Стабилитрон как подключить: Стабилитрон

ЗАПРЕЩЕННАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ | Дмитрий Компанец

Схема стабилизации с помощью неоновых лампочек

Стабилизация напряжения с помощью стабилитронов хорошо знакома многим и основным элементом стабилизации в схемах является стабилитрон. В качестве стабилитрона могут выступать разные радиоэлементы имеющие пороговые свойства. Хотя иногда стабилизаторами становятся и компоненты для этого изначально не предназначенные,- к примеру транзисторы и неоновые лампочки.

Стабилизация напряжения стабилитроном

Суть стабилизации пороговыми элементами сводится к пропусканию ими тока при достижении критического напряжения. Именно ток протекающий через стабилитрон стабилизирует напряжение в схеме.
Вот тут как раз и кроется причина возникновения парадоксов и запретных загадок. Слабый стабилитрон пропуская через себя большие токи может легко выйти из строя, а вот увеличить ток и мощность стабилизации можно применив схему с транзистором рассчитанным на пороговые токи стабилизации.

Для увеличения стабилизируемого напряжения применяется последовательное включение стабилитронов

Последовательно включенные стабилитроны

Очень часто я встречаю решение по увеличению мощности тока стабилизации в схемах опубликованных и рассказанных на радиолюбительских сайтах в виде параллельно поставленных стабилитронов. Логически параллельное соединение увеличивает мощность схемы стабилизации, НО практически это в корне не верно.

Да , ставить стабилитроны ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО можно тем самым увеличивая напряжение стабилизации, но паралельно НЕЛЬЗЯ!

В этой схеме ток протекает через обе лампочки

Простой опыт с неоновыми лампочками включенными по упрощенной схеме ПАРАЛЕЛЬНОГО включения показывает, что ток при превышении заданного напряжения стабилизации будет протекать только через один пороговый элемент в то время как второй просто будет «отдыхать».

В этой схеме будет гореть только одна неоновая лампа

В результате схема будет работать до поры до времени, но в определенный момент один из стабилитронов просто выйдет из строя сгорев и замкнув цепь питания.

Вывод: Параллельное включение стабилитронов категорически ЗАПРЕЩЕНО!

Стабилитроны

3.8. Стабилитроны

Стабилитрон – это специальный полупроводниковый диод, при работе которого используется обратная ветвь вольт-амперной характеристики в режиме электрического пробоя. При значительных изменениях силы обратного тока через диод напряжение на нем практически не изменяется (стабильно). Если параллельно стабилитрону подключить нагрузку, то напряжение на ней тоже не будет изменяться. Стабилитроны изготавливаются из кремния и называются иногда опорными диодами. У них до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя сравним с прямым током. На рисунке 3.29 показан вид обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона.

Стабилитрон характеризуется следующими основными параметрами: минимальный и максимальный ток стабилизации, напряжение стабилизации при заданном токе стабилизации (см. рис. 3.29), дифференциальное сопротивление, температурный коэффициент напряжения стабилизации, максимальная допустимая мощность, рассеиваемая в стабилитроне.

Дифференциальное сопротивление – это отношение изменения напряжения стабилизации к изменению силы тока стабилизации. Изменение тока нужно выбирать как можно меньше, чтобы можно было указать значение сопротивления для определенного тока стабилизации. С уменьшением тока стабилизации дифференциальное сопротивление стабилитрона увеличивается. Минимальное значение тока стабилизации как раз и определяется допустимым увеличением дифференциального сопротивления стабилитрона.

Дифференциальное сопротивление стабилитронов составляет единицы и десятки ом. Для идеального стабилитрона дифференциальное сопротивление равно нулю и рабочую (обратную) ветвь вольт-амперной характеристики можно аппроксимировать двумя отрезками прямых. При напряжении, меньшем напряжения стабилизации, ток через стабилитрон равен нулю. При напряжении, равном напряжению стабилизации, изменение тока через стабилитрон не приводит к изменению напряжения на нем.

Дифференциальное сопротивление стабилитрона (сопротивление переменному току) не следует путать с его статическим сопротивлением (сопротивлением постоянному току), которое во много раз больше дифференциального.

Максимальный ток стабилизации стабилитрона определяется допустимой мощностью рассеяния.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации (ТКН) показывает относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры на 1 К:

Часто ТКН выражают в процентах.

ТКН стабилизации может быть отрицательным (у полупроводников с большой концентрацией примесей, малой толщиной перехода, где пробой происходит за счет туннельного эффекта) и положительным (в полупроводниках с меньшей концентрацией примесей, большей толщиной p-n перехода, где пробой возникает при более высоких напряжениях и является лавинным). У некоторых стабилитронов  ТКН стабилизации изменяет знак при изменении величины тока через стабилитрон.

Значение тока через стабилитрон, при котором изменяется знак ТКН стабилизации, определяет так называемую термостабильную точку стабилитрона

Схема простого линейного стабилизатора на стабилитроне, описание принципа его работы.

Для стабильной работы различных систем (будь то электрические или прочие) естественно нужны стабильные ее элементы, части. Электрическое напряжение является основополагающей характеристикой, которая нуждается в своей мере. Любая электрическая схема требует для своей нормальной работы определенную величину электрического напряжения, от которого также зависят сила тока, сопротивление, мощность. Следовательно в электротехнике существуют специальные компоненты и схемы, задача которых стабилизировать напряжение.

Самым простым способом стабилизировать электрическое постоянное напряжение в нужном месте цепи, схемы является использование обычного стабилитрона. Именно этот электронный элемент в силу своих физических свойств может поддерживать определенную величину постоянного напряжения на одном уровне (с небольшим отклонением, которое можно уменьшить различными способами).

Сам по себе стабилитрон нормально не будет работать, нужен дополнительный резистор. Вместе они образуют схему простого линейного стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне. Стабилитрон представляет собой обычный двуполярный полупроводник с определенным порогом обратного напряжения, после превышения которого он попросту пробивается и начинает пропускать через себя ток. Если до этого пробоя напряжение росло, а ток не менялся (был крайне мал и незначительный), то после пробоя (своего стабилизированного напряжения) стало все наоборот — напряжение остается примерно на одном уровне (меняется незначительно), а сила тока начинает увеличиваться. Различные стабилитроны рассчитаны на свое определенное напряжение стабилизации и максимальный ток (который течет через них после пробоя в режиме стабилизации).

Если просто попытаться присоединить стабилитрон к схеме и путем увеличения входного напряжения смотреть что будет, то можно увидеть — до момента пробоя постоянное напряжение просто постепенно будет увеличиваться на выводах полупроводника, после же пробоя начнет увеличиваться ток, и достаточно сильно. Естественно, чем больше сила тока протекает через элемент, тем сильнее он нагревается. Обычно стабилитроны имеют небольшие размеры. На сильные токи они не рассчитаны. Следовательно даже незначительное превышение тока может легко спалить деталь.

Для нормальной работы такой вот простой схемы линейного стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне последовательно ставится резистор (определенного номинала и мощности). Получается простая последовательная электрическая цепь, состоящая из стабилитрона (полупроводника) и резистора (сопротивления). Что будет происходить в этом случае при постепенном увеличении входного напряжения?

В начале до момента пробоя полупроводника большая часть напряжения (практически все поскольку внутреннее сопротивления стабилитрона в закрытом состоянии очень велико) будет оседать именно на нем. Ток в этой цепи будет мизерным (токи утечки полупроводника). После пробоя стабилитрона (выход в режим стабилизации постоянного напряжения) на нем будет оставаться лишь то напряжение, на которое он рассчитан, а остальное (все, что больше напряжения стабилизации, идущее от источника питания) уже будет оседать на резисторе. Сопротивлением этого резистора регулируется сила тока, которая протекает по этой цепи (простой схемы линейного стабилизатора на стабилитроне).

В итоге получаем, что на стабилитроне будет у нас практически стабильное, имеющее постоянную величину (с небольшим отклонением) постоянное напряжение. А все лишнее, идущее от питающего эту схему источника, будет оставаться на сопротивлении (и меняться оно будет только на нем). Таким образом можно параллельно стабилитрону, в этой схеме линейного стабилизатора, подключать различные маломощные элементы и схемы, которые нуждаются в стабилизированном постоянном напряжении определенной величины.

Для некоторых схем подобная схема простого линейного стабилизатора постоянного напряжения вполне подходит. Хотя все же стабилитрон не может оказать высокую степень стабилизации (есть свои пределы). Его удобно использовать как элемент, создающий место опорного напряжения в схеме. Но для того, чтобы добиться большей стабильности напряжения нужно уже использовать электронные схемы, в которых будет иметься обратная связь, регулирующая величины напряжения за счет цепей, замыкающих выход со входом.

Достаточно часто параллельно этому стабилитрону подсоединяется переменный резистор, идущий уже к транзисторам и микросхемам. Это позволяет создавать как бы место опорного напряжения в более сложных электронных схемах. Если к выходу одного такого линейного стабилизатора (параллельно стабилитрону) подсоединить вход еще одного такого же (последовательную цепь из резистора и стабилитрона), то мы получим улучшенную стабилизацию постоянного напряжения. Стабилизация постоянного напряжения увеличивается в разы. Каждый последующий стабилитрон такой вот цепи должен быть рассчитан на меньшее напряжение, чем вначале стоящий.

