┘
We hebben de zenerdiode uitgebreid behandeld in hoofdstuk 2.52.
De zenerdiode wordt meestal gebruikt om een spanning te stabiliseren.
Over een stabilisatieschakeling met een zenerdiode voeren wij een iets hogere spanning toe dan nodig is.
De stroom door de zenerdiode is het verschil tussen I-in en I-uit.( Iz = I-in - I-uit ).
We moeten ervoor zorg dragen dat Iz nooit onder de 0 mA komt omdat dan de zenerdiode niet werkt.
Uin wordt afgenomen van de condensator uit de gelijkrichtschakeling.
Over de zenerdiode sluiten wij de belasting aan en in serie een weerstand.
De spanning aan de uitgang is nu gelijk aan de zenerspanning, 7,5 volt bijvoorbeeld.
We moeten nu nog erachter zien te komen hoe hoog Uin moet zijn en welke waarde R moet hebben.
We hebben hiervoor de grafiek nodig van de zenerdiode zoals die hierboven is afgebeeld.
We zien dat bij een zenerspanning van 7,5 Volt er een stroom loopt van 50 mA, bij 7 Volt is dit 0 mA en bij 8 Volt 100 mA.
Laten we in ons voorbeeld eens aannemen dat de belastings-weerstand een stroom opneemt tussen 0 en 50 mA.
We willen een Iuit hebben door de weerstand van 25 mA met een spanning van 7,5 Volt.
Door de zenerdiode zal 50 mA moeten vloeien als de spanning 7,5 Volt is.
Deze stroom loopt ook door de serieweerstand.
Door deze serieweerstand loopt Iz van 50 mA en 25 mA van Iuit, in totaal 75 mA.
Nu is de ingangsspanning 16 Volt, we kunnen dan de waarde van de serieweerstand berekenen. Over de zenerdiode komt 7,5 Volt, over de serieweerstand zal dan een spanningsval van 8,5 Volt moeten komen.
We weten de stroom van 75 mA. De weerstand moet dan zijn R = U / I = 8,5 / 0,075 = 113 Ω.
Als de uitgangsstroom afneemt tot 0 mA zal de 25 mA die eerst door de belasting vloeide, door de zenerdiode gaan vloeien.
De stroom door de zenerdiode wordt dan 75 mA. Uit de grafiek lezen wij af dat de spanning bij 75 mA stijgt naar 7,75 Volt.
Als de belastings-stroom toeneemt tot 50 mA, zal er nog maar 25 mA vloeien door de zenerdiode, uit de grafiek kunnen wij dan aflezen dat de spanning afneemt tot 7,25 Volt.
We kunnen de schakeling nog zoveel belasten tot dat de stroom door de zenerdiode 0 mA is, dan is de spanning 7 Volt. Als we nog zwaarder gaan belasten neemt de uitgangsspanning af vanwege het spanningsverlies dat in de serieweerstand zal gaan optreden, dit spanningsverlies is evenredig met de opgenomen stroom. De zenerdiode heeft dan geen werking meer omdat er geen stroom doorheen vloeit.
Als de ingangsspanning met 2 Volt toeneemt zal de spanning die over de weerstand ook toenemen met 2 Volt. De spanning wordt dan 10,5 Volt. De stroom door de serieweerstand neemt dan toe, I = 10,5 / 113 = 93 mA. De stroom door de belasting was 25 mA, zodat de stroom door de zenerdiode 93 mA - 25 mA = 68 mA zal zijn. Bij 68 ma is de uitgangsspanning circa 7,7 Volt
Als de ingangsspanning met 2 Volt afneemt zal de spanning die over de serieweerstand staat ook afnemen met 2 Volt, van 8,5 volt naar 6,5 Volt. De stroom wordt dan 6,5 / 113 = 58 mA. De stroom door de belasting is nog steeds 25 mA, de stroom door de zenerdiode neemt af: 58 mA - 25 mA = 33 mA. De spanning over de zenerdiode kunnen wij dan aflezen, ongeveer 7,3 Volt.
Stabilisatieschakeling met een transistor
Bovenstaande basisschakeling is niet erg zwaar belastbaar en de spanning is nou ook niet echt stabiel, de variatie is nog best groot. Willen wij een betere stabilisatie en een schakeling die zwaarder is te belasten, dan breiden wij de schakeling uit met een transistor. In het schema hiernaast zie je de transistor geschakeld als emitter-volger.
De stroom die nu geleverd kan worden uit de emitter is HFE × IB.
De spanning U-uit is bij een silicium transistor ongeveer 0,7 volt lager dan de spanning over de zenerdiodes.
De spanning van zenerdiodes in serie kunnen wij bepalen door de spanningen bij elkaar op te tellen, we komen dan op 13 Volt. U-uit zal dan 12,3 Volt zijn.
De stroom die geleverd moet worden door de zenerdiodes is I-uit / HFE (HFE is de gelijkstroomversterking van de transistor).
De collectorstroom is hier bijna gelijk aan de emitterstroom. .
Als wij 1 Ampère willen laten lopen door Rb, en de gelijkstroomversterking van de transistor is 50, dan moet er maximaal een stroom van 1000 / 50 = 20 mA basisstroom toegevoerd worden.
Stel dat de U-in varieert tussen 20 en 16 Volt.
We gaan dan eerst naar de 16 Volt kijken, we gaan er dan vanuit dat de zener-stroom klein is, bijvoorbeeld 5 mA.
Over de weerstand staat een spanning van U-in minus de zenerspanning, 16 volt - 13 Volt = 3 Volt.
De stroom door R is Iz + Ib. Iz stellen wij op 5 mA en Ib moest 20 mA zijn, bij elkaar 25 mA.
De weerstand is dan R = U / I = 3 / 0,025 = 120 Ohm
Nu kijken wij naar de 20 Volt, de spanningsval over de weerstand wordt nu 7 Volt. De stroom door R is dan I = U / R = 7 / 120 = 58 mA.
De maximale stroom door de zenerdiodes is dan 58 mA en wel als IB 0 mA is en I-uit ook 0 Ampère is.
Gedissipeerd vermogen
Hoeveel dissipeert de transistor in onze schakeling?
Het gedissipeerde vermogen van een transistor geven wij aan met PC en kunnen wij berekenen met UCE × IC.
Het vermogen zal maximaal zijn bij de hoogste spanning, 20 Volt.
De uitgangsspanning zal 12,3 Volt zijn (zenerspanning min de 0,7 Volt van de transistor), UCE is dan 20 - 12,3 Volt = 7,7 volt.
Bij een stroom van 1 Ampère door RB zal het gedissipeerde vermogen 1 × 7,7 = 7,7 Watt zijn.
Spannings-stabilisatoren
Dit soort schakelingen zijn beschikbaar als geïntegreerde schakelingen, van heel klein voor de kleine waardes en vrij fors voor de hoge waardes.
De 7812 en 7805 zijn stabilisatoren, de eerste 2 cijfers, 78, geven aan dat het hier stabilisatoren betreft met positieve uitgangsspanningen.
De 12 en 05 die erachter staan geven de stabilisatie spanning aan.
Hiernaast zie je drie voorbeelden van stabilisatoren, de 7812, 7809 en LM317.
