Ikdienā ļoti bieži ir situācijas, kad ir nepieciešams konkrēts darba spriegums. Viens no variantiem ir speciālu integrālo shēmu izmantošana, taču pats vienkāršākais veids ir konkrēta sprieguma stabilizācija, izmantojot Zēnera diodi jeb stabilitronu.
Lai shēmā notiktu stabilizācija jeb Zēnera diode stabilizētu spriegumu, ir nepieciešams, lai izpildās zemāk minētie nosacījumi.
Pirmkārt, ieejā padotajam elektrobarošanas spriegumam ir jābūt lielākam nekā nominālajam stabilizācijas spriegumam (uzdod katrai Zēnera diodei kā galveno parametru), jo pretējā gadījumā stabilizācija nenotiks.
Otrkārt, ar Zēnera diodi virknē tiek slēgta pretestība, kura aizsargā to un tiek izmantota darba punkta iestatīšanai (balasta pretestība), bet spriegums, kurš tiek stabilizēts, nonāk pie slodzes pretestības, kas ir paralēli pieslēgta Zēnera diodei, bet virknē ar pirmo pretestību. Rezultātā veidojas sprieguma dalītājs, kurš nosaka to, kāds būs izejas spriegums, tas nozīmē to, ka stabilizācija notiks tikai tādā gadījumā, ja šis izejas spriegums, izslēdzot no shēmas Zēnera diodi, būs lielāks nekā nominālais stabilizācijas spriegums. Tāpēc, lai pārbaudītu shēmas stabilizāciju, ir ieteicams sākt ar sprieguma dalītāja izejas sprieguma aprēķinu, pēc kura var secināt, vai vispārīgā gadījumā stabilizācija būs iespējama.
Treškārt, iestatot Zēnera diodi darba punktā, jāizvairās no pārliekuma punkta, proti, jāizvēlas atbilstoša balasta pretestība, lai strāva caur Zēnera diodi būtu starp minimālo un maksimālo, kura norādīta datu lapā, lai nodrošinātu stabilu izejas spriegumu, kad paralēli tiek pieslēgta slodze.
Piemēram, ja ir dots šāds slēgums:Treškārt, iestatot Zēnera diodi darba punktā, jāizvairās no pārliekuma punkta, proti, jāizvēlas atbilstoša balasta pretestība, lai strāva caur Zēnera diodi būtu starp minimālo un maksimālo, kura norādīta datu lapā, lai nodrošinātu stabilu izejas spriegumu, kad paralēli tiek pieslēgta slodze.
1.1.att. 6,2 V stabilizācijas shēma, izmantojot Zēnera diodi
1) Tiek pārbaudīts sprieguma dalītāja izejas spriegums:
Uiz(slodzes) = (3000*20)/(1000+3000) = 15 V
Secinājums: vispārīgā gadījumā stabilizācija būs iespējama, jo Usl>Ustab, kad no shēmas ir izslēgta Zēnera diode.
2)Tālāk seko sprieguma krituma aprēķins uz R1 rezistora:
U1 = Ubarošanas-Ustabilizācijas = 20-6,2 = 13,8 V
3) Tālāk tiek aprēķināts strāvas stiprums, kura plūst caur šo rezistoru:
I1 = 13,8/1000 = 0,0138 A = 13,8 mA
4) Tālāk tiek aprēķināts strāvas stiprums, kura plūst caur slodzi:
Isl = 6,2/3000 = 0,002067 A = 2,067 mA (Ustabilizācijas = Uslodzes, jo paralēlais slēgums)
5) Tālāk tiek aprēķināts strāvas stiprums caur Zēnera diodi:
Id = I1-Isl = 13,8 - 2,067 = 11,73 mA (Pēc 1.Kirhofa likuma)
6)Pēdējais, kas tiek aprēķināts, ir izkliedētā jauda uz diodes;
Pd = Id*Ustabilizācijas = 6,2*0,01173 = 72,73 mW
Piemēram, gadījumā, kad šajā shēmā tiktu izmantoti rezistori, kur R1 = 1000 Ω, Rsl = 100 Ω, tad stabilizācija nenotiktu, jo maksimālais iespējamais izejas spriegums būtu 1,81 V, kas ir mazāks nekā stabilizācijas spriegums. No tā izriet, ka svarīgi ir ievērot to, kāda ir slodzes pretestība, balasta rezistora pretestība, ieejas spriegums, lai veiksmīgi varētu to stabilizēt, izmantojot Zēnera diodes.
Katrai Zēnera diodei, veicot stabilizācijas testa mērījumus, ir iespējams noteikt dinamisko pretestību stabilizācijas procesā, kuru tālāk var izmantot, lai novērtētu stabilizācijas koeficientu, zinot balasta rezistora pretestības pret Zēnera diodes dinamisko pretestību attiecību.