Стабилизатор напряжения для диодов: Стабилизатор напряжения 12 Вольт для светодиодов в авто купить

Содержание

Диод. Светодиод. Стабилитрон / Хабр

Не влезай. Убьет! (с)

Постараюсь объяснить работу с диодами, светодиодами, а также стабилитронами на пальцах. Опытные электронщики могут пропустить статью, поскольку ничего нового для себя не обнаружат. Не буду вдаваться в теорию электронно-дырочной проводимости pn-перехода. Я считаю, что такой подход обучения только запутает начинающих. Это голая теория, почти не имеющая отношения к практике. Впрочем, интересующимся теорией предлагаю

эту статью

. Всем желающим добро пожаловать под кат.


Это вторая статья из цикла электроники. Рекомендую к прочтению также

первую

, которая повествует о том, что такое электрический ток и напряжение.

Диод – полупроводниковый прибор, имеющий 2 вывода для подключения. Изготавливается, упрощенно говоря, путем соединения 2х полупроводников с разным типом примеси, их называют донорной и акцепторной, n и p соответственно, поэтому диод содержит внутри pn-переход. Выводы, обычно состоящие из луженой меди, называют анод (А) и катод (К).

Эти термины пошли еще со времен электронных ламп и используются в письменном виде, для обозначения направленности диода. Гораздо проще графическое обозначение. Названия выводов диода запомнятся сами собой при применении на практике.

Как я уже писал, мы не будем использовать теорию электронно-дырочной проводимости диода. Просто инкапсулируем эту теорию до черного ящика с двумя зажимами для подключения. Примерно так же программисты инкапсулируют работу со сторонними библиотеками, не вдаваясь в е… подробности их работы. Или, например, когда, пользуясь пылесосом, мы не вдаёмся в подробности, как он устроен внутри, он просто работает и нам важно одно из свойств пылесоса – сосать пыль.

Рассмотрим свойства диода, самые очевидные:

  • От анода к катоду, такое направление называется прямым, диод пропускает ток.
  • От катода к аноду, в обратном направлении, диод ток не пропускает. (Вообще-то нет. Но об этом позже.)
  • При протекании тока, в прямом направлении, на диоде падает некоторое напряжение.

Возможно эти свойства вам и так хорошо известны. Но есть некоторые дополнения. Что же считать прямым, а что обратным направлением? Прямым называют такое включение, когда на аноде напряжение больше, чем на катоде. Обратное, наоборот. Прямое и обратное включение – это условность. В реальных схемах напряжение на одном и том же диоде может меняться с прямого на обратное и наоборот.

Кремниевый диод начинает пропускать хоть какой-либо значимый ток только тогда, когда на аноде напряжение будет больше примерно на 0,65 В, чем на катоде. Нет, не так. При протекании хоть какого-либо тока, на диоде образуется падение напряжения, примерно равное 0,65 В и выше.

Напряжение 0,65 В – называют прямым падением напряжения на pn-переходе. Это лишь примерная средняя величина, она зависит от тока, температуры кристалла и технологии изготовления диода. При изменении протекающего тока, она изменяется нелинейно. Чтобы как-то обозначить эту нелинейность графически, производители снимают вольтамперные характеристики диода. В мощных высоковольтных диодах падение напряжения может быть больше в 2, 3 и т.д. раза. Это означает, что внутри диода включено несколько pn-переходов последовательно.

Для определения падения напряжения можно использовать вольтамперную характеристику (ВАХ) диода в виде графика. Иногда эти графики приводятся в дата-листах (datasheets) на реальные модели диода, но чаще их нет. На первом мне попавшемся графике ниже приведены ВАХ КД243А, хотя это не важно, они все примерно похожи.

На графике Uпр – это прямое падение напряжения на диоде. Iпр – протекающий через диод ток. График показывает какое падение напряжения на диоде будет, при протекании n-го тока. Но чаще всего в даталистах не показываются реальные ВАХ, а приводится прямое падение напряжения, указанное при определенном токе. В английской литературе падение напряжения обозначается как forward voltage.

Как применять

Падение напряжения на диоде – для нас плохая характеристика, поскольку это напряжение не совершает полезной работы и рассеивается в виде тепла на корпусе диода. Чем меньше падение, тем лучше. Обычно падение напряжения на диоде определяют исходя из тока, протекающего через диод. Например, включим диод последовательно с нагрузкой. По сути это будет защита схемы от переплюсовки, на случай, если блок питания отсоединяемый. На рисунке ниже в качестве защищаемой схемы взят резистор 47 Ом, хотя в реальности это может быть все, что угодно, например, участок большой схемы. В качестве блока питания – батарея на 12 В.

Допустим, нагрузка без диода потребляет 255 мА. В данном случае это можно посчитать по закону Ома: I= U / R = 12 / 47 = 0,255 А или 255 мА. Хотя обычно потребление сферической схемы в вакууме уже известно, хотя бы по максимальным характеристикам блока питания. Найдем на графике ВАХ, указанный выше, падение напряжения для диода КД243А при 0,255 А протекающего тока, при 25 градусах. Оно равно примерно 0,75 В. Эти 0,75 В упадут на диоде, и для питания схемы останется 12 — 0,75 = 11,25 В — иногда может и не хватить. Как бонус, можно найти мощность, в виде тепла и потерь выделяющуюся на диоде по формуле P = I * U = 0,75 * 0,255 = 0,19 Вт, где I и U – ток через диод и падение напряжения на диоде.

Что же делать, когда график ВАХ недоступен? Например, для популярного диода 1n4007 указано только прямое напряжения forward voltage 1 В при токе 1 А. Нужно и использовать это значение, либо измерить реальное падение. А если для какого-либо диода это значение не указано, то сойдет среднее 0,65 В. В реальности проще это падение напряжения измерить вольтметром в схеме, чем выискивать в графиках. Думаю, не надо объяснять, что вольтметр должен быть включен на постоянное напряжение, если через диод течет постоянный ток, а щупы должны касаться анода и катода диода.

Немного про другие характеристики

В предыдущем примере, если перевернуть батарейку, я имею ввиду поменять полярность, см. нижний рисунок, ток не потечет и падение напряжения на диоде в худшем случае составит 12 В — напряжение батареи. Главное, чтобы это напряжение не превышало напряжение пробоя нашего диода, оно же обратное напряжение, оно же breakdown voltage. А также важно еще одно условие: ток в прямом направлении через диод не превышал номинальный ток диода, он же forward current. Это два основных параметра по которых выбирается диод: прямой ток и обратное напряжение.

Иногда в даталистах также указывается рассеиваемая мощность диодом или номинальная мощность (power dissipation). Если она указана, то ее нельзя превышать. Как ее посчитать, мы уже разобрались на предыдущем примере. Но если мощность не указана, тогда надо ориентироваться по току.

Говорят, что в обратном направлении ток через диод не течет, ну или почти не потечет. На самом деле через него протекает ток утечки, reverse current в английской литературе. Этот ток очень маленький, от нескольких наноампер у маломощных диодов до нескольких сот микроампер, у мощных. Также этот ток зависит от температуры и приложенного напряжения. В большинстве случаем ток утечки не играет никакой роли, например, в как в предыдущем примере, но, когда вы будете работать с наноамперами и поставите какой-либо защитный диод на входе операционного усилителя, тогда может случиться ой… Схема поведет себя совсем не так, как задумывалась.

У диодов так же есть некоторая маленькая паразитная емкость capacitance. Т.е., по сути, это конденсатор, параллельно включенный с диодом. Эту емкость надо учитывать при быстрых процессах при работе диода в схеме с десятками-сотнями мегагерц.

Также несколько слов по поводу термина «номинал». Обычно номинальные ток и напряжение обозначают, что при превышении этих параметров производитель не гарантирует работу изделия, если не сказано другое. И это для всех электронных компонентов, а не только для диода.

Что еще можно сделать

Применений диодов существует множество. Разработчики-радиоэлектронщики обычно выдумывают свои схемы из кусочков других схем, так называемых строительных кирпичиков. Вот несколько вариантов.

Например, схема защиты цифровых или аналоговых входов от перенапряжения:

Диоды в этой схеме при нормальной работе не пропускают ток. Только ток утечки. Но когда по входу возникает перенапряжение с положительной полуволной, т.е. напряжение входа становится больше чем Uпит плюс прямое падение напряжения на диоде, то верхний диод открывается и вход замыкается на шину питания. Если возникает отрицательная полуволна напряжения, то открывается нижний диод и вход замыкается на землю. В этой схеме, кстати, чем меньше утечки и емкость у диодов, тем лучше. Такие схемы защиты уже, как правило, стоят во всех современных цифровых микросхемах внутри кристалла. А внешними мощными сборками TVS-диодов защищают, например, USB порты на материнских платах.

