Расчет Uвых стабилитрона

[chaser105]

Может кто поможет. В электронике я "Чайник".
Никак не могу рассчитать напряжение, как показано в схеме на вольтметре U4, и соответственно на U2. Пытаюсь вывести ответ, но получаются совсем другие цифры.
Дано: Uвх= от 15 до 20В; стабилитрон 1N4733А. Ucт=5,1В, Iст=49мА. Схема и характеристики стабилитрона в приложении.
Единственно что нашел Iмакс=49,7мА, Iмин=33мА, ∆I=16,7мА, ∆Uвх=5В.

Читаю искусство схемотехники, Хоровиц 4 издание, приводится пример расчета и никак не могу понять как меняется динамическое сопротивление стабилитрона и ∆Uвых (как рассчитать). Если можно приведите пример.

[tim1960]

U2= U ст. (5.1 В) (это по определению работы стабилитрона!)
U4= U1 - U2 = (15\20) - 5.1 = 9.9\14.1 В
Как-то так, если я правильно понял задачу...

[chaser105]

Не совсем понял, как получилось 9,9/14,1 U4= U1 - U2 = (15\20) - 5.1 = 9.9\14.1?

А задача найти, почему вольтметр показывает U4=9,91В, а не 9,9В и также на U2=5,09В, а не 5,1В при Uвх=15В.
А если при Uвх=10В, U4 показывает 4,928В, соответственно U2 показывает 5,072В. Опять же почему U4 не показывает 4,9В, судя по логике U4=Uвх-Uст.

На вольтметре U2 будет равно 5,1В, если Uвх=20В. А при Uвх=15В вольтметр U2 выдает 5,09В.
А если при Uвх=10В U2 показывает 5,072В.

[yblod5]

любопытно конешно, как просчитывает симулятор, я с ними не работаю, но всё таки уменьшите чуть сопротивление балласта, а то ток стабилизации маловаст. На 1N4733A я вижу Iст.мин. - 49мА https://www.chipdip.ru/product/1n4733a Помотрим чё покажет, а там подумаем...

[Santil@]

Мультисим всё правильно рассчитал. Вольтметр U4 показывает напряжение падения на резисторе. 15В-5В(стаб.)=10В Это расчётные математические без погрешности. Мультисим показал вам 9,91В. То есть вам погоду делают 0,09В ? У стабилитрона то же есть разброс по напряжению стабилизации. 10В/0,033А=303 Ом ближайщий номинал 300 Ом.
При не изменном сопротивлении гасящего резистора и входном напряжение 20В - ток через стабилитрон будет 50 мА, а напряжение стабилизации останется прежним.
А теперь сюрприз. В вашей схеме нет нагрузки. Включите нагрузку и увидите что ток стабилизации ухудшится и напряжение стабилизации поплывёт. А по сему считать нужно так: Uст.= Uвход.- Uстаб./Iстабилитрона + Iнаг. = R гасящий.
В реальной схеме при реальных деталях токи и напряжения чуть-чуть будут отличаться ибо характеристики применённых радиодеталей не идеальны. Данный вид параметрического стабилизатора простейший поэтому не ожидайте от него высоких характеристик. Напряжение падения на гасящем резисторе будет сильно зависимо от изменения входного напряжения. Как улучшить параметрический стабилизатор? Применить хотябы один транзистор. А ещё лучше будет если не только транзистором дополнить, но и операционным усилителем тогда напряжение стабилизатора будет менее критично к входному напряжению.

[Yuri222]

А ещё лучше будет если не только транзистором дополнить, но и операционным усилителем

Что уже сделано в TL431... Правда,без транзистора - ну так и назначение у него не мощную нагрузку питать, а обеспечивать довольно стабильное опорное напряжение.

[chaser105]

Мультисим всё правильно рассчитал. Вольтметр U4 показывает напряжение падения на резисторе. 15В-5В(стаб.)=10В

А разве не 15В-5,1В(стаб.)=9,9В, но здесь уже 0,01В будет. И это можно учитывать как погрешность прибора или стабилитрона, я так понимаю? Хотя мне казалось, что это зависит от динамического сопротивления стабилитрона, которое я не очень понимаю, как оно конкретно находится. В книге Искусство схемотехники Хоровица описан расчет, но я так и не понял каким образом, там некоторые данные не понятно откуда берутся.

В вашей схеме нет нагрузки. Включите нагрузку и увидите что ток стабилизации ухудшится и напряжение стабилизации поплывёт.

С нагрузкой тоже проводил эксперименты, но уже не помню что получилось, после работы дома попробую еще раз.

А по сему считать нужно так: Uст.= Uвход.- Uстаб./Iстабилитрона + Iнаг. = R гасящий.

А как это Uст=Rг? На сколько я понимают из этого выражения находится только Rгасящий.

[Yuri222]

А как это Uст=Rг?

Это значит, как Вы верно заметили, где-то ошибка закралась.

[andries5]

А как это Uст=Rг? На сколько я понимают из этого выражения находится только Rгасящий.

Точнее будет так:

Rг = (Uвх - Uст) / (Iст +Iнагр)

Тогда при Ваших условиях
Uвх=15В
Uст=5В
Iст=50мА
Iнагр= 0мА

Rг = 200 Ом

[b_cat]

Доброго дня, Господа. Все по этому вопросу не просто, а очень просто. Вы забыли учесть динамическое сопротивление стабилитрона (в даташите maximum zener impedanse) стабилитрон в режиме пробоя можно представить как последовательно соединенный 1-идеальный стабилитрон плюс 2- резистор(динамическое сопротивление). Вот на этом-то резисторе и падает дополнительное напряжение. сопротивление маленькое, токи тоже маленькие и дельта по току стабилитрона невелика, поэтому напряжение стабилизации увеличивается с увеличением тока через стабилитрон!!! Пробой перехода происходит при меньшем напряжении чем указано в маркировке стабилитрона. Просто в начале области пробоя характеристика участка имеет квадратичный вид, что неприемлемо для стабилизации напряжения. при определенном токе и выше пробиной(рабочий участок имеет почти линейную характеристику. Ее то и используют в реале. так вот на рабочем участке виновником дельта Uстабилизации является это самое динамическое сопротивление диод.