Видео по этой теме:

P.S. Если обычный диод работает при прямом его включении (на плюс диода подается плюс питания, а на минус диода, минус питания). То в стабилитроне все наоборот. Он нормально работает именно при обратном подключении. Именно режим пробоя полупроводника (который не приносит вреда) дает возможность иметь на  этом компоненте стабилизированное постоянное напряжение. Но опять же, повторюсь, эти полупроводники не рассчитаны на большие токи. Имеют малые размеры. И если случайно через стабилитрон пойдет достаточно большой ток, он просто испортится от перегрева. Учитывайте это.

Стабилитроны

Если подключить диод и резистор последовательно с источником постоянного напряжения , так что диод вперед предвзятым, падение напряжения на диоде будет оставаться довольно постоянным в широком диапазоне напряжений питания как показано на рисунке ниже (а).

В соответствии с «диодного уравнения» здесь , ток через PN перехода вперед предвзятым пропорциональна е , возведенное в силе прямого падения напряжения. Поскольку это является экспоненциальной функцией, ток возрастает достаточно быстро для умеренного повышения падения напряжения. Другой способ рассмотрения этого сказать, что падение напряжения через переднюю предвзятым диода меняется мало для больших вариаций тока диода. В схеме , показанной на рисунке ниже (а), ток диода ограничен напряжением источника питания, последовательный резистор, и падение напряжения диода, который , как мы знаем , не сильно отличается от 0,7 вольт. Если напряжение питания должны были быть увеличены, падение напряжения на резисторе увеличился бы почти такое же количество, и падение напряжения диода только немного. И наоборот, уменьшение напряжения питания приведет к почти равное уменьшению перепада напряжения резистор, только с небольшим количеством уменьшения перепада напряжения на диоде. Одним словом, мы могли бы суммировать это поведение, говоря , что диод

Регулирование напряжения является полезным диодный свойство для использования. Предположим, что мы строим какие-то схемы, которые не могут терпеть изменения в напряжении питания, но необходимо питание от химической батареи, напряжение которого изменяется в течение всего срока службы. Мы могли бы сформировать схему, как показано и подключить цепь, когда требуется постоянное напряжение через диод, где он будет получать неизменные 0,7 вольт.

Это, конечно, работать, но большинство практических схем любого рода требуют напряжения питания свыше 0,7 вольт, чтобы правильно функционировать. Один из способов, мы могли бы увеличить напряжение в точке регулирования будет подключить несколько диодов в серии, так что их отдельные капли прямого напряжения 0,7 вольт каждый бы добавить, чтобы создать большую сумму. Например, если бы мы имели десять диодов в серии, регулируемое напряжение было бы в десять раз 0,7 или 7 вольт на рисунке ниже (б).

Форвард предвзятым Si ссылка: (а) одиночный диод, 0.7В, (б) 10-диодов в серии 7.0V.

До тех пор пока напряжение батареи никогда не просели ниже 7 вольт, там всегда будет около 7 вольт упал через десять-диод «стек».

Если большие регулируемые напряжения необходимо, мы могли бы использовать либо более диодов в серии (в безвкусный вариант, на мой взгляд), или попробовать принципиально иной подход. Известно , что диод прямого напряжения является достаточно постоянной фигурой в широком диапазоне условий, но так

К сожалению, когда нормальные выпрямляющие диоды «ломаются», они обычно делают это деструктивно. Тем не менее, можно создать специальный тип диода, который может работать без сбоев пробой полностью. Этот тип диода называется стабилитрон, и его символ выглядит как показано на рисунке выше (б).

Когда вперед предвзятым, стабилитроны ведут себя так же, как стандартные выпрямительные диоды: они имеют прямое падение напряжения, которое следует за «Диод уравнение» и составляет около 0,7 вольт. В режиме обратного смещения, они не проводят , пока приложенное напряжение не достигает или превышает так называемую

Стабилитроны выпускаются с стабилитроны напряжения в диапазоне от нескольких вольт до сотен вольт. Это стабилитрон напряжение незначительно изменяется с температурой, и, как общие ценности резистор углерода состав, может составлять от 5 до 10 процентов в погрешности от спецификации изготовителя. Тем не менее, эта стабильность и точность , как правило , достаточно для стабилитрон для использования в качестве регулятора напряжения устройства в общей цепи питания на рисунке ниже .

Стабилитрон Регулятор диод цепь, стабилитрон напряжение = 12.6V).

Пожалуйста , обратите внимание ориентации стабилитрона в приведенной выше схеме: диод смещен в обратном направлении, и преднамеренно так. Если бы мы ориентировали диод в «нормальном» пути, с тем, чтобы быть смещенным вперед, было бы только падение 0,7 вольт, так же, как обычный выпрямительный диод. Если мы хотим использовать обратные свойства пробоя этого диода, мы должны работать его в режиме обратного смещения. До тех пор пока остается напряжение питания выше напряжения стабилитрона (12,6 вольт, в этом примере), то падение напряжения через стабилитрон останется примерно 12,6 вольт.

Как и любой полупроводниковый прибор, стабилитрон чувствителен к температуре. Слишком высокая температура уничтожит стабилитрон, и потому, что как падает напряжение и проводит ток, она производит свои собственные тепло в соответствии с законом Джоуля (P = IE). Поэтому, нужно быть осторожным, чтобы разработать схему регулятора таким образом, что рейтинг рассеиваемая мощность диода не превышается. Интересно, что когда стабилитроны не из — за чрезмерной рассеиваемой мощности, они обычно не замкнуты , а не открытым. Диод не удалось таким образом легко обнаруживается: она падает почти до нуля, когда напряжение предвзятым в любом случае, как кусок проволоки.

Рассмотрим регулирующую цепь стабилитрона математически, определения всех напряжений, токов и рассеиваемой мощности. Принимая ту же форму схемы , показанной ранее, мы будем выполнять вычисления , предполагая напряжение стабилитрона 12,6 вольт, напряжение питания 45 вольт, а значение серии резистор 1000 Ом (мы будем рассматривать напряжение стабилитрона быть точно 12,6 вольт , с тем , чтобы избежать того , чтобы квалифицировать все цифры как «приблизительно» на рисунке ниже (а)

Если напряжение стабилитрона составляет 12,6 вольт и напряжение на источник питания составляет 45 вольт, то будет 32,4 вольт сброшенные через резистор (45 вольт — 12,6 вольт = 32,4 вольт). 32.4 вольт падает на 1000 Ω дает 32,4 мА тока в цепи. (Рисунок ниже (б))

(а) регулятор напряжения стабилитрон с 1000 Ом резистор. (б) Расчет падения напряжения и тока.

Мощность рассчитывается путем умножения тока на напряжение (P = IE), так что мы можем вычислить рассеиваемой мощности как для резистора и стабилитрона довольно легко:

Стабилитрон с номинальной мощностью 0,5 Вт будет достаточно, так как бы резистор рассчитан на 1,5 или 2 Вт рассеиваемой.

Если чрезмерное рассеивание мощности вредно, то почему бы не разработать схему для наименьшее количество диссипации возможно? Почему не только размер резистор для очень высокое значение сопротивления, тем самым серьезно ограничивает ток и сохраняя показатели рассеиваемой мощности очень низкая? Возьмем эту схему, например, с 100 кОм вместо 1 кОм. Следует отметить , что как напряжение питания и напряжение зенеровский диода на рисунке ниже идентичны последнему примеру:

Регулятор стабилитрон 100 кОм.

С только 1/100 тока мы имели раньше (324 мкА вместо 32,4 мА), оба показателя рассеиваемой мощности должно быть в 100 раз меньше:

Кажется идеальным, не так ли? Меньше рассеиваемой мощности означает более низкие рабочие температуры, как для диода и резистора, а также меньше потери энергии в системе, не так ли? Более высокое значение сопротивления действительно уменьшает уровень рассеиваемой мощности в цепи, но , к сожалению , представляет еще одну проблему. Следует помнить , что цель цепи регулятора является обеспечение стабильного напряжения для другой схемы. Другими словами, мы в конечном итоге будет к власти что-то с 12,6 вольт, и это что-то будет иметь текущий розыгрыш самостоятельно. Рассмотрим нашу первую схему регулятора, на этот раз с 500 Ω нагрузки , подключенной параллельно с стабилитрона на рисунке ниже .

Регулятор стабилитрон с 1000 резистором Ом и 500 Ом нагрузки.

Если 12,6 вольт поддерживается на нагрузке 500 Ω, нагрузка будет рисовать 25,2 мА тока. Для того, чтобы серии 1 кОм «сбросив» резистор падение 32,4 вольт (уменьшение напряжения блока питания в 45 вольт до 12,6 через стабилитроны), он все равно должен проводить 32,4 мА тока. Это оставляет 7,2 мА тока через стабилитрон.

Теперь рассмотрим «энергосберегающий» регулятор цепи с 100 кОм сбросив резистор, подачи мощности в той же 500 Ом нагрузки. Что предполагается сделать, это сохранить 12,6 вольт на нагрузке, так же, как последний контур. Тем не менее, как мы увидим, он не может выполнить эту задачу. (Рисунок ниже )

ZENER не-регулятор с 100 кОм резистором 500 Ω нагрузки.>

При большем значении падения резистора на месте, там будет только около 224 мВ напряжения через 500 Ω нагрузки, гораздо меньше, чем ожидаемое значение 12,6 вольт! Почему это? Если мы на самом деле было 12,6 вольт на нагрузке, она будет опираться на 25,2 мА тока, как и раньше. Этот ток нагрузки должен был бы пройти через капельную резистор серии, как это было раньше, но с новым (намного больше!) Сбросив резистор в месте, напряжение падает на этот резистор с 25,2 мА тока происходит через него будет 2,520 вольт! Так как мы, очевидно, не имеют такого большого напряжения, подаваемого от батареи, это не может произойти.

