Thiết kế bộ nguồn (zener) để đạt được 6V ổn định (

CẬP NHẬT: Mục tiêu của tôi là lấy 6V làm đầu ra điện áp. Như bạn có thể thấy, đó là 5,94 V. Tôi đã thử điều chỉnh các biến của mình, nhưng nó thay đổi từ 5,6 đến 5,94V, chưa bao giờ đạt đến 6V. Điều gì sẽ là cách tốt nhất để làm cho nó thực sự gần với 6V 0,01?$\pm$

Tôi đã thiết kế một bộ nguồn DC có diode zener đóng vai trò là bộ điều chỉnh. Tôi đã bao gồm các tụ điện để lọc nó và để thực hiện một số hành động làm mịn và để giảm bớt gợn. Bây giờ, những gì sẽ có tác dụng của việc thêm nhiều tụ điện trong một bộ điều chỉnh zener? Ngoài ra, trong việc thiết kế thêm, nó có đáng để tối đa hóa tụ điện đến một số giá trị tối đa, như 10.000 uF không?

EDIT: zener là 6V, điện áp đầu vào sẽ là AC 220 V (Tôi sẽ sử dụng biến áp cầu 6V), tải sẽ là bất cứ thứ gì trong khoảng 500Ω đến 20kΩ. Tải sẽ thay đổi, bằng cách thay thế nó theo gia số 500 ohm, nghĩa là mỗi lần tăng.

Tôi chỉ có thể sử dụng bộ điều chỉnh zener, cộng với một số mũ và điện trở.

Một zener là một bộ điều chỉnh shunt , có nghĩa là nó là một tải song song với tải thực tế của bạn.

Điện áp zener là 6 V, vì vậy bạn sẽ cần thêm một chút để cho phép giảm điện áp trên điện trở nối tiếp R. Nếu điện áp đầu vào không đổi, giả sử 8 V, R sẽ thấy dòng điện không đổi nếu 6 V không đổi . Đó là định luật Ohm: V = R$\times$ TÔI.

Tải của bạn có thể thay đổi trong khoảng 500 Ω đến 20 kΩ, đây là phạm vi rộng cho zener, như chúng ta sẽ thấy. Dòng điện qua tải sau đó sẽ thay đổi trong khoảng từ 300 KhănA và 12 mA. Vì vậy, chúng ta sẽ phải tính R ít nhất là 12 mA cộng với một số cho zener, giả sử là 10 mA. Đó là 22 mA và nếu chúng ta giả sử đầu vào 8 V thì R của chúng ta sẽ là 90.

10 mA cho zener là cần thiết cho quy định thích hợp. Nếu dòng điện quá thấp, các biến thể có thể gây ra thay đổi điện áp khá lớn. Như bạn có thể thấy ở mức tải tối đa là 500 bộ điều chỉnh chỉ hiệu quả khoảng 50%; bạn có cùng dòng điện qua zener như thông qua bạn tải. Ở mức tải tối thiểu, nó thực sự rất tệ: zener sẽ lấy 12 mA từ tải và có tổng cộng 22 mA, trong khi tải chỉ có 300 nútA. Hiệu quả sau đó chỉ là 1,3%! Đó là một lý do tại sao các zener không được khuyến nghị cho tải khác nhau nhiều như vậy.

Tại sao zener sẽ lấy 12 mA từ tải? Nếu nó không R sẽ chỉ nhận được 10 mA thay vì 22 mA và điện áp rơi sẽ là 900 mV, cho đầu ra 7.1 V. Đó là điện áp zener buộc tổng dòng điện là 22 mA.

Vì vậy, dòng zener sẽ thay đổi với tải khác nhau, nhưng cũng với điện áp đầu vào khác nhau, bởi vì nếu 8 V trở thành 9 V thì tổng dòng sẽ trở thành (9 V - 6 V) / 90 = 33 mA. Nếu tải mất 12 mA thì sẽ đi 21 mA qua zener.

Zener của bạn sẽ giữ điện áp khoảng 6 V, nhưng với những dòng điện thay đổi này, bạn không thể mong đợi điều kỳ diệu: 6 V sẽ không đổi. Một zener không phải là một điều chỉnh điện áp tốt.

Một giải pháp tốt hơn sẽ là TL431 (Russell! ;-)). Điều này đã ổn định hơn nhiều với quy định tốt hơn nhiều và chi phí khó hơn nhiều so với zener.

