Стабилитрон на воде

Стабилитрон — это предохранительный клапан с калиброванной пружиной. Пока давление ниже порога, клапан закрыт. Стоит давлению подняться выше — клапан приоткрывается и сбрасывает лишнюю воду, поэтому на моторе давление не выше заданного. Двигайте ползунки над резисторами и смотрите, когда клапан работает, а когда сгорает.

КРОНА 9 В катод (+) анод (−) пружина СГОРЕЛ балластный резистор резистор нагрузки мотор 3,2 В · 20 мА
Балластный резистор Rб
Резистор нагрузки Rн
Ползунки плавно меняют сопротивление от 0 Ом до 1 МОм (шкала логарифмическая). Цвет дорожки Rб: красный — стабилитрон сгорит, зелёный — работает, жёлтый — стабилизация гаснет, серый — давления не хватает. Дорожка Rн: жёлтая — мотору много, зелёная — норма, серая — мотору мало.
Стабилизация работает
Стабилитрон на напряжение
Мощность стабилитрона
На выходе (мотор + Rн)0 В
Ток нагрузки0 мА
Ток стабилитрона0 мА
Общий ток0 мА
Нагрев стабилитрона0 Вт
На моторе0 В
Мощность резисторов в вашем наборе
Расчёт цепи
ЭлементRНапряжение UТок I (расход воды)Мощность P (тепло)Состояние · какой подобрать

Как это работает

Клапан с калиброванной пружиной

Пружина настроена на 3,3 или 5,1 В. Пока давление на катоде ниже — клапан закрыт, и вся вода идёт в мотор. Выше — клапан приоткрывается и сбрасывает излишек в обратную трубу. Давление за балластным резистором перестаёт расти: Uвых ≈ Uст.

Зачем нужен балластный резистор

Батарейка давит сильнее, чем держит клапан. Лишнее давление должен погасить резистор: Rб = (U − Uст) / (Iнагр + Iст). Без него вода ломится через клапан без ограничений, и стабилитрон перегревается. Для 3,3 В и мотора 20 мА: (9 − 3,3) / (20 + 5 мА) ≈ 220 Ом.

Резистор нагрузки Rн

Мотор рассчитан на 3,2 В. Со стабилитроном на 3,3 В Rн не нужен. На 5,1 В мотору достаётся слишком много, и резистор Rн гасит лишние 1,9 В: Rн = 1,9 В / 20 мА − 160 Ом ≈ 100 Ом. Кнопка «Подобрать резисторы» считает оба.

Когда стабилитрон сгорит

1. Резистор Rб слишком маленький

Через клапан течёт ток Iст = (U − Uст) / Rб − Iнагр, а греется он мощностью P = Uст · Iст. Предел — паспортная мощность: у 0,5 Вт и 3,3 В это 151 мА, у 5,1 В — 98 мА. Rб = 0 Ом: через клапан идёт всё, что даёт батарейка, и он сгорает за секунды.

2. Нагрузка оборвалась

Мотор отпал или Rн слишком большой — весь ток Rб теперь уходит в стабилитрон. Стабилитрон рассчитан на нагрузку, но и без неё не должен греться: Rб ≥ (U − Uст) / (Pmax / Uст). Для 3,3 В и 0,5 Вт — не меньше 38 Ом, а для работы с мотором берут 220 Ом. Нажмите «Отключить нагрузку» и убедитесь.

Что станет после пробоя

Перегретый стабилитрон обычно замыкается накоротко: узел оказывается соединён с землёй, мотор получает 0 В, а вся мощность остаётся на Rб. Если Rб рассчитан на 0,25 Вт, он перегреется следом. Поэтому для защиты ставят балластный резистор с запасом по мощности ×2.