Ситуация легче понять , если мы временно удалить стабилитрон из схемы и анализировать поведение двух резисторов в одиночку на рисунке ниже .

Non-регулятор с Зинером удален.

Оба 100 кОм сбрасывают резистор и сопротивление нагрузки 500 Ω соединены последовательно друг с другом, что дает общее сопротивление цепи 100,5 кОм. С общим напряжением 45 вольт и суммарным сопротивлением 100,5 кОм, Закон Ома (I = E / R) говорит нам о том, что ток будет 447.76 мкА. Выяснение падения напряжения на обоих резисторов (E = IR), мы приходим к 44.776 вольт и 224 мВ, соответственно. Если бы мы должны были повторно установить стабилитрон на данный момент, это будет «видеть» 224 мВ через него, а также, будучи параллельно с сопротивлением нагрузки. Это гораздо ниже напряжения пробоя стабилитрона диода и поэтому он не будет «ломаться» и проводить ток. В этом отношении, при таком низком напряжении диод не будет проводить, даже если это были вперед-предвзятым! Таким образом, диод перестает регулировать напряжение. По крайней мере, 12,6 вольт должен быть отброшен через к «активировать» его.

Аналитический метод удаления стабилитрон из схемы и видим ли присутствует или нет, чтобы сделать его достаточно провести напряжение звук один. Просто потому, что стабилитрон случается быть подключен в цепи не гарантирует, что полное напряжение стабилитрона будет всегда падает на него! Помните , что стабилитроны работу путем ограничения напряжения до некоторого максимального уровня; они не могут компенсировать отсутствие напряжения.

Таким образом, любой стабилитрон регулирующий контур будет функционировать до тех пор, как сопротивление от нагрузки равна или больше некоторого минимального значения. Если сопротивление нагрузки слишком низкое, то будет использовать слишком много тока, сбросив слишком много напряжения на серии капельной резисторе, оставляя недостаточное напряжение на стабилитроне, чтобы сделать его проведение. Когда стабилитрон прекращает проведение тока, он больше не может регулировать напряжение и напряжение нагрузки упадет ниже точки регулирования.

Наш регулятор цепи с 100 кОм капельной резистора должно быть хорошо для некоторого значения сопротивления нагрузки, тем не менее. Чтобы найти это приемлемое значение сопротивления нагрузки, мы можем использовать таблицу для расчета сопротивления в цепи серии два резистора (без диода), вставки известных значений полного напряжения и понижая сопротивление резистора, и вычисления для ожидаемого напряжения нагрузки 12,6 вольт :

С 45 вольт полного напряжения и 12,6 вольт на нагрузке, мы должны иметь 32,4 вольт на R _{сбрасывания:}

32,4 вольт через капельную резистор и 100 кОм на сумму сопротивления в нем, ток через него будет 324 мкА:

Будучи последовательной цепи, ток равен через все компоненты в любой момент времени:

Расчет сопротивления нагрузки теперь простой вопрос закона Ома (R = E / I), что дает нам 38.889 кОм:

Таким образом, если сопротивление нагрузки точно 38,889 кОм, то будет 12,6 вольт на него, диод или нет диода. Любое сопротивление нагрузки меньше, чем 38.889 кОм приведет к напряжению нагрузки меньше, чем 12,6 вольт, диод или нет диода. С помощью диода в месте, нагрузочное напряжение будет регулироваться до максимум 12,6 вольт для любого сопротивления нагрузки , превышающей 38.889 кОм.

С первоначальным значением 1 кОм для капельной резистора, наш регулятор схема способна адекватно регулировать напряжение даже при сопротивлении нагрузки столь же низко как 500 Ом. То, что мы видим, это компромисс между рассеиваемой мощности и допустимого сопротивления нагрузки. Чем выше значение капельной резистор дал нам меньше рассеиваемой мощности, за счет повышения допустимого минимального значения сопротивления нагрузки. Если мы хотим, чтобы регулировать напряжение для нагрузочных сопротивлений малоценных, схема должна быть готова справиться с более высокой рассеиваемой мощности.

Стабилитроны регулируют напряжение, действуя в качестве дополнительных нагрузок, используя более или менее тока по мере необходимости, чтобы обеспечить постоянное падение напряжения на нагрузке. Это аналогично тому, регулируя скорость автомобиля при торможении, а не путем изменения положения дроссельной заслонки: она не только расточительно, но тормоза должны быть построены, чтобы обрабатывать всю мощность двигателя, когда условия движения не требуют его. Несмотря на эту фундаментальную неэффективность конструкции, схемы регулятора стабилитрон широко используются из-за их явной простоты. В мощных приложениях, где неэффективность было бы неприемлемо, другие методы напряжения для регулирования применяются. Но даже тогда, маленькие схемы стабилитроны на основе часто используются для обеспечения «опорного» напряжение для управления более эффективной схемы усилителя управления основной мощности.

Стабилитроны выпускаются в стандартных рейтингах напряжения , перечисленных в таблице ниже . В таблице «Общие стабилитрон напряжения» перечислены общие напряжения для 0.3W и 1.3W частей. Потребляемая мощность соответствует умереть и размер пакета, и сила, что диод может рассеять без повреждения.

Общие стабилитрон напряжения

Стабилитрон клипера: вырезку схема , которая отсекает пики сигнала на приблизительно от напряжения Зинера диодов. Схема на рис ниже имеет два Zeners соединенных серии противостоящую симметрично клип сигнала на почти напряжения Зенера. Пределы резистора ток по Zeners до безопасного значения.

 * SPICE 03445.eps
 D1 4 0 диод
 D2 4 2 диода
 R1 2 1 1.0k
 V1 1 0 SIN (0 20 1k)
 .MODEL диод d = 10 б.в.
 .tran 0.001 2m
 .конец

Стабилитрон машинки для стрижки:

Напряжение пробоя стабилитрона для диодов установлен на 10 В с помощью диодного параметра модели «БВ = 10» в пряность чистого списка на рисунке выше . Это приводит к тому, Zeners клип около 10 В. Диоды спина к спине клип оба пика. Для положительного полупериода, верхний стабилитрон смещен в обратном направлении, разрушение при напряжении стабилитрон 10 В. Чем ниже стабилитрон падает приблизительно 0,7 В, так как он смещен в прямом направлении. Таким образом, более точный уровень отсечения составляет 10 + 0,7 = 10.7V. Подобный отрицательный полупериод отсечение происходит -10.7 В.

(Рисунок ниже ) показывает уровень подрезки на чуть более ± 10 В.

Стабилитрон машинки для стрижки: v (1) вход обрезается сигнала V (2).

• ОБЗОР:
• Стабилитроны предназначены для работы в режиме обратного смещения, что обеспечивает относительно низкую, стабильную пробой или стабилитрон напряжение , при котором они начинают проводить значительный ток обратной.
• Стабилитрон может функционировать в качестве регулятора напряжения, выступая в качестве вспомогательного нагрузку, забирая больше тока от источника, если напряжение слишком велико, и меньше, если оно слишком низкое.

Д814А, Д814Б, Д814В, Д814Г, Д814Д

Стабилитроны

Добавлено 12 июня 2017 в 02:10

Сохранить или поделиться

Если мы подключим диод и резистор последовательно с источником постоянного напряжения так, чтобы диод был смещен в прямом направлении (как показано на рисунке ниже (a)), падение напряжения на диоде будет оставаться достаточно постоянным в широком диапазоне напряжений источника питания.

В соответствии с диодным уравнением Шокли, ток через прямо-смещенный PN переход пропорционален e, возведенному в степень прямого падения напряжения. Поскольку это экспоненциальная функция, ток растет довольно быстро при умеренном увеличении падения напряжения. Другой способ рассмотреть это: сказать что напряжение, падающее на прямо-смещенном диоде, слабо изменяется при больших изменениях тока, протекающего через диод. На схеме, показанной на рисунке ниже (a), ток ограничен напряжением источника питания, последовательно включенным резистором и падением напряжения на диоде, которое, как мы знаем, не сильно отличается от 0,7 вольта. Если напряжение источника питания будет увеличено, падение напряжения на резисторе увеличится почти на такое же значение, а падение напряжения на диоде увеличится очень слабо. И наоборот, уменьшение напряжения источника питания приведет к почти равному уменьшению падения напряжения на резисторе и небольшому уменьшению падения напряжения на диоде. Одним словом, мы могли бы обобщить это поведение, сказав, что диод стабилизирует падение напряжения на уровне примерно 0,7 вольта.

Управление напряжением – это очень полезное свойство диода. Предположим, что мы собрали какую-то схему, которая не допускает изменений напряжения источника питания, но которую необходимо запитать от батареи гальванических элементов, напряжение которых меняется в течение всего срока службы. Мы могли бы собрать схему, как показано на рисунке, и подключить схему, требующую стабилизированного напряжения, к диоду, где она получит неизменные 0,7 вольта.

Это, безусловно, сработает, но для большинства практических схем любого типа для правильной работы требуется напряжение питания свыше 0,7 вольта. Одним из способов увеличения уровня нашего стабилизированного напряжения может быть последовательное соединение нескольких диодов, поскольку падение напряжения на каждом отдельном диоде, равное 0,7 вольта, увеличит итоговое значение на эту величину. Например, если бы у нас было десять последовательно включенных диодов, стабилизированное напряжение было бы в десять раз больше 0,7 вольта, то есть 7 вольт (рисунок ниже (b)).

