Stiskněte "Enter" pro přeskočení obsahu

14) Návrh parametrického stabilizátoru se Zenerovou diodou

10

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 stabiizátoru na 10V

  • Použitá doda: 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
    3.2.2012 - 15:52:13

    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 🙂
  2. Elektrikář Pepík Elektrikář Pepík
    5.2.2013 - 22:12:10

    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. Elektrikář Pepík Elektrikář Pepík
    5.2.2013 - 22:20:53

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

  5. Jindřich Jindřich
    17.11.2015 - 10:52:21

    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. Jirka Jirka
    23.4.2016 - 08:18:34

    [4] Jindřich: A nebo použít obyčejné diody 😉

  8. Filip Filip
    26.4.2016 - 17:29:30

    Díky moc mi to pomohlo

  9. Pápulus Pápulus
    7.10.2018 - 23:47:16

    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. Pápulus Pápulus
    8.10.2018 - 20:34:03

    [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. Pápulus Pápulus
    8.10.2018 - 21:13:59

    Zapoměl jsem poděkovat za radu.Děkuji.

  14. santoro santoro
    17.11.2018 - 11:39:15

    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

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna.