам страшно подходит стабилитрон Д814Д, к тому же он у меня был под рукой. Но вот ток стабилизации… 5 мА нам никак не годится. Чего делать будем? Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на рисунок.

Мы добавили в схему транзистор VT2. Сия операция позволяет нам снизить нагрузку на стабилитрон в h31Э раз. h31Э, разумеется, того транзистора, который мы только что добавили в схему. Особо не думая, я взял из кучи железок КТ315. Его минимальный h31Э равен 30, то есть мы можем уменьшить ток до 40/30=1.

33 мА, что нам вполне подходит.

  1. Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора Rб.
  2. Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)
  3. где Uст — напряжение стабилизации стабилитрона, Iст min — ток стабилизации стабилитрона.

Rб = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.

  • Теперь определим мощность этого резистора
  • Prб=(Uвх-Uст)2/Rб.
  • То есть
  • Prб=(17-14)2/470=0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных — выходного напряжения и тока, мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

Однако не расслабляемся — нас еще ждет выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур однако).

Итак, смотрим на схему выпрямителя.

Ну, тут все проще и почти на пальцах. Учитывая то, что мы знаем, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор — 17 вольт, вычислим напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как и в начале — с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 17 вольт.

Учитывая то, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться 17/1,41=12 вольт.

Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12+2=14 вольт.

Вполне может случится так, что такого трансформатора не найдется, не страшно — в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Едем дальше. Определим емкость конденсатора фильтра.

  1. Cф=3200Iн/UнKн
  2. где Iн — максимальный ток нагрузки, Uн — напряжение на нагрузке,
  3. Kн — коэффициент пульсаций.
  4. В нашем случае Iн = 1 Ампер, Uн=17 вольтам,
  5. Kн=0,01.
  6. Cф=3200*1/14*0,01=18823.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

  • Осталось выбрать выпрямительные диоды или диодный мост.
  • Для этого нам надо знать два основных параметра — максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.
  • Необходимое максимальное обратное напряжение считается так
  • Uобр max=2Uн, то есть Uобр max=2*17=34 Вольта.

А максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вот вроде бы и все про выпрямители и параметрические стабилизаторы. Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых — на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых — компенсационный стабилизатор.

Как вам эта статья? Заработало ли это устройство у вас?

Источник: https://www.radiokot.ru/start/analog/practice/02/

Параметрический стабилизатор напряжения

Содержание:

В слаботочных схемах с нагрузками не более 20 мА используется устройство с низким коэффициентом полезного действия, известное как параметрический стабилизатор напряжения.

В конструкцию данных приборов входят транзисторы, стабисторы и стабилитроны. Они используются преимущественно в компенсационных стабилизирующих устройствах как опорные источники напряжения.

В зависимости от технических характеристик, параметрические стабилизаторы могут быть однокаскадными, многокаскадными и мостовыми.

Стабилитрон, находящийся в составе конструкции, напоминает обратно включенный диод. Однако пробой напряжения в обратном направлении, характерный для стабилитрона, является основой его нормального функционирования.

Данное свойство широко применяется для различных схем, в которых нужно создать ограничение входного сигнала по напряжению. Параметрические стабилизаторы относятся к быстродействующим устройствам, они защищают чувствительные участки схем от импульсных помех.

Использование этих элементов в современных схемах стало показателем их высокого качества, обеспечивающего стабильную работу оборудования в различных режимах.

Схема параметрического стабилизатора

Основой параметрического стабилизатора является схема включения стабилитрона, использующаяся также и в других типах стабилизаторов в качестве источника опорного напряжения.

Стандартная схема состоит из делителя напряжения, который, в свою очередь включает в себя балластный резистор R1 и стабилитрон VD. Параллельно стабилитрону включается сопротивление нагрузки RH. Данная конструкция стабилизирует выходное напряжение при изменяющемся напряжении питания Uп и токе нагрузки Iн.

Работа схемы происходит в следующем порядке. Напряжение, увеличивающееся на входе стабилизатора, вызывает увеличение тока, проходящего через резистор R1 и стабилитрон VD.

Напряжение стабилитрона остается неизменным за счет его вольтамперной характеристики. Соответственно, не изменяется и напряжение на сопротивлении нагрузки. В результате, все измененное напряжение будет поступать на резистор R1.

Принцип работы схемы дает возможность для расчетов всех необходимых параметров.

Расчет параметрического стабилизатора

Качество работы стабилизатора напряжения оценивается по его коэффициенту стабилизации, определяемого по формуле: КстU= (ΔUвх/Uвх) / (ΔUвых/Uвых). Далее расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне осуществляется в соответствии с сопротивлением балластного резистора Ro и типом используемого стабилитрона.

Маркировка резисторов по цвету

Для расчета стабилитрона применяются следующие электрические параметры: Iст.макс – максимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольтамперной характеристики; Iст.

мин – минимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольтамперной характеристики; Rд – дифференциальное сопротивление на рабочем участке вольтамперной характеристики. Порядок расчета можно рассмотреть на конкретном примере.

Исходные данные будут следующие: Uвых= 9 В; Iн= 10 мА; ΔIн= ± 2 мА; ΔUвх= ± 10%Uвх.

В первую очередь в справочнике выбирается стабилитрон марки Д814Б, параметры которого составляют: Uст= 9 В; Iст.макс= 36 мА; Iст.мин= 3 мА; Rд= 10 Ом.

После этого выполняется расчет входного напряжения по формуле: Uвх=nстUвых, в которой nст является коэффициентом передачи стабилизатора.

Работа стабилизирующего устройства будет наиболее эффективной когда nст, составляет 1,4-2,0. Если nст = 1,6, то Uвх= 1,6 х 9 = 14,4В.

На следующем этапе выполняется расчет сопротивления балластного резистора (Ro). Для этого применяется следующая формула: Rо= (Uвх–Uвых) / (Iст+Iн). Значение тока Iст выбирается по принципу: Iст ≥ Iн.

В случае одновременного изменения Uвх на величину ΔUвх и Iн на величину ΔIн, не должно быть превышения током стабилитрона значений Iст.макс и Iст.мин.

В связи с этим, Iст берется как среднее допустимое значение в данном диапазоне и составляет 0,015А.

Таким образом, сопротивление балластного резистора будет равно: Rо= (14,4 – 9) / (0,015 + 0,01 ) = 216 Ом. Ближайшее стандартное сопротивление составит 220 Ом.

Для того чтобы выбрать нужный тип резистора, нужно выполнить расчет мощности, рассеиваемой на его корпусе. Используя формулу Р = I2Rо, получаем значение Р = (25· 10-3)2х 220 = 0,138 Вт.

То есть стандартная мощность рассеивания резистора будет 0,25Вт. Поэтому для схемы лучше всего подойдет резистор МЛТ-0,25-220 Ом ± 10 %.

После выполнения всех расчетов нужно проверить, правильно ли выбран режим работы стабилитрона в общей схеме параметрического стабилизатора. Вначале определяется его минимальный ток: Iст.мин= (Uвх–ΔUвх–Uвых) /Rо – (Iн+ΔIн), с реальными параметрами получается значение Iст.мин= (14,4 – 1,44 – 9) х 103/ 220 – (10 + 2) = 6 мА.

Такие же действия выполняются для определения максимального тока: Iст.макс= (Uвх+ΔUвх–Uвых) /Rо – (Iн–ΔIн). В соответствии с исходными данными, максимальный ток составит: Iст.макс= (14,4 + 1,44 – 9) · 103/ 220 – (10 – 2) = 23 мА.

Если полученные значения минимального и максимального тока выходят за допустимые пределы, то в этом случае нужно изменить Iст или сопротивление резистора Rо. В некоторых случаях требуется замена стабилитрона.

Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для любой радиоэлектронной схемы обязательно наличие источника питания. Они могут быть постоянного и переменного тока, стабилизированными и нестабилизированными, импульсными и линейными, резонансными и квазирезонансными. Такое разнообразие дает возможность выбора источников питания для разных схем.

В наиболее простых электронных схемах, где не требуется высокая стабильность питающего напряжения или большая выходная мощность, чаще всего применяются линейные источники напряжения, отличающиеся надежностью, простотой и низкой стоимостью. Их составной частью служат параметрические стабилизаторы напряжения и тока в конструкцию которых входит элемент, имеющий нелинейную вольтамперную характеристику. Типичным представителем таких элементов является стабилитрон.

Данный элемент относится к особой группе диодов, работающих в режиме обратной ветви вольтамперной характеристики в области пробоя. При включении диода в прямом направлении от анода к катоду (от плюса к минусу) с напряжением Uпор, через него начинает свободно проходить электрический ток.

Если же включено обратное направление от минуса к плюсу, то через диод проходит лишь ток Iобр, составляющий всего несколько мкА. Увеличение на диоде обратного напряжения до определенного уровня приведет к его электрическому пробою. При достаточной величине силы тока диод выходит из строя под действием теплового пробоя.

Работа диода в области пробоя возможна в случае ограничения тока, проходящего через диод. В различных диодах напряжение пробоя может составлять от 50 до 200В.

В отличие от диодов, вольтамперная характеристика стабилитрона имеет более высокую линейность, в условиях постоянного напряжения пробоя. Таким образом, для стабилизации напряжения с помощью этого устройства обратная ветвь вольтамперной характеристики. На участке прямой ветви работа стабилитрона происходит точно так же, как и у обычного диода.

В соответствии со своей вольтамперной характеристикой, стабилитрон обладает следующими параметрами:

  • Напряжение стабилизации – Uст. Зависит от напряжения на стабилитроне во время протекания тока Iст. Диапазон стабилизации у современных стабилитронов находится в пределах от 0,7 до 200 вольт.
  • Максимально допустимый постоянный ток стабилизации – Iст.max. Ограничивается величиной максимально допустимой рассеиваемой мощности Рmax, которая, в свою очередь тесно связана с температурой окружающей среды.
  • Минимальный ток стабилизации – Iст.min. Зависит от минимального значения тока, проходящего через стабилитрон. При этом токе должно быть полное сохранение работоспособности устройства. Вольтамперная характеристика стабилитрона между параметрами Iст.max и Iст.min имеет наиболее линейную конфигурацию, а изменение напряжения стабилизации очень незначительно.
  • Дифференциальное сопротивление стабилитрона – rст. Данная величина определяется как отношение приращения напряжения стабилизации на устройстве к малому приращению тока стабилизации, вызвавшему это напряжение (ΔUCT/ ΔiCT).

Параметрический стабилизатор на транзисторе

Работа параметрического стабилизатора на транзисторах почти ничем не отличается от аналогичного устройства на стабилитроне.

В каждой схеме напряжение на выходах остается стабильным, поскольку их вольтамперные характеристики затрагивают участки с падением напряжения, слабо зависящим от тока.

То есть, как и в других параметрических стабилизаторах, стабильные показатели тока и напряжения достигаются за счет внутренних свойств компонентов.

Для чего нужен конденсатор

Падение напряжения на нагрузке будет таким же, как и разность падения напряжения стабилитрона и р-п перехода транзистора. Падение напряжения в обоих случаях слабо зависит от тока, отсюда можно сделать вывод, что выходное напряжение также является постоянным.

Нормальная работа стабилизатора характеризуется наличием напряжения в диапазоне от Uст.max до Uст.min. Для этого необходимо, чтобы и ток, проходящий через стабилитрон, находился в пределах от Iст.max до Iст.min.

Таким образом, течение максимального тока через стабилитрон будет осуществляться в условиях минимального тока базы транзистора и максимального входного напряжения.

Поэтому транзисторный стабилизатор имеет существенные преимущества над обычным устройством, поскольку значение выходного тока может изменяться в широком диапазоне.

Источник: https://electric-220.ru/news/parametricheskij_stabilizator_naprjazhenija/2017-03-10-1197

Расчет стабилизатора напряжения на транзисторе и стабилитроне

Приведена техника упрощенного расчета параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Входное напряжение Uвх должно быть существенно выше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. А чтобы стабилитрон не вышел из строя ток через него ограничен постоянным резистором R1. Выходное напряжение Uвых будет равно напряжению стабилизации стабилитрона, а с выходным током ситуация сложнее.

Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон рабочего тока через него, например, минимальный ток стабилизации 5 mA, а максимальный 25 mA. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё.

И величина максимального значения этого тока будет зависеть и от сопротивления R1 и от минимального тока стабилизации стабилитрона, – максимальный ток нагрузки будет уменьшен на минимальный ток стабилизации стабилитрона. То есть, получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больший ток можно отдать в нагрузку. В то же время, ток через R1 не должен быть больше максимального тока стабилизации стабилитрона.

Рис. 1. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Так как, во-первых, стабилитрону необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, стабилитрон может выйти из строя при превышении максимального тока стабилизации, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким током потребления.

Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих ток не более максимального тока стабилитрона. Поэтому стабилизаторы по схеме на рис.1 используются только в схемах с небольшим током нагрузки.

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст – Іст.мин)*h31э.

где Іст. – средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h31э – коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001 )/2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h31 э – 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис.2 ток не более: (0,006645-0,0001)40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

  • Входное напряжение Uвх = 15V,
  • выходное напряжение Uвых = 12V,
  • максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать – стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h31э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h31э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст.мин)h31э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А. По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 160 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллекто-ра. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р=(Uвх – Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р= (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на составном транзисторе

Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h31э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h31э будет примерно равен произведению h31э обоих транзисторов.

Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора.

Транзистор VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность и ток, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в схеме по рисунку 3. Но теперь у нас два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Это нужно учесть при выборе стабилитрона, – его напряжение стабилизации (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,ЗV больше требуемого выходного напряжения. К тому же появился резистор R2. Его назначение – подавлять реактивную составляющую транзистора VТ2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе.

Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Приведена техника упрощенного расчета параметрического стабилизатора напряжения на транзисторах. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе показана на рисунке 1.

Простой параметрический стабилизатор напряжения

Входное напряжение Uвх должно быть существенно выше напряжения стабилизации стабилитрона VD1. А чтобы стабилитрон не вышел из строя ток через него ограничен постоянным резистором R1. Выходное напряжение Uвых будет равно напряжению стабилизации стабилитрона, а с выходным током ситуация сложнее.

Дело в том, что у каждого стабилитрона есть некий диапазон рабочего тока через него, например, минимальный ток стабилизации 5 mA, а максимальный 25 mA. Если мы подключаем на выходе такого стабилизатора нагрузку, то часть тока начинает протекать через неё.

И величина максимального значения этого тока будет зависеть и от сопротивления R1 и от минимального тока стабилизации стабилитрона, – максимальный ток нагрузки будет уменьшен на минимальный ток стабилизации стабилитрона. То есть, получается, что чем меньше сопротивление R1, тем больший ток можно отдать в нагрузку. В то же время, ток через R1 не должен быть больше максимального тока стабилизации стабилитрона.

Рис. 1. Схема простейшего параметрического стабилизатора на стабилитроне и резисторе.

Так как, во-первых, стабилитрону необходим некий запас на поддержания напряжения на выходе стабильным, а во-вторых, стабилитрон может выйти из строя при превышении максимального тока стабилизации, что может при отключении нагрузки или её работе на режиме с низким током потребления.

Стабилизатор по такой схеме очень не эффективен и годится для питания только цепей, потребляющих ток не более максимального тока стабилитрона. Поэтому стабилизаторы по схеме на рис.1 используются только в схемах с небольшим током нагрузки.

Стабилизатор напряжения с применением транзистора

Если нужно обеспечить более-менее значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность нужно усилить выходной ток стабилизатора при помощи транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя (рис.2).

Рис. 2. Схема параметрического стабилизатора напряжения на одном транзисторе.

Максимальный ток нагрузки данного стабилизатора определяется по формуле:

Ін = (Іст – Іст.мин)*h31э.

где Іст. – средний ток стабилизации используемого стабилитрона, h31э – коэффициент передачи тока базы транзистора VT1.

Например, если использовать стабилитрон КС212Ж (средний ток стабилизации = (0,013-0,0001 )/2 = 0,00645А), транзистор КТ815А с h31 э – 40) мы сможем получить от стабилизатора по схеме на рис.2 ток не более: (0,006645-0,0001)40 = 0,254 А.

К тому же, при расчетах выходного напряжения нужно учитывать, что оно будет на 0,65V ниже напряжения стабилизации стабилитрона, потому что на кремниевом транзисторе падает около 0,6-0,7V (примерно берут 0,65V).

Попробуем рассчитать стабилизатор по схеме на рисунке 2.

Возьмем такие исходные данные:

  • Входное напряжение Uвх = 15V,
  • выходное напряжение Uвых = 12V,
  • максимальный ток через нагрузку Ін = 0,5А.

Возникает вопрос, что выбрать – стабилитрон с большим средним током или транзистор с большим h31э?

Если у нас есть транзистор КТ815А с h31э = 40, то, следуя формуле Ін = (Іст -Іст.мин)h31э, нам потребуется стабилитрон с разницей среднего тока и минимального 0,0125А. По напряжению он должен быть на 0,65V больше выходного напряжения, то есть 12,65V. Попробуем подобрать по справочнику.

Вот, например, стабилитрон КС512А, напряжение стабилизации у него 12V, минимальный ток 1 мА, максимальный ток 67 мА. То есть средний ток 0,033А. В общем подходит, но выходное напряжение будет не 12V, а 11,35V.

Нам же нужно 12V. Остается либо искать стабилитрон на 12,65V, либо компенсировать недостаток напряжения кремниевым диодом, включив его последовательно стабилитрону как показано на рисунке 3.

Рис.3. Принципиальная схема параметрического стабилизатора напряжения, дополненного диодом.

Теперь вычисляем сопротивление R1:

R = (15 -12) / 0,0125А = 160 Ом.

Несколько слов о выборе транзистора по мощности и максимальному току коллекто-ра. Максимальный ток коллектора Ік.макс. должен быть не менее максимального тока нагрузки. То есть в нашем случае, не менее 0,5А.

А мощность должна не превышать максимально допустимую. Рассчитать мощность, которая будет рассеиваться на транзисторе можно по следующей формуле:

Р=(Uвх – Uвых) * Івых.

В нашем случае, Р= (15-12)*0,5=1,5W.

Таким образом, Ік.макс. транзистора должен быть не менее 0,5А, а Рмакс. не менее 1,5W. Выбранный транзистор КТ815А подходит с большим запасом (Ік.макс.=1,5А, Рмакс.=10W).

Схема на составном транзисторе

Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h31э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h31э будет примерно равен произведению h31э обоих транзисторов.

Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора напряжения на основе составного транзистора.

Транзистор VT1 берут маломощный, а VT2 на мощность и ток, соответствующий нагрузке. Все рассчитывается примерно так же, как и в схеме по рисунку 3. Но теперь у нас два кремниевых транзистора, поэтому выходное напряжение снизится не на 0,65V, а на 1,ЗV.

Это нужно учесть при выборе стабилитрона, – его напряжение стабилизации (при использовании кремниевых транзисторов) должно быть на 1,ЗV больше требуемого выходного напряжения. К тому же появился резистор R2. Его назначение – подавлять реактивную составляющую транзистора VТ2, и обеспечивать надежную реакцию транзистора на изменение напряжения на его базе.

Величина этого сопротивления слишком уж существенного значения не имеет, но и за пределы разумного выходить не должна. Обычно его выбирают примерно в 5 раз больше сопротивления R1.

Теги статьи: Добавить тег

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Ага, все-таки зашел? Что, любопытство замучило? Но я очень рад. Нет, правда. Располагайся поудобнее, сейчас мы вместе произведем некоторые нехитрые расчеты, которые нужны, чтобы сварганить тот блок питания, который мы уже сделали в первой части статьи. Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных схемах.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов – это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это, так называемый параметрический стабилизатор. Состоит он из двух частей:
1 – сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором R б
2 – эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно за тем, чтобы напряжение оставалось тем каким нам надо, следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль как бы усилителя или если угодно – умощителя.

Два основных параметра нашего блока питания – напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки. Назовем их:
Uвых – это напряжение
и
Imax – это ток.

Для блока питания, который мы отгрохали в прошлой части, Uвых = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Сначала нам необходимо определить какое напряжение Uвх мы должны подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых.
Это напряжение определяется по формуле:

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 17 вольт.

Определим, какой нам нужен транзистор VT. Для этого нам надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Тут надо учесть один момент. Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчете, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдает БП. А оно, в нашем случае, составляет 1,5 вольта. Если этого не сделать, то транзистор может накрыться медным тазом, поскольку максимальная мощность будет рассчитана неверно.
Смотри сам:

Если мы берем Uвых=14 вольтам, то получаем P max =1.3*(17-14)*1=3.9 Вт.
А если мы примем Uвых=1.5 вольта, то P max =1.3*(17-1.5)*1=20,15 Вт

То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Разумеется, транзистору это сильно не понравилось бы.

Ну вот, теперь лезем в справочник и выбираем себе транзистор.
Помимо только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Я выбрал КТ817 – вполне приличный транзистор.

Фу, ну вроде с этим справились. Пошли дальше.

Считаем сам стабилизатор.

Сначала определим максимальный ток базы свежевыбранного транзистора ( а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все – даже базы транзисторов).

I б max =I max / h31 Э min

h31 Э min – это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника Если там указаны пределы этого параметра – что то типа 30…40, то берется самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число – 25, с ним и будем считать, а что еще остается?

I б max =1/25=0.04 А (или 40 мА). Не мало.

Ну давайте будем теперь искать стабилитрон.
Искать его надо по двум параметрам – напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольтам, а ток – не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали.
Полезли опять в справочник.

По напряжению нам страшно подходит стабилитрон Д814Д, к тому же он у меня был под рукой. Но вот ток стабилизации… 5 мА нам никак не годится. Чего делать будем? Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на рисунок. Мы добавили в схему транзистор VT2. Сия операция позволяет нам снизить нагрузку на стабилитрон в h31Э раз. h31Э, разумеется, того транзистора, который мы только что добавили в схему. Особо не думая, я взял из кучи железок КТ315. Его минимальный h31Э равен 30, то есть мы можем уменьшить ток до 40/30=1.33 мА, что нам вполне подходит.

Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора R б .

R б =(Uвх-Uст)/(I б max +I ст min )

где Uст – напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min – ток стабилизации стабилитрона.

R б = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.

Теперь определим мощность этого резистора

P rб =(U вх -U ст )2/R б .

P rб =(17-14)2/470=0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных – выходного напряжения и тока, мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

Однако не расслабляемся – нас еще ждет выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур однако).

Итак, смотрим на схему выпрямителя.

Ну, тут все проще и почти на пальцах. Учитывая то, что мы знаем, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор – 17 вольт, вычислим напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как и в начале – с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 17 вольт.

Учитывая то, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться 17/1,41=12 вольт.
Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12+2=14 вольт. Вполне может случится так, что такого трансформатора не найдется, не страшно – в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Едем дальше. Определим емкость конденсатора фильтра.

C ф =3200I н /U н K н

где Iн – максимальный ток нагрузки,
Uн – напряжение на нагрузке,
Kн – коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтам,
Kн=0,01.

C ф =3200*1/14*0,01=18823.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

Осталось выбрать выпрямительные диоды или диодный мост.

Для этого нам надо знать два основных параметра – максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается так

U обр max =2U н , то есть U обр max =2*17=34 Вольта.

А максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вот вроде бы и все про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых – на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых – компенсационный стабилизатор.

Параметрический регулятор напряжения Электроника, Микроэлектроника …

Параметрический регулятор напряжения

Во многих радиоэлектронных устройствах, где используются вторичные источники питания, необходимо поддерживать напряжение или ток на определенном постоянном уровне. требуется, независимо от возможных изменений входного напряжения и выходного тока. Для этого используются стабилизаторы напряжения или тока. В данном учебно-методическом пособии рассматривается параметрический стабилизатор напряжения на полупроводниковом стабилитроне.Параметрические стабилизаторы имеют простую конструкцию и высокую надежность, но имеют низкий КПД.
Схема параметрического регулятора напряжения рис. 4 состоит из балластного резистора Rbal (для ограничения тока через стабилитрон) и включенного параллельно нагрузке стабилитрона, выполняющего основную функцию стабилизации.


Рис. 4 Параметрический параметрический регулятор напряжения
Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:

Принцип действия параметрического стабилизатора

Принцип работы параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно пояснить на рис.5, на котором показана вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона и «инвертированная» ВАХ балластного резистора. Работа регулятора напряжения следующая. При изменении напряжения на входе стабилизатора U происходит соответствующее изменение тока I, а, следовательно, и токи стабилитрона и нагрузки. Однако при изменении тока стабилитрона напряжение на нем изменится на очень небольшую величину в соответствии с вольт-амперной характеристикой стабилитрона (рис.5), т.е. практически без изменений. Согласно второму закону Кирхгофа, при изменении входного напряжения падение напряжения на балластном сопротивлении изменяется пропорционально току, равному приращению входного напряжения. Другими словами, все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке практически не меняется. Запишем это математически:

U ± ∆U = (Ist + In ± ∆Ist) • Rbal + Un

Принимая, U = const и Rn = const, получаем In = const, а условие сохранения рабочего точка стабилитрона на участке АВ вольт-амперной характеристики (рис.5) определяется по формуле:
± ∆U = ± ∆IstRbal


Рис. 5. Пояснение принципа действия регулятора напряжения

Отсюда следует, что нормальная работа обеспечивается соответствующим выбором величины балластного сопротивления. Тогда при изменении напряжения на входе стабилизатора нормальные пределы стабилизации выходного напряжения Un не нарушаются.
Когда напряжение стабилизируется путем принятия, In = var и Rn = var и U = const, токи перераспределяются на входе стабилизатора между нагрузкой и стабилитроном при сохранении того же напряжения на стабилитроне и падения напряжения на балластное сопротивление согласно уравнению:

U = I • Rbal + Un = ((In ± ∆In) + (Iast ± ∆Ist)) • Rbal + Un

Для нормальной работы стабилизатора с переменными нагрузками, изменение тока не должно приводить к выходу тока стабилитрона за пределы его максимального и минимально допустимых значений.
При условии, что U = const и Rh = const, расчет стабилизатора сводится к выбору стабилитрона и выбора Rbal, тогда из системы уравнений (1) получаем формулу для расчета Rbal:

Сопротивление резистор должен быть таким, чтобы ток стабилитрона был не менее Ist min, т.е. не выходил за пределы рабочей области AB (рис.5) вольт-амперной характеристики стабилитрона.
Балластное сопротивление определяет основные потери стабилизатора, поэтому параметрические стабилизаторы используются только в маломощных схемах.Стабилитрон
выбирается параметрами из справочника:
1. Ist max — максимально допустимый ток стабилитрона;
2. Усть — стабилизация напряжения;
3. Ist min — минимальный ток стабилитрона.

Основные параметры стабилизатора:

1. Коэффициент стабилизации равен отношению приращений входного и выходного напряжения. Коэффициент стабилизации характеризует качество стабилизатора.

2.Выходной импеданс стабилизатора
Rout = Rdiff
Чтобы найти Kst и Rout, рассматривается схема замены стабилизатора для приращений, показанная на рисунке 6. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rdif является параметром стабилизатора.


Рис. 6 Эквивалентная схема параметрического регулятора напряжения
Дифференциальное сопротивление Rdif определяется из уравнения:

Для эквивалентной схемы получаем коэффициент стабилизации с учетом того, что Rn >> Rdif и Rbal >> Rdif:

Коэффициент стабилизации параметрического регулятора напряжения Кст = 5 ÷ 30
Для увеличения стабилизированного напряжения используется последовательное включение стабилитронов.
Параллельное включение стабилитронов не допускается. Для увеличения коэффициента стабилизации можно каскадировать несколько параметрических регуляторов напряжения.

Как правильно выбрать регулятор (-ы) напряжения для вашей конструкции

В этой статье показано, как выбрать лучший тип стабилизатора напряжения для вашего конкретного электронного продукта.

Вероятно, более 90% продукции требуют регулятора напряжения того или иного типа, что делает их одними из наиболее часто используемых электрических компонентов.

Если у вас нет возможности работать напрямую от напряжения батареи или внешнего адаптера постоянного / переменного тока, требуется стабилизатор напряжения. Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.

Эта статья — ваше руководство по выбору регулятора (ов) напряжения для вашей конструкции. Мы расскажем обо всем, от определения того, какой тип регулятора напряжения вам нужен, до выбора того, который соответствует вашим конкретным требованиям.

Выбор типа регулятора, который вам нужен

Первым шагом в выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.

Хотя существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и помогут сузить круг необходимого вам регулятора.

Регуляторы напряжения

можно разделить на две широкие классификации:

  • Понижающий : Выходное напряжение ниже входного
  • Повышающий : выдает напряжение, превышающее входное

Знание входного и выходного напряжения поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.

Регуляторы напряжения, которым требуется выходное напряжение меньше входного, являются наиболее распространенным типом регуляторов напряжения. Например, вы вводите 5 В и выдает 3,3 В, или вы вводите 12 В и выдает 5 В.

Вам необходимо рассмотреть два типа регуляторов:

  • Линейные регуляторы : простые, дешевые и бесшумные, но могут иметь низкую энергоэффективность. Линейные регуляторы способны только понижать напряжение.
  • Импульсные регуляторы : Высокая энергоэффективность, но более сложная и дорогая, с большим шумом на выходе.Импульсные регуляторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.

Если вам требуется выходное напряжение ниже входного, начните с линейного регулятора, а не импульсного регулятора.

Рисунок 1. Линейный регулятор использует транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может производить только выходное напряжение ниже входного.

Линейные регуляторы

намного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому, как правило, они должны быть вашим первым выбором.

Единственный случай, когда вы не хотите использовать линейный стабилизатор, — это если рассеиваемая мощность слишком велика или вам нужно повысить напряжение.

Определите рассеиваемую мощность

Хотя линейные регуляторы дешевы и просты в использовании, основным недостатком является то, что они могут тратить много энергии. Это может вызвать чрезмерный разряд батареи, перегрев или повреждение продукта.

Если у вас есть аккумулятор, мощность которого расходуется на тепло, аккумулятор разряжается быстрее.Если это не аккумулятор, но он по-прежнему выделяет значительное количество тепла, это может вызвать другие проблемы с вашей конструкцией.

Фактически, при определенных условиях линейный регулятор может выделять столько тепла, что фактически разрушает себя. Очевидно, вы этого не хотите.

При использовании линейного регулятора начните с определения того, сколько мощности будет рассеиваться регулятором.

Для линейных регуляторов используйте уравнение:

Мощность = (Входное напряжение — Выходное напряжение) x Ток (Уравнение 1)

Можно предположить, что выходной ток (также называемый током нагрузки) примерно такой же, как входной ток для линейных регуляторов.

На самом деле, входной ток равен выходному току плюс ток покоя, который потребляет линейный регулятор для выполнения функции регулирования.

Однако для большинства регуляторов ток покоя чрезвычайно мал по сравнению с током нагрузки, поэтому достаточно предположить, что выходной ток равен входному току.

Как видно из уравнения 1, если у вас большой перепад напряжения (Vin — Vout) на регуляторе и / или большой ток нагрузки, то ваш регулятор будет рассеивать большое количество энергии.

Например, если на входе 12 В, а на выходе 3,3 В, разность напряжений будет рассчитана как 12 В — 3,3 В = 8,7 В.

Если ток нагрузки составляет 1 ампер, это означает, что регулятор должен рассеивать 8,7 Вт мощности. Это огромная потеря мощности, с которой не справится любой линейный регулятор.

Если, с другой стороны, у вас есть высокий перепад напряжения, но вы используете ток нагрузки всего в несколько миллиампер, тогда мощность будет небольшой.

Например, в приведенном выше случае, если вы теперь используете ток нагрузки только 100 мА, рассеиваемая мощность упадет до 0,87 Вт, что гораздо более приемлемо для большинства линейных регуляторов.

При выборе линейного регулятора недостаточно просто убедиться, что входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки соответствуют спецификациям регулятора.

Например, у вас есть линейный регулятор, рассчитанный на 15 В и ток 1 А. Вы думаете: «Хорошо, если это так, я могу подать на вход 12 В, взять 3.3 В на выходе и запустить его при 1 А, не так ли? »

Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор может выдерживать даже такое количество мощности. Способ сделать это — определить, насколько сильно нагреется регулятор, в зависимости от мощности, которую он должен рассеять.

Для этого сначала вычислите, сколько мощности будет рассеивать линейный регулятор, используя уравнение 1 выше.

Во-вторых, посмотрите в таблице данных регулятора в разделе «тепловые характеристики» параметр под названием «Theta-JA», выраженный в единицах ° C / Вт (° C на ватт).

Theta-JA указывает на количество градусов, на которое микросхема будет нагреваться выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, которую он должен рассеять.

