Strømforsyningen til RES-enheter med lav effekt med en liten grense for endring i strømforbruk utføres vanligvis fra parametriske spenningsstabilisatorer (PSN). I tillegg er disse stabilisatorene mye brukt som referansespenningskilder (VR) i kompenserende spennings- og strømstabilisatorer.

Parametrisk stabilisator utfører stabilisering av utgangsspenningen på grunn av egenskapene til strømspenningsegenskapene til et ikke-lineært element, for eksempel en zenerdiode, en stabis-torus, en metningsdrossel. Blokkskjemaet til den parametriske stabilisatoren er vist i fig. 15.1. I den er det ikke-lineære NE-elementet koblet til inngangsforsyningsspenningen? / 0 gjennom en slukkemotstand /? „ og lasten er koblet parallelt med NE I n. Med en økning i inngangsspenningen? / 0 øker strømmen gjennom det ikke-lineære NE-elementet, som et resultat av at spenningsfallet over bråmotstanden øker slik at utgangsspenningen ved belastningen forblir konstant. Stabiliteten til utgangsspenningen i den parametriske stabilisatoren bestemmes av hellingen til strømspenningskarakteristikken til NO og er lav. I en parametrisk stabilisator er det ingen mulighet for jevn justering av utgangsspenningen og nøyaktig innstilling av dens nominelle verdi.

Som nevnt brukes elementer med en ikke-lineær CVC for å stabilisere likespenningen i PSN. Et av disse elementene er en silisiumzenerdiode. Hovedskjemaet til en ett-trinns PSN er vist i fig. 15.2.

Ris. 15.1

Ris. 15.2. Opplegg for en ett-trinns parametrisk stabilisator

I denne kretsen, når inngangsspenningen endres og T til ±D C/t strøm gjennom zenerdiode vi) endringer med A / st, noe som fører til mindre endringer i spenningen ved zenerdioden (med ± D? / „), og følgelig ved belastningen. Verdien av D (/ n avhenger av D? / in, motstanden til den begrensende motstanden jeg t Og

di st

zener diode differensial motstand g st =--.

d1 st

På fig. 15.3 viser et eksempel på en statisk karakteristikk av en stabilisator for å forklare stabiliseringsprinsippet og bestemme stabiliseringskoeffisienten.

Stabiliseringskoeffisient (ved inngangsspenning) til PSN-kretsen fig. 15.2 og egenskaper i fig. 15.3 vises som

EN og k og t

Og,"" G

Den indre motstanden til stabilisatoren bestemmes hovedsakelig av differensialmotstanden til zenerdioden. På fig. 15,4 avhengigheter er gitt g st laveffekt zenerdioder fra stabiliseringsspenning for ulike stabiliseringsstrømmer / cx. Det kan sees fra grafene at med en økning i / st, synker differensialmotstanden og når

minimumsverdi for stabilisering 6-8 V.

zenerdioder med spenning

Ris. 15.4.

Ris. 15.5.

Spenningstemperaturkoeffisienten a n til zenerdioden bestemmer mengden av avvik fra utgangsspenningen til PSN med en endring i temperaturen. På fig. 15.5 viser avhengigheten av a n av stabiliseringsspenningen. For enheter med og st > 5,5 V med økende temperatur, øker spenningen ved zenerdioden. Derfor kan temperaturkompensasjon i dette tilfellet oppnås ved å koble dioder i serie med zenerdioden i foroverretningen (Y0 2 , K/) 3 i fig. 15,6, EN).

I dette tilfellet øker imidlertid den interne motstanden til PSN på grunn av differensialmotstandene til de termokompenserende diodene i foroverretningen rdif, som avhenger av den valgte typen diode og dens driftsmodus. Som et eksempel, i fig. 15.7 viser avhengigheten av g diff på likestrømmen for ikke-

Ris. 15.6.