Также из диодов можно собрать выпрямитель. Это очень распространённый тип схем и вряд ли кто-то из читателей про них не слышал. Выпрямители бывают однополупериодные, двухполупериодные и мостовые. С однополупериодным выпрямителем мы уже познакомились в нашем самом первом многострадальном примере, когда рассматривали защиту от переплюсовки. Никакими особыми плюсами не обладает, кроме плюса на батарейке. Один из самых важных минусов, который ограничивает применение схемы однополупериодного выпрямителя на практике: схема работает только с положительной полуволной напряжения. Отрицательное напряжение напрочь отсекает и ток при этом не течет. «Ну и что?», скажете вы, «Такой мощности мне будет достаточно!». Но нет, если такой выпрямитель стоит после трансформатора, то ток будет протекать только в одну сторону через обмотки трансформатора и, таким образом, трансформаторное железо будет дополнительно подмагничиваться. Трансформатор может войти в насыщение и греться намного больше положенного.

Двухполупериодные выпрямители этого недостатка лишены, но им необходим средний вывод обмотки трансформатора. Здесь при положительной полярности переменного напряжения открыт верхний диод, а при отрицательной – нижний. КПД трансформатора используется не полностью.

Мостовые схемы лишены обоих недостатков. Но теперь на пути тока включены два диода в любой момент времени: прямой диод и обратный. Падение напряжения на диодах удваивается и составляет не 0,65-1В, а в среднем 1,3-2В. С учетом этого падения считается выпрямленное напряжение.

Например, нам надо получить 18 вольт выпрямленного напряжения, какой трансформатор для этого выбрать? 18 вольт плюс падение на диодах, возьмем среднее 1,4 В, равно 19,4 В. Мы знаем из

предыдущей статьи

, что амплитудное значение переменного напряжения в корень из 2 раз больше его действующего значения. Поэтому во вторичной цепи трансформатора переменное действующее напряжение равно 19,4 / 1,41 = 13,75В. С учетом того, что напряжение в сети может гулять на 10%, а также под нагрузкой напряжение немного просядет, выберем трансформатор 230/15 В.

Мощность требуемого нам трансформатора можно посчитать от тока нагрузки. Например, мы собираемся подключать к трансформатору нагрузку в один ампер. Это если с запасом. Всегда оставляйте небольшой запас, в 20-40%. Просто по формуле мощности можно найти P = U * I = 15 * 1 = 15 ВА, где U и I – напряжение и ток вторичной обмотки. Если вторичных обмоток несколько, то их мощности складываются. Плюс потери на трансформацию, плюс запас, поэтому выберем трансформатор 20-40 ВА. Хотя часто трансформаторы продаются с указанием тока вторичных обмоток, но проверить по габаритной мощности не помешает.

После выпрямительного моста необходим сглаживающий конденсатор, на рисунке не показан. Не забывайте про него! Есть умные формулы по расчету этого конденсатора в зависимости от количества пульсаций, но порекомендую такое правило: ставить конденсатор 10000мкФ на один ампер потребления тока. Вольтаж конденсатора не меньше, чем выпрямленное без нагрузки напряжение. В данном примере можно взять конденсатор с номиналом 25В.

Диоды в этой схеме выберем на ток >=1А и обратное напряжение, с запасом, больше 19,4 В, например, 50-1000 В. Можно применить диоды Шоттки. Это те же диоды, только с очень маленьким падением напряжения, которое часто составляет десятки милливольт. Но недостаток диодов Шоттки – их не выпускают на более-менее высокие напряжения, больше 100В. Точнее с недавнего времени выпускают, но их стоимость заоблачная, а плюсы уже не так очевидны.

Светодиод

Внутри устроен совсем по другому, чем диод, но имеет те же самые свойства. Только еще и светится при протекании тока в прямом направлении.

Все отличие от диода в некоторых характеристиках. Самое важное – прямое падение напряжения. Оно гораздо больше, чем 0,65 В у обычного диода и зависит в основном от цвета светодиода. Начиная от красного, падение напряжения которого составляет в среднем 1,8 В, и заканчивая белым или синим светодиодом, падение у которых около 3,5 В. Впрочем, у невидимого спектра эти значения шире.

По сути падение напряжения здесь – минимальное напряжение зажигания диода. При меньшем напряжении, у источника питания, тока не будет и диод просто не загорится. У мощных осветительных светодиодов падение напряжения может составлять десятки вольт, но это значит лишь, что внутри кристалла много последовательно-параллельных сборок диодов.

Но сейчас поговорим об индикаторных светодиодах, как наиболее простых. Их выпускают в различных корпусах, наиболее часто в полуокруглых, диаметром 3, 5, 10 мм.

Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами. Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА, а при 10 мА уже выжигают глаза. Для мощных осветительных диодов надо смотреть документацию.

Применение светодиода

Имея лишь соответствующий резистор можно задать нужный ток через диод. Конечно, понадобится еще и блок питания постоянного напряжения, например, батарейка 4,5 В или любой другой БП.

Например, зададим ток 1мА через красный светодиод с падением напряжения 1,8 В.

На схеме показаны узловые потенциалы, т.е. напряжения относительно нуля. В каком направлении включать светодиод нам подскажет лучше всего мультиметр в режиме прозвонки, поскольку иногда попадаются напрочь китайские светодиоды с перепутанными ногами. При касании щупов мультиметра, в правильном направлении, светодиод должен слабо светиться.

Поскольку применен красный светодиод, то на резисторе упадет 4,5 — 1,8 = 2,7В. Это известно по второму закону Кирхгофа: сумма падений напряжения на последовательных участках схемы равно ЭДС батарейки, т.е. 2,7 + 1,8 = 4,5В. Чтобы ограничить ток в 1мА, резистор по закону Ома должен обладать сопротивлением R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и необходимый нам ток. Не забываем переводить величины в единицы СИ, в амперы и вольты. Поскольку выпускаемые номиналы сопротивлений стандартизованы выберем ближайший стандартный номинал 3,3кОм. Конечно, при этом ток изменится и его можно пересчитать по закону Ома I = U / R. Но зачастую это не принципиально.

В этом примере ток, отдаваемый батарейкой, мал, так что внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.

С осветительными светодиодами все тоже самое, только токи и напряжения выше. Но иногда им уже не требуется резистор, надо смотреть документацию.

Что-то еще про светодиод

По сути, светить – это основное назначение светодиода. Но есть и другое применение. Например, светодиод может выступать в качестве источника опорного напряжения. Они необходимы, например, для получения источников тока. В качестве источников опорного напряжения, как менее шумные, применяют красные светодиоды. Их включают в схему так же, как и в предыдущем примере. Поскольку напряжение батарейки относительно постоянное, ток через резистор и светодиод тоже постоянный, поэтому падение напряжения остается постоянным. От анода светодиода, где 1,8В, делается отвод и используется это опорное напряжение в других участках схемы.

Для более надежной стабилизации тока на светодиоде, при пульсирующем напряжении источника питания, вместо резистора в схему ставят источник тока. Но источники тока и источники опорного напряжения – это тема еще одной статьи. Возможно, когда-нибудь я ее напишу.

Стабилитрон

В английской литературе стабилитрон называется Zener diode. Все тоже самое, что и диод, в прямом включении. Но сейчас поговорим только про обратное включение. В обратном включении под действием определенного напряжения на стабилитроне возникает обратимый пробой, т.е. начинает течь ток. Этот пробой полностью штатный и рабочий режим стабилитрона, в отличие от диода, где при достижении номинального обратного напряжения диод просто выходил из строя. При этом, ток через стабилитрон в режиме пробоя может меняться, а падение напряжение на стабилитроне остается практически неизменным.

Что нам это дает? По сути это маломощный стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно. См. вольт-амперные характеристики.

Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно, при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон.

Чтобы выйти на рабочую зону, нам надо установить ток стабилитрона между [Iст. min – Iст. max] с помощью резистора точно так же, как это делалось в примере со светодиодом (кстати, можно также с помощью источника тока). Только, в отличие от светодиода, стабилитрон включен в обратном направлении.

При меньшем токе, чем Iст. min стабилитрон не откроется, а при большем, чем Iст. max – возникнет необратимый тепловой пробой, т.е. стабилитрон просто сгорит.

Расчёт стабилитрона

Рассмотрим на примере нашего рассчитанного трансформаторного БП. У нас есть блок питания, выдающий минимум 18 В (по сути там больше, из-за трансформатора 230/15 В, лучше мерить в реальной схеме, но суть сейчас не в этом), способный отдавать ток 1 А. Нужно запитать нагрузку с максимальным потреблением 50 мА стабилизированным напряжением 15 В (например, пусть это будет какой-нибудь абстрактный операционный усилитель – ОУ, у них примерно такое потребление).