До тех пор, пока напряжение не упадет ниже 7 вольт, на 10-диодном «стеке» будет падать примерно 7 вольт.

Если требуются большие стабилизированные напряжения, мы можем либо использовать большее количество диодов, включенных последовательно, (по моему мнению, не самый изящный способ), либо попробовать принципиально другой подход. Мы знаем, что прямое напряжение диода является довольно постоянной величиной в широком диапазоне условий, также как и обратное напряжение пробоя, которое, как правило, значительно больше прямого напряжения. Если мы поменяем полярность диода в нашей схеме однодиодного стабилизатора и увеличим напряжение источника питания до того момента, когда произойдет «пробой» диода (диод больше не может противостоять приложенному к нему напряжению обратного смещения), диод будет стабилизировать напряжение аналогичным образом в этой точке пробоя, не позволяя ему увеличиваться дальше, как показано на рисунке ниже.

К сожалению, когда обыкновенные выпрямительные диоды «пробиваются», они обычно разрушаются. Тем не менее, можно создать специальный тип диода, который может обрабатывать пробой без полного разрушения. Этот тип диода называется стабилитроном, и его условное графическое обозначение приведено на рисунке ниже.

При прямом смещении стабилитроны ведут себя так же, как стандартные выпрямительные диоды: они обладают прямым падением напряжения, которое соответствует «диодному уравнению» и составляет примерно 0,7 вольта. В режиме обратного смещения они не проводят ток до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет или не превысит так называемого напряжения стабилизации, и в этот момент стабилитрон способен проводить значительный ток и при этом будет пытаться ограничить напряжение, падающее на нем, до значения напряжения стабилизации. Пока мощность, рассеиваемая этим обратным током, не превышает тепловых ограничений стабилитрона, стабилитрон не будет поврежден.

Стабилитроны изготавливаются с напряжениями стабилизации в диапазоне от нескольких вольт до сотен вольт. Это напряжение стабилизации незначительно изменяется в зависимости от температуры, и его погрешность может составлять от 5 до 10 процентов от характеристик, указанных производителем. Однако, эта стабильность и точность обычно достаточны для использования стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения в общей схеме питания, показанной на рисунке ниже.

Пожалуйста, обратите внимание на направление включения стабилитрона на приведенной выше схеме: стабилитрон смещен в обратном направлении, и это сделано преднамеренно. Если бы мы включили стабилитрон «обычным» способом, чтобы он был смещен в прямом направлении, то на нем падало бы только 0,7 вольта, как на обычном выпрямительном диоде. Если мы хотим использовать свойства обратного пробоя стабилитрона, то мы должны использовать его в режиме обратного смещения. Пока напряжение питание остается выше напряжения стабилизации (12,6 вольт в этом примере), напряжение, падающее на стабилитроне, останется примерно на уровне 12,6 вольт.

Как и любой полупроводниковый прибор, стабилитрон чувствителен к температуре. Слишком высокая температура разрушит стабилитрон, и поскольку он и понижает напряжение, и проводит ток, то он выделяет тепло в соответствии с законом Джоуля (P = IU). Поэтому необходимо быть осторожным при проектировании схемы стабилизатора напряжения, чтобы не превышалась номинальная мощность рассеивания стабилитрона. Интересно отметить, что когда стабилитроны выходят из строя из-за высокой мощности рассеивания, они обычно замыкаются накоротко, а не разрываются. Диод, вышедший из строя по такой же причине, легко обнаружить: на нем падение напряжения практически равно нулю, как на куске провода.

Рассмотрим схему стабилизатора напряжения на стабилитроне математически, определяя все напряжения, токи и рассеиваемые мощности. Взяв ту же схему, что была показана ранее, мы выполним вычисления, принимая, что напряжение стабилитрона равно 12,6 вольт, напряжение питания равно 45 вольт, а сопротивнение последовательно включенного резистора равно 1000 Ом (мы будет считать, что напряжение стабилитрона составляет ровно 12,6 вольт, чтобы избежать необходимости оценивать все значения как «приблизительные» на рисунке (a) ниже).

Если напряжение стабилитрона составляет 12,6 вольт, а напряжение источника питания составляет 45 вольт, падение напряжения на резисторе будет составлять 32,4 вольта (45 вольт – 12,6 вольт = 32,4 вольта). 32,4 вольта, падающие на 1000 Ом, дают в цепи ток 32,4 мА (рисунок (b) ниже).

Мощность рассчитывается путем умножения тока на напряжение (P=IU), поэтому мы можем легко рассчитать рассеивание мощности как для резистора, так и для стабилитрона:

\[P_{резистор} = (32,4 мА)(32,4 В)\]

\[P_{резистор} = 1,0498 Вт\]

\[P_{стабилитрон} = (32,4 мА)(12,6 В)\]

\[P_{стабилитрон} = 408,24 мВт\]

Для этой схемы было бы достаточно стабилитрона с номинальной мощностью 0,5 ватта и резистора с мощностью рассеивания 1,5 или 2 ватта.

Если чрезмерная рассеиваемая мощность вредна, то почему бы не спроектировать схему с наименьшим возможным количеством рассеивания? Почему бы просто не установить резистор с очень высоким сопротивлением, тем самым сильно ограничивая ток и сохраняя показатели рассеивания очень низкими? Возьмем эту же схему, например, с резистором 100 кОм, вместо резистора 1 кОм. Обратите внимание, что и напряжение питания, и напряжение стабилитрона не изменились:

При 1/100 от значения тока, который был у нас ранее (324 мкА, вместо 32,4 мА), оба значения рассеиваемой мощности должны уменьшиться в 100 раз:

\[P_{резистор} = (324 мкА)(32,4 В)\]

\[P_{резистор} = 10,498 мВт\]

\[P_{стабилитрон} = (324 мкА)(12,6 В)\]

\[P_{стабилитрон} = 4,0824 мВт\]

Кажется идеальным, не так ли? Меньшая рассеиваемая мощность означает более низкую рабочую температуру и для стабилитрона, и для резистора, а также меньшие потери энергии в системе, верно? Более высокое значение сопротивления уменьшает уровни рассеиваемой мощности в схеме, но к сожалению, создает другую проблему. Помните, что цель схемы стабилизатора – обеспечить стабильное напряжение для другой схемы. Другими словами, мы в конечном итоге собираемся запитать что-то напряжением 12,6 вольт, и это что-то будет обладать собственным потреблением тока. Рассмотрим нашу первую схему стабилизатора, на этот раз с нагрузкой 500 Ом, подключенной параллельно стабилитрону, на рисунке ниже.

Если 12,6 вольт поддерживаются при нагрузке 500 Ом, нагрузка будет потреблять ток 25,2 мА. Для того, чтобы «понижающий» резистор снизил напряжение на 32,4 вольта (снижение напряжения источника питания 45 вольт до 12,6 вольт на стабилитроне), он все равно должен проводить ток 32,4 мА. Это приводит к тому, что через стабилитрон будет протекать ток 7,2 мА.

Теперь рассмотрим нашу «энергосберегающую» схему стабилизатора с понижающим резистором 100 кОм, подключив к ней такую же нагрузку 500 Ом. Предполагается, что она должна поддерживать на нагрузке 12,6 вольт, как и предыдущая схема. Однако, как мы увидим, она не может выполнить эту задачу (рисунок ниже).

При большом номинале понижающего резистора на нагрузке 500 Ом будет напряжение около 224 мВ, что намного меньше ожидаемого значения 12,6 вольт! Почему так? Если бы у нас на самом деле было на нагрузке 12,6 вольт, то был бы и ток 25,2 мА, как и раньше. Этот ток нагрузки должен был бы пройти черезе последовательный понижающий резистор, как это было раньше, но с новым (намного большим!) понижающим резистором падение напряжения на этом резисторе с протекающим через него током 25,2 мА составило бы 2 520 вольт! Поскольку у нас, очевидно, нет такого большого напряжения, подаваемого с аккумулятора, то этого не может быть.

Ситуацию легче понять, если мы временно удалим стабилитрон из схемы и проанализируем поведение только двух резисторов на рисунке ниже.

И понижающий резистор 100 кОм, и сопротивление нагрузки 500 Ом включены последовательно, обеспечивая общее сопротивление схемы 100,5 кОм. При полном напряжении 45 В и общем сопротивлении 100,5 кОм, закон Ома (I=U/R) говорит нам, что ток составит 447,76 мкА. Рассчитав падения напряжения на обоих резисторах (U=IR), мы получим 44,776 вольта и 224 мВ, соответственно. Если бы в этот момент мы вернули стабилитрон, он также «увидел» 224 мВ на нем, будучи включенным параллельно сопротивлению нагрузки. Это намного ниже напряжения пробоя стабилитрона, и поэтому он не будет «пробит» и не будет проводить ток. В этом отношении, при низком напряжении стабилитрон не будет работать, даже если он будет смещен в прямом направлении. По крайней мере, на него должно поступать 12,6 вольт, чтобы его «активировать».

Аналитическая методика удаления стабилитрона из схемы и наблюдения наличия или отсутствия достаточного напряжения для его проводимости является обоснованной. Только то, что стабилитрон включен в схему, не гарантирует, что полное напряжение стабилитрона всегда дойдет до него! Помните, что стабилитроны работают, ограничивая напряжение до некоторого максимального уровня; они не могут компенсировать недостаток напряжения.