Просто умножьте расчетную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и вы узнаете, насколько сильно линейный регулятор будет нагреваться при такой мощности:

Мощность x Theta-JA = Температура выше окружающей среды (Уравнение 2)

Допустим, ваш регулятор соответствует спецификации Theta-JA 50 ° C на ватт.Это означает, что если ваш продукт рассеивает:

  • 1 ватт, он нагреется до 50 ° C.
  • 2 Вт нагреется до 100 ° С.
  • ½ ватта нагревается до 25 ° C.

Важно отметить, что рассчитанная выше температура представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.

Допустим, вы подсчитали, что при ваших условиях питания регулятор будет рассеивать 2 Вт мощности. Вы умножаете это на Theta-JA, и вы определяете, что он нагреется до 100 ° C.

Здесь важно не забыть добавить температуру окружающего воздуха. Комнатная температура обычно составляет 25 ° C. Следовательно, вы должны добавить 25 ° C к 100 ° C. Теперь у вас температура 125 ° C.

125 ° C — это максимальная температура, на которую рассчитано большинство электронных компонентов, поэтому вы никогда не захотите намеренно превышать 125 ° C.

Обычно вы не повредите свой продукт, пока не достигнете температуры примерно от 170 ° C до 200 ° C. К счастью, у большинства регуляторов также есть тепловое отключение, которое срабатывает при температуре около 150 ° C, поэтому они отключатся до того, как вызовут какие-либо повреждения.

Однако некоторые регуляторы не имеют теплового отключения, поэтому вы можете повредить их, если они рассеивают слишком много энергии.

В любом случае, вы не хотите, чтобы ваш продукт постоянно перегревался и ему приходилось отключаться, чтобы остыть.

Также следует учитывать, что температура воздуха не всегда может быть 25 ° C.

Допустим, ваш регулятор все еще нагревается до 100 ° C под нагрузкой, но теперь температура окружающей среды составляет 50 ° C (например, в закрытой машине в жаркий летний день).

Теперь у вас 50 ° C плюс 100 ° C и температура до 150 ° C при загрузке. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.

Очевидно, этого следует избегать. Эксплуатация регулятора таким образом, чтобы он регулярно превышал заданную температуру 125 ° C, может не вызвать немедленного повреждения, но может сократить срок службы компонента.

Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

В некоторых случаях линейные регуляторы могут быть чрезвычайно эффективными, потребляя очень мало энергии.Это происходит, когда они работают с очень низким входным напряжением к выходному напряжению.

Например, если Vin — Vout составляет всего 300 мВ, то даже при токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность составляет всего 0,9 Вт, что является достаточно низкой мощностью, чтобы выдерживать нагрузку большинством регуляторов.

Минимальный дифференциал Vin-Vout, с которым может работать линейный регулятор, называется падением напряжения. Если разница между Vin и Vout падает ниже напряжения отключения, то регулятор находится в режиме отключения.

Регулятор в режиме отпускания просто выглядит как небольшой резистор от входа к выходу. Это означает, что выход, по сути, просто соответствует входному питанию, и на самом деле никакое регулирование не выполняется.

В большинстве случаев вы не хотите использовать линейный регулятор в режиме отключения. Это никоим образом не повредит чему-либо, но вы потеряете многие преимущества регулятора.

Например, если у вас много шума на входе, он обычно отфильтровывается линейным регулятором.Однако эта фильтрация не будет происходить в режиме отключения, поэтому весь шум входного источника питания передается прямо на выходное напряжение.

Причина, по которой стабилизаторы с малым падением напряжения так полезны, заключается в том, что они позволяют управлять регулятором с очень малой рассеиваемой мощностью. Это связано с тем, что линейный регулятор наиболее эффективен, когда разница между Vin и Vout небольшая.

Многие старые линейные регуляторы имели очень высокое падение напряжения. Например, у популярных регуляторов серии 7800 значение падения напряжения составляет 2 В.Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше выходного напряжения.

Рисунок 2 — Старые трехконтактные линейные регуляторы требуют большего перепада напряжения Vin-Vout и, следовательно, расходуют больше энергии, чем более новые регуляторы LDO.

Хотя 2 В — это не так уж и много, если вы пропускаете через этот регулятор ток в 1 ампер и у вас есть разница в 2 В, то это 2 Вт энергии, теряемой зря.

Регуляторы LDO нового поколения могут иметь очень низкое падение напряжения менее 200 мВ при полной нагрузке.

LDO, работающий только с перепадом напряжения 200 мВ, может пропускать в 10 раз больше тока при той же рассеиваемой мощности, что и линейный стабилизатор, работающий с перепадом напряжения 2 В. Таким образом, 1 ампер тока с дифференциалом Vin-Vout 200 мВ соответствует лишь 0,2 Вт рассеиваемой мощности.

Краткое описание линейных регуляторов

Линейные регуляторы полезны, если:

  • Небольшой перепад напряжения между входом и выходом
  • У вас низкий ток нагрузки
  • Требуется исключительно чистое выходное напряжение
  • Вы должны сделать дизайн максимально простым и дешевым

Как мы обсудим дальше, импульсные стабилизаторы создают на выходе много шума и могут создавать нечеткое выходное напряжение.

Это может быть приемлемо для некоторых приложений, но во многих случаях требуется очень чистое напряжение питания. Например, при генерации напряжения питания для аналого-цифрового преобразователя или какой-либо звуковой схемы.

Таким образом, линейные регуляторы не только проще в использовании, но и обеспечивают гораздо более чистое выходное напряжение по сравнению с импульсными регуляторами, без пульсаций, всплесков или шума любого типа.

Таким образом, если рассеиваемая мощность не слишком велика или вам не требуется повышающий регулятор, линейный регулятор будет вашим лучшим вариантом.

Импульсные регуляторы

Импульсные регуляторы намного сложнее для понимания, чем линейные регуляторы. Линейный регулятор основан на силовом транзисторе, который регулирует величину тока, разрешенного для подачи на выход.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Если система управления линейного регулятора определяет, что выходное напряжение ниже, чем должно быть, то от входа к выходу может проходить больший ток.И наоборот, если обнаруживается, что выходное напряжение выше, чем должно быть, регулятор позволит меньшему току течь от входа к выходу, действуя таким образом, чтобы снизить выходное напряжение.

С другой стороны, импульсные регуляторы используют катушки индуктивности и конденсаторы для временного хранения энергии перед передачей ее на выход.

В этом уроке я проектирую печатную плату с использованием простого линейного регулятора, а в этом более глубоком курсе я проектирую индивидуальную плату с использованием более сложного импульсного регулятора.

Существует два основных типа импульсных регуляторов: повышающий и понижающий.

Понижающий импульсный стабилизатор также называется понижающим стабилизатором и, как линейный регулятор, выдает выходное напряжение ниже входного.

Рис. 3. Понижающий импульсный стабилизатор использует катушку индуктивности в качестве временного накопителя энергии для эффективного создания выходного напряжения ниже входного.

Если вы начали планировать использование линейного регулятора (понижающего), но определили, что рассеиваемая мощность слишком велика, тогда вам следует использовать понижающий импульсный стабилизатор.

В то время как повышающий импульсный стабилизатор создает выходное напряжение, превышающее входное, и называется повышающим регулятором.

Импульсные регуляторы очень эффективны, даже при очень больших разностях между входом и выходом.

КПД равен выходной мощности, деленной на входную. Это отношение того, какая часть мощности от входа поступает на выход.

КПД = Pout / Pin = (Vout x Iout) / (Vin x Iin) (Уравнение 3)

Уравнение эффективности то же самое для линейного регулятора.Однако, поскольку выходной ток равен входному току для линейного регулятора, уравнение 3 упрощается до простого:

КПД (линейный регулятор) = Vout / Vin (Уравнение 4)

Например, предположим, что у вас на входе 24 В, а на выходе необходимо 3 В при токе нагрузки 1 А. Если бы это был линейный регулятор, он работал бы с чрезвычайно низким КПД, и почти вся мощность рассеивалась бы в виде тепла.

КПД линейного регулятора будет только 3 В / 24 В = 12.5%. Это означает, что только 12,5% мощности от входа поступает на выход. Остальные 87,5% передаваемой мощности теряются в виде тепла!

С другой стороны, импульсные регуляторы обычно имеют КПД 90% или больше независимо от разницы между входным и выходным напряжениями. Для импульсного регулятора около 90% мощности передается на выход и только 10% тратится впустую.

Только когда Vin и Vout близки друг к другу, линейный регулятор может сравниться по эффективности с импульсным регулятором.

Например, если у вас входное напряжение 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а на выходе выдается 3,3 В, то линейный регулятор будет иметь КПД 3,3 В / 3,6 В = 91,7%.

Повышающие регуляторы напряжения

В большинстве случаев выходное напряжение будет ниже входного. В этом случае следует использовать линейный регулятор или понижающий импульсный стабилизатор, как обсуждалось.

Однако есть и другие случаи, когда вам может потребоваться выходное напряжение выше входного.Например, если у вас аккумулятор на 3,6 В и вам нужно питание 5 В.

Рис. 4. В повышающем импульсном стабилизаторе катушка индуктивности используется в качестве временного накопительного элемента для эффективного создания выходного напряжения, превышающего входное.

Многие новички в электронике удивляются, узнав, что можно генерировать более высокое напряжение из более низкого напряжения. Для выполнения этой функции необходим импульсный регулятор, называемый повышающим регулятором.

В отличие от линейных регуляторов выходной ток импульсного регулятора не равен входному току. Вместо этого вы должны смотреть на входную мощность, выходную мощность и эффективность.

Рассчитаем входной ток для повышающего регулятора. Предположим, что входное напряжение — 3 В, выходное напряжение — 5 В, выходной ток — 1 А, а энергоэффективность — 90% (как указано в таблице данных).

Чтобы выяснить это, нам нужно использовать небольшую базовую алгебру для уравнения 3, чтобы найти входную мощность:

Pin = Pout / КПД (Уравнение 5)

Мы знаем, что эффективность составляет 90% (или 0.90), и мы знаем, что выходная мощность составляет 5 В x 1 А = 5 Вт. Мы можем рассчитать, что входная мощность составляет 5 Вт / 0,9 = 5,56 Вт.

Поскольку входная мощность составляет 5,56 Вт, а выходная мощность 5 Вт, это означает, что регулятор рассеивает только 0,56 Вт.

Далее, поскольку мы знаем, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, это означает, что входной ток равен:

Входной ток = 5,56 Вт / Vin = 5,56 Вт / 3 В = 1,85 A (Уравнение 6)

Для повышающего регулятора входной ток всегда будет выше, чем выходной ток.С другой стороны, входной ток понижающего регулятора всегда будет меньше выходного тока.

Понижающие регуляторы

Допустим, вы получаете питание от двух последовательно соединенных батареек AA. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они почти полностью разряжены, они выдают только 2,4 В.

В этом случае напряжение вашего источника питания может находиться в диапазоне от 2,4 В до 3,2 В.