Такая слабая нагрузка выбрана неспроста. Стабилитроны довольно маломощные стабилизаторы. Они должны проектироваться так, чтобы через них мог проходить без перегрева весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации Iст. min. Это необходимо, потому что ток после резистора R1 делится между стабилитроном и нагрузкой. В нагрузке ток может быть непостоянным, либо нагрузка может выключаться из схемы совсем. По сути это параллельный стабилизатор, т.е. весь ток, который не уйдет в нагрузку, примет на себя стабилитрон. Это как первый закон Кирхгофа I = I1 + I2, только здесь I = Iнагр + Iст. min.

Итак, выберем стабилитрон с напряжением стабилизации 15 В. Для установки тока через стабилитрон всегда необходим резистор (или источник тока). На резисторе R1 упадет 18 – 15 = 3 В. Через резистор R1 будет протекать ток Iнагр. + Iст. min. Примем Iст. min = 5 мА, это примерно достаточный ток для всех стабилитронов с напряжением стабилизации до 100 В. Выше 100 В можно принимать 1мА и меньше. Можно взять Iст. min и больше, но это только будет бесполезно греть стабилитрон.

Итак, через R1 течет Ir1 = Iнагр. + Iст. min = 50 + 5 = 55 мА. По закону Ома находим сопротивление R1 = U / I = 3 / 0,055 = 54,5 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и ток через резистор. Выберем из ближайшего стандартного ряда сопротивление 47 Ом, будет чуть больше ток через стабилитрон, но ничего страшного. Его даже можно посчитать, общий ток: Ir1 = U / R = 3 / 47 = 0,063А, далее минимальный ток стабилитрона: 63 — 50 = 13 мА. Мощность резистора R1: P = U * I = 3 * 0,063 = 0,189 Вт. Выберем стандартный резистор на 0,5 Вт. Советую, кстати, не превышать мощность резисторов примерно Pmax/2, дольше проживут.

На стабилитроне тоже рассеивается мощность в виде тепла, при этом в самом худшем случае она будет равна P = Uст * (Iнагр + Iст.) = 15 * (0,050 + 0,013) = 0,945 Вт. Стабилитроны выпускают на разную мощность, ближайшая 1Вт, но тогда температура корпуса при потреблении около 1Вт будет где-то 125 градусов С, лучше взять с запасом, на 3 Вт. Стабилитроны выпускают на 0,25, 0,5, 1, 3, 5 Вт и т.д.

Первый же запрос в гугле «стабилитрон 3Вт 15В» выдал 1N5929BG. Далее ищем «datasheet 1N5929BG». По даташиту у него минимальный ток стабилизации 0,25 мА, что меньше 13 мА, а максимальный ток 100 мА, что больше 63 мА, т.е. укладывается в его рабочий режим, поэтому он нам подходит.

В общем-то, это весь расчёт. Да, стабилизатор это неидеальный, внутреннее сопротивление у него не нулевое, но он простой и дешевый и работает гарантировано в указанном диапазоне токов. А также поскольку это параллельный стабилизатор, то ток блока питания будет постоянным. Более мощные стабилизаторы можно получить, умощнив стабилитрон транзистором, но это уже тема следующей статьи, про транзисторы.

Проверить стабилитрон на пробой обычным мультиметром, как правило, нельзя. При более-менее высоковольтном стабилитроне просто не хватит напряжения на щупах. Единственное, что удастся сделать, это прозвонить его на наличие обычной диодной проводимости в прямом направлении. Но это косвенно гарантирует работоспособность прибора.

Еще стабилитроны можно использовать как источники опорного напряжения, но они шумные. Для этих целей выпускают специальные малошумящие стабилитроны, но их цена в моем понимании зашкаливает за кусочек кремния, лучше немного добавить и купить интегральный источник с лучшими параметрами.

Также существует много полупроводниковых приборов, похожих на диод: тиристор (управляемый диод), симистор (симметричный тиристор), динистор (открываемый импульсно только по достижении определенного напряжения), варикап (с изменяемой емкостью), что-то еще. Первые вам понадобятся в силовой электронике при постройки управляемых выпрямителей или регуляторов активной нагрузки. А с последними я уже лет 10 не сталкивался, поэтому оставляю эту тему для самостоятельного чтения в вики, хотя бы про тиристор.

Изготовление стабилизатора на LM-317 для светодиода своими руками

Источники света на светодиодах получают все большее распространение, вытесняя остальных конкурентах, как в области применения индикации, так и в качестве мощных осветительных приборов. Для стабильной и долговечной работы источников на светоизлучающих диодах требуется соблюдение ряда требований.

ИМС LM317

Источник тока или напряжения?

Большинству знакомо понятие стабилизатора напряжения, то есть устройства, которое обеспечивает выдачу стабильного напряжения, вне зависимости от условий: мощности нагрузки, температуры, величины входного напряжения. Для питания источников освещения на светодиодах необходимо обеспечить подачу стабильного тока через диод. Это связано с тем, что полупроводниковые элементы обладают нелинейной зависимостью тока через p-n переход. Изменение внешних условий влияет на величину протекающего тока, который может выйти за допустимые пределы. Поэтому понятие стабилизатора напряжения для светодиодов не имеет смысла. Особенно важно обеспечить стабилизацию тока для светодиодов в авто, где напряжение не отличается стабильностью, а диапазон изменения температуры очень широк.

Именно перечисленные условия требуют применения источника тока. В простейшем случае можно довольствоваться простым ограничением максимального значения при помощи ограничительного резистора, но это не обеспечивает стабильной яркости и неэффективно с энергетической точки зрения.

На заметку. Более рациональным будет питание стабилизированным значением с использованием схемотехнических решений источников тока на малогабаритных электронных компонентах.

Схемотехническое решение

Развитие современной микроэлектроники позволяет создавать устройства с требуемыми параметрами с использованием минимума элементов. Довольно хорошо зарекомендовали себя устройства токовых генераторов на  интегральной микросхеме LM317. Вообще данная микросхема представляет собой интегральный стабилизатор напряжения, но некоторые изменения в стандартной схеме включения, кстати, оговоренные в технической документации, позволяют использовать данную ИМС в качестве источника тока, в том числе для питания светодиодов.

Параметры микросхемы следующие:

  • Напряжение – 1.2-37В;
  • Ток через ИМС – до 2А в случае использования LM317T.

Различными производителями выпускается множество разновидностей данного стабилизатора, но разница в стоимости и габаритах для минимальной и максимальной мощностей ничтожна, поэтому есть смысл использовать максимально доступную мощность, запас которой никогда не помешает.

Важно! При использовании мощного стабилизатора тока для светодиодов при нагрузке, близкой к максимальной, обязательно использование радиатора, который позволит отбирать выделяемое интегральной микросхемой тепло.

Итак, самый простой, но надежно работающий стабилизатор тока на микросхеме lm317 для светодиодов представлен ниже.

Простейший стабилизатор

В данной схеме микросхема имеет лишь один резистор во внешней обвязке. Именно при помощи его задается значение выходного параметра. Делается это по формуле:

R=1.25/I.

Данный вариант стабилизатора работает в диапазоне значений от 0.01 до 1.5А.  Верхний предел ограничивается мощностью микросхемы. Мощность, которая рассеивается на резисторе, может составлять несколько ватт при максимальном токе. Более точно она определяется из выражения:

P=I2R.

Важно! При значениях более 0.3А применение радиатора охлаждения для микросхемы обязательно!

Добавив в схему всего два элемента: мощный транзистор и резистор, можно поднять выходной ток до 10А.

Мощный стабилизатор

В приведенной схеме применяется мощный составной транзистор КТ825 с любой буквой. Резистор R2 выполняет ту же функцию, что и в предыдущей схеме, и рассчитывается точно так же. Поскольку по нему протекает высокий ток, а значение сопротивления малое, то следует использовать проволочный. Резистор R1 задает смещение на базе транзистора и должен иметь рассеиваемую мощность 0.25-0.5Вт.

В обеих схемах напряжение питания источника (входное напряжение) может составлять от 3 до 38В. Для поддержания необходимого тока во всем диапазоне нагрузок напряжение питания следует обеспечивать приближенное к максимальному значению.

Пример. Пусть задано 20мА. Тогда при одном подключенном диоде напряжение на выходе будет составлять около 2-3В (в зависимости от типа светодиода). Если включить два последовательных светодиода, то для обеспечения необходимого тока 20мА схема выдаст уже ровно в два раза большее напряжение. Аналогичные подсчеты можно произвести для любого количества элементов.