EN- med termokompenserende dioder К/) 2 , К/) 3 ; b - to-trinns stabilisator; V - brostabilisator med en zenerdiode; g - brostabilisator med to zenerdioder; d - stabilisator med emitterfølger; e - med strømstabiliserende toterminalnettverk; og - med strømstabiliserende transistorer med ulik konduktivitet p-r-p Og r-p-r

hvilke typer dioder og zenerdioder koblet i foroverretningen. Det skal bemerkes at den termokompenserte PSN har en økt verdi på g st og en redusert stabiliseringskoeffisient. På fig. 15.8 viser temperaturkoeffisientens avhengighet av størrelsen på foroverstrømmen for Zener-dioder av typen D814 og DZ10-dioden, som kan brukes til temperaturkompensasjon.

Hvis økt stabilitet av PSN-utgangsspenningen er nødvendig, brukes totrinns- eller brostabilisatorkretser, vist i fig. 15,6, b, inn, Mr. Foreløpig spenningsstabilisering i totrinns PSN (fig. 15.6, b) utføres ved hjelp av elementer jeg g, dere) og Г/) 2, lar deg få en tilstrekkelig høy stabiliseringskoeffisient av utgangsspenningen

I G I r2

Til = k k ~-1L__ g| _

st2k K st1 K st2 y,)(y

^ nx"st1" *st2 / "st3" "st4" "st5 /

Hvor til st, til st2- stabiliseringskoeffisienter for første og andre trinn; g stb g st2 - differensielle motstander av zenerdioder -CT> 3; a*st4, ^st5 - differensielle motstander

dioder wow 4, D/) 5. Temperaturdriften til spenningen ved belastningen og den interne motstanden til totrinns PSN er de samme som i kretsen i fig. 15,6, EN.

Ris. 15.7.

fra likestrøm

Ris. 15.8.

fra likestrøm

Øke stabiliseringsfaktoren i brokretser (fig. 15.6, V, G) oppnås ved å kompensere spenning over motstanden R2 eller zenerdiode VD når inngangsspenningen endres. Stabiliseringskoeffisient kl R H = const:

for skjemaet på fig. 15,6, V

Og"

U, Ar„/R3-R2/R,y

Hvor U H- lastespenning R";

for kretsen i fig. 15,6, g

Hvor G st i og g st 2 - differensialmotstander til zenerdioder yb Og wow 2.

I parametriske brostabilisatorer, teoretisk, kan stabiliseringskoeffisienten være uendelig stor hvis elementene velges basert på forholdene: for fig. 15,6, i g st / I 3 = R2/R og for diagrammet i fig. 15,6, g g st2 /I 2 = g st /I. Den interne motstanden for kretsen i fig. 15,6, in g n \u003d g C1 + jeg er 2, og for diagrammet i fig. 15,6, g

MR. Gst1+ G-t2-

Det skal bemerkes at den relativt høye stabiliteten til utgangsspenningen i PSN-kretsene i fig. 15,6, b-d oppnås på grunn av en betydelig forringelse i effektivitet sammenlignet med kretsen i fig. 15.3. Opplegget i fig. 15,6, e på grunn av bruken av en strømkilde i den, laget på en transistor ut, zener diode U[)(i stedet for hvilke to dioder koblet i serie i foroverretningen kan inkluderes) og motstander jeg eh Og /? b. Dette lar deg stabilisere strømmen som flyter gjennom zenerdioden. U1) 2 og derved drastisk redusere spenningssvingningene på lasten med store endringer i inngangsspenningen. Temperaturdriften og den interne motstanden til denne PSN-kretsen er praktisk talt den samme som i kretsen i fig. 15.2.

Den maksimale utgangseffekten til de betraktede PSN-kretsene er begrenset av grenseverdiene for stabiliseringsstrømmen og effekttapet til zenerdioden. Hvis du bruker en transistor i emitterfølgermodus med en zenerdiode i basiskretsen (fig. 15.6, d), så kan lasteeffekten økes. PSN-stabiliseringskoeffisienten i fig. 15,6, d

• (15.5)
• (15.6)

Til -*Og -

"(1 + cg st / A 0)? / og '

og den indre motstanden

/?(/)« p(r e +/* b /L 21e);

g b, g e, I 2 e - henholdsvis motstanden til basen, emitteren, kollektoren og strømoverføringskoeffisienten i OE-transistorkretsen.

Imidlertid en slik PSN kl 1/st > 5,5 V når det gjelder temperaturomsorg er dårligere enn stabilisatorene vist i fig. 15,6, a-g.