Nhưng giải pháp thực sự tất nhiên là một loạt điều chỉnh. Các 78L06 là một mA phần 6 V / 100, đó là dễ dàng để sử dụng: một pin đầu vào, một đầu ra, và một mặt bằng chung. Thêm tụ điện cho cả đầu vào và đầu ra và bạn đã thiết lập.

chỉnh sửa sau khi thêm yêu cầu vào câu hỏi
Nếu bạn chỉ có thể sử dụng zener, bạn sẽ phải thư giãn yêu cầu của mình. Độ chính xác 10 mV là hoàn toàn không thể. Đó là dưới 0,2%, trong khi 1N5233 có dung sai 5% để bắt đầu và biểu dữ liệu cho trở kháng zener tối đa 7. Điều đó có nghĩa là chênh lệch 12 mA trong dòng zener sẽ cho chênh lệch 84 mV, tức là 1,4% khác.

Rõ ràng bạn đang sử dụng zener như một bộ điều chỉnh shunt . Đó không phải là một ý tưởng tốt nếu nó chỉ ngay sau máy biến áp, chỉnh lưu và tụ điện song song. Lý do là bạn đảm bảo khá nhiều rằng điện áp đầu ra sẽ giảm xuống dưới giới hạn quy định cho một phần của mỗi chu kỳ. Trong các đỉnh, zener sẽ giới hạn điện áp tụ ở giá trị quy định. Trong thời gian xuống, nó chỉ có thể đi xuống từ đó.

Tải tối đa của bạn chỉ là 12 mA, vì vậy bạn không phải lo lắng về hiệu quả. Câu trả lời đơn giản nhất là tuân theo bộ chỉnh lưu và tụ điện với bộ điều chỉnh tuyến tính. Nếu thứ cấp của máy biến áp đưa ra 6 VAC như bạn ngụ ý, thì điện áp cực đại của nó sẽ thực sự là 8,5 V. Trừ hai Schottky (ở các điện áp thấp này Schottkys là một diode không có trí tuệ) sẽ giảm khoảng 7,5 đến 8 volt. Điều đó để lại ít nhất 1,5 V khoảng trống cho bộ điều chỉnh tuyến tính, điều này hoàn toàn có thể thực hiện được.

Như đã đề cập trong các câu trả lời khác, zener không phải là bộ điều chỉnh điện áp tốt cho tải khác nhau.
Cách để cải thiện quy định là tăng dòng zener, nhưng để đạt được dung sai ở bất cứ đâu gần + -10mV (độ chính xác là một vấn đề khác với dung sai zener và chạy ở mức cao hơn dòng trung bình) sẽ cần một dòng lớn.

Dưới đây là một zener 1N750 được mô phỏng 3 lần với các điện trở loạt 40Ω, 100Ω và 500Ω mỗi lần tải được quét từ 500Ω đến 20kΩ:

Mô phỏng:

Dấu vết màu đỏ là với chuỗi R là 500Ω, dấu vết màu xanh là 100Ω và dấu vết màu xanh lá cây 40Ω. Trục X là tải được quét từ 500Ω đến 20kΩ, trục Y là điện áp đầu ra.
Chúng ta có thể thấy điện trở sê-ri càng thấp, quy định về tải thay đổi càng tốt. Tuy nhiên, với đầu vào 8V và điện trở 40 & Omega, zener sẽ truyền dòng điện ~ 80mA và tiêu tan 4,7 * 80mA = ~ 380mW, do đó, nó sẽ rất nóng mà không cần nỗ lực tản nhiệt (điện trở nhiệt có thể lên tới 300 ° C / W theo bảng dữ liệu .
Cũng đáng chú ý là điện áp "cao nguyên" hơi khác nhau với các dòng điện khác nhau. Điện áp danh định cho zener này là 4,7V, nhưng khi chúng ta chạy zener ở ~ 6,5mA (500Ω) thì điện áp thấp hơn ở mức ~ 4,65V, và khi chạy ở ~ 80mA thì điện áp tăng lên trên mức này là ~ 4,77V. Vì vậy, điều này cần phải được tính đến nếu bạn cần đầu ra chính xác (trong trường hợp của bạn) 6V. Ngoài ra, hệ số nhiệt độ ~ 0,008% / ° C sẽ ảnh hưởng đến mọi thứ, do đó, một số cách giữ ổn định hợp lý sẽ cần thiết cho hoạt động trong các điều kiện khác nhau (rõ ràng cần phải tính đến sự phân tán cùng với môi trường xung quanh)
Biến đổi 50 ° C sẽ tạo ra thay đổi 0,008 * 50 = 0,9%, tương đương với ~ 42mV, sẽ tràn vào mục tiêu 10mV của bạn. Vì vậy, mọi thứ phải "vừa phải" để có bất kỳ cơ hội gặp gỡ nó.

Vì vậy, nếu điều này chỉ dành cho một nhiệm vụ / vui vẻ / vv thì hãy làm một cái gì đó như ở trên. Nếu nó được sử dụng trong một thiết kế phù hợp, hãy dành thêm một vài đồng xu và sử dụng bộ điều chỉnh tuyến tính (hoặc ít nhất là một phần tử bóng bán dẫn với zener để điều chỉnh cơ sở)