Необходимое входное напряжение можно получить при помощи понижающего трансформатора с мостовым выпрямителем и конденсатором фильтра.

Выпрямитель

Диоды должны быть рассчитаны на необходимый ток, а емкость конденсатора нужно брать порядка нескольких тысяч микрофарад.

Важно! Рабочее напряжение конденсатора должно превышать напряжение питания примерно в полтора раза, то есть в данном случае оно должно быть не менее 50В.

Автомобиль имеет напряжение бортовой сети не более 14В. Поскольку частота пульсаций здесь выше, чем в домашней сети, а амплитуда невысока, то емкость конденсатора может быть меньше. Также и рабочее напряжение может составлять 25В. Разумеется, выпрямительный мост здесь не нужен.

Как видно, сделать стабилизатор тока для светодиодов своими руками – задача несложная. Важны аккуратность, внимательность и минимальные навыки работы с электроникой.

Видео

Оцените статью:

Снижение помех в синхронных понижающих преобразователях с помощью дополнительного диода Шоттки на примере ADP2443 от компании Analog Devices

ADP2443 – синхронный понижающий стабилизатор постоянного напряжения с интегрированными MOSFET верхнего и нижнего плеча, обеспечивающий высокий КПД в компактном корпусе LFCSP (4 × 4 мм). Стабилизатор работает с входным напряжением в диа- пазоне от 4,5 до 36 В. Минимальное регулируемое выходное напряжение составляет 0,6 В, выходной ток достигает 3 A в непрерывном режиме. Благодаря малому минимальному времени включенного состояния (50 нс) ADP2443 способен выполнять преобразование высокого входного напряжения в низкое выходное напряжение на высокой частоте.
Для достижения высокой стабильности и обеспечения быстрой переходной характеристики в ADP2443 применена схема управления на основе эмуляции токового режима с ШИМ-сигналами постоянной частоты. Частота коммутации ADP2443 может программироваться пользователем в диапазоне от 200 кГц до 1,8 МГц. Имеется возможность синхронизировать ча- стоту коммутации устройства с внешним тактовым сигналом для минимизации шумов в системе.
ADP2443 предназначен для высококачественных приложений, где требуются высокий КПД и гибкость проектного решения, которая достигается благодаря применению внешней компенсации и функции регулируемого мягкого запуска. Выход «питание в норме» и вход разрешения с прецизионным порогом позволяют реализовать простую и надежную процедуру включения / отключения питания.
К другим важнейшим функциям устройства относятся блокировка при просадке напряжения, защита от перегрузки по напряжению и по току, защита от короткого замыкания и отключение при перегреве.
ADP2443 работает в диапазоне температур перехода от –40 до 125 °C, выпускается в 24-выводном корпусе LFCSP габаритами 4 × 4 мм.
Особенности ADP2443:
  • непрерывный выходной ток: 3 A;
  • входное напряжение: 4,5–36 В;
  • интегрированные MOSFET верхнего и нижне- го плеча: 98 / 35 мОм;
  • опорное напряжение: 0,6 В ± 1%;
  • минимальное время включения: 50 нс;
  • программируемая частота коммутации: 200 кГц – 1,8 МГц;
  • синхронизация от внешнего тактового сигна- ла частотой 200 кГц – 1,8 МГц;
  • вход разрешения с прецизионным порогом и выход «питание в норме»;
  • потактовое токоограничение с защитой от пе- регрузки по току путем кратковременного отключения;
  • внешняя компенсация;
  • программируемое время мягкого запуска;
  • запуск при предварительно заряженном выходе;
  • поддержка инструмента проектирования ADIsimPower.
Области применения:
  • промежуточное преобразование напряжения питания;
  • системы питания от многоэлементных батарей;
  • промышленная автоматизация и управление технологическими процессами;
  • медицина и здравоохранение;
  • серверы и сетевые устройства

Стабилизатор тока для подключения светодиодов в машине

 В интернете можно найти множество мнений и перекрикиваний по поводу того, как же надо все-таки подключать светодиоды в машине. Действительно вариантов много, а мнений на этот счет не менее… И здесь написана не одна статья на эту тему, в попытке рассказать и о самых простых и сложных схемах. Это может быть и резистор и стабилизатор и даже ШИМ. И здесь предпочтение в выборе схемы подключения светодиода будет связано со многими факторами, — сколько вам надо подключить светодиодов, доверяете ли вы своему генератору с его скачками напряжения, с уровнем подготовленности того, кто будет все это реализовывать электрическую схему. Ну так вот, кроме того здесь есть и еще одно вполне жизненное и вполне оправданное мнение, обычно оно исходит от людей со специальным образованием, которые часто корят любителей за то, что они питают светодиоды обеспечивая не контроль по падению напряжения , а по току проходящему через светодиод. Ведь именно ток является номинальной величиной, которая подлежит контролированию, дабы светодиод все-таки  работал долго и успешно!

Зависимость тока и напряжения при питания светодиода

 Собственно здесь надо бы сказать пару слов об особенностях того и другого варианта. Вначале конечно вспомню формулу Ома, где зависимость сопротивления прямо пропорциональна напряжению и обратно току. Собственно даже считать не буду, а сделаю умозаключение, что при определенном получившемся токе в цепи будет падать определенное напряжение на сопротивлении. И обратное, — при падении определенного напряжения на сопротивлении, в нем будет протекать известный ток! Все это к тому, что чудес не бывает и ток и напряжения вполне зависимые величины, разве что их зависимость будет определяться либо сопротивление в цепи, либо максимальным током, который способен выдать источник питания. Однако мы будем по умолчанию принимать, что источник питания (аккумулятор) у нас выдает любую величину тока, по крайней мере, для экспериментов со светодиодами на автомобильном аккумуляторе это можно утверждать наверняка!
 Так вот здесь остается вроде как подытожить, что как бы мы не умничали, но номинальное поданное на светодиод напряжение будет порождать номинальный ток питания для него. Или можно сказать так, номинальный ток, будет соответствовать номинальному напряжению. Изменить ток может либо изменение внутреннего сопротивления светодиода, либо уже повышение напряжения на входе. Собственно это все к тому, что пока наш светодиод работает в номинальных режимах, не перегревается, нет скачков напряжения, то и со стабилизатором напряжения он будет работать долго и счастливо! Однако если вы не уверены в своем генераторе, который легко может выдать вместо 14 уже 16 вольт, или в светодиоде, который может «пойти в разнос» при перегреве, особенно если это несколько подключенных последовательно светодиодов. В итоге внутреннее сопротивление одного из них может уменьшиться, ведь у полупроводников обратная зависимость от проводников, в этом случае ток станет больше номинального. (*Сопротивление полупроводников уменьшается при нагреве и других воздействиях, в отличии от проводников, где оно увеличивается.) Тогда можно утверждать о том, что регулировать именно ток, а не напряжение для светодиода (ов) будет все же более правильным вариантом, нежели напряжение!

Схема регулятора тока для подключения светодиода в машине

Вначале о самой микросхеме – регуляторе тока. Наиболее популярна LM317. В каких только корпусах она не выпускается. Корпус 220 или 221 может рассеивать мощность при проходящем токе через микросхему до 1,5 А, если применить радиатор, остальные само собой меньше.

Сама микросхема может работать как стабилизатором напряжения, как серия 78xx, так и стабилизатором тока. Все зависит от схемы подключения. Нас интересует стабилизатор тока.
Ну и как же это все в итоге работает? Сама микросхема является активным элементом включенным в цепь, при этом регулировка тока между Vin (входом) и V out (выходом) происходит посредством измерений напряжения на ножке Vadj, именно этот вход является управляющим для работы микросхемы. Схема включения для стабилизатора тока на базе LM317 выглядит следующим образом.

При этом в номинальном режиме работы, напряжение на выходе Vout, должно быть больше на 1,25 Vв любом случае, даже в самом критичном. По факту это разница для задания «опорного напряжения», с помощью резистора.

  То есть если создать экстремальные параметры работы и посадить ножку Vadj на землю, то на выходе будет V out 1,25 вольта, при токе стабилизации 0,01 А и необходимом минимум напряжения на входе в 3 вольта больше, то есть 4.25 вольта. А вот если подать максимальные 40 вольт на вход, и задать «опорное напряжение» в 1,25 вольта, то на выходе будет 37 вольт и ток стабилизации в 1,5 А.
  Это можно посмотреть из Даташита (таблица 6.3). То есть опять возвращаемся на круги своя, понимая, что ограничение напряжение внутренним сопротивлением микросхемы или на ее входе не может не влиять на выходной ток.