På fig. 15,6, og et diagram av PSN med ekstra transistorer med forskjellig ledningsevne er vist. Den er preget av høy stabilitet av utgangsspenningen og muligheten til å koble til to belastninger /? H | Og jeg h2 til ulike inngangsspenningsskinner. Når det gjelder stabiliseringskoeffisienten og temperaturdriften, overskrider dette skjemaet litt skjemaet i fig. 15,6, e, og de indre motstandene G st ] og g st 2 bestemmes av henholdsvis zenerdiodene SD og E/) 2.

Spenningsregulator Strømkalkulator
For riktig valg av stabilisatorkraft er det nødvendig å bestemme summen av kapasiteten til alle forbrukere som samtidig må forsynes med elektrisitet, under hensyntagen til startstrømmene til enhetene.

VIKTIG:
Strømkalkulatoren lar deg beregne strømforbruket til populære husholdningsapparater og den estimerte effekten til spenningsstabilisatoren. Elektriske motorer har startstrøm mye høyere enn de nominelle. Driftskraften til stabilisatoren ved bruk av asynkrone motorer, kompressorer, pumper skal være 3-5 ganger høyere enn forbrukernes nominelle kraft.

Online strømkalkulator

Online spenningsstabilisator kraftkalkulator

Bruk strømkalkulatoren for spenningsstabilisator på nettet for å beregne strømforbruket til hvert husholdningsapparat. For utstyr kan du se energiforbruket i passet, og denne informasjonen dupliseres også på selve enheten (på baksiden av enheten). Det er også nødvendig å ta hensyn til ulike typer belastning. Lasten eksisterer både aktiv og reaktiv.

Hva det er?

Den elektroniske kraftkalkulatoren lar deg ta riktig hensyn til den aktive belastningen. En aktiv belastning kalles derfor aktiv, fordi all forbrukt elektrisitet omdannes til andre typer energi (termisk, lys, etc.). Mange enheter og enheter har bare en aktiv belastning. Slike enheter og enheter inkluderer glødelamper, varmeovner, elektriske komfyrer, strykejern, etc. Hvis deres spesifiserte strømforbruk er 1 kW, er en 1 kW stabilisator nok til å drive dem. reaktive belastninger. Slike enheter inkluderer enheter og produkter med en elektrisk motor. Blant husholdningsapparater er det mange slike enheter - nesten alle elektroniske og husholdningsapparater. De har full kraft og aktive.

Tilsynelatende effekt beregnes i VA (volt-ampere), aktiv effekt beregnes i W (watt). Tilsynelatende effekt (volt-ampere) og aktiv effekt (watt) er forbundet med koeffisienten cos f. På elektriske apparater med en reaktiv komponent av belastningen, indikerer de ofte deres aktive strømforbruk i watt og cos f. For at du skal kunne beregne den tilsynelatende effekten i VA, må du dele den aktive effekten i W med cos f.

Spenningsstabilisatoreffektberegning
Å beregne kraften til en spenningsstabilisator er en veldig ansvarlig sak, og du må nærme deg dette nøye, ellers risikerer du å være i en situasjon der spenningsregulatoren vil slå av forbrukerne dine hele tiden (dette er hvordan strømbeskyttelsen fungerer).

Spenningsstabilisatoreffektberegning

La oss beregne kraften til spenningsstabilisatoren ved å bruke et eksempel.

Eksempel: hvis drillen sier "700 W" og "cos f = 0,7", betyr dette at den totale effekten som faktisk forbrukes av verktøyet vil være 700 / 0,7 = 1000 VA. Hvis cos f ikke er spesifisert, kan den gjennomsnittlige aktive effekten deles på 0,7.

Høye startstrømmer. Mange enheter ved oppstart kan forbruke flere ganger mer energi enn den nominelle effekten. Slike enheter inkluderer alle enheter som inneholder motoren.

For eksempel en dyp pumpe, et kjøleskap osv. Strømforbruket som er angitt i passet må multipliseres med 3-5 ganger, ellers vil du ikke kunne slå på disse enhetene gjennom stabilisatoren, fordi overbelastningsbeskyttelsen vil fungere.