Теперь предположим, что вам нужно выходное напряжение ровно 3 В независимо от состояния батарей.Когда батареи полностью заряжены (выходное напряжение 3,2 В), вам необходимо понизить напряжение батареи с 3,2 В до 3 В.

Однако, когда батареи близки к разряду (выходное напряжение 2,4 В), вам необходимо увеличить напряжение батареи с 2,4 В до 3 В.

В этом сценарии вы должны использовать так называемый повышающий-понижающий импульсный стабилизатор, который представляет собой просто комбинацию повышающего и понижающего регуляторов.

Для решения этой проблемы потенциально можно использовать отдельный понижающий регулятор, за которым следует повышающий регулятор (или наоборот).Но обычно лучше использовать одинарный понижающе-повышающий регулятор.

Импульсный регулятор + линейные регуляторы

Помните о трех преимуществах линейных регуляторов: дешевизне, простоте и чистоте выходного напряжения.

Может быть много случаев, когда вы хотите использовать линейный стабилизатор, потому что вам нужно чистое выходное напряжение, но вы не можете, потому что они тратят слишком много энергии.

В этой ситуации вы можете использовать импульсный регулятор, за которым следует линейный регулятор.

Допустим, у вас есть входное напряжение от литий-полимерной батареи, равное 3.6 В, но вам понадобится источник питания clean 5 В.

Для этого вы должны использовать повышающий стабилизатор, чтобы поднять напряжение до значения чуть выше целевого выходного напряжения. Например, вы можете использовать повышающий регулятор для повышения напряжения с 3,6 В до 5,5 В.

Затем вы следуете этому с помощью линейного регулятора, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также убирает шум и пульсации для получения чистого сигнала.

Это очень распространенный метод получения КПД импульсного регулятора и бесшумного выходного напряжения линейного регулятора.

Если вы выбрали эту опцию и специально пытаетесь отфильтровать коммутируемый шум, обязательно обратите внимание на коэффициент подавления подачи питания (PSRR) линейного регулятора.

PSSR данного линейного регулятора изменяется в зависимости от частоты. Следовательно, PSSR обычно представляется в виде графика, который показывает, как линейный регулятор подавляет любые пульсации на входном питании на различных частотах.

Рисунок 5 — Коэффициент отклонения блока питания (PSRR) в зависимости от частоты для TPS799 от Texas Instruments.

Чтобы использовать этот график, посмотрите на частоту переключения вашего импульсного стабилизатора (или любых других источников шума в вашей цепи). Затем посмотрите на PSSR линейного регулятора на этой конкретной частоте.

Затем вы можете рассчитать, какая часть шума импульсного регулятора будет удалена линейным регулятором.

Сводка

Чтобы выбрать регулятор напряжения для вашей системы, начните с предположения, что линейный регулятор может использоваться, если входное напряжение выше, чем выходное.

Только если при этом расходуется слишком много энергии, используйте понижающий импульсный стабилизатор.

Если вам нужно выходное напряжение выше, чем входное, используйте импульсный импульсный стабилизатор.

Если у вас есть ситуация, когда входное напряжение может быть выше или ниже выходного напряжения, вам нужен импульсный импульсный стабилизатор.

Наконец, если вам нужен чистый выходной сигнал, но требуется энергоэффективность импульсного регулятора, используйте импульсный регулятор, а затем линейный регулятор для очистки напряжения питания.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатный PDF-файл : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который вам может понравиться:

4.8 5 голосов

Рейтинг статьи

% PDF-1.6 % 2005 0 объект > эндобдж xref 2005 88 0000000016 00000 н. 0000002774 00000 н. 0000002915 00000 н. 0000003101 00000 п. 0000003153 00000 п. 0000004122 00000 н. 0000004288 00000 п. 0000004459 00000 п. 0000004634 00000 н. 0000004687 00000 н. 0000004740 00000 н. 0000004964 00000 н. 0000005434 00000 н. 0000005663 00000 п. 0000005923 00000 н. 0000006164 00000 н. 0000006188 00000 п. 0000008457 00000 н. 0000010241 00000 п. 0000012051 00000 н. 0000012179 00000 п. 0000012486 00000 п. 0000012515 00000 п. 0000014050 00000 п. 0000016077 00000 п. 0000017937 00000 п. 0000018076 00000 п. 0000018105 00000 п. 0000018836 00000 п. 0000020574 00000 п. 0000020789 00000 п. 0000021002 00000 п. 0000021219 00000 п. 0000021434 00000 п. 0000021649 00000 н. 0000021860 00000 п. 0000022075 00000 п. 0000022291 00000 п. 0000022539 00000 п. 0000022749 00000 п. 0000022993 00000 п. 0000023208 00000 п. 0000023451 00000 п. 0000023664 00000 п. 0000025591 00000 п. 0000025663 00000 п. 0000129650 00000 н. 0000129893 00000 н. 0000130279 00000 н. 0000130437 00000 н. 0000130509 00000 н. 0000267236 00000 н. 0000267480 00000 н. 0000267649 00000 н. 0000267853 00000 н. 0000268076 00000 н. 0000268283 00000 н. 0000268506 00000 н. 0000268712 00000 н. 0000268918 00000 н. 0000269124 00000 н. 0000269779 00000 н. 0000269983 00000 н. 0000270205 00000 н. 0000270411 00000 н. 0000270615 00000 н. 0000270818 00000 н. 0000284712 00000 н. 0000284916 00000 н. 0000285121 00000 н. 0000285367 00000 н. 0000285685 00000 н. 0000286036 00000 н. 0000289898 00000 н. 00002 00000 п. 00002

00000 н. 00002 00000 н. 00002 00000 н. 00002 00000 н. 00002 00000 н. 00002 00000 н. 0000291568 00000 н. 0000291774 00000 н. 0000291990 00000 н. 0000292190 00000 н. 0000292393 00000 н. 0000292597 00000 н. 0000002106 00000 п. трейлер ] / Назад 696567 >> startxref 0 %% EOF 2092 0 объект > поток ww.s \ .F! G | Fh *% gUgUIN4’Ws ~ WϽ $ Ĥ

Общие сведения о топологии опорного напряжения и напряжения | Максим Интегрированный

Аннотация: В этом документе обсуждаются три наиболее популярные топологии источников опорного напряжения. К ним относятся топологии запрещенной зоны и скрытые стабилитроны в трехконтактных последовательных источниках опорного напряжения и топологии стабилитронов в двухконтактных шунтирующих источниках опорного напряжения. Также демистифицированы определения общих параметров опорного напряжения.

Введение

Первыми соображениями при выборе источника опорного напряжения являются выходное напряжение и начальная точность.Тем не менее, часто упускаются из виду другие параметры, которые могут иметь большое значение в конкретных приложениях. Кроме того, не забудьте принять во внимание бюджет ошибок при оценке преобразователя данных (АЦП или ЦАП) вместе с опорным напряжением. (См. Примечание по применению 4300, «Расчет бюджета ошибок в приложениях для прецизионных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП)».) Следующее обсуждение основ опорного напряжения поможет вам лучше понять общие типы источников опорного напряжения и рабочие параметры, связанные с наиболее распространенными топологиями опорного напряжения: двухконтактный шунт и трехконтактная последовательная конструкция.(Рекомендации по выбору между последовательным и шунтирующим опорным напряжением см. В примечании к приложению 4003, «Последовательное или шунтирующее опорное напряжение?» И примечании к приложению 2879, «Выбор оптимального опорного напряжения».)

Общие типы источников опорного напряжения

Существует три распространенных типа источников опорного напряжения: заряженный конденсатор, стабилитрон и запрещенная зона. Заряженный конденсатор мало используется (особенно в системах безопасности) из-за нестабильности, вызванной ионизирующим излучением. Альфа-, бета-, гамма- и космические лучи или обычные рентгеновские лучи в аэропортах, больницах и на транспорте разряжают конденсатор (как правило, изменение конденсатора на 7 мВ при каждом разряде).

Стабилитроны, второй тип общего источника опорного напряжения, используются как в лавинном режиме, так и вне его. Большинство стабилитронов лавинного режима используются там, где они будут наиболее стабильными (то есть при резком изгибе), выше примерно 5,5 В в зависимости от полупроводникового процесса. Истинные стабилитроны при более низких напряжениях работают из-за квантово-механического туннелирования. Большинство проблем с шумом стабилитрона возникает из-за связанных с ними примесей на поверхности матрицы, которые преодолеваются заглубленными стабилитронами, закапывая стабилитрон внутри или под поверхностью матрицы.

Наиболее распространенный источник опорного напряжения использует запрещенную зону. Это умное использование двух транзисторных переходов с разной плотностью тока и, следовательно, с разными температурными коэффициентами. Два напряжения с противоположными температурными коэффициентами вычитаются друг из друга, чтобы получить почти ровную температурную кривую. (Для калькулятора ширины запрещенной зоны (например, эмулятора ПК) и руководства, в котором описаны этапы проектирования, необходимые для понимания рабочих параметров, см. Примечание по применению 5062, «Учебное пособие по эталонному калькулятору запрещенной зоны».”) Для серийных и шунтирующих эталонов можно использовать любую из вышеперечисленных технологий. Приложение сравнивает последовательную и шунтирующую конфигурации с этими различными технологиями.

Двухконтактный шунт, каталожный номер

Как следует из названия, шунтирующий источник опорного напряжения работает параллельно с нагрузкой (, рис. 1, ). Его можно рассматривать как управляемый напряжением приемник тока, в котором управляющее напряжение подается на его входную клемму. При отсутствии нагрузки шунтирующий источник опорного напряжения потребляет ровно столько тока, чтобы падение напряжения на R1 давало желаемое выходное напряжение (V IN — I REF R1 = V REF ).Если, например, V IN = 6,0 В и желаемое значение V REF равно 5,0 В, ссылка I REF создает падение напряжения 1,0 В на R1. Затем эталон выполняет необходимые настройки I REF для поддержания 5,0 В на его входе.


Рис. 1. Шунтирующее опорное напряжение подключается параллельно своей нагрузке.

Теперь примените нагрузку к ссылке. I REF больше не равно I R1 , потому что ток нагрузки (I L ) создает часть падения напряжения на R1.Ссылка автоматически уменьшает свой сток-ток на величину I L . Таким образом, общий ток через R1 не изменяется (т.е. I REF + I L равно исходному I R1 ). I R1 шунтируется между заданием и нагрузкой, отсюда и название «шунтирующее задание». Шунтирующий источник опорного напряжения регулирует выходное напряжение, регулируя ток стока, чтобы противодействовать изменениям тока нагрузки.

Трехконтактная серия Артикул

Последовательный эталон работает последовательно со своей нагрузкой (, рис. 2, ).Его можно рассматривать как сопротивление, управляемое напряжением, в котором V OUT управляет внутренним сопротивлением между входными и выходными клеммами опорного сигнала. Последовательное задание регулируется, создавая падение напряжения между его входом и выходом; падение напряжения равно произведению тока нагрузки и контролируемого внутреннего сопротивления. При отсутствии нагрузки последовательный источник опорного напряжения пропускает небольшой ток (I Q ) через внутреннее сопротивление (R), чтобы снизить напряжение между входом и выходом, необходимое для получения правильного V OUT .


Рисунок 2. Последовательный эталон (его регулирующая часть) соединен последовательно со своей нагрузкой.

По мере увеличения тока нагрузки опорное напряжение поддерживает желаемое выходное напряжение, изменяя R по мере необходимости, чтобы обеспечить правильное падение между входом и выходом. Применяя закон Ома, можно заметить, что для поддержания постоянного перепада между входом и выходом R должно уменьшаться по мере увеличения I OUT .

Единицы измерения параметров для справочных материалов

Единицы измерения, указывающие такие параметры, как точность, различаются между производителями.Для определения точности обычно используются единицы измерения: процент от полной шкалы (%), доли на миллион (ppm), децибелы (дБ) и напряжение (В) или микровольты (мкВ). Все они приемлемы, но для сравнения «яблоки с яблоками» вы должны иметь возможность преобразовать одну единицу в любую другую. Эти отношения поясняются ниже.

Калькулятор точности в Рисунок 3 может помочь в проектировании и анализе источников опорного напряжения и прикладных схем преобразователя данных. Он рассчитывает точность постоянного тока идеального преобразователя данных, охватывающего как аналого-цифровые преобразователи (АЦП), так и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).Точность преобразователя данных по постоянному току является мерой максимального отклонения от идеальной линейной передаточной функции. Хотя портативный калькулятор HP ® 50 г является удобным инструментом, существует также бесплатный эмулятор, который работает на многих компьютерах с операционной системой Windows ® . Для получения дополнительной информации о калькуляторе точности, включая бесплатный эмулятор, см. Steve’s Analog Design Calculators.
Рис. 3. Точность в полном масштабе (%), ppm, дБ, В и мкВ.

Точность в процентах от полной шкалы

Наиболее распространенным средством определения эталонной точности является процент от номинального значения, который даже не является единицей измерения.Вероятно, это следует соглашению для выражения допуска для резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Типичные характеристики процентной точности для эталонов: 1%, 1,5%, 2%, 5% и т. Д. Хотя процентная точность подходит для сравнения одного эталона с другим, он не дает конкретной информации о том, насколько сильно колеблется эталонное напряжение. Что действительно важно, так это колебания в вольтах.

Чтобы определить отклонение напряжения эталона, указанное в процентах точности, вы умножаете номинальное выходное напряжение эталона на точность в процентах и ​​делите на 100.Например, опорное напряжение 2,5 В с точностью до ± 1,5% имеет отклонение:

± (2,5 В × 1,5) / 100 = ± 0,0375 В или ± 37,5 мВ

Поскольку эталонная ошибка может быть выше или ниже номинальной, общее отклонение вдвое превышает это значение, или 75 мВ. Общее изменение выходного напряжения равно номинальному напряжению плюс или минус напряжение ошибки:

2,5 В ± 0,0375 В = 2,4625 В ⇔ 2,5375 В

Знание этих пределов напряжения для эталона дает вам конкретные проектные границы для схем, поддерживаемых эталоном.

Точность Частей на миллион

Другая единица эталонной точности, указанная в технических паспортах, — это доли на миллион, или ppm. Эта единица измерения обычно используется для определения температурных коэффициентов и других параметров, которые очень мало изменяются при различных условиях. Для опорного напряжения 2,5 В 1 ppm составляет одну миллионную от 2,5 В или 2,5 мкВ. Если эталонное значение имеет точность в пределах 10 частей на миллион (очень хорошо для любого эталона), его выходной допуск составляет:

2,5 В × 10/10 -6 = 25 мкВ

Преобразуя это в точность напряжения:

2.5 В ± 25 мкВ = 2,499975 В ⇔ 2,500025 В

Преобразование в проценты:

± (25E — 6 В) × 100 / 2,5 В = ± 0,001%

Точность в битах

Использование термина «биты» как единицы, например, «16-битная ссылка», несколько сбивает с толку. Представляет ли он реальное измерение точности или означает, что эталонный сигнал достаточно точен для 16-битного АЦП? 16-битная ссылка может быть точной до 1 LSB или 2 LSB, поэтому ее нельзя обязательно считать достаточной для 16-битной системы.Однако ссылка «с точностью до 16 бит» указывается с твердыми числами.

Если единица измерения определяется фактическим измерением, то «точность до 16 бит» — это просто значение параметра, деленное на заявленную битовую точность, выраженную в десятичной форме. Например, опорный сигнал 2,5 В, заявленный как 16-битный (еще один чрезвычайно точный допуск для любого опорного сигнала), должен отклоняться не более чем на десятичный эквивалент 16-битного: 2 16 = 65536. Следовательно, 1 бит равен 1/65536 от общей стоимости.В этом случае 2,5 / 65536 ≈ 8 мкВ. Если предположить точность в 1 бит (± 1 LSB), выходное напряжение может быть на 1 бит выше или ниже номинального, то есть ± 38 мкВ.

Преобразование в точность напряжения:

2,5 В ± 38 мкВ = 2,499962 В ⇔ 2,500038 В

Преобразование в проценты:

(± 38E — 6 В / 2,5 В) × 100 = ± 0,0015%

Типичные параметры, важные для ссылок

Начальная точность говорит сама за себя. Это значение, устанавливаемое любой обрезкой. Можно снять деталь с полки, подключить ее в тестовую цепь в автоматическом испытательном оборудовании (АТО) и измерить выходное напряжение.Измеренное значение должно находиться в пределах начального допуска точности, указанного в техническом паспорте. Эта спецификация обычно предназначена только для комнатной температуры с определенным входным напряжением и током нагрузки. Он обеспечивает отправную точку для большинства других спецификаций. На исходный допуск точности может повлиять напряжение корпуса, поэтому необходим надлежащий контроль температурного профиля припоя, а скручивание печатной платы должно быть сведено к минимуму. Поскольку напряжение в упаковке может начать изменять обесточенную часть на полке, исходный допуск точности может подвергаться небольшим отклонениям; см. разделы «Температурный гистерезис» и «Долговременный дрейф (стабильность)» ниже.Это одна из причин, почему во многих отраслях промышленности, в первую очередь в военной сфере, требуется, чтобы новые продукты с деталями с указанием даты были моложе определенного возраста. Температурный коэффициент (tempco) — это отклонение эталонного выходного напряжения из-за изменения температуры окружающей среды или корпуса. В зависимости от конструкции устройства и способа подстройки его выходного напряжения во время начальной калибровки это отклонение выходного напряжения может быть положительным (увеличивается с увеличением температуры) или отрицательным (уменьшается с увеличением температуры).Она почти никогда не бывает линейной с температурой, что иногда приводит к путанице. Например, изменение температуры с 25 ° C до 30 ° C вряд ли приведет к тому же изменению выходного напряжения, что и изменение температуры с 65 ° C до 70 ° C, хотя повышение температуры такое же. Важную информацию о том, как указываются эталоны в зависимости от температуры, см. В примечании к приложению 4419 «Понимание дрейфа эталонного напряжения и температуры».

По аналогии рассмотрим простой резистивный делитель напряжения (, рис. 4A, ).Напряжение в общей точке (V OUT ) — это часть приложенного напряжения (V IN ), равная отношению значений двух резисторов. Оба резистора изменяются в зависимости от температуры на одинаковый процент, поддерживая постоянное соотношение, поэтому V OUT также остается постоянным.


Рис. 4. Эта простая аналогия резистора-делителя представляет собой ненагруженный (A) и нагруженный (B) источник опорного напряжения.

Обратите внимание, что ток, протекающий через резисторы, зависит от температуры, и любой ток утечки из общей точки делителя (положительный или отрицательный) изменяет V OUT ( Рисунок 4B ).При комнатной температуре это изменение обычно компенсируется подстройкой одного из резисторов (изменением его номинала). Однако, если это изменение тока утечки с температурой отличается от изменения тока делителя из-за изменения номиналов резистора с температурой, то результатом является изменение V OUT с температурой. Изменение V OUT называется температурным коэффициентом или tempco. Хотя эта аналогия упрощает более сложный механизм внутри эталонной схемы, она передает идею устройства tempco.

Температурный гистерезис — это изменение выходного напряжения с циклом изменения температуры. Чтобы измерить это, возьмите эталон, работающий в типичном приложении, рассчитанный (в качестве примера) на расширенный диапазон рабочих температур от -40 ° C до + 85 ° C. Запишите выходное напряжение при комнатной температуре (+ 25 ° C). Охладите эталон до -40 ° C, а затем нагрейте его до + 85 ° C, прежде чем снова довести до 25 ° C. Измерьте и снова запишите выходное напряжение. Разница в этих измерениях, если таковая имеется, заключается в температурном гистерезисе.Обратите внимание, что его также можно нагреть до 85 ° C, охладить до -40 ° C, а затем нагреть до 25 ° C. Отклонение может быть положительным или отрицательным. После многих температурных циклов можно сделать вывод, что эталонное выходное напряжение может сильно отличаться. Однако, поскольку температурный гистерезис бывает как положительным, так и отрицательным, отклонения, возникающие в результате серии температурных циклов, как правило, компенсируют друг друга, производя конечное среднее выходное напряжение, очень близкое к номинальному значению. Этот параметр связан с нагрузкой на штамп.Циклы нагрева имеют тенденцию выравнивать стресс. Обычно после пяти циклов напряжение снижается до минимума. Однако напряжение может быть снова вызвано пайкой или скручиванием корпуса.

Линейное регулирование — это мера изменения выходного напряжения из-за изменения входного напряжения. Это важно, если входное напряжение изменяется во время работы эталона, например, в аккумуляторной батарее. Типичные единицы — ppm / V и% / V. Регулировка линии — это параметр постоянного тока, который обычно задается при постоянном токе.Линейное регулирование измеряет изменение выходного напряжения для двух (или более) различных входных напряжений постоянного тока; это не имеет большого значения, если входное напряжение быстро меняется, как при переходном процессе напряжения. Как правило, линейное регулирование ухудшается обратно пропорционально скорости изменения сетевого напряжения. Для приложений, которые могут иметь линейные переходные процессы, рекомендуются входные эталонные конденсаторы, чтобы минимизировать результирующие отклонения.

Регулировка нагрузки — это мера изменения выходного напряжения из-за изменения опорного тока нагрузки.Этот параметр важен, если эталонный ток нагрузки изменяется во время работы задания, например, когда задание управляет резистивным ЦАП лестничного типа без буфера задания. Импеданс лестничной диаграммы существенно меняется в зависимости от кода ЦАП. Опять же, регулирование нагрузки — это параметр постоянного тока, который обычно задается при постоянном токе. Он измеряет изменение выходного напряжения для двух (или более) различных токов нагрузки постоянного тока и не имеет большого значения, если ток нагрузки изменяется быстро. В общем, регулирование нагрузки ухудшается обратно пропорционально скорости изменения тока нагрузки.Выходные конденсаторы рекомендуются для стабилизации выходного напряжения в приложениях, подверженных переходным процессам тока нагрузки. Типичными единицами измерения являются ppm / mA,% / mA и процентное изменение от холостого хода к полной нагрузке.