 В общем-то понятно, что сопротивление должно рассчитываться так. R=1.25 V/Iout (исходя из формулы на картинке даташита). То есть скажем для светодиода током 20 мА получается: R=1.25 /0.02=62.5 Ом. Напряжение не применяется в расчетах, ведь по сути микросхеме на него «пофиг», главное ток, но опять же из зависимости формулы Ома получится около 3 вольт на выходе, что и будет номинальным напряжением питания для светодиода.
  При этом если мы светодиодов добавим, то есть подключим их последовательно, то упадет напряжение на выходе и проходящий ток через них, за счет увеличения сопротивления на землю. В итоге, на это отреагирует микросхема, подняв напряжение. Само собой поднимется ток, опять же до номинальных расчетных 20 мА. То есть с резистором 62.5 у нас всегда будет ток 20 мА, не важно сколько там стоит последовательно светодиодов!
  Однако на счет «не важно» я тоже соврал, ведь здесь будет работать ограничение по входящему напряжению. Если на входе его нет, то и на выходе ему неоткуда взяться. Получается, что при падении на микросхеме 3 вольт, мы можем максимум подключить последовательно 3-4 светодиода к напряжению в машине в 14 вольт. Все дальнейшие потуги микросхемы на счет поднятия напряжения и само собой тока за счет внутреннего изменения сопротивления просто не дадут результата.
Из этого можно сделать простой вывод, что все равно нам надо знать напряжения питания светодиода, а не только его ток потребления, дабы не переусердствовать. Ну да ладно, теперь окончательная схема для стабилизатора тока LM317 на машине для подключения светодиода.

Само собой если надо будет подключить большее количество светодиодов, то подключаем их уже параллельно тем, что есть.

Ну и если уж начал я статью в надежде сделать надежную схему для светодиодов, но нельзя упомянуть о их защите, в виде обратных диодов, которые будут защищать светодиоды от обратного тока. Ведь если будут скачки обратного напряжения, даже с незначительным током, то светодиоды могут сгореть.

И маленькая табличка с расчетными значениями потребляемого тока и выбором резистора под него.
* При токе более 300 мА ставим LM на радиатор.

Ток (уточненный ток для резистора стандартного ряда) Сопротивление резистора Примечание
20 мА 62 Ом стандартный светодиод
30 мА (29) 43 Ом «суперфлюкс» и ему подобные
40 мА (38) 33 Ом
80 мА (78) 16 Ом четырехкристальные
350 мА (321) 3,9 Ом одноватные
750 мА (694) 1,8 Ом трехватные
1000 мА (962) 1,3 Ом W

На этом можно в принципе уже и завершить статью, разве что упомянув еще об налогах LM317
Полные аналоги:
• GL317;
• SG317;
• UPC317;
• ECG1900.

Напряжение на светодиоде


В сети «гуляют» таблицы со следующими величинами рабочего напряжения светодиодов:
белые 3-3,7 v
синие 2,5-3,7 v
зеленые 2,2-3,5 v
желтые 2,1-2,2 v
красные 1,6-2,03 v

В то же время производители конкретных SMD светодиодов дают следующие напряжение питания светодиодов:

Напряжение красного светодиода самое низкое, а белого – самое высокое.

На цвет свечения светодиода влияют добавки в полупроводнике. Корректировать цвет удается нанесением люминофора, так, например, получают из голубого свечения белый свет.

Падение напряжения на светодиоде зависит не только от цвета свечения, но и от конкретного типа, протекающего тока, температуры и старения. Отвод тепла в лампах, светильниках и прожекторах является очень важной задачей, т.к. сильно влияет на степень деградации светодиодов. .

На практике самым важным параметром светодиода, от которого зависит срок его службы, является номинальный ток. Для светодиодов увеличение тока на 20% выше номинального сокращает срок их службы в несколько раз. Поэтому для светодиодов стабилизатор напряжения не обязателен, важнее поддерживать заданный ток с помощью специальных драйверов, которые автоматически поддерживают ток в широком диапазоне колебаний напряжения питания. «Правильные» драйверы обеспечивают нормальную работу светодиодной лампы в диапазоне питающего напряжения 60-260 вольт.

В случае использования токограничивающих резисторов, напряжение желательно стабилизировать. КПД при таком включении складывается из КПД стабилизатора напряжения и потерь на резисторе и не превышает 80%, в то время как КПД современных драйверов-стабилизаторов тока не ниже 95%.

Наличие технологического разброса прямого падения напряжения даже у диодов произведённых в одном технологическом цикле, делает нежелательным их параллельное включение. Проблема решается уменьшением тока через светодиоды с соответствующей потерей яркости свечения, либо установкой ограничительного резистора на каждый led.

При последовательном включении все светодиоды в гирлянде, должны быть одного типа или иметь одинаковый рабочий ток.

Следует помнить, что светодиод пропускает ток только при подаче на катод отрицательного напряжения, а на анод положительного. При обратном включении ток протекает при повышенном напряжении и следствием может стать пробой и выход из строя. Допустимое обратное напряжение, как правило, находится в пределах 5 вольт. При питании переменным током надо использовать встречно-параллельное включение диодов.

Зависимость интенсивности излучения светодиода от прямого тока нелинейная, при увеличении тока интенсивность излучения растет не пропорционально.

  • Схема светодиодной лампы на 220в
  • Как паять светодиодную ленту
  • Светодиодная лента на 220 в
  • Простое зарядное устройство
  • Разрядное устройство для автомобильного аккумулятора
  • Схема драйвера светодиодов на 220
  • Подсветка для кухни из ленты
  • Подсветка рабочей зоны кухни
  • LED лампа Selecta g9 220v 5w
  • Светодиодная лампа ASD LED-A60
  • Схема светодиодной ленты
  • Схема диодной лампы 5 Вт 220в
  • Простой цифровой термометр своими руками с датчиком на LM35
  • Общедомовой учет тепла

    • Как из простого преобразователя сделать стабилизатор тока. Как сделать стабилизатор тока своими руками. Описание и схема

    Я уже как-то рассказывал про схему, позволяющую сделать индикацию тока нагрузки выше определенного порога. Сегодня расскажу про то, как при помощи этой схемы доработать простой преобразователь напряжения и получить в итоге стабилизатор тока.

    Наверняка в хозяйстве многих радиолюбителей валяются подобные мелкие платки преобразователей напряжения. Стоят они копейки и часто их продают на вес десятками.

    Платка мелкая, но очень полезная, но она позволяет работать только в режиме стабилизации напряжения, которое выставляется подстроечным резистором.

    Также иногда бывают ситуации, когда надо сделать стабилизатор тока буквально «из палок и веревок», например для питания светодиодов, заряда аккумуляторов и прочего.
    В этом может помочь простой индикатор тока потребления, о котором я подробно рассказывал в отдельном видео.

    Собран он по простейшей схеме.
    При прохождении тока через данную схему на резисторе R1 падает некоторое напряжение, которое зависит от силы тока.
    Напряжение которое падает на резисторе R1 открывает транзистор когда для этого будет достаточно тока. Обычно транзистор открывается когда на резисторе R1 падает около 0.6-0.7 Вольта.
    Открывшись, транзистор подает ток в цепь светодиода, засвечивая его. Изменяя номинал резистора R1 можно менять ток, при котором будет светиться светодиод. Например при номинале в 1 Ом этот ток составляет около 0.6-0.7 Ампера. Если поставить резистор в два раза меньше сопротивлением, то соответственно ток будет уже 1.2-1.4 Ампера, т.е. изменение пропорционально изменению сопротивления.
    Транзистор, используемый в данной схеме — BC557B, хотя на самом деле выбор очень большой, например банальный КТ361, а если сделать схему «наизнанку», то и КТ315.

    В качестве примера я попробую сделать стабилизатор тока для питания вот такой светодиодной сборки. На ней светодиоды включены параллельно-последовательно, т.е. общее падение около 7 Вольт при токе в 700мА.

    Можно конечно было сделать стабилизатор тока на привычной LM317, но это линейный стабилизатор, потому греться он будет ощутимо.
    Но мы пойдет другим путем.

    Слева синим цветом выделена упрощенная схема понижающего стабилизатора напряжения, который я показал в самом начале. Микросхема контролирует выходное напряжение через вывод FB (FeedBack)
    Красным цветом выделена показанная выше платка.

    Чтобы правильно все подключить, надо найти где у микросхемы вход обратной связи, на схемах он также обозначается как FB либо Feedback.
    На мой плате установлена LM2596, находим описание и выясняем что это вывод номер 4.

