مدار تثبیت کننده با دیود زنر (Zener Regulator Circuit)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مدار تثبیت کننده با دیود زنر (Zener Regulator Circuit) :
مدار تثبیت کننده با دیود زنر (Zener Regulator Circuit) ساده ترین و ابتدایی ترین نوع رگولاتور ولتاژ خطی است. این مدار از یک دیود زنر و یک مقاومت سری (Series Resistor) تشکیل شده است. با وجود سادگی، این مدار پایه ای برای درک مفهوم تثبیت ولتاژ است و در کاربردهای کم جریان و غیرحساس کاربرد دارد.
ساختار و انتخاب مقاومت: یک مقاومت (Rs) به صورت سری با ترکیب موازی دیود زنر و بار (R_L) قرار می گیرد. ولتاژ ورودی (
\[ V_{in} \]) باید بیشتر از ولتاژ زنر (
\[ V_Z \]) باشد. مقاومت Rs باید به گونه ای انتخاب شود که دو شرط اساسی برآورده شوند:
⭐ در بدترین حالت (حداکثر ولتاژ ورودی و حداقل جریان بار)، جریان عبوری از زنر (
\[ I_Z \]) از حداکثر جریان مجاز زنر (
\[ I_{Zmax} \]) بیشتر نشود (برای جلوگیری از سوختن).
⭐ در بدترین حالت دیگر (حداقل ولتاژ ورودی و حداکثر جریان بار)، جریان عبوری از زنر (
\[ I_Z \]) از حداقل جریان لازم برای تثبیت (
\[ I_{Zmin} \]) کمتر نشود (در غیر این صورت زنر از ناحیه شکست خارج شده و رگولاسیون از بین می رود).
مقاومت Rs از رابطه
\[ R_s = \frac{V_{in} - V_Z}{I_Z + I_L} \]محاسبه می شود و باید با در نظر گرفتن هر دو حالت حدی انتخاب شود.
اصل عملکرد: دیود زنر در ناحیه شکست معکوس، ولتاژ دو سر خود را تقریبا ثابت نگه می دارد. هرگونه تلاش برای تغییر ولتاژ خروجی (مثلا به دلیل نوسان Vin یا تغییر بار) با تغییر جریان زنر جبران می شود.
⭐ تغییر Vin: اگر Vin افزایش یابد، جریان کل افزایش می یابد. این افزایش جریان عمدتا از زنر عبور می کند و افت ولتاژ روی Rs بیشتر می شود، در نتیجه Vout = Vin - Rs*(I_L+I_Z) ثابت می ماند.
⭐ تغییر بار: اگر I_L افزایش یابد، I_Z کاهش می یابد تا مجموع I_L + I_Z تقریبا ثابت بماند، در نتیجه Vout ثابت می ماند.
محدودیت ها:
⭐ راندمان بسیار پایین، زیرا مقاومت Rs و دیود زنر دائما توان تلف می کنند.
⭐ توان خروجی محدود (معمولا کمتر از ۱ وات).
⭐ رگولاسیون خط و بار نسبت به رگولاتورهای مجتمع ضعیف تر است.
⭐ خروجی ثابت و غیرقابل تنظیم است (مگر با استفاده از زنرهای مختلف).
کاربردها: تأمین ولتاژ مرجع برای مدارهای دیگر (مانند آپ امپ ها و ADCها)، تثبیت ولتاژ پایه برای رگولاتورهای قوی تر، و کاربردهای بسیار کم توان.
