Эксперимент со стабилизатором напряжения на зенерном диоде 12 В

Детали и материалы

• Четыре 6-вольтовых аккумулятора (всего 24 В при последовательном соединении)
• Зенерный диод 12 В (например, 1N4742, Radio Shack #276-563 или аналогичный)
• Резистор 10 кОм

Для этого эксперимента подойдет любой низковольтный зенерный диод. Рекомендуем диод, чье зенерное напряжение превышает напряжение одного аккумулятора, чтобы можно было наблюдать его поведение в подпороговых условиях.

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 3, Chapter 3: «Diodes and Rectifiers»

Цели обучения

• Понять, как зенерный диод стабилизирует напряжение
• Осознать роль последовательного резистора в зенерной схеме
• Анализировать падения напряжения на компонентах при разных уровнях питания

Схема

Иллюстрация

Инструкции

Соберите схему, показанную выше, обеспечивая обратное смещение зенерного диода (катод к положительному, анод к отрицательному). Используйте один 6-вольтовый аккумулятор как источник питания и измерьте напряжение на диоде. Запишите это базовое показание.

Далее добавьте второй 6-вольтовый аккумулятор последовательно для создания 12-вольтового питания. Снова измерьте падение напряжения на диоде и резисторе мультиметром.

Продолжите, добавляя третий и четвертый аккумуляторы, создавая питание 18 В и 24 В соответственно. Для каждого уровня питания запишите напряжение на зенере и резисторе. Наблюдайте, что напряжение зенера никогда не превышает его пробойное значение (≈12 В), в то время как резистор угасает излишнее напряжение.

Ключевые выводы:

• Зенерный диод зажимает напряжение на себе до своего номинального значения.
• Он не может создавать напряжение; если питание ниже зенерного напряжения, падение на диоде равно напряжению питания.
• Последовательный резистор ограничивает ток и поглощает избыточное напряжение.

Компьютерное моделирование

Схема с номерами узлов SPICE:

Нетлист (скопируйте в текстовый файл):

Zener diode
v1 1 0
r1 1 2 10k
d1 0 2 mod1
.model mod1 d bv=12
.dc v1 18 18 1
.print dc v(2,0)
.end

SPICE-модель использует стандартный диод с параметром обратного пробоя (bv=12), установленным на желаемое зенерное напряжение.

Связанные рабочие листы

• Zener Diodes Worksheet
• Regulated Power Sources Worksheet