    Припаиваем проводок прямо к выводу микросхемы, обычно выводы луженые и паяются очень легко.

    Подключаем этот провод к коллектору транзистора платы контроля тока, попутно соединяем выход платы преобразователя со входом платы контроля.
    На вход преобразователя подаем наше входное напряжение, в моем случае я подал около 17 Вольт. На выходе выставляем напряжение выше, чем надо диодной сборке, например 10-12 Вольт и подключаем сборку к выходу платы контроля тока.

    Отлично, ток в цепи получился 650 мА, все работает отлично.

    В некоторых ситуациях может потребоваться установка диода между выходом нашей платы и преобразователем, это необходимо чтобы наша схема не оказывала влияния на установку выходного напряжения преобразователя (зависит от примененного ШИМ контроллера).
    А если мы хотим чтобы еще и светодиод светился в режиме ограничения тока, то желательно установить еще и резистор, как показано на схеме (R6), номиналом около 56-470 Ом.

    Выше я писал насчет аккумуляторов.
    Если верхний резистор делителя переключить с выхода преобразователя на выход платы контроля тока, как это показано на схеме, то плата вполне будет способна заряжать и аккумуляторы. Без этого резистора также можно заряжать, но падение напряжения на резисторе R1 будет оказывать некоторое влияние на напряжение окончания заряда.

    В качестве дополнения я снял видео, возможно будет полезно.

    На этом у меня все, как всегда буду рад вопросам. Кстати, есть вариант такой же доработки, но уже не преобразователя, а блока питания.

    Эту страницу нашли, когда искали:
    стабилизатор тока из блока питания pc, схема регулятора напряжения с ограничителем тока на транзисторах., стабилизатор тока 30а, из 220 стабилизатор, стабилизатор тока 2а своими руками схема, стабилизатор тока из dc dc преобразователя напряжения, стабилизатор u вых.1в 2а своими руками схема, простейший стабилизатор тока своими руками, 2596 datasheet, схема стабилизатора напряжения на 24 вольта 4a, стабилизатор питания 50в 1а на полевом своими руками схема, китайский стабилизатор схема, схема регулируемого стабилизатора напряжения на 12в, стабилизатор напряжения для лодочного мотора своими руками схема, регулятор напряжения и тока на двух кт, переделка стабилизатора тока на другой ток, стабілізатор на 1.2 вольт схема, схема регулируемого стабилизатора тока на lt1084 схема, есть стабилизатор напряжения как к нему сделать стабилизатор тока, схема стабилизации тока в dc/dc, как сделать стабилизатор на полтора вольта, простой стабилизатор напряжения с регулировкой тока и напряжения, регулятор тока для светодиодов, стабилизатор напряжения 5 вольт своими руками, стабилизация 42 вольт 4ампера, стабилизатор тока своими руками, стабилизатор тока схема, для начинающих радиолюбителей, простой стабилизатор

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

    Каковы недостатки использования стабилитрона перед линейным стабилизатором напряжения?

    1) При использовании стабилитрона в качестве регулирующего элемента, как в этой схеме:

    недостатком является то, что схема должна быть сконфигурирована так, чтобы через стабилитрон всегда протекал ток. Стабилитрон действует как шунтирующий стабилизатор , он «сжигает» «оставшийся» ток, вместо того, чтобы ограничивать протекающий ток, когда требуется небольшой ток.Когда нагрузка не принимает ток, тогда весь ток, который не принимает нагрузка, должен проходить через стабилитрон. Это пустая трата энергии. На практике эта схема подходит только для нагрузок, потребляющих слабый ток, а также, предпочтительно, постоянный ток.

    Зачем мне тогда использовать эту схему?

    Ну это дешево .

    Линейный стабилизатор , такой как LM7805, или схема на основе стабилитрона + транзистора, подобная этой:

    образуют регулятор серии (не шунтируют).Преимущество этих регуляторов в том, что они потребляют ровно столько тока, сколько необходимо. Когда нагрузка не потребляет ток, потребляется лишь небольшое количество энергии.

    Эти схемы немного дороже, так как необходим транзистор или микросхема регулятора напряжения, такая как LM7805.

    2) Сказать, что LM7805 — плохой регулятор, потому что он просто «сжигает» избыточную мощность , не говорит всей истории . LM7805 (и LM317 и аналогичные) по-прежнему используются в партии , поэтому они явно имеют свое предназначение.

    Дело в том, что для нагрузок, которым не нужен большой ток, скажем, до 100 мА, тогда эти линейные регуляторы — хороший выбор .

    Только когда вам нужно (намного) больше тока, это может быть на более эффективным (меньше энергии превращается в тепло) при использовании импульсного регулятора . Типичный пример использования импульсного регулятора — преобразование 12 В (автомобильный аккумулятор или солнечная батарея) в 5 В (USB) для питания гаджетов. Тогда может потребоваться ток до 2 А.При 12 В, 2 А, линейный стабилизатор должен «сжечь» 7 В при 2 А, то есть 14 Вт, для которых требуется значительный радиатор. Даже дешевый импульсный стабилизатор, такой как LM2596, может сделать это намного эффективнее без большого радиатора.

    Так что не думайте, что какое-то схемное решение всегда на лучше другого. Это более сложно, чем это. Какое будет наиболее оптимальное решение, зависит от того, что вам нужно. Например, входное напряжение, ток нагрузки, стоимость и т. Д. В реальном мире инженеры используют все решения, которые я показал здесь, они выбирают то, которое лучше всего подходит для конкретной ситуации.

    Стабилитрон

    как регулятор напряжения — концептуальный обзор…

    В предыдущих разделах, касающихся диодов, мы обсуждали работу стабилитрона, а также его важные характеристики. Мы узнали, что стабилитрон — это диод специального назначения, который работает как обычный диод при прямом смещении, но также пропускает ток при обратном смещении, если его стабилитрон превышает его напряжение. Когда его напряжение на стабилитроне превышено, он поддерживает стабильное опорное напряжение на нем.С этой характеристикой стабилитроны часто используются в качестве простых регуляторов напряжения, и мы рассмотрим практическое использование стабилитронов таким образом.

    Что такое регулятор напряжения?

    Стабилизатор напряжения — это устройство или схема, предназначенная для создания определенного напряжения при минимизации выходных изменений в зависимости от требований к входу, температуре и нагрузке. Чаще всего регулятор используется в источниках питания, но любая схема, которая включает в себя метод регулирования для обеспечения контролируемого выхода или функции, может рассматриваться как регулятор.Проще говоря, регулятор «регулирует» напряжение, чтобы обеспечить постоянное напряжение постоянного тока на нагрузке.

    Схема эквивалента стабилитрона

    Когда стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, в идеале он имеет постоянное падение напряжения, равное его номинальному напряжению стабилитрона. Это постоянное падение напряжения на стабилитроне, вызванное обратным пробоем, представлено символом постоянного напряжения (рисунок 1), даже если стабилитрон не вырабатывает напряжение. Идеальная характеристическая кривая стабилитрона также показана ниже.(рисунок 2)

    Рисунок 1. Стабилитрон (идеальная модель), представленный символом постоянного напряжения. Рисунок 2. Характеристическая кривая стабилитрона (идеальная модель).

    Однако в действительности существует импеданс стабилитрона Z Z , и фактическая кривая напряжения не является идеально вертикальной. Существует изменение тока стабилитрона ΔI Z , которое вызывает небольшое изменение напряжения стабилитрона ΔV Z . По закону Ома импеданс стабилитрона равен отношению ΔV Z к ΔI Z .

    Z Z обычно указывается при испытательном токе стабилитрона. В большинстве случаев Z Z представляет собой небольшую константу во всем диапазоне значений тока Зенера. Однако, если стабилитрон работает около изгиба кривой, импеданс стабилитрона резко меняется. Поэтому лучше использовать стабилитрон за пределами изгиба кривой, чтобы получить более стабильный импеданс стабилитрона. Ниже представлена ​​практическая модель и характеристическая кривая стабилитрона с учетом его импеданса.

    Рисунок 3. Стабилитрон (практическая модель). Рисунок 4. Характеристическая кривая стабилитрона (практическая модель).

    Использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения

    Как уже упоминалось, когда на стабилитрон подается обратное смещение, равное или превышающее напряжение стабилитрона, диод может поддерживать стабильное напряжение на нем. Благодаря этой характеристике стабилитроны используются для регулирования напряжения в некоторых цепях. Стабилизатор напряжения на стабилитронах очень экономичен, поскольку он очень недорогой, простой и легкий в сборке.

