Выбор стабилитрона
Чтобы подобрать стабилитрон для схемы, показанной на рис. 3, нужно знать диапазон
входных напряжений U1 и диапазон изменения нагрузки RН.
Рис. 3. Схема включения стабилитрона.
Для примера рассчитаем сопротивление R и подберём стабилитрон для схемы на рис. 3
со следующими требованиями:
| Диапазон входных напряжений, В |
U1 |
11…15 |
| Выходное напряжение, В |
U2 |
9 |
| Диапазон нагрузок, мА |
IН |
50…100 |
Такая схема может потребоваться, например, для питания какого-либо устройства с небольшим
потреблением от бортовой сети автомобиля.
|
Один из посетителей сайта нашёл в этой статье ошибку, за что я ему благодарен. Сейчас эта статья исправлена и содержит правильные расчёты.
|
Итак, для начала рассчитаем значение сопротивления R. Минимальное напряжение на входе равно 11 В.
При таком напряжении мы должны обеспечить ток на нагрузке не менее 100 мА (или 0,1 А).
Закон Ома
позволяет определить сопротивление резистора:
RЦ = U1МИН / IН.МАКС = 11 / 0,1 = 110 Ом
То есть цепь для обеспечения заданного тока на нагрузке должна иметь сопротивление не
более 110 Ом.
На стабилитроне падает напряжение 9 В (в нашем случае). Тогда при токе 0,1 А
эквивалент нагрузки:
RЭ = U2 / IН.МАКС = 9 / 0,1 = 90 Ом
Тогда, для того чтобы обеспечить на нагрузке ток 0,1 А, гасящий резистор должен иметь
сопротивление:
R = RЦ – RЭ = 110 – 90 = 20 Ом
С учётом того, что сам стабилитрон тоже потребляет ток, можно выбрать несколько
меньшее сопротивление из стандартного ряда Е24
статью о резисторах).
Но, так как стабилитрон потребляет небольшой ток, этим значением в большинстве
случаев можно пренебречь.
Теперь определим максимальный ток через стабилитрон при максимальном входном
напряжении и отключенной нагрузке. Расчёт нужно выполнять именно при отключенной нагрузке,
так как даже если у вас нагрузка будет всегда подключена, нельзя исключить вероятность того,
что какой-нибудь проводок отпаяется и нагрузка отключится.
Итак, вычислим падение напряжения на резисторе R при максимальном входном напряжении:
UR.МАКС = U1МАКС – U2 = 15 – 9 = 6 В
А теперь определим ток через резистор R из того же закона Ома:
IR.МАКС = UR.МАКС / R = 6 / 20 = 0,3 А = 300 мА
Так как резистор R и стабилитрон VD включены последовательно, то максимальный ток
через резистор будет равен максимальному току через стабилитрон (при отключенной нагрузке),
то есть
IR.МАКС = IVD.МАКС = 0,3 А = 300 мА
Нужно ещё рассчитать
мощность рассеивания резистора R. Но здесь это мы
делать не будем, поскольку данная тема подробно описана в статье
Резисторы.
А вот мощность рассеяния стабилитрона рассчитаем:
PМАКС = IVD.МАКС * UСТ = 0,3 * 9 = 2,7 Вт = 2700 мВт
Мощность рассеяния – очень важный параметр, который часто забывают учесть. Если окажется,
что мощность рассеяния на стабилитроне превысит максимально допустимую, то это приведёт к
перегреву стабилитрона и выходу его из строя. Хотя при этом ток может быть в пределах нормы.
Поэтому мощность рассеяния как для гасящего резистора R, так и для стабилитрона VD нужно
всегда рассчитывать.
Осталось подобрать стабилитрон по полученным параметрам:
UСТ = 9 В – номинальное напряжение стабилизации
IСТ.МАКС = 300 мА – максимально допустимый ток через стабилитрон
РМАКС = 2700 мВт – мощность рассеяния стабилитрона при IСТ.МАКС
По этим параметрам в справочнике находим подходящий стабилитрон. Для наших целей подойдёт, например, стабилитрон Д815В.
Надо сказать, что этот расчет довольно грубый, так как он не учитывает некоторые параметры,
такие, например, как температурные погрешности. Однако в большинстве практических случаев
описанный здесь способ подбора стабилитрона вполне подходит.
Стабилитроны серии Д815 имеют разброс напряжений стабилизации. Например,
диапазон напряжений Д815В – 7,4…9,1 В. Поэтому, если нужно получить точное напряжение
на нагрузке (например, ровно 9 В), то придётся опытным путём подобрать стабилитрон
из партии нескольких однотипных. Если нет желания возиться с подбором «методом тыка»,
то можно выбрать стабилитроны другой серии, например серии КС190. Правда, для нашего
случая они не подойдут, поскольку имеют мощность рассеивания не более 150 мВт.
Для повышения выходной мощности стабилизатора напряжения можно использовать транзистор.
Но об этом как-нибудь в другой раз…
И ещё. В нашем случае получилась довольная большая мощность рассеивания стабилитрона.
И хотя по характеристикам для Д815В максимальная мощность 8000 мВт, рекомендуется
устанавливать стабилитрон на радиатор, особенно если он работает в сложных условиях
(высокая температура окружающей среды, плохая вентиляция и т.п.).
Если необходимо, то ниже вы можете выполнить описанные выше рассчёты для вашего случая
