Стабилитроны представляют собой полупроводниковые устройства, которые используются для стабилизации входного постоянного напряжения до любого желаемого выходного напряжения. Регулируемое значение выходного напряжения напрямую зависит от номинала стабилитрона.
Однако все стабилитроны уязвимы для высоких токов и строго требуют токоограничивающего резистора для контроля максимального тока через стабилитрон.
Этот резистор также определяет, какой максимальный ток может получить выходная нагрузка. Таким образом, резистор стабилитрона должен быть выбран таким образом, чтобы он обеспечивал надлежащую защиту стабилитрона от чрезмерного тока, а также допускал достаточный ток для выходной нагрузки, чтобы он мог работать оптимально.
Как показано на рисунке, представленном далее, R1 и стабилитрон D1 уменьшают входное напряжение VIN до требуемого выходного напряжения VOUT.
Рабочее напряжение стабилитрона фиксируется производителем прибора. При выборе стабилитрона мы сопоставляем его рабочее напряжение с требуемым выходным напряжением VOUT.
Еще одним важным параметром стабилитрона является его рассеиваемая мощность, которая находится по формуле P = VOUT x Imax.
Точно так же, как VOUT определяется нагрузкой, Imax также определяется нагрузкой. Imax также определяется сопротивлением и мощностью резистора R1. Чтобы быть точным, VOUT и Imax определяются минимальным и максимальным значениями тока нагрузки. Это связано с тем, что сначала ток должен пройти через резистор R1, прежде чем пройти через стабилитрон и нагрузку. Поэтому ток R1 можно выразить по следующей формуле:
IR = IZ + IL (Уравнение 1), где
- IR = ток через резистор R1
- IZ = ток через стабилитрон D1
- IL = ток через выходную нагрузку
Если считать входное напряжение VIN и выходное напряжение VOUT относительно устойчивыми и постоянными, то ток, протекающий через резистор R1, будет пропорционален напряжению на нем (по закону Ома). Это можно выразить следующим уравнением:
IR = (VIN - VOUT) / R (Уравнение 2)
Объединив Уравнение 1 и Уравнение 2, получим следующее:
(VIN - VOUT) / R = IZ + IL (Уравнение 3)
Как предполагалось ранее, (VIN - VOUT) почти постоянна. Поэтому, когда ток нагрузки минимален (назовем его ILmin), ток через стабилитрон будет максимальным (назовем его ILmax). Подставляя эти факторы в приведенное выше Уравнение 3, мы получаем:
(VIN - VOUT) / R = ILmax + ILmin (Уравнение 4)
Если предположить, что у нас есть нагрузка, которая требует только максимального тока, то ток через диод всегда будет незначительным. Следовательно, приведенное выше уравнение можно свести к следующему уравнению:
(VIN - VOUT) / R = ILmax (Уравнение 5)
Приведенное выше уравнение просто говорит нам, что резистор R1 следует выбирать не только для защиты диода, но и для обеспечения адекватного тока нагрузки. Теперь мы можем изменить приведенное выше уравнение следующим образом:
R = (VIN - VOUT) / ILmax (Уравнение 6)
Как только приведенное выше уравнение будет решено и мы получим значение R, мы можем легко рассчитать мощность резистора, используя следующее уравнение:
P = (ILmax)^2 x R
Приведенные выше расчеты подробно объясняют, как рассчитать резистор стабилитрона.
© digitrode.ru