Стабилитроны (Zener диоды) и оптоэлектроника

Стабилитроны (Zener диоды) и оптоэлектроника

Стабилитроны (Zener диоды) обычно используются для того, чтобы стабилизировать напряжения ПОСТОЯННОГО ТОКА с или без колебаний. Основная схема часто строится в комбинации с мощными транзисторами и/или эксплуатационными усилителями

Рис. 1 Схема с стабилитроном

Назначение схемы состоит в том, чтобы держать напряжение на резисторе R5 настолько постоянным насколько это возможно несмотря на изменяющееся входное напряжение или выходную нагрузку. Резистор R1 служит, чтобы ограничить ток. Напряжение на этом резисторе –это разница между входным напряжением и Zener напряжением на диоде, и которая соответствует выходному напряжению, которое мы хотим держать стабильным.

Эффект стабилизации Zener диода базируется на факте, что в части его характеристики выше напряжения пробоя, большое изменение тока производит только незначительное изменение по напряжению.

Этот эффект стабилизации происходит только в пределах узкого операционного диапазона, однако, если повышения входного напряжения слишком высоко или сопротивление нагрузки становится слишком маленьким, напряжение на R5 снижается ниже Zener напряжения, и эффект стабилизации будет потерян. Когда входное напряжение слишком высоко, токи I и I2 также становятся высокими, и большое количество мощности рассеивается на резисторе R1 и Zener диоде D1. Это может уничтожить компоненты, если они не разработаны с учетом этого.

Для схемы, показанной на рисунке необходимые величины могут быть рассчитаны следующим образом:

Напряжение на R1 может быть рассчитано непосредственно	VR1 = 7 V - 4.7 V = 2.3 V
Это означает, что ток через R1	I = VR1 / R1 = 2.3 V / 180 Ом = 12.8 mA
Ток I2 через R5 может теперь быть рассчитан	I2 = 4.7 V / 680 Ом = 6.9 mA
Ток I1 через диод	I1 = I - I2 = 5.9 mA

Если лист данных изготовителя для Zener диода указывает максимальную мощность рассеяния 0.25 W, то максимальный ток может быть рассчитан, используя известное Zener напряжение:

I2MAX = 0.25 W / 4.7 V = 53 mA

Нагрузочная зависимость

Эксперимент - Zener диод, стабилизирующая схема

Эти эксперименты демонстрируют эффект стабилизации Zener диода в схеме, показанной на рисунке. Сопротивление нагрузки изменяется и при этом соблюдается устойчивость напряжения на выходе VA. Кроме того наблюдение выполняется в рабочем диапазоне схемы.

Рис. 2 Стабилизирующая схема

Ход работы

Вставьте экспериментальную плату SO4203-7C Zener диоды. Соберите схему как показано на рисунке.

Список связей
От	К
Интерфейс S	Терминал X1
Интерфейс GND	Терминал X2
Интерфейс А +	Терминал X9 и т. д.
Интерфейс А-	Терминал X2

Откройте следующие виртуальные инструменты из меню Приборы: Источник ПОСТОЯННОГО ТОКА Вольтметр A Отрегулируйте виртуальные инструменты как показано в таблице:

Источник ПОСТОЯННОГО ТОКА	Мощность вкл, Диапазон 10V, Амплитуда 10 V
Вольтметр A VA	Аналог Диапазон 10 V ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Используя вольтметр, измерите напряжение VA для различных нагрузок при установленном входном напряжении 10V: исключение обеих Z диодов, опустите джемперов Б2 и B3 включение Z диода D1 ZPD4,3, вставьте джемперов Б1 и B2 включение Z диод D2 ZPD6,2, вставьте джемперов Б1 и B3

Заполните таблицу:

R	Перемычки	Без диода	D1 ZPD4,3	D2 ZPD6,2
Ом	UA	UA	UA
680,00	B7
390,00	B6
220,00	B5
150,00	B4
108,33	B4+B6
89,19	B4+B5

Сделайте вывод.