Таким образом, любая схема стабилизатора на стабилитроне будет работать до тех пор, пока сопротивление нагрузки будет равно или больше некоторого минимального значения. Если сопротивление нагрузки слишком низкое, это приведет к слишком большому току, что приведет к слишком большому напряжению на понижающем резисторе, что оставит на стабилитроне напряжение недостаточное, чтобы заставить его проводить ток. Когда стабилитрон перестает проводить ток, он больше не может регулировать напряжение, и напряжение на нагрузке будет ниже точки регулирования.

Однако, наша схема стабилизатора с понижающим резистором 100 кОм должна подходить для некоторого значения сопротивления нагрузки. Чтобы найти это подходящее значение сопротивления нагрузки, мы можем использовать таблицу для расчета сопротивления в цепи из двух последовательно включенных резисторов (без стабилитрона), введя известные значения общего напряжения и сопротивления понижающего резистора, и рассчитав для ожидаемого на нагрузке напряжения 12,6 вольт:

При 45 вольтах общего напряжения и 12,6 вольтах на нагрузке, мы должны получить 32,4 вольта на понижающем резисторе R_пониж:

При 32,4 вольтах на понижающем резисторе и его сопротивлении 100 кОм ток, протекающий через него, составит 324 мкА:

При последовательном включении ток, протекающий через все компоненты, одинаков:

Расчитать сопротивление нагрузки теперь довольно просто согласно закону Ома (R=U/I), что даст нам 38,889 кОм:

Таким образом, если сопротивление нагрузки составляет точно 38,889 кОм, на нем будет 12,6 вольт и со стабилитроном, и без него. Любое сопротивление нагрузки менее 38,889 кОм приведет к напряжению на нагрузке менее 12,6 вольт и со стабилитроном, и без него. При использовании стабилитрона напряжение на нагрузке будет стабилизироваться до 12,6 вольт для любого сопротивления нагрузки более 38,889 кОм.

При изначальном значении 1 кОм понижающего резистора схема нашего стабилизатора смогла бы адекватно стабилизировать напряжение даже при сопротивлении нагрузки до 500 Ом. То, что мы видим, представляет собой компромисс между рассеиванием мощности и допустимым сопротивлением нагрузки. Более высокое сопротивление понижающего резистора дает нам меньшее рассеивание мощности за счет повышения минимально допустимого значения сопротивления нагрузки. Если мы хотим стабилизировать напряжение для низких значений сопротивления нагрузки, схема должна быть подготовлена для работы с рассеиванием большой мощности.

Стабилитроны регулируют напряжение, действуя как дополнительные нагрузки, потребляя в зависимости от необходимости большую или меньшую величину тока, чтобы обеспечить постоянное падение напряжения на нагрузке. Это аналогично регулированию скорости автомобиля путем торможения, а не изменением положения дроссельной заслонки: это не только расточительно, но и тормоза должны быть построены так, чтобы управлять всей мощностью двигателя тогда, как условия вождения не требуют этого. Несмотря на эту фундаментальную неэффективность, схемы стабилизаторов напряжения на стабилитронах широко используются из-за своей простоты. В мощных приложениях, где неэффективность неприемлема, применяются другие методы управления напряжением. Но даже тогда небольшие схемы на стабилитронах часто используются для обеспечения «опорного» напряжения для управления более эффективной схемой, контролирующей основную мощность.

Стабилитроны изготавливаются для стандартных номиналов напряжений, перечисленных в таблице ниже. Таблица «Основные напряжения стабилитронов» перечисляет основные напряжения для компонентов мощностью 0,5 и 1,3 Вт. Ватты соответствуют мощности, которую компонент может рассеять без повреждения.

Ограничитель напряжения на стабилитронах: схема ограничителя, которая отсекает пики сигнала примерно на уровне напряжения стабилизации стабилитронов. Схема, показанная на рисунке ниже, имеет два стабилитрона, соединенных последовательно, но направленных противоположно друг другу, чтобы симметрично ограничивать сигнал примерно на уровне напряжения стабилизации. Резистор ограничивает потребляемый стабилитронами ток до безопасного значения.

*SPICE 03445.eps
D1 4 0 diode
D2 4 2 diode
R1 2 1 1.0k
V1 1 0 SIN(0 20 1k)
.model diode d bv=10
.tran 0.001m 2m
.end

Напряжения пробоя стабилитрона устанавливается на уровень 10 В с помощью параметра bv=10 модели диода в списке соединений spice, приведенном выше. Это заставляет стабилитроны ограничивать напряжение на уровне около 10 В. Встречно включенные стабилитроны ограничивают оба пика. Для положительного полупериода, верхний стабилитрон смещен в обратном направлении, пробивающем стабилитрон при напряжении 10 В. На нижнем стабилитроне падает примерно 0,7 В, так как он смещен в прямом направлении. Таким образом, более точный уровень отсечки составляет 10 + 0,7 = 10,7 В. Аналогично отсечка при отрицательном полупериоде происходит на уровне –10,7 В. Рисунок ниже показывает уровень отсечки немного больше ±10 В.

Подведем итоги:

• Стабилитроны предназначен для работы в режиме обратного смещения, обеспечивая относительно низкий, стабильный уровень пробоя, то есть напряжение стабилизации, при котором они начинают проводить значительный обратный ток.
• Стабилитрон может работать в качестве стабилизатора напряжения, действуя в качестве вспомогательной нагрузки, потребляющей больший ток от источник, если его напряжение слишком большое, или меньший ток, если напряжение слишком низкое.

Оригинал статьи:

Теги

Сохранить или поделиться

Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения

Устройство

Полупроводниковые стабилитроны пришли на смену морально устаревшим стабилитронам тлеющего разряда – ионным газоразрядным электровакуумным приборам. Для изготовления стабилитронов используются кремниевые или германиевые кристаллы (таблетки) с проводимостью n-типа, в которые добавляют примеси сплавным или диффузно-сплавным способом. Для получения электронно-дырочного p-n перехода используются акцепторные примеси, в основном алюминий. Кристаллы заключают в корпуса из полимерных материалов, металла или стекла.

Кремниевые сплавные стабилитроны Д815 (А-И) выпускаются в металлическом герметичном корпусе, который является положительным электродом. Такие элементы имеют широкий интервал рабочих температур – от -60°C до +100°C. Кремниевые сплавные двуханодные стабилизирующие диоды КС175А, КС182А, КС191А, КС210Б, КС213Б выпускают в пластмассовом корпусе. Кремниевые сплавные термокомпенсированные детали КС211 (Б-Д), используемые в качестве источников опорного напряжения, имеют пластмассовый корпус.

SMD стабилитроны, то есть миниатюрные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, изготавливаются в основном в стеклянных и пластиковых корпусах. Такие элементы могут выпускаться с двумя и тремя выводами. В последнем случае третий вывод является «пустышкой», никакой смысловой нагрузки не несет и предназначается только для надежной фиксации детали на печатной плате.

Принцип действия

Стабилитрон был открыт американским физиком Кларенсом Мелвином Зенером, именем которого его и назвали. Электрический пробой p-n перехода может быть обусловлен туннельным пробоем (в этом случае пробой носит название Зенеровского), лавинным пробоем, пробоем в результате тепловой неустойчивости, который наступает из-за разрушительного саморазогрева токами утечки.

И инженеры конструируют эти элементы таким образом, чтобы возникновение туннельного и/или лавинного пробоя произошло задолго до того, как в них возникнет вероятность теплового пробоя.

Величина напряжения пробоя зависит от концентрации примесей и способа легирования p-n-перехода. Чем больше концентрация примесей и чем выше их градиент в переходе, тем ниже обратное напряжение, при котором образуется пробой.

• Туннельный (зенеровский) пробой
  появляется в полупроводнике в тех случаях, когда напряженность электрического поля в p-n зоне равна 106 В/см. Такая высокая напряженность может возникнуть только в высоколегированных диодах. При напряжениях пробоя, находящихся в диапазоне 4,5…6,7 В, сосуществуют туннельный и лавинный эффекты, а вот при напряжении пробоя менее 4,5 В остается только туннельный эффект.
• В стабилитронах с небольшими уровнями легирования или меньшими градиентами легирующих добавок присутствует только лавинный механизм пробоя
  , который появляется при напряжении пробоя примерно 4,5 В. А при напряжении выше 7,2 В остается только лавинный эффект, а туннельный полностью исчезает.

Как было сказано ранее, при прямом подключении стабилитрон при прямом включении ведет себя так же, как и обычный диод, – он пропускает ток. Различия между ними возникают при обратном подключении.

Обычный диод при обратном подключении запирает ток, а стабилитрон при достижении обратным напряжением величины, которая называется напряжением стабилизации, начинает пропускать ток в обратном направлении. Это объясняется тем, что при подаче на стабилитрон напряжения, которое превышает U ном. устройства, в полупроводнике возникает процесс, называемый пробоем. Пробой может быть туннельным, лавинным, тепловым. В результате пробоя ток, протекающий через стабилитрон, возрастает до максимального значения, ограниченного резистором. После достижения напряжения пробоя ток остается примерно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка, в которой напряжение запускает ток, может очень точно устанавливаться в процессе производства легированием. Поэтому каждому элементу присваивают определенное напряжение пробоя (стабилизации).