Etter at du har mottatt den totale effekten til alle enhetene, må du beregne hvilke enheter som vil slå seg på samtidig og hvilke enheter som har startstrøm. Bare i dette tilfellet vil du riktig beregne den riktige effekten til spenningsstabilisatoren som er nødvendig for å drive husholdningsapparater.

Det anbefales å velge en stabilisatormodell med 20 % gangreserve. For det første vil du gi en "sparende" driftsmodus for stabilisatoren, og dermed øke levetiden, og for det andre vil du opprette en strømreserve for ytterligere tilkobling av nytt utstyr.

Som du vet, fungerer ingen elektronisk enhet uten en passende strømkilde. I det enkleste tilfellet kan en konvensjonell transformator og en diodebro (likeretter) med en utjevningskondensator fungere som en strømkilde. Det er imidlertid ikke alltid for hånden å ha en transformator for ønsket spenning. Og enda mer kan en slik strømforsyning ikke kalles stabilisert, fordi spenningen ved utgangen vil avhenge av spenningen i nettverket.
En løsning på disse to problemene er å bruke ferdige stabilisatorer, for eksempel 78L05, 78L12. De er praktiske å bruke, men igjen, de er ikke alltid tilgjengelig. Et annet alternativ er å bruke en parametrisk stabilisator på en zenerdiode og en transistor. Diagrammet er vist nedenfor.

Stabilisatorkrets

VD1-VD4 i dette diagrammet er en konvensjonell diodebro som konverterer AC-spenning fra en transformator til DC. Kondensator C1 jevner ut spenningsbølger, og snur spenningen fra pulserende til konstant. Parallelt med denne kondensatoren er det verdt å sette en liten film eller keramisk kondensator for å filtrere høyfrekvente krusninger, fordi. ved høy frekvens gjør ikke elektrolytkondensatoren jobben sin godt. Elektrolytkondensatorene C2 og C3 i denne kretsen har samme formål - å jevne ut eventuelle krusninger. Kjeden R1 - VD5 tjener til å danne en stabilisert spenning, motstanden R1 i den setter stabiliseringsstrømmen til zenerdioden. Motstand R2 er lastet. Transistoren i denne kretsen absorberer hele forskjellen mellom inngangs- og utgangsspenningen, så en anstendig mengde varme spres på den. Denne kretsen er ikke designet for å koble til en kraftig belastning, men likevel bør transistoren skrus til radiatoren ved hjelp av varmeledende pasta.
Spenningen ved utgangen av kretsen avhenger av valget av zenerdiode og verdien av motstandene. Tabellen nedenfor viser verdiene for elementene for å oppnå 5, 6, 9, 12, 15 volt ved utgangen.

I stedet for KT829A-transistoren kan du bruke importerte analoger, for eksempel TIP41 eller BDX53. Det er tillatt å installere en diodebro som er egnet for strøm og spenning. I tillegg kan du sette den sammen fra individuelle dioder. Således, når du bruker et minimum av deler, oppnås en brukbar spenningsregulator, hvorfra andre elektroniske enheter som bruker en liten strøm kan drives.

Bilde av stabilisatoren jeg satt sammen:

Inntil nylig ble parametriske spenningsstabilisatorer brukt til å drive laveffektkaskader av elektronisk utstyr. Det er nå mye billigere og mer effektivt å bruke støysvake kompensasjonsregulatorer som ADP3330 eller ADM7154. Likevel er det allerede brukt parametriske stabilisatorer i en rekke utstyr som allerede produseres, så det er nødvendig å kunne beregne dem. Den vanligste parametriske stabilisatorkretsen er vist i figur 1.

Figur 1. Skjema av en parametrisk stabilisator

Denne figuren viser en positiv spenningsregulatorkrets. Hvis du ønsker å stabilisere den negative spenningen, plasseres zenerdioden i motsatt retning. Stabiliseringsspenningen bestemmes fullstendig av typen zenerdiode.

Beregningen av stabilisatoren på denne måten reduseres til beregningen av motstanden R 0 . Før du starter beregningen, er det nødvendig å bestemme den viktigste destabiliserende faktoren:

• inngangsspenning;
• forbruksstrøm.

Ustabil inngangsspenning ved et stabilt strømforbruk er vanligvis tilstede i spenningsreferansekilder for analog-til-digital og digital-til-analog omformere. For en parametrisk stabilisator som mater et visst utstyr, er det nødvendig å ta hensyn til endringen i utgangsstrømmen. I kretsen vist i figur 1, med en konstant inngangsspenning, strømmen Jeg vil alltid være stabil. Hvis lasten bruker mindre strøm, vil overskuddet gå inn i zenerdioden.

Jeg = Jeg st + Jeg n (1)

Derfor kan den maksimale belastningsstrømmen ikke overstige den maksimale strømmen til zenerdioden. Hvis inngangsspenningen ikke er konstant (og denne situasjonen er veldig vanlig), reduseres det tillatte området for laststrømvariasjon ytterligere. Motstandsmotstand R 0 beregnes etter Ohms lov. Beregningen bruker minimumsverdien til inngangsspenningen.

(2)

Det maksimale inngangsspenningsområdet kan bestemmes av Kirchhoffs lov. Etter små transformasjoner kan den reduseres til følgende formel:

(3)

Dermed er beregningen av den parametriske stabilisatoren ganske enkel. Det er dette som gjør det attraktivt. Men når man velger type stabilisator, bør man huske på at zenerdioden (men ikke stabistoren) er en kilde til støy. Derfor bør den beskrevne stabilisatoren ikke brukes i kritiske enheter av radioutstyr. Jeg understreker nok en gang at ved utforming av nytt utstyr er små støykompenserende stabilisatorer, slik som ADP7142, bedre egnet som sekundær strømkilde.

Litteratur:

1. Sazhnev A.M., Rogulina L.G., Abramov S.S. "Strømforsyning av enheter og kommunikasjonssystemer": Lærebok / GOU VPO SibGUTI. Novosibirsk, 2008 - 112 s.
2. Aliev I.I. Elektroteknisk oppslagsbok. - 4. utg. riktig - M.: IP Radio Soft, 2006. - 384 s.
3. Geytenko E.N. Kilder til sekundær strømforsyning. Kretsløp og beregning. Opplæringen. - M., 2008. - 448 s.
4. Strømforsyning av enheter og telekommunikasjonssystemer: Lærebok for universiteter / V.M. Bushuev, V.A. Deminsky, L.F. Zakharov og andre - M., 2009. – 384 s.
5. Parametriske spenningsstabilisatorer. Beregning av den enkleste parametriske stabilisatoren på en zenerdiode (http://www.radiohlam.ru/)

For mange elektriske kretser og kretser er en enkel strømforsyning tilstrekkelig, som ikke har en stabilisert spenningsutgang. Slike kilder inkluderer oftest en lavspenningstransformator, en diodelikeretterbro og en kondensator som fungerer som et filter.

Spenningen ved utgangen av strømforsyningen er avhengig av antall omdreininger på sekundærspolen til transformatoren. Vanligvis har spenningen til husholdningsnettverket middelmådig stabilitet, og nettverket produserer ikke de nødvendige 220 volt. Spenningsverdien kan flyte i området fra 200 til 235 V. Dette betyr at spenningen ved utgangen til transformatoren heller ikke vil være stabil, og i stedet for standard 12 V vil den vise seg fra 10 til 14 volt.

Drift av stabilisatorkretsen

Elektriske enheter som ikke er følsomme for små spenningsfall kan klare seg med en konvensjonell strømforsyning. Og mer lunefulle enheter vil ikke lenger kunne fungere uten en stabil strømforsyning, og kan ganske enkelt brenne ut. Derfor er det behov for en hjelpespenningsutjevningskrets ved utgangen.

La oss vurdere et arbeidsskjema som utjevner en konstant spenning på en transistor og en zenerdiode, som spiller rollen som hovedelementet, bestemmer om den utjevner spenningen ved utgangen av strømforsyningen.

La oss gå videre til en spesifikk vurdering av den elektriske kretsen til en konvensjonell stabilisator for utjevning av likespenning.