Долговременный дрейф (стабильность) важен, если эталон должен оставаться точным в течение нескольких дней, недель или лет непрерывной работы. Он просто измеряет изменение выходного напряжения в течение длительного периода времени при определенных условиях стабильной работы. Долговременный дрейф — это мера максимального и минимального отклонений выходного напряжения за продолжительный период времени, а не мера отклонения между «временем A» и «временем B.«Все другие условия (например, температура, входное напряжение, ток нагрузки) должны поддерживаться постоянными, если это измерение должно точно отражать дрейф эталонного значения. Типичные единицы измерения — ppm на 1000 часов.

Ток питания является информативным, но учитывайте эти варианты.

Для серийных эталонов термин «ток холостого хода» обычно указывается в технических данных и часто используется взаимозаменяемо с термином «ток покоя» (I Q ). Поскольку он обозначает фактический ток, потребляемый ненагруженным эталоном, Ток холостого хода не указывает ток, потребляемый этой ссылкой при загрузке.

Типичные ссылки на шунты не указывают ток холостого хода в технических данных. Вместо этого они часто указывают минимальный рабочий ток (I MO ). Этот параметр указывает минимальный ток, который должен потреблять эталон для поддержания регулирования. Обратите внимание, что шунтирующее задание должно потреблять, по крайней мере, минимальный рабочий ток в условиях полной нагрузки. Следовательно, его последовательный резистор (R1) должен выдерживать максимальный ток нагрузки плюс минимальный рабочий ток (, рис. 5, ).В некоторых приложениях минимальный рабочий ток (называемый «током регулирования» в некоторых технических паспортах) не принимается во внимание, потому что он намного меньше тока нагрузки.


Рис. 5. Поток тока — ключ к анализу работы шунтирующего опорного сигнала.

Ток заземления часто указывается для серийного номера. Он измеряет рабочий ток при заданной нагрузке. Последовательное задание идет последовательно с нагрузкой, поэтому измерение тока, протекающего на вход задания, дает сумму тока нагрузки и рабочего тока.Ток заземления часто измеряется для определения рабочего тока при последовательном подключении к нагрузке.

Падение напряжения DO ) очень важно в низковольтном оборудовании и оборудовании с батарейным питанием и относится только к последовательным ссылкам (в последовательных ссылках это то же самое, что и I MO , описанное выше). Минимальная разница между входным и выходным напряжениями — это то, что позволяет эталону поддерживать заданную точность (V OUT + V DO = минимальное входное напряжение).Напряжение аккумулятора снижается по мере разряда аккумулятора. Чтобы максимально продлить срок службы батареи, эталон должен поддерживать точное выходное напряжение при минимальном возможном напряжении батареи. Таким образом, более низкое падение напряжения позволяет продолжать работу при более низком напряжении батареи. Обратите особое внимание на ток, при котором указано падение напряжения. Падение напряжения при нулевом токе дает искусственно заниженное значение. Это сравнимо с потреблением небольшого тока, когда выход с железнодорожным потоком приближается к рельсу.

Емкость нагрузки — это эталонная способность управлять емкостными нагрузками, и она может быть очень важной. Поскольку типичные эталоны включают управление с обратной связью, их стабильность может быть снижена из-за наличия нуля, вызванного емкостной нагрузкой. Это может вызвать большой фазовый сдвиг в контуре управления, который создает положительную обратную связь на определенной частоте. Внимательно прочтите технический паспорт для получения информации о допустимом диапазоне нагрузочной способности. Некоторые производители ссылаются на это ограничение только в тексте технических данных, а не в таблицах параметров.

Шум очевиден на эталонном выходе, но, тем не менее, его часто упускают из виду. Эталонный шум, который представляет собой случайный сигнал, генерируемый активными и пассивными устройствами внутри ИС, влияет на его точность. Например, выходное шумовое напряжение 1 мВ P-P ограничивает начальную точность измерения постоянного тока не более 1 мВ. Для опорного напряжения 1,2 В только этот уровень шума ограничивает начальную точность приблизительно до 0,1%.

Справочные листы данных обычно показывают шум в двух частотных диапазонах: низкочастотный шум в диапазоне от 0.От 1 Гц до 10 Гц и указано в мкВ P-P ; и широкополосный шум в диапазоне от 10 Гц до 1 кГц и указан в мкВ RMS . Обозначение шума в двух диапазонах позволяет разработчикам схем различать широкополосный шум, который они могут фильтровать с помощью практических значений емкости конденсаторов, и низкочастотный шум, который они не могут. Кроме того, если использовался конденсатор, достаточно большой для фильтрации низкочастотного шума, эталонный сигнал мог быть нестабильным, если на его выходе был установлен такой большой конденсатор. Для калькулятора теплового шума (т.е., эмулятор ПК) и руководство, в котором описаны этапы проектирования, необходимые для понимания параметров шума, см. примечание по применению 5059, «Учебное пособие по вычислению теплового шума».

Регулировка линии переменного тока обычно не указывается в таблице спецификаций, но она напрямую влияет на характеристики источника опорного напряжения. В большинстве приложений напряжение питания источника опорного напряжения имеет скачки напряжения. Эти всплески имеют тенденцию распространяться в широком диапазоне частот. Точность опорного напряжения обратно пропорциональна частоте изменения входного напряжения.Поскольку регулирование линии переменного тока обычно не указывается, справочная таблица данных должна, по крайней мере, содержать график, показывающий типичное регулирование линии переменного тока в зависимости от частоты. Этот график будет указывать на чувствительность эталона к шуму входной системы и может использоваться для определения требуемой входной фильтрации. По мере увеличения частоты шума входная фильтрация должна еще больше снижать шум входной системы, чтобы эталон мог достичь своей номинальной точности.

Коэффициент отклонения источника питания (PSRR) иногда указывается в технических данных.PSRR обычно указывается в дБ. Это измерение того, сколько шума подавляется деталью на выходе из входного источника питания (PSRR = ΔV CC / ΔV OUT ).

Регулировка нагрузки переменного тока / выходное сопротивление — еще один важный параметр, который часто не указывается в таблице характеристик источника опорного напряжения. Этот параметр важен, если ток нагрузки, полученный от опорного сигнала, постоянно изменяется. Точность задания обычно обратно пропорциональна частоте изменения нагрузки.График, показывающий регулировку нагрузки переменного тока или выходное сопротивление переменного тока в зависимости от частоты, должен содержаться в справочном листе данных. Этот график должен показывать, какая фильтрация на выходе требуется при известных изменениях выходной нагрузки для достижения номинальной точности опорного напряжения.

Переходная характеристика линии обычно отображается как снимок экрана осциллографа, отображающий ступенчатое изменение входного напряжения и результирующее изменение и коррекцию выходного напряжения. На этом снимке экрана показано время восстановления эталона, возвращающегося к указанной точности после такого события.Важно отметить значения используемых входных и выходных конденсаторов. Эти конденсаторы имеют огромное влияние на характеристики эталона.

Переходная характеристика нагрузки / время установления выхода обычно отображается как снимок экрана осциллографа, отображающий ступенчатое изменение выходного тока и результирующее изменение и коррекцию выходного напряжения. На этом снимке экрана показано время восстановления эталона, возвращающегося к указанной точности после такого события. Важно отметить значения используемых входных и выходных конденсаторов.Эти конденсаторы имеют огромное влияние на характеристики эталона.

Время установления включения / выключения . Время установления при включении — это мера того, насколько быстро стабилизируется выходное напряжение опорного напряжения после первоначального включения. Выходные данные должны быть только стабильными и не обязательно должны соответствовать указанной точности эталона. Обычно этот параметр указывается с погрешностью выходного напряжения, превышающей указанную точность; его всегда следует указывать в условиях параметра.Этот параметр сильно зависит от значений используемых входных и выходных конденсаторов, а также от нагрузки, приложенной к опорному сигналу. Нередко эталоны сталкиваются с ограничениями по току при включении, когда им необходимо зарядить всю свою нагрузочную емкость. Время выключения — это простая мера того, сколько времени требуется, чтобы выходное напряжение опорного источника практически достигло нуля вольт. Этот параметр также сильно зависит от значений используемых входных и выходных конденсаторов и нагрузки, приложенной к эталону.

ВЫХОДНОЙ ток короткого замыкания — это функция защиты, которая может быть короткой на массу или на вход. Это измерение выходного тока, когда выходной контакт закорочен либо на GND, либо на IN. Как правило, это состояние неисправности, в которое деталь попадет при максимальной термической нагрузке. В разделе «Абсолютные максимальные характеристики» таблицы данных отображается время, указывающее, как долго деталь может работать в этом состоянии.

Заключение

Опоры напряжения часто выбираются в спешке.Прежде чем принять решение, дизайнер смотрит на цену, начальную точность, указанную в листе данных, и часто ничего больше. При сравнении ссылок убедитесь, что вы сравниваете «яблоки с яблоками». При оценке спецификации, указанной в нескольких таблицах данных, убедитесь, что все они выражены в одних и тех же единицах. Определите, какие параметры важны для вашего приложения, и выходите за рамки начальных спецификаций точности.

Приложение

Популярные типы опорного напряжения

Двухконтактный шунт (стабилитрон)

Опорный стабилитрон основан на принципе стабилитрона при напряжении выше примерно 5 В, при котором ток в диоде с обратным смещением начинает течь при определенном пороговом напряжении, а затем резко возрастает (лавинообразно) с увеличением напряжения.Резистор, включенный последовательно с диодом, создает постоянный ток, позволяя стабилитрону достигать стабильного опорного напряжения. Стабилитрон ведет себя как типичный шунтирующий или двухконтактный источник опорного напряжения. Его также можно использовать в качестве фиксатора напряжения.

«За» (т.е. аргументы в пользу) Ссылка на стабилитрон «Против» (т.е. аргументы против) Ссылка Зенера
Внешний резистор смещения и нагрузочные конденсаторы фильтруют шум источника питания I Q изменяется при изменении напряжения питания
Низкое напряжение питания Рассеивание большой мощности
Требуется тщательный выбор резистора смещения в зависимости от требований к питанию и нагрузке
Меньший размер упаковки Внешний резистор смещения требует дополнительного места на плате
Стабильность в широком диапазоне C НАГРУЗКА Требуется точное напряжение питания для улучшения регулирования линии
Может использоваться как зажим напряжения Низкий КПД
Может ссылаться на любую шину питания Низкая начальная точность (зависит от конструкции)
Низкая стоимость Плохая температурная стабильность (зависит от конструкции)
Трехконтактная серия и скрытые (подземные) ссылки на стабилитрон
«Pro» (т.д., аргументы в пользу) Похоронен Зинер Ссылка «ПРОТИВ» (т.е. аргументы против) Скрытая ссылка на стабилитрон
Устраняет поверхностный шум Требуется напряжение питания значительно выше 5 В
Более низкий температурный дрейф по сравнению с типами стабилитрона и запрещенной зоны Высокое энергопотребление
Отличная долговременная стабильность Дорогой дизайн
Высокая точность
Серия с двумя и тремя выводами (запрещенная зона) Каталожные номера

Для приложений ниже примерно 5 В, требующих компромисса между стоимостью и выдающейся производительностью (малошумная работа и точность), эталон запрещенной зоны стал одним из самых популярных доступных эталонов напряжения.Он компенсирует влияние температуры путем вычитания отрицательного напряжения на переходе база-эмиттер с прямым смещением из положительного напряжения PTAT (пропорционального абсолютной температуре). Напряжение PTAT генерируется путем измерения и усиления разности напряжений между двумя диодными переходами с прямым смещением.

