Làm thế nào để một diode zener và một điện trở điều chỉnh điện áp?

Tôi gặp khó khăn trong việc hiểu bộ điều chỉnh điện áp đơn giản có thể được chế tạo bằng cách sử dụng diode zener (từ phần 2.04 trong Nghệ thuật Điện tử). Tôi biết rằng sẽ tốt hơn nếu sử dụng bộ khuếch đại, et cetera, nhưng tôi chỉ đang cố gắng hiểu cách thức hoạt động của mạch này.

Tôi thực sự không hiểu làm thế nào mạch hoạt động, nhưng tôi đoán rằng khi một tải được áp dụng cho đầu ra, nó sẽ rút dòng điện từ nguồn (Vin) và do đó làm cho điện áp giảm? Làm thế nào để các diode zener giúp duy trì điện áp và do đó làm cho mạch này hoạt động như một bộ điều chỉnh?

Nhìn vào đường cong diode Zener. Bạn sẽ thấy thiết bị bị hỏng ở điện áp Zener khi bị phân cực ngược và tiến hành. Tính chất đó sẽ cố định điện áp đầu ra ở điện áp đánh thủng, qua một loạt các dòng đầu ra, khi được sử dụng với một điện trở, với sự thay đổi điện áp tương đối nhỏ. Nó cũng sẽ ổn định đầu ra chống lại sự thay đổi điện áp đầu vào.

Nói đúng ra, điốt Zener là thiết bị điện áp thấp (tối đa khoảng 5V6). Những điện áp cao hơn có một chế độ hoạt động khác nhau và được gọi là điốt tuyết lở. Cả hai loại thường được gọi là Zeners, mặc dù.

Giả sử điện áp đầu vào của bạn là 10V, zener là loại 5V và điện trở là 100 . Zener sẽ đặt thành 5V, do đó dòng điện qua điện trở sẽ là . Khi bạn đặt tải lên đầu ra, giả sử 500 , zener vẫn sẽ giữ đầu ra ở mức 5V, do đó R vẫn sẽ có 50mA qua nó, nhưng một phần của dòng điện đó sẽ đi qua tải: , do đó chỉ có 40mA qua zener. Đối với điện trở tải thấp hơn dòng điện mặc dù tải sẽ tăng, lấy đi dòng điện từ diode zener, cho đến khi nó còn quá ít dòng điện để điều chỉnh$\Omega$$V_{OUT}$$I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$$\Omega$$I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$$V_{OUT}$đúng cách 50mA từ ví dụ không được chọn ngẫu nhiên; nó thường là dòng điện tại đó điện áp zener được chỉ định (đặc biệt là đối với các zener cũ). Các zener hiện đại hơn có thể làm việc ở các dòng điện dưới 1mA. Nếu nhỏ hơn 100 , bộ chia điện trở sẽ kéo xuống dưới điện áp zener, zener sẽ không phát nữa và sẽ giảm xuống dưới 5V. Cho đến nay cho quy định tải . $R_L$$\Omega$$R/R_L$$V_{OUT}$$V_{OUT}$

Quy định dòng cho biết cách một bộ điều chỉnh phản ứng với các biến thể trong điện áp đầu vào. Hãy lấy ví dụ của chúng tôi với tải 500 và giảm điện áp đầu vào xuống 9V. Điện áp đầu ra vẫn được giữ ở mức 5V bởi zener, do đó dòng điện qua tải vẫn là 10mA, nhưng dòng điện mặc dù R sẽ là , và do đó dòng điện chạy qua các zener 30mA. Một lần nữa, điện áp đầu vào có thể giảm đến điểm mà zener có quá ít dòng điện còn lại để hoạt động đúng. Giới hạn trên của điện áp đầu vào được xác định bởi dòng điện tối đa cho phép qua zener và R. $\Omega$$I = \frac{9V - 5V}{100\Omega } = 40mA$

Loại điều chỉnh điện áp này rất đơn giản, nhưng không tốt lắm. Điều chỉnh đường truyền kém , có nghĩa là điện áp đầu ra vẫn sẽ thay đổi một chút khi điện áp đầu vào tăng / giảm. Tương tự với quy định tải : điện áp đầu ra sẽ thay đổi với các tải khác nhau. Và so với tải tối đa, có một tổn thất khá lớn trong zener, vì vậy nó không hiệu quả lắm . Một bộ điều chỉnh tích hợp nhỏ như LM78Lxx luôn là lựa chọn tốt hơn.