• Det er en nedtrappingstransformator med 12V AC-utgang.
• En slik spenning leveres til inngangen til kretsen, og mer spesifikt, til diodelikeretterbroen, samt et filter laget på en kondensator.
• Likeretteren, laget på grunnlag av en diodebro, konverterer vekselstrøm til likestrøm, men det oppnås en brå spenningsverdi.
• Halvlederdioder skal fungere med den høyeste strømmen med en reserve på 25 %. En slik strøm kan skape en strømforsyning.
• Reversspenningen må ikke synke mindre enn utgangsspenningen.
• Kondensatoren, som fungerer som et slags filter, utjevner disse effektfallene, og konverterer spenningsbølgeformen til en nesten ideell grafform. Kapasitansen til kondensatoren skal være i området 1-10 tusen mikrofarader. Spenningen må også være høyere enn inngangsverdien.

Vi må ikke glemme følgende effekt, at etter en elektrolytisk kondensator (filter) og en diode likeretterbro, stiger vekselspenningen med omtrent 18%. Dette betyr at resultatet ikke er 12 V ved utgangen, men ca 14,5 V.

Zener-aksjon

Det neste trinnet i arbeidet er driften av en zenerdiode for å stabilisere den konstante spenningen i utformingen av stabilisatoren. Det er den viktigste funksjonelle koblingen. Vi må ikke glemme at zenerdioder, innenfor visse grenser, tåler stabilitet ved en viss konstant spenning når de kobles i revers. Hvis du legger spenning på zenerdioden fra null til en stabil verdi, vil den øke.

Når den når et stabilt nivå, vil den forbli konstant, med en liten økning. Dette vil øke strømmen som flyter gjennom den.

I den betraktede kretsen til en konvensjonell stabilisator, hvis utgangsspenning skal være 12 V, er zenerdioden definert for en spenningsverdi på 12,6 V, siden 0,6 V vil være et spenningstap ved emitter-base transistorkrysset. Utgangsspenningen på enheten vil være nøyaktig 12 V. Og siden vi setter zenerdioden til 13 V, vil utgangen til enheten være omtrent 12,4 volt.

Zenerdioden krever strømbegrensning, som beskytter den mot overdreven oppvarming. Etter diagrammet å dømme utføres denne funksjonen av motstanden R1. Den er koblet i serie med Zener-dioden VD2. En annen kondensator, som fungerer som et filter, er koblet parallelt med zenerdioden. Den må utjevne de resulterende spenningspulsene. Selv om du kan klare deg uten.

Diagrammet viser en transistor VT1 koblet til en felles kollektor. Slike kretser er preget av en betydelig strømforsterkning, men det er ingen spenningsforsterkning. Det følger at det dannes en konstant spenning ved utgangen til transistoren, som er tilgjengelig ved inngangen. Siden emitterkrysset tar på 0,6 V, er utgangen til transistoren bare 12,4 V.

For at transistoren skal åpne, trengs en motstand for å danne en forspenning. Denne funksjonen utføres av motstanden R1. Hvis du endrer verdien, kan du endre utgangsstrømmen til transistoren, og følgelig utgangsstrømmen til stabilisatoren. Som et eksperiment kan du koble til en 47 kΩ variabel motstand i stedet for R1. Ved å justere den kan du endre utgangsstrømmen til strømforsyningen.

På slutten av spenningsstabilisatorkretsen er en annen liten elektrolytisk kondensator C3 tilkoblet, som utjevner spenningspulsene ved utgangen til den stabiliserte enheten. En motstand R2 er loddet til den i en parallellkrets, som lukker emitteren VT1 til den negative polen til kretsen.

Konklusjon

Denne kretsen er den enkleste, inkluderer minst antall elementer, skaper en stabil spenning ved utgangen. For driften av mange elektriske enheter er denne stabilisatoren ganske nok. En slik transistor og en zenerdiode er designet for en maksimal strøm på 8 A. Dette betyr at det for en slik strøm trengs en kjøleradiator for å fjerne varme fra halvledere.

For oftest brukte zenerdioder, transistorer og stabistorer. De har en redusert effektivitet, så de brukes bare i kretser med lav effekt. Oftest brukes de som kilder til hovedspenningen i kompensasjonskretsene til spenningsstabilisatorer. Slike parametriske stabilisatorer er bro, flertrinn og entrinn. Dette er de enkleste stabilisatorkretsene bygget på grunnlag av en zenerdiode og andre halvlederelementer.