Стабилитрон используется только в режиме «обратного смещения», то есть его анод подключается к «-» источника питания. Способность стабилитрона запускать обратный ток при достижении напряжения пробоя применяется для регулирования и стабилизации напряжения при изменении напряжения питания или подключенной нагрузки. Использование стабилитрона позволяет обеспечить постоянное выходное напряжение для подключенного потребителя при перепадах напряжения ИП или меняющемся токе потребителя.

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении Uпор

, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь
ток Iобр
, который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать
обратное напряжение Uобр
на диоде до определённого
значения Uобр.max
произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви

вольт-амперной характеристики, в области же
прямой ветви
стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом
Обозначение стабилитрона

Вольт-амперная характеристика

ВАХ стабилитрона, как и обычного диода, имеет две ветви – прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочим режимом для традиционного диода, а обратная характеризует работу стабилитрона. Стабилитрон называют опорным диодом, а источник напряжения, в схеме которого есть стабилитрон, называют опорным.

На рабочей обратной ветви опорного диода выделяют три основные значения обратного тока:

• Минимальное
  . При силе тока, которая меньше минимального значения, стабилитрон остается закрытым.
• Оптимальное
  . При изменении тока в широких пределах между точками 1 и 3 значение напряжения меняется несущественно.
• Максимальное
  . При подаче тока выше максимальной величины опорный диод перегреется и выйдет из строя. Максимальное значение тока ограничивается максимально допустимой рассеиваемой мощностью, которая очень зависит от внешних температурных условий.

Области применения

Основная область применения этих элементов – стабилизация постоянного напряжения в маломощных ИП или в отдельных узлах, мощность которых не более десятков ватт. С помощью опорных диодов обеспечивают нормальный рабочий режим транзисторов, микросхем, микроконтроллеров.

В стабилизаторах простой конструкции стабилитрон является одновременно источником опорного напряжения и регулятором. В более сложных конструкциях стабилитрон служит только источником опорного напряжения, а для силового регулирования применяется внешний силовой транзистор.

Термокомпенсированные стабилитроны и детали со скрытой структурой востребованы в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения. Для защиты электрической аппаратуры от перенапряжений разработаны импульсные лавинные стабилитроны. Для защиты входов электрических приборов и затворов полевых транзисторов в схему устанавливают рядовые маломощные стабилитроны. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП) изготавливаются с одним кристаллом, на котором расположены: защитный стабилитрон и силовой транзистор.

Основные характеристики

В паспорте стабилизирующего диода указывают следующие параметры:

• Номинальное напряжение стабилизацииUст
  . Этот параметр выбирает производитель устройства.
• Диапазон рабочих токов
  . Минимальный ток – величина тока, при которой начинается процесс стабилизации. Максимальный ток – значение, выше которого устройство разрушается.
• Максимальная мощность рассеивания
  . В маломощных элементах это паспортная величина. В паспортах мощных стабилитронов для расчета условий охлаждения производитель указывает: максимально допустимую температуру полупроводника и коэффициент теплового сопротивления корпуса.

Помимо параметров, указываемых в паспорте, стабилитроны характеризуются и другими величинами, среди которых:

• Дифференциальное сопротивление
  . Это свойство определяет нестабильность устройства по напряжению питания и по току нагрузки. Первый недостаток устраняется запитыванием стабилизирующего диода от источника постоянного тока, а второй – включением между стабилитроном и нагрузкой буферного усилителя постоянного тока с эмиттерным повторителем.
• Температурный коэффициент напряжения
  . В соответствии со стандартом эта величина равна отношению относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению наружной температуры. В нетермостабилизированных стабилитронах при нагреве от +25°C до +125°C напряжение стабилизации сдвигается на 5-10% от первоначального значения.
• Дрейф и шум
  . Эти характеристики для обычных стабилитронов не определяются. Для прецизионных устройств они являются очень важными свойствами. В обычных (непрецизионных) стабилитронах шум создают: большое количество посторонних примесей и дефекты кристаллической решетки в области p-n перехода. Способы снижения шума (если в этом есть необходимость): защитная пассивация оксидом или стеклом (примеси направляются вглубь кристалла) или перемещением вглубь кристалла самого p-n-перехода. Второй способ является более радикальным. Он востребован в диодах с низким уровнем шума со скрытой структурой.

Способы включения – последовательное и параллельное

На детали импортного производства в сопроводительных документах ситуации, при которых возможно последовательное или параллельное соединение, не регламентируются. В документации на отечественные опорные диоды можно встретить два указания:

• В приборах маленькой и средней мощности можно последовательно или параллельно подсоединять любое количество односерийных стабилитронов.
• В приборах средней и значительной мощности можно последовательно соединять любое число стабилизирующих диодов единой серии. При параллельном соединении необходимо произвести расчеты. Общая мощность рассеивания всех параллельно подсоединенных стабилитронов не должна быть выше аналогичного показателя одной детали.

Допускается последовательное подключение опорных диодов разных серий в том случае, если рабочие токи созданной цепи не превышают паспортные токи стабилизации для каждой серии, установленной в схеме.

На практике для умножения напряжения стабилизации чаще всего применяют последовательное соединение двух-трех стабилитронов. К этой мере прибегают в том случае, если не удалось достать деталь на нужное напряжение или необходимо создать высоковольтный стабилитрон. При последовательном соединении напряжение отдельных элементов суммируется. В основном этот вид соединения используется при сборке высоковольтных стабилизаторов.

Параллельное соединение деталей служит для того, чтобы повышать ток и мощность. Однако на практике этот вид соединения применяется редко, поскольку различные экземпляры опорных диодов даже одного типа не имеют совершенно одинаковых напряжений стабилизации. Поэтому при параллельном соединении разряд возникнет только в детали с наименьшим напряжением стабилизации, а в остальных пробой не произойдет. Если пробой и возникает, то одни стабилитроны в такой цепи будут работать с недогрузкой, а другие с перегрузкой.

Для стабилизации переменного напряжения стабилитроны соединяются последовательно и встречно. В первый полупериод синусоиды переменного тока один элемент работает как обычный диод, а второй выполняет функции стабилитрона. Во втором полупериоде элементы меняются функциями. Форма выходного напряжения отличается от входного. Ее конфигурация напоминает трапецию. Это связано с тем, что напряжение, превышающее напряжение стабилизации, будет отсекаться и верхушки синусоиды будут срезаны. Последовательное и встречное соединение стабилитронов может применяться в термостабилизированном стабилитроне.

Как проверить светодиод мультиметром?

Тестирование светодиодных устройств ламп или просто светодиодов гораздо проще с цифровым мультиметром, который даст вам четкое представление о том, насколько сильны каждый из светодиодов. Яркость светодиода при его тестировании также укажет на его качество. Если у вас нет мультиметра для использования, простой держатель батареи для круглых батарей с выводами даст вам знать, работают ли ваши светодиоды.

Как проверить светодиод мультиметром?

Приобретите цифровой мультиметр, который может проверять диоды.
Мультиметры измеряют только показатели, вольт и омы. Для тестирования светодиодных индикаторов вам понадобится мультиметр с настройкой диода. Проверьте онлайн или в местном магазине аппаратных средств для мультиметров среднеценового и высокоценового диапазона, которые, скорее всего, будут иметь эту функцию, в сравнении с недорогими моделями.

Подключите красный и черный измерительные провода.
Красный и черный измерительные провода должны быть подключены к выходам на передней панели мультиметра. Красный провод – положительный заряд. Черный провод является отрицательным и должен быть подключен к входу с надписью «COM».

Поверните колесико мультиметра в положение диода.
Поверните циферблат на передней панели мультиметра по часовой стрелке, чтобы отодвинуть его от положения «выключено». Продолжайте поворачивать его, пока не приземлитесь на настройку диода. Если он не помечен явно, настройка диода может быть представлена ​​символом схемы диода.

Символ диода визуально представляет собой как его клеммы, так и катод и анод

Подключите черный зонд к катоду и красный зонд к аноду.

Прикоснитесь к черному зонду к катодному концу светодиода, который обычно является более коротким. Затем нажмите красный зонд на анод, который должен быть длинным. Обязательно подключите черный зонд перед красным зондом, так как обратное может не дать вам точного показания.

• Убедитесь, что катод и анод не касаются друг друга во время этого теста, что может препятствовать прохождению тока через светодиодный индикатор и затруднять результаты.
• Черные и красные контакты также не должны касаться друг друга во время теста.
• Выполнение соединений должно привести к тому, что светодиод засветится.

Проверьте значение на цифровом дисплее мультиметра.
Когда контакты мультиметра касаются катода и анода, неповрежденный светодиод должен отображать напряжение приблизительно 1600 мВ. Если во время теста на экране не появляется показаний, повторите попытку, чтобы убедиться, что соединения выполнены правильно. Если вы правильно выполнили тест, это может быть признаком того, что светодиодный индикатор не работает.

Метод комфортен для всех типов светоизлучающих диодов, независимо от их выполнения и количества выводов. Замыкая красноватый щуп на анод, а темный на катод исправный светодиод должен засветиться. При смене полярности щупов на дисплее тестера должна оставаться цифра 1. Свечение излучающего диодика во время проверки будет маленький и на неких светодиодах при ярчайшем освещении может быть неприметно. Для четкой проверки разноцветных LED с несколькими выводами следует знать их распиновку. В неприятном случае придется наобум перебирать выводы в поисках общего анода либо катода. Не стоит страшиться тестировать массивные светодиоды с железной подложкой. Мультиметр не способен вывести их из строя, методом замера в режиме прозвонки. Проверку светодиода мультиметром можно выполнить без щупов, используя гнезда для тестирования транзисторов.

