Konkretny typ diody Zenera ma swoją moc maksymalną (czyli taką jaka może się wydzielić na diodzie bez jej uszkodzenia), np.
BZAP83 ma moc maksymalną 400 mW
Pdmax=Uz*Idmax
gdzie
Pdmax - moc maksymalna dla danego typu diody (bierzemy to z katalogu)
Uz - napięcie Zenera
Idmax - maksymalny prąd jaki może płynąć przez diodę by się zmieścić w mocy diody.
Czyli Idmax=Pdmax/Ud
Dla
Uz=12V -> Idmax=0.4W/12V=33.3 mA
Uz=5.6V -> Idmaz=0.4W/5.6V=71.4 mA
Dla zachowania warunków stabilizacji prąd diody Zenera może się zmieniać od Idmin (brane z katalogu) do Idmax wyliczanego jak wyżej.
Jeżeli mamy dane
Imax - maksymalny prąd wyjściowy
Idmin - minimalny prąd diody Zenera gdy daje jeszcze ona napięcie Uz
Uz - napięcie Zenera
Uwemax - maksymalne napięcie z prostownika dla prądu Imax+Idmin
to liczymy:
Idmax=Imax+Idmin - to jest maksymalny prąd jaki popłynie przez diodę Zenera gdy układ stabilizatora jest nie obciążony.
Dioda Zenera musi mieć dopuszczalną moc strat większą niż:
Idmax*Uz - szukamy w katalogu diody o mocy większej niż ten iloczyn.
Rezystor obliczamy z wzoru:
R=(Uwemax-Uz)/Idmax
i wybieramy najbliższą wartość z szeregu wartości produkowanych
Rezystor musi mieć moc większą niż
Prmin=(Uwemax-Uz)*Idmax
Moce produkowanych rezystorów są też znormalizowane:
0.0625W, 0,125W, 0,25W, 0.5W, 1W, 2W, 5W
więc dobieramy najbliższą większą niż Prmin
============================================
W przypadku drugiego układu problem jest prostszy ponieważ tranzystor pracuje jako wtórnik emiterowy co oznacza, że:
Iwy=(β+1)*Ib
gdzie
Ib - prąd wpływający do bazy tranzystora pobierany z układu diody Zenera
Iwy=Ie - prąd płynący do obciążenia
β (obecnie oznaczane h21E) - wsp. wzmocnienia prądowego tranzystora
ta transformacja o czynnik β+1 daje nam to, że prąd pobierany z układu
diody Zenera nie zmienia się w zakresie od
Idmin do Idmin+Imax
a tylko w zakresie
Od Idmin do Idmin+Imax/(β+1)
Co oznacza, że do obliczeń rezystora używamy prądu: Idmin+Imax/(β+1)
R=(Uwemax-Ud)/(Idmin+Imax/(β+1))
Podobnie dioda Z. będzie miała mniejszą wymaganą moc maksymalną
Pd> Uz*(Idmin+Imax/(β+1))
Widać, że rezystor będzie miał większą wartość i wymaganą mniejszą moc
maksymalną -
układ z tranzystorem ma następujące zalety:
- występują w nim mniejsze straty mocy przy zerowym prądzie obciążenia
(Uwemax-Uz)*Idmin zamiast (Uwemax-Uz)*(Idmin+Imax)
- lepsza jest stabilizacja napięcia w zakresie zmian prądu obciążenia ze względu na mniejszy zakres zmian prądu płynącego przez diodę Zenera
W pierwszym układzie prąd diody Z. zmieniał się w zakresie od 5 do 20 mA (przy Imax=15 mA) a w drugim od 5 mA do 5,5 mA (przy założeniu β=100) i prądzie wyjściowym do 50 mA.
- rezystor i dioda Zenera mogą być mniejszej mocy a więc tańsze.
Napięcie wyjściowe w układzie z pojedyńczym tranzystorem wynosi:
Uwy=Uz-Ube
Jeżeli potrzebujemy większych prądów wyjściowych to zamiast pojedyńczego tranzystora dajemy podwójny w układzie Darlingtona,
należy pamiętać, że wtedy:
Uwy=Uz-2*Ube
Oczywiście napięcie wyjściowe odbiega od powyższego wzoru ponieważ
Ube tranzystora zmienia się z prądem obiązenia
Tranzystor wykonawczy musi mieć moc większą niż:
(Uwemax-Uz)*Imax
przy większych mocach traconych tranzystor musi być zaopatrzony w radiator odprowadzajacy ciepło.
==============================================
Szereg E24 oznacza, że w dekadzie są rozróżnialne 24 różne wartości rezystancji powstałe w przybliżeniu przez przemnożenie poprzedniej wartości przez 1.1, niektóre wartości są naciągane bo nie wynikają dokładnie z mnozenia.
Ogólnie dla szeregu Exx mnożnik otrzymujemy przez obliczenie pierwiastka stopnia XX z 10 (lub podniesienie 10 do potęgi 1/xx)
Taki szereg oznacza, że tylko wartości znormalizowane rezystorów są dostępne czyli tu:
1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6,
1.8, 2.0, 2.2, 2,4, 2.7, 3.0,
3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1
5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1
Odpowiednie wartości otrzymujesz przez pomnożenie odpowiedniego mnożnika przez potęgę 10, np.
0.12Ω, 1.2Ω, 12Ω, 120Ω, 1.2kΩ, 12kΩ, 120kΩ, 1,2MΩ, 12MΩ
Rezystory szeregu E24 mają tolerancję ±5%, co oznacza, że jezeli kupisz kilka rezystorów 1200 Ω to ich rzeczywista wartość, z powodu rozrzutów produkcyjnych może wynosić od 0.95 do 1.05 wartości nominalnej czyli tu:
od 1140Ω do 1260Ω
Czyli rezystora 115Ω trzeba szukać wśród rezystorów 120Ω
lub 110Ω
Poniższa tabela podaje fabryczne wartości rezystancji szeregu E24,
w zakresie od 1kΩ do 9,1kΩ oraz rozrzut tych wartości dla tolerancji
±5%, mnożnik pokazuje stosunek wartości danej do poprzedniej,
widać tu, że nie odpowiada on dokładnie wartości teoretycznej = 1.1
R mnożnik Rmin Rmax
910
1000 1.099 950 1050
1100 1,100 1045 1155
1200 1,091 1140 1260
1300 1,083 1235 1365
1500 1,154 1425 1575
1600 1,067 1520 1680
1800 1,125 1710 1890
2000 1,111 1900 2100
2200 1,100 2090 2310
2400 1,091 2280 2520
2700 1,125 2565 2835
3000 1,111 2850 3150
3300 1,100 3135 3465
3600 1,091 3420 3780
3900 1,083 3705 4095
4300 1,103 4085 4515
4700 1,093 4465 4935
5100 1,085 4845 5355
5600 1,098 5320 5880
6200 1,107 5890 6510
6800 1,097 6460 7140
7500 1,103 7125 7875
8200 1,093 7790 8610
9100 1,110 8645 9555