    Перед тем, как создать свой собственный стабилизатор напряжения с использованием стабилитронов, необходимо учесть несколько важных параметров. Эти параметры можно найти в техническом описании, поэтому очень важно посмотреть на техническое описание своего стабилитрона, чтобы убедиться в правильной работе.

    1. Во-первых, обратите внимание на номинальное напряжение пробоя стабилитрона или напряжение стабилитрона. В даташите он обозначен как V Z . Этот параметр определяет величину обратного смещения напряжения, которое заставляет диод проводить ток.Для работы диода напряжение, приложенное к стабилитрону, должно быть не менее В Z .

    2. Во-вторых, убедитесь, что минимальный ток I ZK превышен. Это необходимо для того, чтобы диод оставался в состоянии пробоя для регулирования напряжения. Не рекомендуется использовать стабилитрон вблизи точки перегиба из-за влияния импеданса стабилитрона.

    3. В-третьих, следите за тем, чтобы не превышать максимальный ток I ZM .Превышение I ZM может привести к повреждению стабилитрона.

    Недостатки стабилизатора напряжения на стабилитроне

    Хотя стабилитроны используются в качестве стабилизаторов напряжения, они имеют низкий КПД при больших токах нагрузки. Это связано с тем, что при большом токе нагрузки в последовательном ограничивающем сопротивлении будут значительные потери мощности ( R s ). Когда мощность, рассеиваемая на R s , превышает его номинальную мощность, это в конечном итоге приведет к повреждению резистора.Это частая проблема стабилизаторов напряжения на стабилитронах.

    Кроме того, на самом деле выходное напряжение незначительно изменяется из-за импеданса стабилитрона как В из = В Z + I Z Z Z . Изменения тока нагрузки вызывают изменения тока стабилитрона. Следовательно, изменяется и выходное напряжение. Поэтому использование этой схемы ограничено только такими приложениями, в которых изменения тока нагрузки и входного напряжения малы.

    В целом стабилизаторы на стабилитронах могут обеспечивать достаточно стабильное напряжение постоянного тока на выходе, но они не особенно эффективны. Его регулирующая способность несколько ограничена изменением напряжения стабилитрона в диапазоне значений тока, что ограничивает ток нагрузки, с которым он может справиться. По этой причине они ограничены приложениями, требующими только слабого тока нагрузки. Чтобы добиться лучшего регулирования и обеспечить большие колебания тока нагрузки, стабилитрон объединен в качестве ключевого элемента с другими компонентами схемы для создания трехконтактного линейного регулятора напряжения.

    Надеюсь, этот теоретический, но практический обзор стабилитронов окажется полезным и либо даст вам хорошую основу для дальнейшего использования стабилитронов, либо прояснит некоторые вопросы, которые у вас возникли! Если у вас есть вопросы, оставьте их в комментариях ниже. Увидимся в нашем следующем уроке!

    Стабилитрон

    Стабилитрон [Analog Devices Wiki]

    Цели:

    Стабилизатор напряжения — это схема, используемая для поддержания постоянного выходного напряжения на нагрузке независимо от изменений тока нагрузки.Например, «нагрузкой» может быть система на основе микроконтроллера, которая требует постоянного напряжения питания, даже если ее потребность в токе зависит от активности системы. Стабилитрон на рисунке 1 предлагает очень упрощенный способ поддерживать напряжение нагрузки V L на том же значении, что и напряжение обратного пробоя стабилитрона, при условии, что сопротивление нагрузки R L остается выше, чем у некоторых Нижний предел. Источник напряжения В, , , IN и резистор R S моделируют сопротивление Тевенина возможной цепи, которая преобразовала высокое напряжение, такое как сетевое питание 120 В переменного тока, в нерегулируемый и нефильтрованный источник более низкого постоянного напряжения.

    Материалы:

    Модуль активного обучения ADALM2000
    Макетная плата без пайки
    1 — Резистор 1 кОм (R S )
    1 — Переменный резистор 5 кОм, потенциометр (R L )
    1 — Стабилитрон (1N4735 или аналогичный)

    Проезд:

    Постройте схему, показанную на рисунке 1, на своей беспаечной макетной плате, используя стабилитрон 1N4735 6,1 В. Используйте AWG1 (постоянное 5 В) и пользовательское напряжение -5 В Vn, чтобы установить источник постоянного тока В IN .Используйте различные постоянные и переменные резисторы для R L .

    Рис.1.Стабилитрон.

    Настройка оборудования:

    Рисунок 2 Схема стабилизатора стабилитрона Макетная плата

    Процедура:

    1. Наблюдайте и сообщайте о напряжении нагрузки В L с помощью прибора Scopy Voltmeter для измерения В L для R L , равного:

    Рисунок 3 R L = Форма сигнала стабилитрона с разомкнутой цепью

    Рисунок 4 R L = 10 кОм форма сигнала стабилитрона

    Рисунок 5 R L = Форма сигнала стабилитрона 1 кОм

    Рисунок 6 R L = Форма сигнала стабилитрона 100 Ом

    2.Замените нагрузку R L на потенциометр 5 кОм и настройте потенциометр, чтобы определить минимальное значение R L , при котором В L остается в пределах 10% от напряжения стабилитрона В Z . Измерьте и сообщите сопротивление, на которое вы установили потенциометр. Как это сопротивление соотносится со стоимостью R S ?

    Вопросы:

    Дальнейшие исследования:

    Изучите кривую вольт-амперной характеристики стабилитрона, используя тот же метод, описанный в упражнении 2, путем измерения тока в R S с осциллографом канала 2 и построения графика зависимости напряжения на стабилитроне от тока в режиме осциллографа XY.Обязательно отрегулируйте диапазон горизонтального напряжения и смещение, чтобы включить напряжение пробоя 6,1 В. Обсудите свои результаты, в частности, чем стабилитрон похож и отличается от обычного диода.

    Привод больших токов нагрузки:

    Как мы видели в простом стабилизаторе стабилитрона на рисунке 1, максимальный ток нагрузки определяется резистором R S . Кроме того, схема очень неэффективна для меньших токов нагрузки по сравнению с максимальными, поскольку избыточный ток течет в стабилитроне, когда не течет в нагрузке.Включение эмиттерного повторителя или усилителя тока эмиттерного повторителя Дарлингтона может значительно повысить эффективность этой схемы регулятора, как показано на рисунке 2.

    Дополнительные материалы:

    2 — NPN транзисторы (2N3904 и TIP31)
    2 — малосигнальные диоды (1N914 или аналогичные)

    Рисунок 2, Добавление каскада усилителя тока

    Проезд:

    Постройте любую из схем, показанных на рисунке 2, на беспаечной макетной плате, используя 1N4735 6.Стабилитрон на 1 В в качестве D 1 и силовой транзистор 2N3904 или TIP31 для Q 1 . Q 2 может быть 2N3904, а D 2 , D 3 может быть 1N914.

    Дополнительный диод D 2 добавлен последовательно со стабилитроном, чтобы частично компенсировать дополнительное падение напряжения V BE из-за эмиттерного повторителя Q 1 . Аналогично, в конфигурации Дарлингтона добавлены два диода (D 2 , D 3 ), чтобы снова частично компенсировать падение двух V BE повторителя Дарлингтона.

    Вопросы:

    Для дальнейшего чтения

    университет / курсы / электроника / electronics-lab-26.txt · Последнее изменение: 25 июня 2020 г., 22:07 (внешнее редактирование)

    Стабилитрон-стабилизатор — MATLAB и Simulink

    В этом примере показана модель стабилитрона, используемого в стабилизаторе напряжения.

    Описание

    Блок стабилитронов, смоделированный в этом примере, представляет собой практическую реализацию, в которой используются параметры, обычно указанные в таблицах данных.Эти параметры:

    • (1) Напряжение стабилитрона Vz

    • (2) Динамическое сопротивление Zzt

    • (3) Импеданс колена Zzk

    • (4) Максимальный непрерывный ток Izm

    • ) Прямое падение напряжения Vf

    • (6) На сопротивлении Ron

    Этот блок может эффективно моделировать три области работы ВАХ стабилитрона — прямое смещение, обратное смещение до пробоя и обратное смещение после пробоя .При превышении максимального обратного постоянного тока Izm предполагается, что стабилитрон сгорает и рассматривается как разомкнутая цепь.

    Реализацию стабилитрона можно увидеть, заглянув под маску блока, и он основан на [1].

    Стабилитроны обычно используются в качестве стабилизаторов напряжения. На схеме показан источник переменного тока, подключенный к понижающему трансформатору. Затем выходной сигнал трансформатора выпрямляется с помощью диодного моста и сглаживается с помощью емкостного фильтра.Затем стабилитрон регулирует выходное напряжение до напряжения стабилитрона 10 В. Входной ток в стабилитрон ограничен резистором Rlimit до допустимых значений.