Изменение на входном напряжении

Эксперимент - Zener диод, стабилизирующая схема

Эти эксперименты демонстрируют эффект стабилизации Zener диода в схеме, показанной на Рис. 2. Входное напряжение изменяется и при этом напряжение на выходе VA остается  устойчивым. Кроме того наблюдение выполнено в рабочем диапазоне схемы.

Ход работы

Вставьте экспериментальную плату SO4203-7C Zener диоды. Соберите схему как показано на рисунке.

Список связей
От	К
Интерфейс S	Терминал X1
Интерфейс GND	Терминал X2
Интерфейс А +	Терминал X1
Интерфейс А-	Терминал X2
Интерфейс B +	Терминал X9 и т. д.
Интерфейс B-	Терминал X2
Жампер Б7

Откройте следующие виртуальные инструменты из меню Приборы: Источник ПОСТОЯННОГО ТОКА Вольтметр A Вольтметр B Отрегулируйте их как показано в таблице

Источник ПОСТОЯННОГО ТОКА	Мощность ВКЛ, Диапазон 10V, Амплитуда 0 V (первоначально)
Вольтметр A VA	Диапазон 10 V ПОСТОЯННЫЙ ТОК и AV
Вольтметр B VE	Диапазон 10 V ПОСТОЯННЫЙ ТОК и AV
Перемычка	B7

Используя вольтметр, измерьте напряжение на выходе VA для различных входных напряжений с установленной нагрузкой R5 = 680 Ом (перемычка Б7): исключение обеих Z диодов, опустите перемычки Б2 и B3 включение Z диода D1 ZPD4,3, вставьте перемычки Б1 и B2 включение Z диода D2 ZPD6,2, вставьте перемычки Б1 и B3

Заполните таблицу.

UE (V)	Без диода	D1 ZPD4	D2 ZPD6
UA	UA	UA
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Сделайте вывод

Токораспределение

Соберите схему, как показано на рисунке и списке связей:

Список связей
От	К
Интерфейс S	Терминал X1
Интерфейс GND	Терминал X2
Интерфейс А+	Шунт X8
Интерфейс А-	Шунт X5
Интерфейс B +	Шунт X17
Интерфейс B-	Шунт X20
Шунт X6	Терминал X4
Шунт X7	Терминал X3
Шунт X18	Терминал X15
Шунт X19	Терминал X16 и т. д.

Откройте следующие виртуальные инструменты из меню Приборы: Источник ПОСТОЯННОГО ТОКА мперметр B Отрегулируйте их как показано в таблице

Назначения
Источник ПОСТОЯННОГО ТОКА	Мощность вкл, Диапазон 10V, Амплитуда 10V
Амперметр A IZ	Шунт 10 Ом Диапазон 50 mA ПОСТ. ТОК AV
Амперметр B IL	Шунт 10 Ом Диапазон 50 mA ПОСТ. ТОК AV

Используйте амперметр, чтобы измерить токи IZ и IL для различных нагрузок. При изменении сопротивления нагрузки соединяйте амперметр B в схему вместо перемычки.

Используйте дополнительный короткий кабель, чтобы соединить два сопротивления нагрузки  параллельно:

- перемычка от терминала X10 на терминал X14 на плате дает сопротивление нагрузки 108 Ом

- перемычка от терминала X10 на терминал X12 на плате дает сопротивление нагрузки 89 Ом

В каждом случае, вычислите полный ток I = IL + IZ, и введите это в таблицу

исключение обеих Z диодов, опустите перемычку Б2 и B3 включение Z диода D1 ZPD4,3, вставьте перемычку Б1 и B2 включение Z диода D2 ZPD6,2, вставьте перемычку Б1 и B3

R	Без диода	D1 ZPD4,3	D2 ZPD6,2
Ом	IL/мА	IZ/мА	I/мА	IL/мА	IZ/мА	I/мА	IL/мА	IZ/мА	I/мА
680
390
220
150
108,33
89,19

Постройте график по суммирующим токам

Сделайте вывод всей работы.