Stiskněte "Enter" pro přeskočení obsahu

14) Návrh parametrického stabilizátoru se Zenerovou diodou

Publikováno 18. 1. 2012
11

Při stabilizaci se používá strmý nárůst proudu v závěrném směru → zenerovy diody jsou provozovány v závěrném směru.

Stabilizátor funguje v podstatě tak, že když stoupně napětí na diodě nad určitou mez (UZ) klesne její odpor, zvýší se proud diodou (IZ), který zatíží napájecí zdroj (zdroj U1 s vnitřním odporem + sériovým R) a tím pádem klesne jeho napětí na požadované výstupní napětí U2 (=UZ).

Při stabilizaci protéká zenerovou diodou proud IZ, který je dán úbytkem napětí na diodě (U2 – U1) a vnitřním odporem zdroje.  V případě, že by zdroj U1 měl nulový vnitřní odpor (ideální zdroj) zenerovou diodou by tekl proud Lim R→0 (U/R), tedy nekonečno Ampér. K Zenerově diodě je tedy nutné do série připojit rezistor ( R ), aby nedošlo k její zničení příliš vysokým proudem.

Zenerova dioda reguluje pouze v určitém rozsahu. Tento rozsah je dán lineární částí charakeristiky. IZMAX je většinou dáno v katalogu. IZMIN je buď naznačeno v katalogu (např. Test Current), nebo je nutné tuto hodnotu odhadnout z charakteristiky diody. Tato hodnota leží pod „ohybem“ V-A charakteristiky. Podle grafu níže by bylo IZMIN cca 10mA a IZMAX cca 45mA. Nicméně IZMIN není v praxi kritická hodnota, protože výsledný předřadný odpor se volí ze dvou vzorců a je obvykle dán nejbližší z řady hodnot. (PS.: Na obrázku níže by měla být regulující část charakteristiky ještě více vlevo. Zde je málo strmý ohyb a ΔUZ zvoleno ještě v ohybu, což není lineární část. Ale pro lustraci to myslím postačuje).

V-A charakteristika zenerovy diody

Odpor předřadného rezistoru by běl ležet mezi Rmin a Rmax. Doporučuje se volit odpor R v blízkosti Rmax a vstupní napětí přibližně dvojnásobné než U2, pak lze dosáhnout vysokého stupně stabilizace.

Výkon rezistoru R musí být uzpůsoben zátěži, aby nebyl přetížen a tím nedošlo k jeho zničení.

  • Pr = (U1-U2)*I1

Příklad výpočtu stabilizátoru na 10V

  • Použitá dioda: BZX85V010 (UZ=9,4…10,6; IZMAX=130mA; IZMIN=10mA)
  • Vstupní napětí 12…15V
  • Proud zátěže: 80mA = 0,08A až 100mA = 0,1A
Nejdříve se vypočítá výkon omezovacího rezistoru ( R )
  • PR = (U1 – U2) * I1 [W; V, V, A]
  • PR = (15 – 10) * 0,1 = 0,5W
Poté se vypočítá výkon zenerovy diody. Tímto výkonem je dioda namáhána při nejmenším odběru.
  • PZ = U2 * IZMAX [W; V, A]
  • PZ = 10 * 0,13 = 1,3W
Nyní se vypočítá potřebný odpor rezistoru R
  • RMIN = (U1MAX – UZ) / (IZMAX + ILMIN ) [Ω; V, V, A, A]
  • RMIN = (15 – 10 ) / (0,13 + 0,08) = 5 / 0,21= 23,81Ω
  • RMAX = (U1MIN – UZ) / (IZMIN + ILMAX) [Ω; V, V, A, A]
  • RMAX = (12 – 10) / (0,01 + 0,1) = 2 / 0,11 = 18,18Ω
V zapojení by se měl použít rezistor s odporem v blízkosti RMAX
 
 
  1. Petr H Petr H

    Krásný popis výpočtu a zdá se že i vychází správně. Děkuji moc.

    Takovýto popis výpočtu návrhu RC filtru (dolno propustný) by se nenašel? Prosím třeba na email.

    • Peťan: Výpočet RC článku najdeš třeba tady, nebo zkus Google 🙂
    Odpovědět
  2. Elektrikář Pepík Elektrikář Pepík

    jak muže být Iz min a Iz max stejné nedává to smysl…!?

  3. Peťan: Zde byl pro zjednodušení zvolen stejný proud. Je to spíš taková blbost… Jde o to, že pokud proud zenerovou diodou klesne pod Izmin tak dioda přestane stabilizovat (je to logický, protože zátěž je tak velká že diodou už neprotéká žádnej proud) -> dioda již neovlivňuje obvod. Tento proud je tedy nutné určit z VA charakteristiky diody. Bude velice nízký – řádově miliampéry. Pokud budu mít čas, tak článek upravím (něco už jsem připsal) a případně přidám další vzorce.
    4. Odpovědět
  4. Elektrikář Pepík Elektrikář Pepík

    nicméně jinak je to správně, taky děkuji, pomohlo mi to uvědomit si spoustu věci…

    Odpovědět
  5. Jindřich Jindřich

    Dobrý den, existuje ZD na stabilizaci 1,5 V?

  6. Peťan:ZD jsou myslím vyráběny od nějakých 2,7 V. Při požadavku menšího napětí je nutné vytvořit náhradní zapojení z tranzistorů, nebo použít jiný stabilizátor.
    7. Odpovědět
  7. Jirka Jirka

    [4] Jindřich: A nebo použít obyčejné diody 😉

    Odpovědět
  9. Pápulus Pápulus

    Díky za probuzení mých vědomostí po 40ti letech. Chtěl jsem stabilizovat ss naětí z 330V na 280V (pro elektronkový nf zes. 2×15W.pomocí několika ZD s Uz 36V nabo 24V. Proud zátěže byl cca 270mA. Po výpočtu Rmin a Rmax jsem od toho upustil.Vyšla mi závratná čísla.Tudy asi cesta nevede co?

  10. Peťan: Jde o to, že parametrický stabilizátor zdroj dost „změkčí“. Šel bych cestou stabilizátoru s tranzistorem.
    11. Odpovědět
  11. Pápulus Pápulus

    [7] Pápulus: Jasně.Mám tohle trafo https://www.vpcentrum.eu/…v-0-25a-5-5a Takže NPN tranzistor,na K připojit vstupní napětí,mezi K a B odpor,mezi B a GND ZD a z E a GND odebírat výstupní napětí.Jestli je to takhle myšleno,jak vypočítá ten odpor a jaký typ tranzistoru použít?Omlouvám se,žiji ještě v dobách 7NU70 či KD601.

  12. Peťan: Doporučuji kouknout na internet. Hledal bych „stabilizátor napětí s tranzistorem“. Tam výstupní napětí reguluje tranzistor – výkonová ztráta vzniká na tranzistoru a ten lze snadno uchladit. Princip je podobný jako u ZD, nebo lze regulovat podle zpětné vazby.
    13. Odpovědět
  13. Pápulus Pápulus

    Zapoměl jsem poděkovat za radu.Děkuji.

    Odpovědět
  14. santoro santoro

    Chtěl bych se zeptat na výpočet Rmin, proč je ve jmenovateli zlomku Izmax + Ilmin? Izmax chápu ale proč tam není Ilmax, to by byl přece ještě extrémnější případ, kdy by Rmin vyšel ještě menší. Děkuji za osvětlení

    Odpovědět
    • Anonym Anonym

      Tak tohle také nechápu, taky bych tam dal llmax….

      Odpovědět

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *