Entwerfen eines Netzteils (Zener) für konstante 6 V (

UPDATE: Mein Ziel ist es, 6V als Spannungsausgang zu erhalten. Wie Sie sehen können, ist es 5,94 V. Ich habe versucht, meine Variablen anzupassen, aber es variiert von 5,6 bis 5,94 V, ohne 6 V erreicht zu haben. Was wäre der beste Weg, um es wirklich nahe an 6V zu bringen$\pm$ 0,01?

Ich habe eine Gleichstromversorgung entworfen, die eine Zenerdiode als Regler hat. Ich habe den Kondensator eingebaut, um ihn zu filtern, eine Glättungsaktion durchzuführen und die Welligkeit zu verringern. Was würde nun das Hinzufügen weiterer Kondensatoren in einem Zenerregler bewirken? Lohnt es sich bei der weiteren Entwicklung, den Kondensator auf einen Maximalwert wie 10.000 uF zu maximieren?

EDIT: Zener ist 6V, Eingangsspannung wäre 220 V AC (ich werde einen 6V Brückentransformator verwenden), Last wird zwischen 500Ω bis 20kΩ liegen. Die Last variiert, indem sie in Schritten von 500 Ohm ausgetauscht wird, dh einzeln.

Ich kann nur einen Zenerregler sowie einige Kappen und Widerstände verwenden.

Ein Zener ist ein Nebenschlussregler, dh es handelt sich um eine Last parallel zu Ihrer tatsächlichen Last.

Die Zenerspannung beträgt 6 V, daher benötigen Sie etwas mehr, um einen Spannungsabfall über dem Vorwiderstand R zuzulassen. Wenn die Eingangsspannung konstant ist, z. B. 8 V, sieht R einen konstanten Strom, wenn auch die 6 V konstant sind . Das ist das Ohmsche Gesetz: V = R.$\times$ ICH.

Ihre Last kann zwischen 500 Ω und 20 kΩ variieren, was für den Zener ein großer Bereich ist, wie wir sehen werden. Der Strom durch die Last variiert dann zwischen 300 µA und 12 mA. Wir müssen also R für mindestens diese 12 mA plus einige für den Zener berechnen, sagen wir 10 mA. Das sind 22 mA, und wenn wir den 8-V-Eingang annehmen, beträgt unser R 90 Ω.

Die 10 mA für den Zener werden für eine ordnungsgemäße Regelung benötigt. Wenn der Strom zu gering ist, können Schwankungen zu ziemlich großen Spannungsänderungen führen. Wie Sie bei einer maximalen Last von 500 Ω sehen können, ist der Regler nur zu etwa 50% effizient. Sie haben den gleichen Strom durch den Zener wie durch das Laden. Bei der Mindestlast ist es wirklich schlecht: Der Zener hat die 12 mA von der Last genommen und hat insgesamt 22 mA, während die Last nur 300 µA hat. Der Wirkungsgrad beträgt dann nur noch 1,3%! Dies ist ein Grund, warum Zener nicht für Lasten empfohlen werden, die so stark variieren.

Warum sollte der Zener die 12 mA von der Last nehmen? Wenn dies nicht der Fall wäre, würde R nur 10 mA anstelle von 22 mA erhalten und der Spannungsabfall würde 900 mV für einen 7,1-V-Ausgang betragen. Es ist die Zenerspannung, die den Gesamtstrom auf 22 mA zwingt.

Der Zenerstrom ändert sich also mit variierender Last, aber auch mit variierender Eingangsspannung, denn wenn die 8 V zu 9 V werden würden, würde der Gesamtstrom (9 V - 6 V) / 90 Ω = 33 mA betragen. Wenn die Last 12 mA davon benötigt, werden 21 mA durch den Zener geleitet.

Ihr Zener hält die Spannung um 6 V, aber mit diesen sich ändernden Strömen können Sie keine Wunder erwarten: Die 6 V werden nicht konstant sein. Ein Zener ist kein guter Spannungsregler.

Eine bessere Lösung wäre ein TL431 (Russell! ;-)). Dies ist bei viel besserer Regulierung bereits viel stabiler und kostet kaum mehr als einen Zener.

Aber die wirkliche Lösung ist natürlich ein Serienregler. Der 78L06 ist ein 6 V / 100 mA-Teil, der einfach zu bedienen ist: ein Eingangspin, ein Ausgang und eine gemeinsame Masse. Fügen Sie sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang Kondensatoren hinzu, und schon sind Sie fertig.

Bearbeiten nach Hinzufügen von Anforderungen zur Frage
Wenn Sie nur einen Zener verwenden können, müssen Sie Ihre Anforderungen lockern. Eine Genauigkeit von 10 mV ist absolut unmöglich. Das sind weniger als 0,2%, während der 1N5233 zunächst eine Toleranz von 5% hat und das Datenblatt eine Zenerimpedanz von maximal 7 Ω angibt. Das bedeutet, dass eine Differenz des Zenerstroms von 12 mA eine Differenz von 84 mV ergibt, das sind weitere 1,4%.

Anscheinend verwenden Sie den Zener als Shunt-Regler . Das ist keine gute Idee, wenn es nur unmittelbar auf den Transformator, die Gleichrichter und den Parallelkondensator folgt. Der Grund dafür ist, dass Sie so ziemlich garantieren, dass die Ausgangsspannung für einen Teil jedes Zyklus unter die Regelgrenze fällt. Während der Spitzen begrenzt der Zener die Kondensatorspannung auf den Regelwert. Während der Dips kann es nur von dort runter gehen.

Ihre maximale Last beträgt nur 12 mA, sodass Sie sich keine Sorgen um die Effizienz machen müssen. Die einfachste Antwort besteht darin, dem Gleichrichter und dem Kondensator einen Linearregler zu folgen. Wenn die Sekundärseite des Transformators 6 VAC ausgibt, wie Sie andeuten, beträgt ihre Spitzenspannung tatsächlich 8,5 V. Diese minus zwei Schottky-Diodentropfen (bei diesen niedrigen Spannungen sind Schottkys ein Kinderspiel) sollten etwa 7,5 bis 8 Volt hinterlassen. Damit bleibt mindestens 1,5 V Headroom für einen Linearregler, was durchaus machbar ist.

Wie in den anderen Antworten erwähnt, ist der Zener kein guter Spannungsregler für eine stark variierende Last.
Der Weg zur Verbesserung der Regelung besteht darin, den Zenerstrom zu erhöhen. Um jedoch eine Toleranz von annähernd + -10 mV zu erreichen (die Genauigkeit ist eine andere Sache angesichts der Zenertoleranz und eines überdurchschnittlichen Stroms), wird ein großer Strom benötigt.

Hier ist ein 1N750-Zener, der dreimal mit Vorwiderständen von 40 Ω, 100 Ω und 500 Ω simuliert wurde, wenn die Last von 500 Ω auf 20 kΩ gewobbelt wird:

Simulation:

Die rote Spur hat eine Reihe R von 500 Ω, die blaue Spur ist 100 Ω und die grüne Spur 40 Ω. Die X-Achse ist die Last, die von 500 Ω auf 20 kΩ gewobbelt wird, während die Y-Achse die Ausgangsspannung ist.
Wir können sehen, je niedriger der Vorwiderstand ist, desto besser ist die Regelung über die variierende Last. Mit dem 8-V-Eingang und dem 40 & Omega-Widerstand lässt der Zener jedoch ~ 80 mA Strom durch und leitet 4,7 * 80 mA = ~ 380 mW ab, sodass er ohne Kühlungsaufwand sehr heiß wird (der Wärmewiderstand kann bis zu 300 ° betragen C / W gemäß Datenblatt .
Auffällig sind auch die leicht unterschiedlichen Spannungsplateaus mit den unterschiedlichen Strömen. Die Nennspannung für diesen Zener beträgt 4,7 V, aber wenn wir den Zener mit ~ 6,5 mA (500 Ω) betreiben, ist die Spannung mit ~ 4,65 V niedriger, und wenn er mit ~ 80 mA betrieben wird, steigt die Spannung darüber auf ~ 4,77 V. Dies muss also berücksichtigt werden, wenn der Ausgang (in Ihrem Fall) auf 6 V genau sein muss. Auch der Temperaturkoeffizient von ~ 0,018% / ° C wirkt sich auf die Dinge aus, so dass für den Betrieb unter verschiedenen Bedingungen eine Möglichkeit erforderlich wäre, ihn angemessen konstant zu halten (offensichtlich muss die Verlustleistung zusammen mit der Umgebung berücksichtigt werden).
Eine Variation von 50 ° C. erzeugt eine Änderung von 0,018 * 50 = 0,9%, was ~ 42 mV entspricht, was Ihr 10 mV-Ziel überschwemmt. Also muss alles "genau richtig" sein, um die Chance zu haben, es zu treffen.

Also, wenn dies nur für eine Aufgabe / Spaß / etc ist, dann machen Sie etwas wie oben. Wenn es für die Verwendung in einem geeigneten Design verwendet werden soll, geben Sie die wenigen zusätzlichen Pfennige aus und verwenden Sie einen Linearregler (oder zumindest ein Transistorpasselement mit Zener, um die Basis zu regulieren).