«PRO» (т. Е. Аргументы в пользу) Ссылка на запрещенную зону «Con» (т.е. аргументы против) Ссылка на запрещенную зону
Низкое энергопотребление Умеренная характеристика шума
Точность в целом достаточная; можно улучшить обрезкой Ограниченный температурный дрейф
Гарантированная работа при напряжении питания до 1 В (идеально для портативных приложений) Большая упаковка
Связанные части
Часть Начальная точность (±%, макс.) Шум (0.От 1 Гц до 10 Гц, мкВ P-P ) Tempco (ppm / ° C, макс.) Ток покоя (мкА, макс.) Характеристики Запросить образцы
DS4303 0,03 200 30 1,600 Программа EE o
LM4040 0,1 35 50 60 Шунт AEC-Q100 o
LM4041 0.1 20 100 65 Шунт o
LM4050 0,1 35 50 60 Шунт AEC-Q100 o
MAX6006 0,2 60 30 1 Шунт o
MAX6012 0,3 12 20 35 o
MAX6018 0.2 36 60 5 o
MAX6023 0,2 25 30 35 o
MAX6029 0,15 80 30 5 o
MAX6033 0,04 16 7 75 o
MAX6034 0.2 45 30 115 o
MAX6035 0,2 21 25 95 o
MAX6037 0,2 6 25 275 Регулируемый o
MAX6043 0,05 4 15 490 o
MAX6061 0.4 13 20 125 o
MAX6070 0,04 6 7 150 Включить, NR o
MAX6100 0,4 18 75 150 o
MAX6101 0,4 13 75 150 o
MAX6125 1 15 50 100 Регулируемый o
MAX6126 0.02 1,45 3 550 Накладка o
MAX6129 0,4 30 40 5 o
MAX6133 0,04 16 3 80 o
MAX6138 0,1 35 25 65 Шунт o
MAX6143 0.1 4 3 490 Облицовка, темп. o
MAX6160 1 15 100 100 Регулируемый o
MAX6173 0,06 3,8 3 450 Облицовка, темп. o
MAX6190 0,1 40 5 35 o
MAX6220 0.1 1,5 20 3 300 Накладка o
MAX6225 0,04 1,5 2 2,700 Накладка o
MAX6325 0,02 2,5 1 2 900 Накладка o
Дополнительную информацию о доступных решениях см. В справочниках Maxim.

LTspice: Использование.Команды MEAS и .STEP для расчета эффективности

Прогнозирование эффективности приложения жизненно важно для оценки компромиссов при проектировании импульсного источника питания. Два полезных инструмента, команды .step и .meas, можно использовать для расчета и построения графика эффективности в диапазоне токов нагрузки.

Чтобы оценить эффективность, четко обозначьте входное и выходное напряжение сети как IN и OUT соответственно. Нажмите F4 , чтобы указать имена цепей. Замените резистивную нагрузку независимым источником тока, как показано ниже, и определите значение, используя глобальную переменную {Iload }.Нажмите F2 и введите load2 в поле поиска, чтобы выбрать и разместить компонент. Измените значение компонента, щелкнув символ правой кнопкой мыши и введите переменную {Iload} . Обратите внимание на названия источника входного напряжения ( V1 ) и источника тока нагрузки ( I1 ).

. step Команда полезна для перебора переменной по диапазону значений за один прогон моделирования. Переменная может быть температурой, параметром модели, глобальным параметром или, в нашем случае, независимым источником.Эти шаги могут быть определены как линейные, логарифмические или как список конкретных значений.

Вставьте команду .step в вашу схему в качестве директивы SPICE и установите для независимого источника тока переход от легкой нагрузки к максимальной нагрузке по току и определите приращения шага. (Вы можете использовать горячую клавишу S для добавления и размещения директивы SPICE.)

Здесь мы изменяем независимый источник тока, I1 , от 0,2 А до 1,2 А с шагом 0,1 А, используя глобальную переменную, определенную как {Iload} .Директива param используется здесь в команде .step, чтобы разрешить создание этой пользовательской переменной. См. Файл справки ( F1 ) для получения дополнительных сведений о команде .step и директиве param.

.step param Iload .2 1.2 .1

Важно рассчитать КПД, когда схема работает в установившемся режиме. Чтобы гарантировать это, смоделируйте свою схему и отметьте, когда достигается устойчивое состояние для всех условий в команде .step, при необходимости увеличивая время остановки моделирования.Используйте это наблюдение, чтобы установить «время начала сохранения данных» и «время остановки», чтобы охватить короткую продолжительность в пределах наблюдаемого периода устойчивого состояния. В приведенном ниже операторе .tran мы начинаем сохранять данные с 2 мс и останавливаемся на 2,1 мс.

.тран 0 2,1м 2м пуск

Команда .meas полезна для измерения диапазона по оси абсцисс (а также одной точки по оси абсцисс). Добавьте следующие выражения в качестве директивы SPICE для расчета средней входной мощности ( Pin ), средней выходной мощности ( Pout ) и эффективности ( Eff ).Обратите внимание, что стандартное направление тока для источника входного напряжения, V1, , находится в устройстве, отсюда отрицательный знак при вычислении контактов. Последнее выражение вычисляет эффективность, используя для ясности директиву param. Запустите симуляцию. Пожалуйста, обратитесь к файлу справки ( F1 ) для получения более подробной информации. Meas команда.

.meas Pin AVG -V (IN) * I (V1)
.meas Pout AVG V (OUT) * I (I1)
.meas Eff param Pout / Pin

После завершения моделирования щелкните правой кнопкой мыши одно из окон, выберите вид и выберите Spice Error Log (или используйте горячую клавишу Ctrl + L ).Журнал ошибок Spice содержит точки данных для операторов .meas, которые включают расчеты эффективности.

Одной из замечательных особенностей LTspice является возможность нанесения пошаговых данных .meas по оси абсцисс ( Iload ). Чтобы построить график данных, щелкните правой кнопкой мыши журнал ошибок и выберите Plot step’ed .meas data , щелкните правой кнопкой мыши пустой экран, чтобы выбрать Add Trace (или используйте Ctrl + A ) и выберите Eff. . Это отобразит расчет КПД по ступенчатому току нагрузки.

Конечно, расчет эффективности — это только один пример. Файл. изм. и. step Команды можно комбинировать бесчисленным множеством других способов для характеристики ваших аналоговых схем.

1.0 A Положительные фиксированные и регулируемые стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (NCP1117 — положительные стабилизированные и регулируемые стабилизаторы напряжения 1.0 A с малым падением напряжения) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > транслировать Акробат Дистиллятор 19.0 (Windows) BroadVision, Inc.2021-08-05T12: 15: 30 + 02: 002021-08-05T12: 14: 14 + 02: 002021-08-05T12: 15: 30 + 02: 00application / pdf

  • NCP1117 — Положительные фиксированные и регулируемые стабилизаторы напряжения 1.0 A с малым падением напряжения
  • на полу
  • Серия NCP1117 — это стабилизаторы положительного напряжения с низким падением напряжения, которые способны обеспечивать выходной ток, превышающий 1,0 А, с максимальным падением напряжения 1,2 В при превышении температуры на 800 мА. Эта серия содержит девять фиксированных выходных напряжений 1.5 В, 1,8 В, 1,9 В, 2,0 В, 2,5 В, 2,85 В, 3,3 В, 5,0 В и 12 В, которые не требуют минимальной нагрузки для поддержания регулирования. Также имеется версия с регулируемым выходом, которая может быть запрограммирована в диапазоне от 1,25 В до 18,8 В с помощью двух внешних резисторов. Подстройка чипа регулирует опорное / выходное напряжение с точностью до ± 1,0%. Функции внутренней защиты включают ограничение выходного тока, компенсацию безопасной рабочей зоны и тепловое отключение. Серия NCP1117 может работать с входным напряжением до 20 В. Устройства выпускаются в корпусах SOT-223 и DPAK.
  • uuid: be06cb4e-c66f-41f2-811b-d58097a37b96uuid: 5bcd529c-2e91-45dc-9c61-9ff6b98f6f0e конечный поток эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект > эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект > эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект > эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект > эндобдж 32 0 объект > транслировать HTWK7) Ќ> (G «O # a] IRKi? B, pC U, HiHz% E5LĽaI ^ sagbvfw}] ~~ TK? M ŰX ~ ʢfTHrQ0Jmbu7ʣ: 9 &? I

    Калькулятор стабилитронного стабилизатора | Рассчитать стабилитрон

    Формула стабилизатора стабилитрона

    zener_diode_regulator = (напряжение питания-напряжение стабилитрона) / Последовательный резистор
    Ilt; sub> s = (V i -V z ) / R s

    Что такое стабилитроны?

    Стабилитрон ведет себя так же, как обычный диод общего назначения, состоящий из кремниевого PN перехода, и при смещении в прямом направлении, то есть положительном аноде по отношению к его катоду, он ведет себя так же, как нормальный сигнальный диод, пропускающий номинальный ток.Однако, в отличие от обычного диода, который блокирует прохождение тока через себя при обратном смещении, то есть катод становится более положительным, чем анод, как только обратное напряжение достигает заранее определенного значения, стабилитрон начинает проводить в обратное направление.

    Что такое стабилизатор на стабилитроне?

    Стабилитроны можно использовать для получения стабилизированного выходного напряжения с низкой пульсацией в условиях переменного тока нагрузки.Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий токоограничивающий резистор (RS), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения на уровне Vout. Функция регулятора напряжения заключается в обеспечении постоянного выходного напряжения на нагрузку, подключенную параллельно ему, несмотря на колебания напряжения питания или изменения тока нагрузки. Стабилитрон будет продолжать регулировать свое напряжение до тех пор, пока ток удержания диодов не упадет ниже минимального значения тока в области обратного пробоя.

    Как рассчитать стабилизатор стабилитрона?

    В калькуляторе стабилизатора стабилитрона используется zener_diode_regulator = (напряжение питания-стабилитрон) / Последовательный резистор для расчета стабилитрона. Регулятор стабилитрона состоит из токоограничивающего резистора, соединенного последовательно с входным напряжением, при этом стабилитрон, подключенный параллельно, нагрузочный резистор в этом состоянии обратного смещения.Стабилизированное выходное напряжение всегда выбирается таким же, как напряжение пробоя диода. Стабилитрон и обозначен символом Ilt; sub> s .

    Как рассчитать стабилитрон с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для стабилитрона, введите напряжение питания (V i ) , напряжение стабилитрона (V z ) и последовательный резистор (R s ) и нажмите кнопку расчета.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *