14) Návrh parametrického stabilizátoru se Zenerovou diodou

Při stabilizaci se používá strmý nárůst proudu v závěrném směru → zenerovy diody jsou provozovány v závěrném směru.

Stabilizátor funguje v podstatě tak, že když stoupně napětí na diodě nad určitou mez (U_Z) klesne její odpor, zvýší se proud diodou (I_Z), který zatíží napájecí zdroj (zdroj U1 s vnitřním odporem + sériovým R) a tím pádem klesne jeho napětí na požadované výstupní napětí U₂ (=U_Z).

Při stabilizaci protéká zenerovou diodou proud I_Z, který je dán úbytkem napětí na diodě (U₂ – U₁) a vnitřním odporem zdroje.  V případě, že by zdroj U1 měl nulový vnitřní odpor (ideální zdroj) zenerovou diodou by tekl proud Lim R→0 (U/R), tedy nekonečno Ampér. K Zenerově diodě je tedy nutné do série připojit rezistor ( R ), aby nedošlo k její zničení příliš vysokým proudem.

Zenerova dioda reguluje pouze v určitém rozsahu. Tento rozsah je dán lineární částí charakeristiky. I_ZMAX je většinou dáno v katalogu. I_ZMIN je buď naznačeno v katalogu (např. Test Current), nebo je nutné tuto hodnotu odhadnout z charakteristiky diody. Tato hodnota leží pod „ohybem“ V-A charakteristiky. Podle grafu níže by bylo I_ZMIN cca 10mA a I_ZMAX cca 45mA. Nicméně I_ZMIN není v praxi kritická hodnota, protože výsledný předřadný odpor se volí ze dvou vzorců a je obvykle dán nejbližší z řady hodnot. (PS.: Na obrázku níže by měla být regulující část charakteristiky ještě více vlevo. Zde je málo strmý ohyb a ΔU_Z zvoleno ještě v ohybu, což není lineární část. Ale pro lustraci to myslím postačuje).

Odpor předřadného rezistoru by běl ležet mezi R_min a R_max. Doporučuje se volit odpor R v blízkosti R_max a vstupní napětí přibližně dvojnásobné než U₂, pak lze dosáhnout vysokého stupně stabilizace.

Výkon rezistoru R musí být uzpůsoben zátěži, aby nebyl přetížen a tím nedošlo k jeho zničení.

• P_r = (U₁-U₂)*I₁

Příklad výpočtu stabilizátoru na 10V

• Použitá dioda: BZX85V010 (UZ=9,4…10,6; I_ZMAX=130mA; I_ZMIN=10mA)
• Vstupní napětí 12…15V
• Proud zátěže: 80mA = 0,08A až 100mA = 0,1A

• P_R = (U₁ – U₂) * I₁ [W; V, V, A]
• P_R = (15 – 10) * 0,1 = 0,5W

• P_Z = U₂ * I_ZMAX [W; V, A]
• P_Z = 10 * 0,13 = 1,3W

• R_MIN = (U_1MAX – U_Z) / (I_ZMAX + I_LMIN ) [Ω; V, V, A, A]
• R_MIN = (15 – 10 ) / (0,13 + 0,08) = 5 / 0,21= 23,81Ω

• R_MAX = (U_1MIN – U_Z) / (I_ZMIN + I_LMAX) [Ω; V, V, A, A]
• R_MAX = (12 – 10) / (0,01 + 0,1) = 2 / 0,11 = 18,18Ω