Схема на составном транзисторе
Увеличить выходной ток без увеличения тока через стабилитрон можно только увеличив h21э транзистора. Это можно сделать если вместо одного транзистора использовать два, включенных по составной схеме (рис.4). В такой схеме общий h21э будет примерно равен произведению h21э 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.
Источник
Схема параметрического стабилизатора
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. 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.
Порядок включения
Классический стабилизатор на стабилитроне относится к простейшему виду устройств данного класса и является самым дешёвым и лёгким в исполнении. Своеобразная «расплата» за эту простоту – невысокий стабилизирующий эффект, сильно зависящий от величины нагрузки и наблюдаемый в очень узком диапазоне.
Входящий в состав стабилизатора напряжения полупроводниковый элемент (стабилитрон) представляет собой выпрямительный диод, включенный в обратном направлении. Благодаря этому, рабочая точка элемента может быть установлена на нелинейном участке вольтамперной характеристики (ВАХ) с резко уходящей вниз ветвью.
Дополнительная информация. Её точное положение задаётся величиной балластного резистора Rо (смотрите схему выше).
С примером типовой вольтамперной характеристики стабилитрона можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке.
ВАХ стабилитрона
Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне (ПСН) неразрывно связан с видом обратной ветви характеристики стабилитрона, имеющей следующие особенности:
- При значительных изменениях тока через прибор напряжение на этом участке колеблется совсем в небольших пределах;
- Путём выставления величины токовой составляющей можно установить рабочую точку по центру обратной ветви;
- За счёт выбора напряжения стабилизации в фиксированной зоне ВАХ удаётся расширить динамический диапазон изменения тока стабилитрона (или его дифференциального сопротивления).
Обратите внимание! Именно из-за возможности выставления фиксированных параметров в этой схеме она получила своё название – параметрическая
Установка, особенности монтажа и подключения
Установка стабилизатора дело не сложное, но ответственное.
Выбор места, где он будет располагаться – это основной ключ к его стабильной и долгой работе годами, без возникновения поломок. Такое место, в первую очередь, должно быть сухим. Электронные приборы не любят высокой влажности, а тем более конденсата – он им вредит, и они выходят из строя раньше срока. В таких случаях не будет легким, и возможно даже придется заменять все основные части, вышедшие из строя. Стабилизатор напряжения – не универсальный прибор, предназначенный для эксплуатации в разных условиях – температура в помещении, где он будет размещен также должна соответствовать определенным требования. Для большинства приборов она составляет от +5 до +40 градусов Цельсия.
Это самый низкий и самый высокий допустимые показатели. Для того, чтобы размещать прибор в других условиях ему понадобится защитный кожух – если он должен работать при низких температурах и система охлаждения, если он должен работать при температурах выше указанных. Что касается положения прибора, то его можно размещать как на стене, так и на полу, либо на стойке. Наиболее удобный вариант – размещение на стене, в вертикальном положении, где он совсем не будет мешать. Подключать стабилизатор можно как напрямую к сети, так и в ее обход, с помощью байпаса. Такой способ подключения лучше и удобней – с его помощью можно будет не физически отключать прибор во время работ с нагрузкой на сеть – сварки, обогрева, либо во время работы генератора.
Еще одно видео про стабилизаторы напряжения для дома и дачи
Основные параметры стабилитрона
Стабилизатор тока на транзисторе
Для создания рабочей схемы применяют обратное включение полупроводникового прибора. На анод подают «минус» источника питания. На катод – «плюс».
ВАХ стабилитрона
С помощью измерительной аппаратуры можно составить по точкам распределение электрических величин. На рисунке отмечены основные характеристики стабилитрона, которые нужно учитывать при расчете стабилизатора напряжения. Показаны уровни, определяющие:
- начало пробоя;
- рабочий режим (Uст, Iст);
- максимально допустимое значение (Uобр, Imax).
Серийные приборы рассматриваемой категории способны стабилизировать напряжение в диапазоне от 0,6 до 210 V. Допустимый ток (Imax) ограничен мощностью рассеивания. Для улучшения этого параметра применяют монтаж на радиаторе через слой термопасты, эффективную пассивную и принудительную вентиляцию. Отмеченное на графике значение Imin соответствует уровню сохранения работоспособности перехода в обычном режиме. Для стабилизации используют участок ΔU, который характеризуется незначительным изменением напряжения при достаточно большом увеличении силы тока в обратном направлении (ΔI).