    Программируемый источник напряжения настроен на увеличение выходного напряжения на 0,1 с. По мере увеличения выходной мощности источника увеличивается и напряжение на входе стабилитрона. Однако стабилитрон может регулировать выход только до тех пор, пока его входной ток ниже максимального заданного значения. Этот ток увеличивается, когда мы увеличиваем напряжение источника, и стабилитрон в конечном итоге выходит из строя примерно при 0.112с. Когда стабилитрон работает как разомкнутая цепь при неисправности, регулирование напряжения теряется, и выходной сигнал емкостного фильтра подается на нагрузку.

    Список литературы

    1. Wong. S, Ху. C-M, «Макромодель SPICE для моделирования ВАХ стабилитронов», журнал Circuits and Devices Magazine, IEEE® Volume 7, Issue 4, Jul 1991 Страница (s): 9 — 12, 52

    Linear Voltage Regulators — Diotec Semiconductor

    Линейные регуляторы напряжения

    Создан для высокой производительности

    Стабильное выходное напряжение при низких затратах

    Линейные регуляторы напряжения компании Diotec — это простые и экономичные устройства для создания стабильного выходного напряжения из широкого диапазона более высоких входных напряжений.Благодаря простой 3-контактной внутренней конфигурации и небольшим размерам корпуса они позволяют разработчикам легко использовать их в различных линейных схемах, охватывающих широкий спектр приложений.

    Наши новые линейные регуляторы напряжения предназначены для высокопроизводительной работы. Приложения включают в себя потребительские и промышленные схемы средней мощности общего назначения, такие как преобразователи постоянного тока в постоянный, зарядные устройства, драйверы светодиодов и схемы микроконтроллера (MCU).

    Линейные регуляторы напряжения используются в чувствительных приложениях и сложных схемах, требующих стабильных напряжений питания, возможностей от низкого до среднего тока и низкого уровня шума.

    Ассортимент продукции Diotec включает:

    • Регуляторы положительного напряжения (фиксированная версия)
    • Регуляторы отрицательного напряжения (фиксированная версия)
    • Регуляторы напряжения с малым падением напряжения (регулируемая и фиксированная версия)
    • Регулятор напряжения LDO с малым падением напряжения и низким уровнем покоя (фиксированная версия)


    Вы найдете весь ассортимент в нашем обзоре продуктов . Наши новые линейные регуляторы напряжения поставляются в стандартных корпусах, таких как SOT-223, SOT-23, SOT-89, TO-92 и SO-8, со следующими основными характеристиками:

    Характеристики / преимущества:

    • Варианты с регулируемым и фиксированным выходным напряжением
    • Диапазон регулируемого выходного напряжения: 1.25 В … 13,65 В
    • Фиксированный диапазон выходного напряжения: — 24 В … 24 В
    • Максимальный выходной ток до 1 А
    • Точность выходного напряжения: ± 1%, ± 2% и 5%
    • Типичный ток покоя: 8 мкА … 6,5 мА
    • Типичное падение напряжения: 0,075 … 2,0 В
    • Защита от тепловой перегрузки и короткого замыкания


    Приложения:
    • Пост-регуляторы импульсного источника питания
    • Преобразователи постоянного тока в постоянный
    • Активные регуляторы оконечной нагрузки SCSI
    • Электроника с батарейным питанием
    • Мобильные / смартфоны
    • Системы домашней автоматизации
    • Игровые приставки

    Работа стабилизатора напряжения на стабилитроне

    Стабилитрон может использоваться в качестве регулятора напряжения для обеспечения стабильных опорных напряжений.В этом разделе вы увидите, как стабилитроны можно использовать в качестве источников опорного напряжения, регуляторов и простых ограничителей или ограничителей.

    стабилитрон с переменным входным напряжением

    Регуляторы на стабилитронах

    могут обеспечивать достаточно постоянный уровень постоянного тока на выходе, но они не особенно эффективны. По этой причине они ограничены приложениями, требующими только слабого тока нагрузки. На рисунке ниже показано, как стабилитрон можно использовать для регулирования постоянного напряжения.При изменении входного напряжения (в определенных пределах) стабилитрон поддерживает почти постоянное выходное напряжение на своих выводах.

    Однако при изменении VIN IZ будет изменяться пропорционально, так что ограничения на изменение входного напряжения устанавливаются минимальным и максимальным значениями тока (IZK и IZM), с которыми может работать стабилитрон. Резистор R — это последовательный токоограничивающий резистор. Измерители указывают относительные значения и тенденции.

    Рис. (A): По мере увеличения входного напряжения выходное напряжение остается почти постоянным (IZK

    Рис. (B): При уменьшении входного напряжения выходное напряжение остается почти постоянным (IZK

    Пример:

    Чтобы проиллюстрировать регулирование, давайте воспользуемся идеальной моделью стабилитрона 1N4740A (без учета сопротивления стабилитрона) в схеме, показанной ниже. Абсолютно наименьший ток, который будет поддерживать регулирование, указан в Izk, который для 1N4740A составляет 0,25 мА и представляет собой ток холостого хода. Максимальный ток не указан в таблице данных, но может быть рассчитан из спецификации мощности 1 Вт, которая указана в таблице данных.Имейте в виду, что и минимальное, и максимальное значения находятся на крайних рабочих значениях и представляют собой наихудший вариант работы.

    Для минимального тока стабилитрона напряжение на резисторе 220 Ом равно

    Vr = Izk.R = (0,25 мА) (220 Ом) = 55 мВ

    Поскольку VR = VIN — VZ,

    Vin (мин) = VR + VZ = 55 мВ + 10 В = 10,055 В

    Для максимального тока стабилитрона напряжение на резисторе 220 Ом составляет

    VR = IzmR = (100 мА) (220 Ом) = 22 В

    Следовательно,

    VIN (макс.) = 22 В + 10 В = 32 В

    Это показывает, что стабилитрон может идеально регулировать входное напряжение от 10.От 055 В до 32 В и поддерживать выходное напряжение примерно 10 В. Выходной сигнал будет немного отличаться из-за импеданса стабилитрона, которым в этих расчетах пренебрегли.

    Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне

    — Схема

    В схеме стабилизатора напряжения на стабилитроне для установления опорного напряжения используется стабилитрон. Этот полупроводник изготавливается для самых разных напряжений и мощностей. Стабилитроны имеют значения напряжения от менее 2 вольт до нескольких сотен вольт, и они могут рассеивать мощность в диапазоне от 0.От 25 до 50 Вт… или больше.

    Используя формулу мощности Pz = Vz x Iz, можно получить максимальный ток, который может пройти через стабилитрон: Iz = Pz / Vz. (Амперы), где:

    • Iz = ток через стабилитрон
    • Pz = максимальная мощность, которую может рассеять стабилитрон (данные производителя)
    • Vz = напряжение стабилитрона (данные производителя)

    Например: Максимум ток, который может выдержать стабилитрон на 10 В и 50 Вт, составляет Iz = Pz / Vz = 50/10 = 5 ампер.

    Для реализации стабилизатора напряжения на стабилитроне воспользуемся следующей схемой.

    Как найти номинал резистора (Rs)?

    Расчет значения резистора Rs определяется потребляемым током нагрузки (который связан с этим источником напряжения). Rs находится между «Vin» и катодом стабилитрона. Этот резистор можно рассчитать по формуле: Rs = [Vin min — Vz] / [1,1 x IL max], , где:

    • Vin min — минимальное значение входного напряжения.(Помните, что это нерегулируемое напряжение, и оно варьируется)
    • IL max — максимальное значение тока, которое может потребоваться нагрузке.

    После расчета Rs максимальная мощность этого резистора определяется по следующей формуле:

    PD = [[Vin min — Vz] / Rs] x Vz

    Пример конструкции: стабилитронный стабилизатор напряжения

    Нерегулируемый источник напряжения 15 В используется для питания нагрузки, которой требуется 9 В постоянного тока. Нагрузке требуется ток в диапазоне от 200 до 350 мА.(миллиампер).

    • Выбран стабилитрон 9,1 В (очень близко к значению 9 В)
      • Расчет резистора
    • Rs: Rs = (15 — 9,1) / (1,1 x 0,35) = 15 Ом
    • Расчет мощности стабилитрона: PD = [(15 — 9,1) / 15] x 9,1 = 3,58 Вт.

    Поскольку стабилитрона мощностью 3,58 Вт нет, мы выбрали 5-ваттный диод, который является ближайшим значением.

    Расчет мощности резистора

    Мощность рассчитывается по формуле: P = I 2 x R.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *