Є різновидом діода, але має унікальну властивість - при зворотному включенні він відкривається при певному, строго заданому напрузі і починає пропускати струм. Поки цей струм лежить у певній межі, на стабілітроні встановлюється постійна напруга. Це дозволяє використовувати стабілітрони для отримання стабільної напруги, яка необхідна для живлення багатьох електронних пристроїв.

Отже, у нашому розпорядженні стабілітрон, наприклад, КС156, набір резисторів та джерело постійної напруги, величину якого можна регулювати в діапазоні 0…12 В. Зберемо таку схему:

Викручуємо ручку регулювання блока живлення в «0» і підключаємо до нього нашу схему, дотримуючись полярності. Напруга на стабілітроні дорівнює нулю, струм через нього, ясна річ, теж не тече. Починаємо збільшувати напругу. 2, потім 3 В. Струму через стабілітрон все ще немає. Продовжуємо збільшувати та помічаємо, що струм з'явився – наш стабілітрон відкрився.

При подальшому повороті ручки струм продовжує зростати, напруга на стабілітроні залишається незмінною (у нашому випадку – 5.6 В). Збільшуємо ще напругу і в якийсь момент часу струм зникає, напруга на стабілітроні стрибком піднімається до напруги блоку живлення - наш стабілітрон пробитий остаточно і безповоротно або, як кажуть, згорів. Стабілітрона ми втратили, але в нашому розпорядженні є корисна інформація, яку і розглянемо:

Іст.мін- Струм стабілізації мінімальний. Мінімальний струм, при якому напруга на стабілітроні перестала зростати (прилад увійшов у режим стабілізації)
Іст.макс- Максимально допустимий струм через стабілітрон. Струм, при якому стабілітрон ще працює, але якщо його збільшити, прилад згорить.
Uст- Напруга стабілізації. Напруга на стабілітроні, яка залишається незмінною, поки через стабілітрон тече струм в діапазоні Iст.мин ... Iст.макс.

Всі ці дані ми отримали ціною життя нехай нескладного та недорогого, але приладу. Проте їх зовсім нескладно отримати з довідкової літератури, знаючи тип стабілітрона. Відкриваємо довідник зі стабілітроніві дивимося:

КС456А:
Іст.мин - 1 мА;
Іст.макс - 139 мА;
Uст - 5.6 В;
Іст.ном - 30 мА.

У нас навіть з'явилася додаткова інформація: Iст.ном – номінальний струм стабілізації. Саме за такого струму стабілітрон працюватиме в оптимальному режимі – якщо мережева напруга почне «стрибати», то прилад не вийде з режиму стабілізації і не згорить, а продовжуватиме видавати 5.6 В.

Випускаються стабілітрони, звичайно, на різну напругу - від одиниць і часток до десятків і навіть сотень вольт, крім того, для отримання необхідної напруги стабілізації прилади можна з'єднувати послідовно, але з таким розрахунком, щоб струм через них укладався в діапазон стабілізації для обох стабілітронів. При послідовному з'єднанні напруги стабілізації складаються, паралельно стабілітрони включати не можна . Чому? У цьому нескладному питанні, я думаю, ви самі розберетеся.

Зібрана нами схема, по суті, є готовим стабілізатором напруги, але живити вона може тільки не дуже ненажерливі схеми, що споживають одиниці, максимум десяток мА. В іншому випадку зміна опору навантаження просто виведе стабілізатор з режиму. Для отримання потужнішого стабілізованого джерела живлення доведеться схему ускладнити, що ми і зробимо наступного разу.

Стабілітрон відноситься до одного з застосовуваних радіоелектронних елементів. Кожен більш-менш якісний містить вузол стабілізації напруги, яке може змінюватися при зміні опору навантаження або відхилення вхідної напруги від номінального значення.

Стабілізація напруги виконується головним чином для забезпечення нормального режиму роботи інших радіоелементів пристрою, наприклад мікросхем, транзисторів, і т.п.

Стабілітрони широко використовуються в малопотужних блоках живлення або окремих його вузлах, потужність яких рідко перевищує десятки ват.

Головна перевага стабілітронів – їхня мала вартість та габарити, тому вони досі не можуть витіснитись інтегральними стабілізаторами напруги типу LM7805 або 78L05 тощо.

Стабілітрон дуже схожий на діод, оскільки його напівпровідниковий кристал поміщений у аналогічний корпус.

Умовне графічне позначення стабілітрону на кресленнях електричних схем також схоже на позначення діода, тільки з боку катода додана коротка горизонтальна рисочка, спрямована у бік анода.

Принцип роботи стабілітрона

Розглянемо принцип роботи стабілітрона на прикладі схеми його включення та вольт-амперної характеристики. Для виконання своєї основної функції стабілітрон VD послідовно з'єднується з Rб і разом вони підключаються до джерела вхідної нестабілізованої напруги Uвх. Вже стабілізована вихідна напруга Uвих знімається тільки з висновків 2 , 3 VD. Тому навантаження Rн підключається до відповідних точок. 2 і 3 . Як видно із схеми, VD і Rб утворюють дільник напруги. Тільки опір стабілітрон має завжди значення і називається динамічним, оскільки залежить від величини , що протікає через напівпровідниковий прилад.

Величина напруги Uвх, що подається на стабілітрон з резисторів повинна бути вищою на мінімум на пару вольт вихідної напруги Uвих, інакше напівпровідниковий прилад VD не відкриється і не зможе виконувати свою основну функцію.

Припустимо, у якийсь довільний момент часу на виходах 1 і 3 значення Uвх почало зростати. У схемі почнуть протікати такі процеси. Зі зростанням напруги згідно із законом Ома почне зростати струм, назвемо його вхідним струмом Івх. Зі збільшенням струм зросте падіння напруги на резисторі Rб, але в VD вона залишиться незмінним (це пояснюється далі на характеристиці), тому Uвых залишиться колишньому рівні. Отже, приріст вхідної напруги впаде або погаситься на резисторі Rб. Тому Rб називають гасить або баластним.

Тепер, припустимо, змінилося навантаження, наприклад, знизився опір Rн, відповідно зросте струм Iн. У цьому випадку знизиться струм, що протікає стабілітрон Iст, а Iвх залишиться практично без змін.

Вольт-амперна характеристика стабілітрона

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) стабілітрона аналогічна ВАХ діода і має дві гілки: пряму та зворотну. Пряма гілка є робочою для діода, а зворотна гілка характеризує роботу стабілітрона, тому він включається до електричного ланцюга у зворотному напрямку (катодом до плюсу, а анодом до мінуса) порівняно з діодом. Тому стабілітрон називаю опорним діодом , а джерело живлення з цим напівпровідниковим елементом називають опорним джерелом напруги . Такий термінологій будемо користуватися і ми.

На зворотній гілці вольт-амперної характеристик опорного діода виділимо дві характерні точки 1 і 3 . Крапка 1 відповідає мінімальному значенню струму стабілізації, що знаходиться в межах одиниць міліампер. Якщо струм, що протікає через стабілітрон, буде нижчим від точки 1 , то він не зможе виконувати свої функції (не відкриється). У разі перевищення струму вище точки 3 опорний діод перегріється і вийде з ладу. Тому оптимальною точкою здебільшого буде точка посередині зворотної гілки ВАХ, тобто точка 2 . Тоді при зміні струму в широких межах (дивіться вісь Y) точка 2 змінюватиме своє становище, переміщуючись вгору чи вниз по зворотній гілці, а напруга змінюватиметься незначно (дивіться вісь X).

Зустрічне, паралельне, послідовне з'єднання стабілітронів

Для підвищення напруги стабілізації можна послідовно з'єднувати два та більше стабілітрони. Наприклад, на навантаженні потрібно отримати 17 В, тоді, у разі відсутності потрібного номіналу, застосовують опорні діоди на 5,1 В і на 12 В.

Паралельне з'єднання застосовується з метою підвищення струму та потужності.

Також стабілітрони знаходять застосування для стабілізації змінної напруги. У цьому випадку вони з'єднуються послідовно та зустрічно.

В один напівперіод змінної напруги працює один стабілітрон, а другий працює як звичайний діод.У другому напівперіоді напівпровідникові елементи виконують протилежні функції. Однак у такому разі форма вихідної напруги буде відрізняється від вхідної і виглядає як трапеція. За рахунок того, що опорний діод відсікатиме напругу, що перевищує рівень стабілізації, верхівки синусоїди будуть зрізатися.

Маркування наноситься на корпус стабілітрону у вигляді цифр та літер (або літери). Розрізняють принципово два різних типи маркування. Стабілітрон у скляному корпусі має звичне для нас маркування, що безпосередньо позначає номінальну напругу стабілізації. Цифри можуть бути розділені буквою V, яка виконує роль десяткової точки. Наприклад, 5V1 означає 5,1 Ст.

Менш зрозумілий спосіб маркування складається з чотирьох цифр та літери в кінці. Якщо ви не досвідчений радіоаматор, то без даташита не обійтися. Наприклад розшифруємо параметри опорного діода серії 1N5349B. Найбільше нас цікавить перший стовпець, у якому наведено номінальну напругу 12 В. Другий стовпець – номінальне значення струм – 100 мА.

Катод стабілітрона будь-якого типу позначається кільцем чорного або синього кольору, яке наноситься на корпус з боку відповідного виведення.

МаркуванняSMDстабілітронів

Найбільшого поширення набули опорні діоди у скляному корпусі та у пластмасовому корпусі з трьома висновками. Маркування SMD стабілітрона в скляному корпусі складається з кольорового кільця, колір якого означає параметри даного напівпровідникового приладу.

Якщо вам зустрівся SMD стабілітрон з трьома висновками, слід знати, що один висновок – це «пустушка», тобто він не задіяний і застосовується лише для надійної фіксації елемента на друкованій платі після паяння. Анод і катод такого екземпляра найпростіше визначити за допомогою мультиметра.

Потужність розсіювання стабілітрону

Потужність розсіювання стабілітрону Pст характеризує його здатність не перегріватися вище за певну температуру протягом тривалого часу. Чим вище значення Pст тим більше тепла здатний розсіяти напівпровідниковий прилад. Потужність розсіювання розраховується для найбільш несприятливих умов роботи приладу, тому в наведену нижче формулу підставлять максимально можливе в роботі Uвх та найменші значення Rб і Ін :

Існує ряд стандартних номіналом за цим параметром: 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт і т.п. Чим більше Pст, тим більше габарити напівпровідникового приладу.

Перевірити стабілітрон щодо справності досить просто і швидко можна за допомогою найпростішого мультиметра. Для цього мультиметр слід перевести в режим продзвонювання, як правило, позначений знаком діода. Потім, якщо позитивним щупом мультиметра торкнутися анода, а негативним – катода, то дисплеї вимірювального приладу ми побачимо деяке значення падіння напруги на pn-переходе. Оскільки до напівпровідникового приладу додана пряма напруга (дивіться пряму гілку вольт-амперної характеристики), то опорний діод відкриється.

Тепер, якщо щупи мультиметра поміняти місцями, тим самим прикласти до висновків напівпровідникового приладу зворотну напругу (дивіться зворотну гілка ВАХ), він виявиться замкнений і не проводитиме струм. На дисплеї вимірювального приладу з'явиться одиниця, що позначає нескінченно високий опір.

Якщо в обох випадках мулітіметр покаже одиницю або буде дзвеніти, то стабілітрон непридатний.

Стабілітрон, він же діод Зенера, названий на честь першовідкривача тунельного пробою Кларенса Зенера і схемах позначається так.

Але на відміну від випрямного діода, струм через нього може текти в обох напрямках.

Описане вище стає більш зрозумілим, якщо подивитися на вольт - амперну характеристику (ВАХ) стабілітрона.

Відмінною рисою тунельного пробою є його оборотність, тобто після зняття прикладеного напруга стабілітрон повернеться у вихідний стан. Якщо максимально допустимий струм буде перевищений і відбудеться тепловий пробій, стабілітрон вийде з ладу.

Найпростіша схема стабілізатора на стабілітроні виглядає так.

Для того щоб зрозуміти чому так відбувається, замініть схему вище двома еквівалентними.
При прямому включенні стабілітрона, коли на аноді плюс, на катоді мінус.

До цього ми не враховували величину опір навантаження. Перш ніж розглядати як поведеться схема під навантаженням, необхідно ознайомитися з основними характеристиками стабілітрона.

• Vz - напруга стабілізації, зазвичай вказується мінімальне та максимальне значення
• Iz та Zz - мінімальний струм стабілізаціїта опір стабілітрону
• Izk та Zzk- Струм і опір у точці, де починається "злам" характеристики
• Ir та Vr- Зворотний струм і напруга при заданій температурі
• Tc- температурний коефіцієнт
• Izrm- максимальний струм стабілізації

Формула для його обчислення виглядає так

Найпростіший паралельний стабілізатор складається з баластного резистора, включеного послідовно між джерелом живлення та навантаженням, і стабілітрона, що шунтує навантаження на загальний дріт («на землю»). Його можна розглядати як дільник напруги, в якому як нижнє плече використовується стабілітрон. Різниця між напругою живлення і напругою пробою стабілітрона падає на баластному резисторі, а струм живлення, що протікає через нього, розгалужується на струм навантаження і струм стабілітрона. Такі стабілізатори називаються параметричними: вони стабілізують напругу за рахунок нелінійності вольт-амперної характеристики стабілітрона, і не використовують ланцюги зворотного зв'язку.

Розрахунок параметричного стаїлізатора на напівпровідникових стабілітронах аналогічний розрахунку стабілізатора на газонаповнених приладах, з однією істотною відмінністю: газонаповненим стабілітронам властивий гістерезис порогової напруги. При ємнісному навантаженні газонаповнений стабілітрон самозбуджується, тому конструкції таких стабілізаторів зазвичай не містять ємнісних фільтрів, а конструктору не потрібно враховувати перехідні процеси в цих фільтрах. У стабілізаторах на напівпровідникових стабілітронах гістерезис відсутня, конденсатори, що фільтрують, підключаються безпосередньо до висновків стабілітрона і навантаження - як результат, конструктор зобов'язаний враховувати кидки струму заряду (розряду) цих ємностей при включенні (вимкненні) живлення. Найгіршими випадками, при яких можливий вихід із ладу елементів стабілізатора або зрив стабілізації, є:

• Подача на вхід стабілізатора максимально можливої ​​напруги живлення при короткому замиканні виходу стабілізатора на загальний дріт - наприклад, на час заряджання розрядженого конденсатора, підключеного безпосередньо до виходу стабілізатора, або при катастрофічній відмові стабілітрона. Допустима потужність розсіювання баластового резистора має бути достатньою, щоб витримати подібне замикання. В іншому випадку можливе руйнування баластового резистора.
• Подача на вхід стабілізатора максимально можливої ​​напруги живлення у разі відключення навантаження від виходу стабілізатора. Допустимий струм стабілітрона повинен перевищувати розрахунковий струм через баластовий резистор, який визначається за законом Ома. В іншому випадку при розігріванні кристала стабілітрону понад +175 °С стабілітрон руйнується. Дотримання паспортної області безпечної роботи так само важливо для стабілітронів, як і для транзисторів.
• Відбирає навантаження максимально можливого струму при подачі на вхід стабілізатора мінімально можливої ​​напруги живлення. Опір баластного резистора має бути досить мало, щоб і в цих умовах струм через резистор перевищував струм навантаження на величину, що дорівнює мінімально допустимому струму стабілітрона. В іншому випадку струм стабілітрона переривається, стабілізація припиняється.

Насправді часто виявляється, що дотриматися всіх трьох умов не можна як з міркувань собівартості компонентів, і через обмеженого діапазону робочих струмів стабилитрона. В першу чергу можна поступитися умовою захисту від короткого замикання, довіривши її плавким запобіжникам або тиристорним схемам захисту, або покластися на внутрішній опір джерела живлення, який не дозволить йому видати і максимальну напругу, і максимальний струм одночасно.

Послідовне та паралельне включення

У документації на стабілітрони іноземного виробництва можливість їхнього послідовного чи паралельного включення зазвичай не розглядається. У документації на радянські стабілітрони зустрічаються два формулювання:

• для приладів малої та середньої потужності «допускається послідовне або паралельне з'єднання будь-якого числа стабілітронів» [однієї серії];
• для приладів середньої та великої потужності «допускається послідовне з'єднання будь-якого числа стабілітронів [однієї серії]. Паралельне з'єднання допускається за умови, що сумарна потужність, що розсіюється, на всіх паралельно включених стабілітронах не перевищує максимально допустимої потужності для одного стабілітрона».

Послідовне з'єднання стабілітронів різнихсерій можливо за умови, що робочі струми послідовного ланцюжка укладаються в паспортні діапазони струмів стабілізації кожноювикористаної серії. Шунтувати стабілітрони високоомними вирівнювальними резисторами так, як це робиться у стовпах випрямлення, немає необхідності. "Будь-яке число" послідовно з'єднаних стабілітронів можливе, але на практиці обмежено технічними умовами на електробезпеку високовольтних пристроїв. За дотримання цих умов, при доборі стабілітронів за ТКН та їх термостатування можлива побудова прецизійних високовольтних еталонів напруги. Наприклад, у 1990-ті роки найкращі у світі показники стабільності мав стабілітронний еталон на 1 мільйон В, побудований російською компанією «Мегавольт-Метрологія» на замовлення канадського енергетичного інституту IREQ. Основна похибка цієї установки не перевищувала 20 ppm, а нестабільність за температурою – не більше 2,5 ppm у всьому робочому діапазоні температур.

Складовий стабілітрон

Якщо схема вимагає знімати зі стабілітрона великі струми і потужності, ніж це допустимо за технічними умовами, між стабілітроном і навантаженням включають буферний підсилювач постійного струму . У схемі «складового стабілітрона» колекторний перехід єдиного транзистора, що посилює струм, включений паралельно стабілітрону, а емітерний перехід - послідовно зі стабілітроном. Опір, що задає зміщення транзистора, вибирається таким чином, щоб транзистор плавно окривався при струмі стабілітрона, приблизно дорівнює його номінальному струму стабілізації. Наприклад, за I ст.ном. =5 мА та U бе.мін. =500 мВ опір R=500 мВ/5 мA=100 Ом, а напруга на «складовому стабілітроні» дорівнює сумі U ст.ном. та U б.хв. . При великих струмах тразистор відкривається і шунтує стабілітрон, а струм стабілітрона приростає незначно - на величину, що дорівнює струму бази транзистора, тому в першому наближенні диференціальний опір схеми зменшується в раз (- коефіцієнт посилення транзистора по струму). ТКН схеми дорівнює сумі алгебри ТКН стабілітрона при I ст.ном. і ТКН прямо зміщеного діода (приблизно -2 мВ/°C), та її область безпечної роботи практично обмежена ОБР застосовуваного транзистора.

Схема складового стабілітрону не призначена для роботи на «прямому струмі», але легко перетворюється на двосторонню («двоханодний стабілітрон») за допомогою діодного мосту.

Базова схема послідовного стабілізатора

Найпростіша схема послідовного стабілізатора також містить лише стабілітрон, транзистор і баластний опір, але транзистор у ній включений за схемою із загальним колектором (емітерним повторювачем). Температурний коефіцієнт такого стабілізатора дорівнює алгебраїчному різниці U ст.ном. стабілітрона та U бе.мін. транзистора; для нейтралізації впливу U бе.мін. у практичних схемах послідовно зі стабілітроном включають прямо включений діод VD2. Мінімальне падіння напруги на регулювальному транзисторі можна знизити, замінивши баластний резистор на транзисторне джерело струму.

Умноження напруги стабілізації

Для стабілізації напруги, що перевищує максимальну напругу типових малогабаритних стабілітронів, можна зібрати складовий «високовольтний стабілітрон», наприклад, набрати напругу 200 В з послідовно з'єднаних стабілітронів на 90, 90 і 20 В. Але в той же час напруга шумів і нестабільність такої схеми високі, а фільтрація шуму високовольтного ланцюжка вимагатиме дорогих, масивних конденсаторів. Істотно кращі характеристики має схема з множенням напруги єдиного малошумного низьковольтного стабілітрона на напругу 5...7 В. У цій схемі, так само як і в звичайному термокомпенсованому стабілітроні, опорна напруга дорівнює сумі напруги пробою стабілітрона і напруги переходу база-емітер біполярного транзистора. Коефіцієнт множення опорної напруги визначається дільником R2-R3. Справжній коефіцієнт множення трохи більше розрахункового через відгалуження струму основу транзистора.

З міркувань безпеки та простоти монтажу в стабілізаторі позитивної напруги зручніше застосовувати pnp-транзистор, у стабілізаторі негативної напруги - npn-транзистор. У таких конфігураціях колектор силового транзистора електрично з'єднаний із загальним проводом і його можна кріпити безпосередньо до шасі без ізолюючих прокладок. З міркувань доступності та собівартості в стабілізаторах будь-якої полярності простіше та дешевше застосовувати npn-транзистори. При напругах і струмах, типових для лампових підсилювачів, ємність конденсатора, що шунтує стабілітрон, повинна становити кілька тисяч мкФ. При цьому вона не тільки фільтрує низькочастотний шум стабілітрону, але й забезпечує плавне наростання напруги при запуску схеми. Як результат при включенні живлення зростає теплове навантаження на послідовний опір R1.

ІОН на термокомпенсованому стабілітроні

Термокомпенсовані стабілітрони зазвичай живляться постійним струмом від транзисторного або інтегрального джерела струму. Використання базової схеми з баластним резистором не має сенсу, оскільки навіть при живленні схеми стабілізованою напругою нестабільність струму буде неприйнятно велика. Слаботкові стабілітрони на струм 1 мА зазвичай запитуються від джерел струму на біполярних транзисторах, польових транзисторах з p-n-переходом, стабілітрони на струм 10 мА - від джерел струму на МДП-транзисторах з вбудованим каналом в режимі збіднення. Інтегральні джерела струму сімейства LM134/LM334 допускають струми до 10 мА, але не рекомендуються до застосування у схемах зі струмом більше 1 мА через високу нестабільність температури (+0,336 %/°C).

Високоомні навантаження з постійним, відносно термостабільним опором можна підключати безпосередньо до висновків стабілітрона. В інших випадках між стабілітроном та навантаженням включається буферний підсилювач на прецизійному операційному підсилювачі або на дискретних біполярних транзисторах. У грамотно спроектованих схемах такого роду, що пройшли тривале електротермотренування, нестабільність при тривалій роботіскладає близько 100 ppm на місяць - істотно вище за той же показник прецизійних інтегральних ІОН.

Генератор білого шуму на стабілітроні

Власні шуми стабілітрону лавинного пробою мають спектр, близький до спектру білого шуму. У стабілітронах на напругу 9 ... 12 У рівень шуму досить високий для того, щоб його можна було використовувати для цілеспрямованої генерації шуму. Частотний діапазон такого генератора визначається смугою пропускання підсилювача напруги і може сягати сотень МГц. На наведених ілюстраціях показані дві можливі конструкції підсилювачів: у першому випадку верхня гранична частота підсилювача (1 МГц) задається ємністю С2, у другому вона визначається смугою пропускання інтегральних підсилювачів (900 МГц) та якістю монтажу.

Рівень шуму конкретного стабілітрона мало передбачуваний і може бути визначений лише досвідченим шляхом. Окремі ранні серії стабілітронів відрізнялися особливо високим рівнем шуму, але в міру вдосконалення технології їх витіснили малошумні прилади. Тому в серійних виробах більш виправдане застосування не стабілітронів, а високочастотних біполярних транзисторів у зворотному включенні, наприклад, розробленого ще в 1960-х роках транзистора 2N918 - спектр його шуму тягнеться до 1 ГГц.

Програмовані перемички на стабілітронах

Стабілітрон на базі зворотно-зміщеного емітерного переходу інтегрального планарного npn-транзистора (поверхневий стабілітрон) відрізняється від дискретних стабілітронів малим граничним струмом стабілізації. Максимальний зворотний струм, допустимий у типовій емітерній структурі з металізацією алюмінієм, не перевищує 100 мкА. При великих струмах у приповерхневому шарі відбувається видимий оку спалах і під шаром оксиду виникає алюмінієва перемичка, що назавжди перетворює загиблий стабілітрон на резистор з опором близько 1 Ом.

Цей недолік інтегральних стабілітронів широко використовується у виробництві аналогових інтегральних схем для точного підстроювання їх параметрів. У технології перепалювання стабілітронів(англ. zener zapping) паралельно з комутованими опорами формуються елементарні стабілітронні осередки. При необхідності скоригувати величину опору ланцюга або коефіцієнт дільника напруги непотрібні клітини стабілітронні перепалюються імпульсами струму тривалістю 5 мс і силою 0,3-1,8 A, закорочуючи відповідні їм резистори. Той самий прийом може застосовуватися і в цифрових ІС з металізацією алюмінієм.

Правильне підключення світлодіодів. Як підключити стабілітрон до схеми

Як правильно підключити світлодіод

Світлодіод - це звичайний діод, кристал якого додані речовини, що випромінюють світло при проходженні через них електричного струму. При подачі позитивної напруги на анод та негативного на катод відбувається свічення. Найбільш часта причина виходу з ладу - перевищення номіналу напруги живлення.

На важливих схемах розпинування наочно. На катод ми завжди подаємо мінус, тому і позначається він прямою лінією біля вершини трикутника. Зазвичай катод – контакт, у якому розташовується світловипромінюючий кристал. Він ширший за анод.

У надяскравих LED полярність зазвичай маркують на контактах чи корпусі. Якщо на ніжках контактів маркування немає, ніжка з ширшою основою – катод.

Схема підключення світлодіода

У класичній схемі рекомендують проводити підключення через струмообмежувальний резистор. Справді, правильно підібравши резисторний чи індуктивний опір, можна підключити діод, розрахований на напругу живлення 3В, навіть до мережі змінного струму.

Головна вимога до параметрів живлення – обмеження струму ланцюга.

Оскільки сила струму – параметр, що відображає щільність потоку електронів провідником, при перевищенні цього параметра діод просто вибухне через миттєве і значне виділення тепла на напівпровідниковому кристалі.

Як розрахувати обмежувальний резистор

• R - опір обмежувального резистора в омах;
• Uпит – напруга джерела живлення у вольтах;
• Uпад – напруга живлення світлодіода;
• I – номінальний струм світлодіода в амперах.

Якщо потужність резистора буде значно меншою за потрібну, він просто перегорить внаслідок перегріву.

Увімкнення світлодіода через блок живлення без резистора

В мене вже кілька років працює модернізована під LED настільна лампа. Як джерело світла використовується шість яскравих світлодіодів, а джерелом живлення – старий зарядний пристрій від мобільного телефону Nokia. Ось моя схема включення світлодіода:

Номінальна напруга діодів – 3,5В, струм – 140мА, потужність – 1Вт.

При виборі зовнішнього джерела живлення потрібне обмеження струму. Підключення цих світлодіодів до сучасних зарядних пристроїв з напругою живлення 5В 1-2А потребує резистор, що обмежує.

Щоб адаптувати цю схему до зарядного пристрою, розрахованого на 5В, використовуйте резистор на 10-20Ом потужністю 0,3А.

Якщо ви маєте інше джерело живлення, переконайтеся, що в ньому є схема стабілізації струму.

Як правильно підключати світлодіоди

Паралельне підключення

Найпростіше визначити сумісність діодів за допомогою низьковольтного або регульованого джерела живлення. Орієнтуватися можна за «напруженням розпалу», коли кристал починає лише трохи світитися. При розкиданні «стартової» напруги в 0,3-0,5 В паралельне з'єднання без струмообмежувального резистора неприпустимо.

Послідовне підключення

Розрахунок опору для ланцюга з кількох діодів: R = (Uпит - N * Uсд) / I * 0.75

Максимальна кількість послідовних діодів: N = (Uпит * 0,75) / Uсд

При включенні кількох послідовних ланцюжків LED для кожного ланцюга бажано розрахувати свій резистор.

Як включити світлодіод у мережу змінного струму

Якщо при підключенні LED до джерела постійного струму електрони рухаються лише в один бік і достатньо обмежити струм за допомогою резистора, в мережі змінної напруги напрямок руху електронів постійно змінюється.

При проходженні позитивної напівхвилі, струм, пройшовши через резистор, що гасить надмірну потужність, запалить джерело світла. Негативна напівхвиля йтиме через закритий діод. У світлодіодів зворотна напруга невелика, близько 20В, а амплітудна напруга мережі – близько 320В.

Якийсь час напівпровідник працюватиме в такому режимі, але будь-якої миті можливий зворотний пробій кристала. Щоб цього уникнути перед джерелом світла встановлюють звичайний випрямний діод, що витримує зворотний струм до 1000 В. Він не пропускатиме зворотну напівхвилю в електричний ланцюг.

Схема підключення до мережі змінного струму малюнку справа.

Інші види LED

Миготливий

Особливість конструкції миготливого світлодіода – кожен контакт є одночасно катодом та анодом. Усередині нього знаходяться два світловипромінюючі кристали з різною полярністю. Якщо таке джерело світла підключити через понижувальний трансформатор до мережі змінного струму, він блиматиме з частотою 25 разів на секунду.

Для іншої частоти миготіння використовуються спеціальні драйвери. Нині такі діоди вже не застосовуються.

Різнокольоровий

Різнокольоровий світлодіод – два або більше діодів, об'єднаних в один корпус. У таких моделей один загальний анод та кілька катодів.

Змінюючи через спеціальний драйвер живлення яскравість кожної матриці можна досягти будь-якого світла світіння.

При використанні таких елементів у саморобних схемах не варто забувати, що у різнокольорових кристалів різна напруга живлення. Цей момент необхідно враховувати і при поєднанні великої кількості кольорових LED джерел.

Інший варіант – діод із вбудованим драйвером. Такі моделі можуть бути двоколірними з почерговим включенням кожного кольору. Частота миготіння задається вбудованим драйвером.

Більш просунутий варіант - RGB діод, що змінює колір за заздалегідь закладеною в чіп програмі. Тут варіанти світіння обмежені лише фантазією виробника.

svetodiodinfo.ru

Паралельне з'єднання - Стабілітрон - Велика Енциклопедія Нафти та Газа

Паралельне з'єднання – стабілітрон

Сторінка 1

Паралельне з'єднання стабілітронів для підвищення потужності не допускається, тому що через недостатню ідентичність вольтамперних характеристик, що включаються паралельно діодів, неможливо розподілити між ними струми рівномірно. Струм стабілізації, що проходить через один діод, може змінюватися в межах від 1 до 30 мА і, отже, може компенсувати зміна струму навантаження тільки на цю величину. Таким чином, межі регулювання при струмах навантаження сотні міліампер виходять недостатніми. Щоб розширити межі допустимих коливань вхідної напруги та струму навантаження, схему стабілізації включають транзистор як емітерного повторювача.

Паралельне з'єднання стабілітронів не допускається.

Паралельне з'єднання стабілітронів не застосовується, так як різні стабілітрони мають неоднакові напруги запалювання та напруги стабілізації. В результаті цього при подачі напруги запалюється лише один стабілітрон, у якого найменша напруга.

Паралельне з'єднання стабілітронів допускається за умови, що струм стабілізації, що проходить через кожен стабілітрон, повинен бути в межах допустимих норм. Допускається послідовне з'єднання будь-якого числа стабілітронів.

Паралельне з'єднання стабілітронів не застосовується, оскільки різні екземпляри стабілітронів даного типу не мають однакової напруги запалювання. Тому при паралельному з'єднанні зазвичай запалюється тільки стабілітрон з найменшою напругою запалювання.

Паралельне з'єднання стабілітронів неприпустимо, тому що через неминучий розкид параметрів струм стабілітрону з найменшою напругою пробою виявиться в багато разів більше струмів через інші діоди.

Паралельне з'єднання стабілітронів та стабісторів не застосовують, тому що внаслідок відмінності їх опорів струм розподілиться між ними нерівномірно. В результаті стабілітрон із меншим опором виявиться перевантаженим і стабілізатор буде ненадійний у роботі.

Допускається паралельне з'єднання стабілітронів за умови, що струм стабілізації, що проходить через кожен стабілітрон, повинен бути в межах допустимих норм. Допускається послідовне з'єднання будь-якого числа стабілітронів.

Для збільшення стабілізованої напруги застосовують-послідовне з'єднання стабілітронів; паралельне з'єднання стабілітронів не застосовують, тому що неможливо підібрати стабілітрони з абсолютно однаковими параметрами.

При роботі стабілітрон повинен включатися полярністю, зворотною вказаною на корпусі стабілітрона. Паралельне з'єднання стабілітронів допускається лише за умови, що струм стабілізації, що проходить через кожен стабілітрон, повинен бути в межах допустимих норм.

Допускається послідовне з'єднання будь-якої кількості стабілітронів. Паралельне з'єднання стабілітронів допускається за умови, що сумарна потужність, що розсіюється на всіх паралельно включених стабілітронах, не перевищує граничної потужності для одного стабілітрону, а струм, що протікає через кожен стабілітрон - величини максимальних і мінімальних значень.

Допускається послідовне з'єднання будь-якого числа стабілітронів. Паралельне з'єднання стабілітронів допускається за умови, що сумарна потужність, що розсіюється, на всіх паралельно включених стабілітронах не перевищує максимально допустимої розсіюваної потужності для одного стабілітрону.

Сторінки:      1    2

www.ngpedia.ru

Як підключити світлодіод паралельно, послідовно: схеми, описи, нюанси

Світлодіоди (вони ж led) протягом багатьох років активно застосовуються як у виробництві телевізорів, так і як основне освітлення будинку чи квартири, проте питання про те, як правильно виконати підключення світлодіодів актуальне і до сьогодні.

На сьогоднішній день їх існує безліч, різної потужності (надяскраві Пірання), що працюють від постійної напруги, які можна підключати трьома способами:

1. Паралельно.
2. Послідовно.
3. Комбіновано.

Також є спеціально розроблені схеми, що дозволяють підключити світлодіод до стаціонарної побутової мережі 220В. Давайте розглянемо детальніше всі варіанти підключення led, їх переваги та недоліки, а також як це виконати своїми руками.

Основні засади підключення

Як було сказано раніше, конструкція світловипромінюючого діода передбачає їхнє підключення виключно до джерела постійного струму. Однак, оскільки робоча частина світлодіода – це напівпровідниковий кристал кремнію, то дуже важливо дотримуватися полярності, інакше світлодіод не випромінюватиме світловий потік.

Кожен світлодіод має технічну документацію, в якій містяться інструкції та вказівки щодо правильного підключення. Якщо документації немає, можна переглянути маркування світлодіода. Маркування допоможе дізнатися виробника, а знаючи виробника, Ви зможете знайти потрібний даташит, в якому міститься інформація по підключенню. Ось, така не хитра порада.

Як визначити полярність?

Для вирішення питання існує всього 3 способи:

З полярністю розібралися, тепер нам потрібно визначитися із тим, як підключити LED до мережі. Для тих, хто не зрозумів, читайте докладну та цікаву статтю визначення полярності світлодіода. У ній ми зібрали всі можливі способи перевірки і навіть за допомогою батарейки.

Способи підключення

Умовно, підключення відбувається по 2 способам:

1. До стаціонарної мережі промислової частоти (50Гц) напругою 220В;
2. До мережі з безпечною напругою завбільшки 12В.

Якщо потрібно підключити кілька led до одного джерела живлення, тоді потрібно вибрати послідовне або паралельне підключення.

Розглянемо кожен із наведених вище прикладів окремо.

Підключення світлодіодів до напруги 220В

Перше, що потрібно знати при підключенні до мережі 220В - для номінального світіння через світлодіод повинен проходити струм в 20мА, а падіння напруги на ньому не повинно перевищувати 2,2-3В. Виходячи з цього, необхідно розрахувати номінал струмообмежувального резистора за такою формулою:

в якій 0,75 - коефіцієнт надійності led, U піт - це напруги джерела живлення, U пад - напруга, яка падає на світловипромінювальний діод і створює світловий потік, I - номінальний струм, що проходить через нього, і R - номінал опору для регулювання проходить струму. Після відповідних обчислень номінал опору повинен відповідати 30 кОм.

Однак не варто забувати, що на опорі виділятиметься велика кількість тепла за рахунок падіння напруги. З цієї причини додатково необхідно розрахувати потужність цього резистора за формулою:

Для нашого випадку U – це буде різниця напруги мережі живлення та напруги падіння на світлодіоді. Після відповідних обчислень для підключення одного led потужність опору повинна дорівнювати 2Вт.

Після визначення номіналу та потужності опору можна зібрати схему для підключення одного світлодіода до 220В. Для її надійної роботи необхідно ставити додатковий діод, який буде захищати світлодіод від пробою, при виникненні амплітудної напруги на висновках світлодіода в 315В (220 * 2).

Схема практично не застосовується, оскільки в ній виникають великі втрати через виділення тепла в опорі. Розглянемо більш ефективну схему підключення до 220 В:

На схемі, як бачимо, встановлений зворотний діод VD1, що пропускає обидві напівхвилі на конденсатор C1 ємністю 220 нФ, на якому відбувається падіння напруги до необхідного номіналу.

Опір R1 номіналом 240 кОм розряджає конденсатор при вимкненій мережі, а під час роботи схеми не відіграє ніякої ролі.

Але це спрощена модель для підключення LED, у більшості світлодіодних ламп вже вбудований драйвер (схема), який перетворює змінну напругу 220В на постійну з величиною 5-24В для їхньої надійної роботи. Схему драйвера Ви можете бачити на наступному фото:

Підключення світлодіодів до мережі 12В

12 вольт – це безпечна напруга, яка застосовується в особливо небезпечних приміщеннях. Саме до таких і належать ванні кімнати, лазні, оглядові ями, підземні споруди та інші приміщення.

Для підключення до джерела постійної напруги номіналом 12В, аналогічно, підключення до мереж 220В необхідно опір, що гасить. В іншому випадку, якщо підключити його безпосередньо до джерела, через більший струм, що проходить, світлодіод миттєво згорить.

Номінал цього опору та його потужність розраховуються за тими ж формулами:

На відміну від ланцюгів 220В, для підключення одного світлодіода до мережі 12В нам знадобиться опір з наступними характеристиками:

• R = 1,3 кОм;
• P = 0,125Вт.

Ще однією перевагою напруги 12В є те, що в більшості випадків воно вже випрямлене (постійне), що значно спрощує схему підключення. Рекомендується додатково монтувати стабілізатор напруги типу КРЕН або аналога.

Як ми вже знаємо, світловипромінюючий діод можна підключити як до ланцюгів 12В, так і до ланцюгів 220В, однак існує кілька варіацій їх з'єднання між собою:

• Послідовне.
• Паралельне.

Послідовне підключення

При послідовному з'єднанні через струмообмежуючий резистор в один ланцюжок збираються кілька світлодіодів, причому катод попереднього припаюється до анода наступного:

У схемі, по всіх світлодіодах проходитиме один струм (20мА), а рівень напруги складатиметься з сум падіння напруги на кожному. Це означає, використовуючи цю схему підключення, не можна включити у ланцюг будь-яку кількість світлодіодів, т.к. воно обмежене падінням напруги.

Падіння напруги – це рівень напруги, яку світловипромінюючий діод перетворює на світлову енергію (світіння).

Наприклад, у схемі падіння напруги на одному світлодіоді становитиме 3 Вольти. Загалом у схемі 3 світлодіоди. Джерело живлення 12В. Вважаємо, 3 Вольти * 3 led = 9 В - падіння напруги.

Після нескладних розрахунків ми бачимо, що не зможемо включити в схему паралельного підключення більше 4 світлодіодів (3*4=12В), запитуючи їх від звичайного автомобільного акумулятора (або іншого джерела з напругою 12В).

Якщо захочемо послідовно підключити більше LEd, то знадобиться джерело живлення з великим номіналом.

Дана схема досить часто зустрічалася в ялинкових гірляндах, проте через один істотний недолік у сучасних світлодіодних гірляндах застосовують змішане підключення. Що за недолік, розберемо нижче.

Недоліки послідовного підключення

1. При виході з ладу хоча б одного елемента, не робочою стає вся схема;
2. Для живлення великої кількості led потрібне джерело з високою напругою.

Паралельне підключення

У цій ситуації все відбувається навпаки. На кожному світлодіоді рівень напруги однаковий, а сила струму складається із суми струмів, що проходять через них.

Виходячи з вищесказаного робимо висновок, якщо у нас є джерело 12В і 10 світлодіодів, блок живлення повинен витримувати навантаження в 0,2А (10 * 0,002).

Виходячи з вищезгаданих розрахунків - для паралельного підключення знадобиться струмообмежуючий резистор із номіналом 2,4 Ом (12*0,2).

Це глибока помилка! Чому? Відповідь Ви знайдете нижче

Характеристики кожного світлодіода навіть однієї серії та партії завжди різні. Якщо іншими словами: щоб засвітився один, необхідно пропустити через нього струм із номіналом 20 мА, а для іншого цей номінал може становити вже 25 мА.

Таким чином, якщо в схемі встановити лише один опір, номінал якого був розрахований раніше, через світлодіоди проходитиме різний струм, що викличе перегрів і вихід з ладу світлодіодів, розрахованих на номінал в 18мА, а потужніші світитимуть лише на 70% від номіналу. .

Виходячи з вищесказаного, варто розуміти, що при паралельному підключенні необхідно встановлювати окремий опір для кожного.

Недоліки паралельного підключення:

1. Велика кількість елементів;
2. При виході одного діода з ладу зростає навантаження інші.

Змішане підключення

Подібний спосіб підключення є найоптимальнішим. За таким принципом зібрані усі світлодіодні стрічки. Він має на увазі комбінацію паралельного та послідовного підключення. Як він виконується, можна побачити на фото:

Схема передбачає включення паралельно не окремих світлодіодів, а послідовних ланцюжків їх. Внаслідок цього навіть при виході з ладу одного або кількох ланцюжків, світлодіодна гірлянда або стрічка, як і раніше, однаково світитимуть.

Ми розглянули основні засоби підключення простих світлодіодів. Тепер розберемо методи з'єднання потужних світлодіодів і з якими проблемами можна зіткнутися при неправильному підключенні.

Як підключити потужний світлодіод?

Для працездатності потужних світловипромінюючих діодів, так само, як і простих, нам знадобиться джерело живлення. Однак, на відміну від попереднього варіанту, він повинен бути на порядок потужнішим.

Щоб засвітити потужний світлодіод номіналом 1W, джерело живлення має витримувати щонайменше 350 мА навантаження. Якщо номінал 5W, то джерело живлення постійного струму має витримати навантаження струму щонайменше 1,4А.

Для коректної роботи потужного світлодіода обов'язково необхідно використовувати інтегральний стабілізатор напруги типу LM, який захищає його від стрибків напруги.

Якщо необхідно підключити не один, а кілька потужних LED, рекомендуємо ознайомитися з правилами послідовного та паралельного підключення, описаними вище.

Помилки під час підключення

Відео

Помилки підключення можуть спричинити неприємні наслідки, від банальної поломки світлодіодів, до нанесення собі пошкоджень. Тому, настійно рекомендуємо подивитися відео, де розбирають помилки, що часто зустрічаються.

Висновок

Прочитавши статтю можна дійти невтішного висновку, що це світлодіоди, незалежно від робочого напруги, завжди підключаються паралельно чи послідовно - шкільний курс фізики. Ще варто пам'ятати, що ніякий світлодіод не підключається безпосередньо до мережі 220В, завжди потрібно використовувати захисні елементи у схемі підключення. Тип захисних елементів залежить від виду світлодіода, що підключається, діода.

ledno.ru

TL 431 стабілітрон, схеми включення, характеристики регулятор

TL 431 це програмований шунтуючий регулятор напруги. Хоча ця інтегральна схема почала випускатися наприкінці 70-х, вона досі не здає своїх позицій на ринку і користується популярністю серед радіоаматорів і великих виробників електротехнічного обладнання. На платі цього програмованого стабілізатора знаходиться фоторезистор, датчик вимірювання опору та терморезистор. TL 431 повсюдно використовуються в різних електричних приладах побутової і виробничої техніки. Найчастіше цей інтегральний стабілітрон можна зустріти у блоках живлення комп'ютерів, телевізорів, принтерів та зарядок для літій-іонних акумуляторів телефонів.

TL 431 інтегральний стабілітрон

Основні характеристики програмованого джерела опорної напруги TL 431

• ​ Номінальна робоча напруга на виході від 2,5 до 36 В;
• Струм на виході до 100 мА;
• Потужність 0,2 Ватт;
• Діапазон робочої температури для TL 431C від 0 ° до 70 °;
• Діапазон робочої температури для TL 431A від -40 ° до +85 °.

Точність інтегральної схеми TL 431 вказується шостою літерою в позначенні:

• Точність без літери – 2%;
• Літера А – 1%;
• Літера В - 0, 5%.

Настільки широке його застосування обумовлено низькою ціною, універсальним форм-фактором, надійністю і хорошою стійкістю до агресивних факторів зовнішнього середовища. Але також слід зазначити точність роботи цього регулятора напруги. Це дозволило йому зайняти нішу у пристроях мікроелектроніки.

Основне призначення TL 431 стабілізувати опорну напругу ланцюга. За умови, коли напруга на вході джерела нижче номінальної опорної напруги, в програмованому модулі транзистор буде закритий і струм, що проходить між катодом і анодом, не перевищуватиме 1 мА. У випадку, коли вихідна напруга перевищуватиме запрограмований рівень, транзистор буде відкритий і електричний струм зможе вільно проходити від катода до анода.

Схема включення TL 431

Залежно від робочої напруги пристрою схема підключення складатиметься з одноступінчастого перетворювача та розширювача (для пристроїв 2,48 Ст) або модулятора невеликої ємності (для пристроїв 3.3). А також щоб знизити ризик короткого замикання, у схему встановлюється запобіжник, як правило, за стабілітроном. На фізичне підключення впливає форм-фактор пристрою, в якому буде знаходитись схема TL 431, та умови навколишнього середовища (в основному температура).

Стабілізатор на основі TL 431

Найпростішим стабілізатором на основі TL 431 є параметричний стабілізатор. Для цього в схему потрібно включити два резистори R 1, R 2 через які можна задавати вихідну напругу для TL 431 за формулою: U вих = Vref (1 + R 1/ R 2). Як видно з формули, тут напруга на виході буде прямо пропорційна відношенню R 1 до R 2. Інтегральна схема буде тримати напругу на рівні 2,5 В. Для резистора R 1 вихідне значення розраховується так: R 1 = R 2 (U вих / Vref - 1).

Ця схема стабілізатора, як правило, використовується в блоках живлення з фіксованою або регульованою напругою. Такі стабілізатори напруги на TL 431 можна виявити в принтерах, плоттерах та промислових блоках живлення. Якщо необхідно вирахувати напругу для фіксованих джерел живлення, то використовуємо формулу Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.

Тимчасове реле

Прецизійні характеристики TL 431 дозволяють використовувати його не зовсім за "прямим" призначенням. Через те, що вхідний струм цього регульованого стабілізатора становить від 2 до 4 мкА, використовуючи цю мікросхему можна зібрати тимчасове реле. Роль таймера в ньому буде виконувати R1, який почне поступово заряджатися після розмикання контактів S 1 C 1. Коли напруга на виході стабілізатора досягне 2,5 В, транзистор DA1 буде відкритий, через світлодіоди оптопари PC 817 почне проходити струм, а відкритий резистор.

Термостабільний стабілізатор на основі TL 431

Технічні характеристики TL 431 дозволяють створювати на його основі термостабільні стабілізатори струму. У яких резистор R2 виконує роль шунта зворотного зв'язку, на ньому постійно підтримується значення 2,5 В. В результаті значення струму навантаження буде розраховуватися за формулою Iн=2,5/R2.

Цоколівка та перевірка справності TL 431

Форм-фактор TL 431 та його цоколівка залежатиме від виробника. Зустрічаються варіанти у старих корпусах TO-92 та нових SOT-23. Не варто забувати про вітчизняний аналог: КР142ЕН19А теж широко розповсюджений на ринку. Найчастіше цоколівка нанесена безпосередньо на плату. Однак не всі виробники так чинять, і в деяких випадках вам доведеться шукати інформацію з пін в техпаспорті того чи іншого пристрою.

TL 431 є інтегральною схемою та складається з 10 транзисторів. Через це перевірити її мультиметр неможливо. Для перевірки справності мікросхеми TL 431 слід використовувати тестову схему. Звичайно, часто немає сенсу шукати елемент, що перегорів, і простіше замінити схему цілком.

Програми розрахунку для TL 431

В інтернеті існує безліч сайтів, де ви зможете завантажити програми-калькулятори для розрахунку параметрів напруги та сили струму. Вони можна вказувати типи резисторів, конденсаторів, мікросхем та інших складових частин схеми. TL 431 калькулятори також бувають онлайн, вони по функціоналу програють програмам, що встановлюються, але якщо вам потрібно виключно вхідні/вихідні і максимальні значення схеми, то вони впораються з цим завданням.

instrument.guru

Як підключити світлодіод до 220в: схеми, помилки, нюанси, відео

Зазвичай, світлодіоди підключаються до 220В за допомогою драйвера, розрахованого під їх характеристики. Але якщо потрібно підключити лише один малопотужний світлодіод, наприклад, як індикатор, то застосування драйвера стає недоцільним. У таких випадках виникає питання - як підключити світлодіод до 220 без додаткового блоку живлення.

Основи підключення до 220 В

На відміну від драйвера, який живить світлодіод постійним струмом і порівняно невеликою напругою (одиниці-десятки вольт), мережа видає змінну синусоподібну напругу з частотою 50 Гц і середнім значенням 220 В. Оскільки світлодіод пропускає струм тільки в один бік, то світитиметься він тільки на певних напівхвилях:

Тобто LED при такому харчуванні світиться не завжди, а блимає з частотою 50 Гц. Але через інерційність людського зору це не так помітно.

У той самий час напруга зворотної полярності, хоч і змушує led світитися, все-таки прикладається щодо нього і може вивести з ладу, а то й вжити ніяких захисних заходів.

Способи підключення світлодіода до мережі 220 В

Найпростіший спосіб (читайте про всі можливі способи підключення led) - підключення за допомогою резистора, що гасить, включеного послідовно зі світлодіодом. При цьому потрібно врахувати, що 220 В – це середньоквадратичне значення U мережі. Амплітудне значення становить 310, і його потрібно враховувати при розрахунку опору резистора.

Крім того, необхідно забезпечити захист світловипромінюючого діода від зворотної напруги тієї ж величини. Це можна зробити кількома способами.

Послідовне підключення діода з високою напругою зворотного пробою (400 і більше).

Розглянемо схему підключення докладніше.

У схемі використовується випрямний діод 1N4007 зі зворотною напругою 1000 В. При зміні полярності вся напруга буде додана саме до неї, і led виявляється захищеним від пробою.

Такий варіант підключення наочно показаний у цьому ролику:

Також тут описується, як визначити розташування анода і катода у стандартного малопотужного світлодіода і розрахувати опір резистора, що гасить.

Шунтування світлодіода звичайним діодом.

Тут підійде будь-який малопотужний діод, включений зустрічно-паралельно з led. Зворотна напруга при цьому буде прикладена до резистора, що гасить, т.к. діод виявляється включеним у прямому напрямку.

Зустрічно-паралельне підключення двох світлодіодів:

Схема підключення виглядає так:

Принцип аналогічний попередньому, тільки тут світловипромінюючі діоди горять кожен на своїй ділянці синусоїди, захищаючи один одного від пробою.

Зауважте, що підключення світлодіода до живлення 220В без захисту веде до швидкого виходу його з ладу.

Схеми підключення до 220В за допомогою резистора, що гасить, мають один серйозний недолік: на резисторі виділяється велика потужність.

Наприклад, у розглянутих випадках використовується резистор опором 24 Ком, що при напрузі 220 забезпечує струм близько 9 мА. Таким чином, потужність, що розсіюється на резисторі, становить:

9*9*24 = 1944 мВт, приблизно 2 Вт.

Тобто для оптимального режиму роботи буде потрібно резистор потужністю не менше ніж 3 Вт.

Якщо ж світлодіодів буде кілька, і вони споживатимуть більший струм, то потужність зростатиме пропорційно квадрату струму, що зробить застосування резистора недоцільним.

Застосування резистора недостатньої потужності веде до його швидкого перегріву та виходу з ладу, що може спричинити коротке замикання в мережі.

У таких випадках як струмообмежуючий елемент можна використовувати конденсатор. Перевага цього у тому, що у конденсаторі не розсіюється потужність, оскільки його опір носить реактивний характер.

Тут показана типова схема підключення світловипромінюючого діода до мережі 220В за допомогою конденсатора. Оскільки конденсатор після відключення живлення може зберігати в собі залишковий заряд, що становить небезпеку для людини, його необхідно розряджати за допомогою резистора R1. R2 захищає всю схему від кидків струму через конденсатор при включенні живлення. VD1 захищає світлодіод від напруги зворотної полярності.

Конденсатор має бути неполярним, розрахованим на напругу щонайменше 400 У.

Застосування полярних конденсаторів (електроліт, тантал) мережі змінного струму неприпустимо, т.к. Струм, що проходить через них у зворотному напрямку, руйнує їх конструкцію.

Ємність конденсатора розраховується за емпіричною формулою:

де U - амплітудна напруга мережі (310 В),

I - струм, що проходить через світлодіод (у міліамперах),

Uд - падіння напруги на led у прямому напрямку.

Допустимо, потрібно підключити світлодіод з падінням напруги 2 В при струмі 9 мА. Виходячи з цього, розрахуємо ємність конденсатора при підключенні одного такого led до мережі:

Ця формула дійсна лише для частоти коливань напруги у мережі 50 Гц. На інших частотах буде потрібно перерахунок коефіцієнта 4,45.

Нюанси підключення до мережі 220 В

При підключенні led до мережі 220В існують деякі особливості, пов'язані з величиною струму, що проходить. Наприклад, у поширених вимикачах освітлення з підсвічуванням світлодіод включається за схемою, зображеною нижче:

Як видно, тут відсутні захисні діоди, а опір резистора вибрано таким чином, щоб обмежити прямий струм led на рівні близько 1 мА. Навантаження у вигляді лампи також є обмежувачем струму. При такій схемі підключення світлодіод світитиметься тьмяно, але достатньо для того, щоб розглянути вимикач у кімнаті вночі. Крім того, зворотна напруга буде прикладена в основному до резистора при розімкнутому ключі, і світлодіод виявляється захищеним від пробою.

Якщо потрібно підключити до 220В кілька світлодіодів, можна включити їх послідовно на основі схеми з конденсатором, що гасить:

При цьому всі led повинні бути розраховані на однаковий струм рівномірного світіння.

Можна замінити шунтуючий діод зустрічно-паралельним підключенням світлодіодів:

Паралельне (не зустрічно-паралельне) підключення led у мережу неприпустимо, оскільки при виході одного ланцюга з ладу через іншу потече подвоєний струм, що викличе перегорання світлодіодів та подальше коротке замикання.

Ще кілька варіантів неприпустимого підключення світловипромінюючих діодів до мережі 220В описані в цьому відео:

Тут показано, чому не можна:

• включати світлодіод безпосередньо;
• послідовно з'єднувати світлодіоди, розраховані на різний струм;
• включати led без захисту від зворотної напруги.

Безпека при підключенні

При підключенні до 220В слід враховувати, що вимикач освітлення зазвичай розмикає фазний провід. Нуль у своїй проводиться загальним у всьому приміщенні. Крім того, електромережа часто не має захисного заземлення, тому навіть на нульовому дроті є деяка напруга щодо землі. Також слід мати на увазі, що в деяких випадках провід заземлення підключається до батарей опалення або водопровідних труб. Тому при одночасному контакті людини з фазою та батареєю, особливо при монтажних роботах у ванній кімнаті, є ризик потрапити під напругу між фазою та землею.

У зв'язку з цим, при підключенні до мережі краще відключати і нуль, і фазу за допомогою пакетного автомата, щоб уникнути ураження струмом при дотику до струмоведучих проводів мережі.

Висновок

Описані тут способи підключення світлодіодів у мережу 220В доцільно застосовувати тільки при використанні малопотужних світловипромінювальних діодів з метою підсвічування або індикації. Потужні led так підключати не можна, оскільки нестабільність напруги призводить до їх швидкої деградації і виходу з ладу. У таких випадках слід застосовувати спеціалізовані блоки живлення світлодіодів – драйвери.

ledno.ru

TL431, що це за "звір" такий? - Початківцям - Теорія

Микола Петрушов Мал. 1 TL431. TL431 була створена в кінці 70-х і по теперішній час широко використовується в промисловості і в радіоаматорській діяльності. Але не дивлячись на її солідний вік, не всі радіоаматори близько знайомі з цим чудовим корпусом і його можливостями. цією мікросхемою. Для початку давайте подивимося, що у неї всередині і звернемося до документації на мікросхему, "даташиту" (до речі, аналогами цієї мікросхеми є - КА431, і наші мікросхеми КР142ЕН19А, К1156ЕР5х). А всередині у неї з десяток транзисторів і всього три висновки, так що це таке? Мал. 2 Пристрій TL431. Виявляється, все дуже просто. Усередині знаходиться звичайний операційний підсилювач ОУ (трикутник на блок-схемі) з вихідним транзистором та джерелом опорної напруги. Тільки тут ця схема грає трохи іншу роль, а саме – роль стабілітрона. Ще його називають "Керований стабілітрон". Як він працює? Дивимося блок-схему TL431 на малюнку 2. Зі схеми видно, ОУ має (дуже стабільний) вбудоване джерело опорної напруги 2,5 вольт (маленький квадратик) підключений до інверсного входу, один прямий вхід (R), транзистор на виході ОУ, колектор (К) та емітер (А), якого об'єднані з висновками живлення підсилювача та захисний діод від переполюсування. Максимальний струм навантаження транзистора до 100 мА, максимальна напруга до 36 вольт. Мал. 3 Цоколівка TL431. Тепер на прикладі простої схеми, зображеної на малюнку 4, розберемо, як це все працює. Ми вже знаємо, що всередині мікросхеми є вбудоване джерело опорної напруги – 2,5 вольт. У перших випусків мікросхем, які називалися TL430 - напруга вбудованого джерела було 3 вольта, у пізніших випусків, сягає 1,5 вольта. перевищує опорне 2,5 вольт, (приставку "трохи" можна опустити, так як різниця становить кілька мілівольт і надалі вважатимемо, що на вхід потрібно подати напругу, що дорівнює опорному), тоді на виході операційного підсилювача з'явиться напруга і вихідний транзистор відкриється. сказати по простому, TL431 - це щось типу польового транзистора (або просто транзистора), який відкривається при напрузі 2,5 вольта (і більше), що подається на його вхід. Поріг відкриття-закриття вихідного транзистора тут дуже стабільний із-за наявності вбудованого стабільного джерела опорної напруги. Мал. 4 Схема на TL431. Зі схеми (рис. 4) видно, що на вхід R мікросхеми TL431, включений дільник напруги з резисторів R2 і R3, резистор R1 обмежує струм світлодіода. Так як резистори дільника однакові (напруга джерела живлення ділиться навпіл), вихідний транзистор підсилювача (ТЛ) -ки) відкриється при напрузі джерела живлення 5 вольт і більше (5/2=2,5). На вхід R в цьому випадку з дільника R2-R3 подаватиметься 2,5 вольт. Тобто світлодіод у нас загориться (відкриється вихідний транзистор) при напрузі джерела живлення - 5 вольт і більше. Якщо збільшити опір резистора R3 у плечі дільника, то необхідно буде збільшити і напруга джерела живлення більше 5 вольт, для того, щоб напруга на вході R мікросхеми, що подається з дільника R2-R3 знову досягло 2,5 вольт і відкрився вихідний транзистор ТЛ-ки. Виходить, що якщо дільник напруги (R2-R3) підключити на вихід БП, а катод ТЛ-ки до бази або затвора регулюючого транзистора БП, то зміною плечей дільника, наприклад змінюючи величину R3 - можна буде змінювати вихідну напругу даного БП, тому що при цьому буде змінюватися і напруга стабілізації ТЛ-ки (напруга відкриття вихідного транзистора) - тобто ми отримаємо керований стабілітрон. Або якщо підібрати дільник не змінюючи його надалі - можна зробити вихідну напругу БП суворо фіксованою при певному значенні. Висновок; - якщо мікросхему використовувати як стабілітрон (основне її призначення), то ми можемо за допомогою підбору опорів дільника R2-R3 зробити стабілітрон з будь-якою напругою стабілізації в межах 2,5 - 36 вольт (максимальне обмеження по "даташиту"). Напруга стабілізації в 2 5 вольта - виходить без дільника, якщо вхід ТЛ-ки підключити до її катода, тобто замкнути висновки 1 і 3. Тоді ще виникають питання. можна замінити TL431 звичайним операційником? - Можна, тільки якщо є бажання конструювати, але необхідно буде зібрати своє джерело опорної напруги на 2,5 вольт і подати харчування на операційник окремо від вихідного транзистора, так як струм його споживання може відкрити виконавчий пристрій. У цьому випадку можна зробити опорну напругу яку завгодно (не обов'язково 2,5 вольта), тоді доведеться перерахувати опори дільника, що використовується спільно з TL431, щоб при заданому вихідному напрузі БП - напруга, що подається на вхід мікросхеми, була рівною опорному. Ще одне питання - а чи можна використовувати TL431, як звичайний компаратор і зібрати на ній, припустимо, терморегулятор, або щось подібне? Можна, але оскільки вона відрізняється від звичайного компаратора вже наявністю вбудованого джерела опорної напруги схема вийде набагато простіше. Наприклад, така; Мал. 5 Терморегулятор на TL431. Тут терморезистор (термістор) є датчиком температури, і зменшує свій опір у разі підвищення температури, тобто. має негативний ТКС (Температурний Коефіцієнт Опору). Терморезистори з позитивним ТКС, тобто. опір яких при збільшенні температури збільшується - називаються позистори. .Ця схема володіє малим гістерезисом, і для його збільшення, необхідно вводити ООС між висновками 1-3, наприклад підстроювальний резистор 1,0 - 0,5 мОм і величину його підібрати експериментальним шляхом в залежності від необхідного гістерезису.Якщо необхідно, щоб виконавчий пристрій спрацьовувало при зниженні температури, то датчик і регулятори потрібно поміняти місцями, тобто термістор включити у верхнє плече, а змінний опір з резистором - в нижнє. трансивера, яка наведена малюнку 6, і яку роль тут грають резистори R8 і R9, і як вони підбираються. Перелік елементів схеми принципової електричної схеми Перелік елементів схеми принципової електричної схеми