Как выбрать подходящий стабилизатор напряжения для частного дома?
Мы ответили на вопрос о том, как выбрать стабилизатор напряжения 220В для дома по его конструктивному исполнению.
Следующий этап — оценка технических характеристик, указанных в инструкции по применению:
- Количество фаз тока (1 или 3).
- Мощность Ватт-Амперы (ВА).
- Время реакции на изменение входного напряжения (миллисекунды, мс).
- Порог отключения – верхний и нижний, Вольт.
- Выходное напряжение с точностью регулирования (Например, 220В +/- 5%).
- Способ установки (напольный или настенный).
Наибольшие затруднения у новичков вызывает вопрос правильного подбора мощности защитного устройства. Поэтому на нем мы остановимся более детально.
Кроме активной мощности, которую потребляет каждый бытовой прибор, в некоторых устройствах присутствует реактивная. Она возникает при наличии индуктивности (когда у потребителя энергии имеется достаточно мощный электродвигатель). В момент его пуска ток в сети возрастает в несколько раз. Поэтому, если вы выберете стабилизатор только по его паспортной (активной) мощности, и не учтете реактивную, то он не справится с пиковой нагрузкой.
Второй фактор, существенно влияющий на выбор — коэффициент трансформации. Он равен нулю, когда стабилизатор работает в идеальных условиях: получает на вход 220В и без изменений передает их бытовой технике. Если же ему приходится «поднимать или опускать» напряжение на 20-30%, то его мощность соответственно уменьшается. Данная зависимость отражена в таблице.
Соотношение между входным напряжением и коэффициентом трансформации
Что это означает в практическом плане? Допустим, что в вашей домашней электросети напряжение стабильно низкое и составляет 170 Вольт. Смотрим на таблицу и видим, что ему соответствует коэффициент трансформации 1,35. Значит, при выборе стабилизатора для одного прибора или для целой группы устройств его мощность должна быть выше паспортной минимум на 35%.
В качестве примера рассмотрим выбор стабилизатора для газового котла в доме с повышенным напряжением (250 В). В котле установлен циркуляционный насос с электродвигателем.
Поскольку его мощность невелика (порядка 80-150 Ватт), то пусковые токи не окажут существенного влияния на работу стабилизатора. Поэтому для защиты электронной платы управления котла нам хватит защитного устройства, мощностью 150 Ватт помноженной на коэффициент трансформации 1,35 = 200 Ватт. По модельному ряду подбираем ближайший подходящий по мощности прибор – 500 Ватт (ВА).
Если же мы будем подбирать защиту для холодильника или водяного насоса, в которых стоят более мощные электромоторы, то в этом случае активную мощность нужно помножить минимум на 3. Так мы учтем большие пусковые токи, инициирующие реактивную мощность.
Нужно сказать несколько слов и о том, какой стабилизатор напряжения лучше выбрать: рассчитанный на весь дом или на защиту одного чувствительного устройства (котла, телевизора, кондиционера, холодильника)? Очевидно, что один общий стабилизатор, обслуживающий все жилище, выгоднее. В этом случае вам не придется думать, в какую розетку включить конкретный прибор или периодически носить за ним «индивидуальное средство защиты».
Подбор общего стабилизатора для дома ведут, суммируя активные мощности всех бытовых приборов (с учетом реактивных нагрузок). Полученную цифру умножают на коэффициент трансформации и на коэффициент, учитывающий вероятность одновременного включения всех приборов (0,7).
Например, для дома с пониженным напряжением 170 Вольт данный расчет будет выглядеть следующим образом (с учетом пускового тока):
стиральная машина (2,3 кВт) + холодильник (0,6 кВт) + LCD телевизор (0,3 кВт) + водяной насос (1,2 кВт) + газовый котел (0,1кВт) + кондиционер (2,5 кВт) + освещение (0,7 кВт) = 7,7 кВт х 1,35 (коэффициент трансформации) х 0,7 (вероятность одновременной включения) = 7,27 кВт. Значит, нужно купить защитный прибор мощностью не менее 7,5 кВт.
Общий внутридомовой стабилизатор подключают в сеть сразу после счетчика электроэнергии. От него запитываются все потребители. Как правило, в таких устройствах имеются автоматы защиты. Они отключают ток в том случае, когда скачок или падение напряжение превышает порог стабилизации.
Принцип работы параметрического стабилизатора
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3
При проектировании источников питания для радиоэлектронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности выходного напряжения.
Простейшими стабилизаторами напряжения являются схемы, использующие нелинейные элементы, вольт-амперная характеристика которых содержит участок, где напряжение почти не зависит от тока. Такую вольт-амперную характеристику имеет стабилитрон, работающий при обратном напряжении в области пробоя (рис. 3.1, б).
Схема простейшего стабилизатора напряжения, называемого параметрическим, приведена на рисунке 3.1, а.
В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется в основном параметрами стабилитрона. Колебания входного напряжения или тока нагрузки приводят к изменению тока через стабилитрон, однако напряжение на стабилитроне, подключенном
|
параллельно нагрузке, изменяется незначительно. Рис. 3.1.
а) схема параметрического стабилизатора;
б) вольтамперная характеристика стабилитрона
Действительно, входное напряжение распределяется между балластным резистором Rб
и стабилитроном (рис. 3.1,б)
, (3.1)
где – падение напряжения на балластном резисторе Rб
от протекания токов стабилитронаIст. и нагрузкиIстаб. .
Построение линии нагрузки ведем по двум точкам с координатами
1) I=0 U=Uвыпр;
2) I=Iст U=Uст.
Так как напряжение на стабилитроне Uст в соответствии с вольт-амперной характеристикой почти не зависит от тока стабилитрона в пределах участка от Iст.мин до Iст.мax, то приращение входного напряжения DUвх, равно приращению напряжения DURб на резисторе Rб.
Так как ток нагрузки Iстаб = Uстаб/Rн = Uст/Rн остается при этом неизменным, то
DUвыпр=DURб=DIстRб, (3.2)
т. е. при изменении входного напряжения на значение DUвыпр, ток стабилитрона изменяется на значение DUвыпр/Rб.
При изменении входного напряжения изменяется ток стабилитрона, и линия нагрузки передвигается параллельно себе вниз или вверх. При этом напряжение на стабилитроне и на нагрузке изменяется в пределах Uст min до Uст max, а ток через стабилитрон от Iст min до Iст max.
Предположим, что нагрузка изменилась, например, уменьшилось сопротивление резистора Rн, что привело к увеличению тока нагрузки. Так как при неизменном входном напряжении должно сохраняться постоянство входного тока Iвыпр=Iст+ Iстаб=const, то увеличение тока Iстаб влечет за собой уменьшение на такое же значение тока стабилитрона.
3.2. Основные параметры стабилизаторов напряжения:
коэффициент полезного действия, равный отношению мощности, выделяемой в нагрузке, к входной мощности, т. е.
(3.3)
коэффициент стабилизации, определяемый как отношение относительного приращения напряжения на входе стабилизатора DUвыпр/Uвыпр к относительному приращению напряжения на выходе DUстаб/Uстаб при постоянной нагрузке:
, (3.4)
выходное сопротивление, равное отношению приращения напряжения на выходе стабилизатора DUстаб к приращению тока нагрузки DIн:
. (3.5)
При питании усилителей выходное сопротивление стабилизатора создает паразитные обратные связи через источник, приводящие к изменению параметров усилителей и даже к самовозбуждению усилителей. Поэтому выходное сопротивление стабилизатора желательно снижать.
Выходное сопротивление параметрического стабилизатора (рис. 3.1,а) определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона Rд на рабочем участке вольтамперной характеристики:
(3.6)
поскольку выходным напряжением стабилизатора является напряжение на стабилитроне (Uстаб=Uст),
а изменение тока в нагрузке равно изменению тока через стабилитрон (DIстаб=DIст).
Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора
. (3.7)
Коэффициент стабилизации параметрических стабилизаторов напряжения не превышает 50. Параметрические стабилизаторы напряжения просты и надежны, однако обладают существенными недостатками, главными из которых являются невозможность регулировки выходного напряжения и малое значение коэффициента стабилизации, особенно при больших токах нагрузки (
Iстаб > Iст.ном).
⇐ Предыдущая3
Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все…
Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? — задался я вопросом…
ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между…
Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор…
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
Калькулятор параметрического стабилизатора напряжения
Стабилизатор напряжения — это преобразователь электрического напряжения, предназначенный для поддержания уровня выходного напряжения в
заданных пределах.
В реальных схемах много факторов которые могут повлиять на изменение выходного напряжения: значение входного напряжения,
сопротивление нагрузки, температуры и другие внешние воздействия.
В качестве примера такого стабилизатора рассмотрим параметрический стабилизатор.
Основным элементом простого стабилизатора используется полупроводниковый стабилитрон, который работает в области электрического пробоя на
обратном участке вольтамперной характеристики.
Для правильной работы стабилитрон должен подключаться в обратном направлении.
При этом его ток подбирается таким образом, чтобы при изменении тока нагрузки, напряжение на ней не изменялось.
Наиболее важным параметром стабилитрона является напряжение стабилизации. Стабилитроны производят на напряжение от 3 до 400 В.
Работа стабилизатора основана на свойстве стабилитрона в момент пробоя.
Напряжение на стабилитроне практически не изменяется на рабочем участке между точками А и B.
Iст — ток через стабилитрон
Iн — ток нагрузки
Rн — сопротивление нагрузки
R — балластный резистор (ограничительный, гасящий)
Uвых
ст
Uвх — входное напряжение
Основные дестабилизирующие факторы: изменение входного напряжения и изменение тока потребления.
В приведенной на рисунке схеме при постоянном входном напряжении ток I всегда будет стабильным.
Если нагрузка будет потреблять меньше тока, то его излишки уйдут в стабилитрон, т.е
I = Iст + Iн.
Отсюда важное замечание: максимальный ток нагрузки не может превышать максимальный ток стабилитрона.
Другой вариант дестабилизации — это изменение входного напряжения.
Изменение входного напряжения, изменяет ток через балластный резистор Ro и через стабилитрон.
Изменение тока через стабилитрон в диапазоне от Iстmin до Iстmax (от точки А до точки В) практически не приводит к изменению напряжения на стабилитроне,
а значит и нагрузке.
То есть, излишки входного напряжения гасятся балластным резистором.
Введите данные напряжений и силы тока для расчета
3-й шаг
Максимальный ток нагрузки не может превышать максимальный ток стабилитрона.
Рассчитанные результаты:
R
=
Ом
Мощность
=
Вт
Поиск резистора на сайте:
Внимание! Производители объединяют резисторы в серии или ряды: E6, E12, E24…
Для подбора компонента будет использована серия E24. Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом
Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!
Обнаружили ошибку или неточность в работе калькулятора? Сообщите нам об этом. Соблюдайте технику безопасности во время работы с электронными компонентами!
Стабилитрон-2 (расчёт сопротивлений по заданным напряжению и току)
В этой схеме подстроечный резистор R3 своим верхним выводом соединён со средним и с выходом делителя, поэтому фактически он входит в состав R4 — нижнего плеча. Обрыв этих резисторов не так страшен — стабилитрон откроется полностью, и на выходе останется только 2,5 вольта. Всю тепловую нагрузку при этом на себя примет R1.
Поскольку регулировка делителя развёрнута, то и расчёты проводятся наоборот — по известному R2.
Инструкция:1. Задать входное и выходное напряжения Uвх, Uвых, ток нагрузки Iнагр, собственный ток стабилизатора Iстаб (1…2 мА). 2. Установить R3max и R3* в нули. 3. Выбрать R2 из таблицы стандартных номиналов и внести его в графу. Калькулятор выдаст расчётное значение суммы R3 и R4. 4. Задать стандартный номинал R4 — меньше, чем сумма R3+R4. 5. Указать максимальное сопротивление подстроечного резистора R3max. Итоговая сумма R4+R3max должна быть больше расчётного значения. Чем ближе R4 к сумме и чем меньше R3, тем уже будет диапазон регулировки Umin, Umax. 6. Сопротивление R1 и мощность PR1max рассчитываются по токам Iнагр, Iстаб, Iдел и максимальному напряжению на выходе Umax. 7. Мощность PVD1min рассеивается на TL431, когда к ней подключена нагрузка (штатный режим), мощность PVD1max — когда НЕ подключена. Следите, чтобы стабилизатор и R1 не перегревались, так как без нагрузки через них течёт сумма токов Iнагр, Iстаб, Iдел. 8. При сборке схемы R3* может быть постоянным. Если же техзадание требует делителя на двух резисторах R2 и R4, то R3max и R3* надо оставить на нулях.
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.