Оцените яркость светодиода.

Когда вы делаете правильные подключения для проверки своего светодиода, он должен засветится. Отметив показания на цифровом экране, посмотрите на сам светодиод. Если он не нормально светится, выглядит тусклым, это, скорее всего, некачественный светодиод. Если он сияет ярко, это,скорее всего качественный рабочий светодиод.

Мы надеемся, что в данной статье вы нашли все ответы на вопросы

Составные стабилитроны

Составной стабилитрон – устройство, применяемой в ситуациях, когда необходимы токи и мощность большего значения, чем это допускают технические условия. В этом случае между стабилизирующим диодом и нагрузкой подсоединяют буферный усилитель постоянного тока. В схеме коллекторный переход транзистора включен параллельно стабилизирующему диоду, а эммиттерный переход – последовательно.

Схема обычного составного стабилитрона не предназначена для применения на прямом токе. Но добавление диодного моста превращает составной стабилитрон в систему двойного действия, которая может работать и при прямом, и при обратном токе. Такие стабилитроны еще называют двойными или двуханодными. Стабилитроны, которые могут работать с напряжением только одной полярности, называют несимметричными. А составные стабилитроны, дееспособные при любом направлении тока, называют симметричными.

Виды стабилитронов

На современном рынке электроники имеется широкий ассортимент стабилитронов, адаптированных к определенным условиям применения.

Прецизионные

Эти устройства обеспечивают высокую стабильность напряжения на выходе. К ним предъявляются дополнительные требования к временной нестабильности напряжения и температурного коэффициента напряжения. К прецизионным относятся устройства:

• Термокомпенсированные
  . В схему термокомпенсированного стабилитрона входят последовательно соединенные: стабилитрон номинальным напряжением 5,6 В (с плюсовым значением температурного коэффициента) и прямоосвещенный диод (с минусовым коэффициентом). При последовательном соединении этих элементов происходит взаимная компенсация температурных коэффициентов. Вместо диода в схеме может использоваться второй стабилитрон, включаемый последовательно и встречно.
• Со скрытой структурой
  . Ток пробоя в обычном стабилитроне сосредотачивается в приповерхностном кремниевом слое, где находится максимальное количество посторонних примесей и дефектов кристаллической решетки. Эти несовершенства конструкции провоцируют шум и нестабильную работу. В деталях со скрытой структурой ток пробоя «загоняют» внутрь кристалла путем формирования глубокого островка p-типа проводимости.

Быстродействующие

Для них характерны: низкое значение барьерной емкости, всего десятки пикофарад, и краткий период переходного процесса (наносекунды). Такие особенности позволяют опорному диоду ограничивать и стабилизировать кратковременные импульсы напряжения.

Стабилизирующие диоды могут быть рассчитаны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Высоковольтные стабилитроны устанавливаются на специальные охладители, способные обеспечить нужный теплообмен и уберечь элемент от перегрева и последующего разрушения.

Способы проверки

Любой ремонт электроники и электрооборудования начинается с внешнего осмотра, а потом переходят к измерениям. Такой подход позволяет локализовать большую часть неисправностей. Чтобы найти варистор на плате посмотрите на рисунок ниже — так выглядят варисторы. Иногда их можно перепутать с конденсаторами, но можно отличить по маркировке.

Если элемент сгорел и маркировку прочесть невозможно — посмотрите эту информацию на схеме устройства. На плате и в схеме он может обозначаться буквами RU. Условное графическое обозначение выглядит так.

Есть три способа проверить варистор быстро и просто:

1. Визуальный осмотр.
2. Прозвонить. Это можно сделать муьтиметром или любым другим прибором, где есть функция прозвонки цепи.
3. Измерением сопротивления. Это можно сделать омметром с большим пределом измерений, мультиметром или мегомметром.

Варистор выходит из строя, когда через него проходит большой или длительный ток. Тогда энергия рассеивается в виде тепла, и если её количество больше определённого конструкцией — элемент сгорает. Корпус этих компонентов выполняется из твердого диэлектрического материала, типа керамики или эпоксидного покрытия. Поэтому при выходе из строя чаще всего повреждается целостность наружного покрытия.

Можно визуально проверить варистор на работоспособность — на нем не должно быть трещин, как на фото:

Следующий способ — проверка варистора тестером в режиме прозвонки. Сделать это в схеме нельзя, потому что прозвонка может сработать через параллельно подключенные элементы. Поэтому нужно выпаять хотя бы одну его ножку из платы.

Важно: не стоит проверять элементы на исправность не выпаивая из платы – это может дать ложные показания измерительных приборов. Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться

Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра

Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра.

На большинстве мультиметров режим прозвонки совмещен с режимом проверки диодов. Его можно найти по значку диода на шкале селектора режимов. Если рядом с ним есть знак звуковой индикации — в нем наверняка есть и прозвонка.

Другой способ проверки варистора на пробой мультиметром является измерение сопротивления. Нужно установить прибор на максимальный предел измерения, в большинстве приборов это 2 МОма (мегаомы, обозначается как 2М или 2000К). Сопротивление должно быть равным бесконечности. На практике оно может быть ниже, в пределах 1-2 МОм.

Интересно! То же самое можно сделать мегаомметром, но он есть далеко не у каждого. Стоит отметить, что напряжение на выводах мегаомметра не должно превышать классификационное напряжение проверяемого компонента.

На этом заканчиваются доступные способы проверки варистора. В этот раз мультиметр поможет радиолюбителю найти неисправный элемент, как и в большом количестве других случаев. Хотя на практике мультиметр в этом деле не всегда нужен, потому что дело редко заходит дальше визуального осмотра. Заменяйте сгоревший элемент новым, рассчитанным на напряжение и диаметром не меньше чем был сгоревший, иначе он сгорит еще быстрее предыдущего.

Регулируемые стабилитроны

При изготовлении стабилизированных блоков питания необходимый стабилитрон может отсутствовать. В этом случае собирают схему регулируемого стабилитрона.

Нужное напряжение стабилизирующего диода подбирают при помощи резистора R1. Для настройки схемы на место резистора R1 подключают переменный резистор номиналом 10 кОм. После получения нужного значения напряжения определяют полученное сопротивление и устанавливают на постоянное место резистор нужного номинала. Для этой схемы можно применить транзисторы КТ342А, КТ3102А.

Способы маркировки

На корпусе детали имеется буквенная или буквенно-цифровая маркировка, которая характеризует электрические свойства и назначение устройства. Различают два типа маркировки. Детали в стеклянном корпусе маркируются привычным образом. На поверхности элемента пишут напряжение стабилизации с использованием буквы V, которая выполняет функцию десятичной запятой. Маркировка из четырех цифр и буквы в конце менее понятна. Расшифровать ее можно только с помощью даташита.

Еще один способ обозначения стабилизирующих диодов – цветовая маркировка. Часто применяется японский вариант, который представляет собой два или три цветных кольца. При наличии двух колец, каждое из них обозначает определенную цифру. Если второе кольцо нанесено в удвоенном варианте, то это означает, что между первой и второй цифрой надо поставить запятую.

Емкость стабилитрона

Как правило, информация о том, сколько вольт имеет стабилитрон, указана на корпусе самого аппарата. Также эти данные указываются в технической документации. В случае, если надписи и документации нет, есть третий вариант того, как узнать, на сколько вольт стабилитрон — поискать эту информацию в интернете. Старые модели можно отыскать в интернет-справочниках. Зарубежные модели имеют более простую маркировку, нежели российские аналоги. Все сведения отражаются на корпусе устройства под буквой V.

Вам это будет интересно Работа со сварочным аппаратом

Надпись с количеством вольтов в устройстве

Как отличить стабилитрон от обычного диода

Оба эти элемента имеют схожее обозначение на схеме. На практике отличить стабилитрон от обычного диода и даже узнать его номинал, если оно не более 35 В, можно с помощью приставки к мультиметру.

Схема приставки к мультиметру

Для выполнения генератора с широтно-импульсной модуляцией используется специализированная микросхема MC34063. Чтобы обеспечить гальваническую развязку между ИП и измерительной частью схемы напряжение контролируют на первичной обмотке трансформатора. Это позволяет сделать выпрямитель на VD2. Точка стабилизации выходного напряжения устанавливается с помощью резистора R3. Напряжение на конденсаторе С4 – примерно 40 В. Стабилизатор тока А2 и проверяемый опорный диод составляют параметрический стабилизатор, а мультиметр, подключенный к выводам схемы, позволяет определить напряжение стабилитрона.

Если диод подключить в обратной полярности (анод к «-», а катод к «+»), то мультиметр для обычного диода покажет 40 В, а для стабилитрона – напряжение стабилизации.

Для определения работоспособности стабилитрона с известным номиналом используют простую схему, состоящую из источника питания и токоограничительного резистора на 300…500 Ом. В этом случае с помощью мультиметра определяют не сопротивление перехода, а напряжение. Включают элементы, как показано на схеме, и меряют напряжение на стабилитроне.

Медленно поднимают напряжение блока питания. На значении напряжения стабилизации напряжение на стабилитроне должно прекратить свой рост. Если это произошло, значит, элемент исправен. Если при последующем увеличении напряжения ИП диод не начинает стабилизировать, значит, он не исправен.

Инструкция по проверке

В ответ на вопрос, как проверить диод мультиметром, не выпаивая, необходимо уточнить, чтобы успешно его проверить, как и стабилитрон, необходимо взять его и мультиметр, сделать прозвонок. Как правило, многие из устройств оснащены функцией диодной проверки. По инструкции она выглядит таким образом:

Анод и катод

1. Все, что нужно, это перевести регулятор на функцию проверки, взять концы мультиметра и присоединить их к диодной сборке. К знаку минус нужно поднести анод, а к знаку плюс – катод. Нередко это просто белые и красные полосы соответственно.
2. Затем появятся значения порогового напряжения и значение с показаний проверки.

Подключение анода и катода

Обратите внимание! В ходе проверки выпрямительного светодиода шотка или schottky прикасаться руками к одному из зарядов нельзя, поскольку корректными показания в таком случае не будут. В ходе первого определения нужно повторить процедуру в противоположном порядке

Так, анод нужно поместить к знаку плюс, а катод – минус. При таком подключении на мультиметр поступит цифра 1. Это значит, что ток не течет. Все под защитой.

Стоит отметить, что более подробная инструкция со схемами, ответами на популярные вопросы о светодиодных узких супрессорах и предупреждениях дана в инструкции к каждому мультиметру.

Мультиметр для проверки диодной сборки

Проверка на исправность полупроводниковых элементов

Чтобы проверить полупроводниковые элементы на исправность, необходимо воспользоваться цифровым измерительным мультиметром с крышкой и большим функционалом. Большинство из них оснащены подобной функцией прозвона моста и генератора, поэтому сделать процедуру проверки может каждый желающий. Все что нужно, это прозвонить с помощью многофункционального мультиметра свободный диод, установить регуляторную ручку на измерительном приборе и нажать кнопку с данным обозначением на управленческой приборной панели. Далее необходимо подключить соответствующий красный щуп к аноду, а черный к катоду. Только так прибор измерит все правильно.

Обратите внимание! Понять, где анод, а где катод, несложно, прочитав описание к модели мультиметра, или воспользоваться помощью электронщика. Как правило, на каждом проводке имеется своя маркировка, благодаря которой понять, где что находится, очень просто в конкретной ситуации

В результате должно получиться пороговое прямое напряжение. Если есть повреждение какого-то элемента, то на панели появится ноль напротив того электрода, который будет подключен, или цифра выше или ниже допустимой.

В ответ на то, как проверить диодную сборку мультиметром, если специального режима в мультиметре нет, можно указать, что необходимо собрать схему: соединить источник питания с резистором и проверяемым полупроводником. Затем подключить элемент анода к резистору, а катод к источнику питания. Далее следует нажать пуск и посмотреть, в каком состоянии находится полупроводниковый элемент. Как и в прошлом случае, исправный элемент измерителем будет выдавать прямое напряжение.

Проверка мультиметром без выпаивания

Без выпаивания мультиметром можно проверить электроды. Все что нужно, это выбрать на устройстве сопротивляющий измерительный режим с диапазоном в 2 кОм. Затем стандартно нужно присоединить красный проводок к части анода, а черный к части катода. Так будет показана цифра напряжения в омах. Как правило, при разрыве цепи измерение получается с цифрой выше допустимого или со значением 0.

Обратите внимание! Важно понимать, что для проверки оборудования и полупроводниковых элементов необходимо полностью действовать в соответствии с представленной к мультиметру инструкцией. Также необходимо понимать важные физические моменты и немного понимать в электронике для составления правильной электрической схемы. В противном случае отсутствие знаний может затруднить работу с мультиметром

В противном случае отсутствие знаний может затруднить работу с мультиметром.

Правильность подключения электродов залог успешной проверки

Как правильно подобрать стабилитрон?

Стабилитроны относятся к стабилизаторам небольшой мощности. Поэтому их необходимо подбирать так, чтобы через них без перегрева мог проходить весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации.

Для правильного выбора стабилитрона для электрической схемы необходимо знать следующие параметры: минимальное и максимальное входное напряжение, напряжение на выходе, минимальный и максимальный ток нагрузки. Напряжение стабилизации стабилитрона равно выходному напряжению. А рассчитать максимальный ток, который может пройти через стабилитрон в конкретной схеме, и мощность рассеивания при максимальном токе, лучше всего с помощью онлайн-калькулятора.

Проверка транзистор-тестером

Проверить на работоспособность полупроводниковых элементов можно с помощью универсального тестера радиокомпонентов. Часто его называют транзистор-тестером.

Это универсальный измерительный прибор с цифровым индикатором. С помощью транзистор-тестера можно проверить различные радиодетали. К ним относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. А также и полупроводниковые приборы, транзисторы, тиристоры, диоды, стабилитроны, супрессоры и т.п.

Для проверки работоспособности, зажмите детальку в ZIF-панельке (специальном разъёме с рычагом для зажимания элементов), после чего на дисплее высвечивается схемное обозначение элемента. Однако рассматриваемые в этой статье элементы проверяются как обычные диоды. Поэтому не стоит рассчитывать, что транзистор тестер определит, на какое напряжение стабилитрон. Для этого все равно нужно будет собрать схему типа той, что показана выше или такую как рассмотрим далее.

Рекомендуем посмотреть видео о том, что такое универсальный транзистор-тестер и как им проверять радиоэлектронные компоненты.

Тестер, также как и мультиметр, проверяет целостность -n перехода и корректно определяет напряжением стабилизации стабилитронов до 4,5 вольт.

При ремонте аппаратуры, рекомендуется элемент стабилизации менять на новый. Не зависимо от наличия исправного p-n перехода. Т.к. высока вероятность, что у диода изменилось напряжение стабилизации или оно может произвольно меняться в процессе работы аппаратуры.

Стабилитрон подключен к батарее и классу нагрузки 12, физика CBSE

Полный пошаговый ответ:
Мы знаем, что падение напряжения на резисторе $ 4 \; k \ Omega $ составляет $ 60 \; V — 10 \; V = 50 \; V $.3} \; \ Omega}} \\
= 5 \; mA
\ end {array} $
Текущее значение $ {I_Z} $ определяется по формуле:
$ \ begin {array} {c}
{I_Z} = I — {I_L} \\
= 12,5 \; mA — 5 \; mA \\
= 7,5 \; mA
\ end {array} $

Следовательно, значение I, I _L и I _Z составляет 12,5 мА, 7,5 мА, 5 мА соответственно, и правильный вариант — C.

Дополнительная информация: В стабилитроне высокоуровневые примеси добавляются к полупроводниковому материалу, чтобы сделать его более проводящим.Из-за наличия этих примесей обедненная область диода становится очень тонкой. Напряженность электрического поля увеличивается в обедненной области из-за сильного легирования, даже если приложено небольшое напряжение.

Примечание. Стабилитроны широко используются в качестве шунтирующих регуляторов напряжения для регулирования напряжения на небольших нагрузках. Стабилитроны имеют резкое обратное напряжение пробоя, и напряжение пробоя будет постоянным для широкого диапазона токов. Таким образом, мы подключим стабилитрон параллельно нагрузке, чтобы приложенное напряжение сместило его в обратном направлении.Таким образом, если напряжение обратного смещения на стабилитроне превышает напряжение перегиба, напряжение на нагрузке будет постоянным. Напряжение обратного смещения на стабилитроне превышает напряжение колена; напряжение на нагрузке будет постоянным.

Тестер стабилитронов | Журнал Nuts & Volts

Когда я выбираю стабилитрон из шкафа для запчастей, я всегда хочу проверить его напряжение пробоя, прежде чем использовать его в проекте — просто чтобы убедиться, что в ящике моего шкафа не было перепутано.Эту процедуру необходимо повторить при установке неиспользуемых диодов обратно в мой шкаф или при сортировке кучи диодов, которые я подобрал на избыточной розетке.

Требуется много времени, чтобы настроить источник питания и вольтметр, выбрать последовательный резистор для ограничения тока и измерить напряжение для каждого диода. Альтернативы, такие как чтение номера детали и его поиск, или установка измерителя кривой, не быстрее. Многие ошибки, перегоревшие диоды и поврежденные проекты убедили меня, что должен быть лучший способ.Во время экспериментов с автоколебательными импульсными источниками питания для другого приложения меня осенило, что эта технология была ответом на мою проблему.

Тестер, описанный в этой статье, представляет собой простую двухтранзисторную схему, работающую от батареи 9В, которая проверяет стабилитроны с пробивным напряжением до 52 вольт. Для создания, тестирования и использования схемы не требуется ничего, кроме мультиметра. Его конструкция с трансформаторной связью автоматически регулирует выходное напряжение в соответствии с напряжением проверяемого стабилитрона, одновременно регулируя ток диода для сохранения относительно постоянной мощности диода во всем диапазоне измерения.

Нет необходимости подбирать токоограничивающий резистор. Просто подключите к диоду вольтметр и измерьте его напряжение пробоя на стабильном и безопасном уровне мощности. Схема также будет безопасно тестировать светодиоды, в том числе белые светодиоды, которые мультиметры не могут проверить, и другие низковольтные диоды в прямом направлении, а также MOV (металлооксидные варисторы) и другие защитные устройства с более высоким напряжением.

Подключение внешнего источника питания к тестеру также позволяет легко тестировать устройства, выходящие из строя выше 50 В.Со всеми моими проектами и многочисленными нехарактерными устройствами, лежащими в моем магазине, этот тестер стабилитрона оказался наиболее часто используемым оборудованием на моем стенде!

Фон из стабилитрона

Если вы не знакомы с стабилитронами, уместно введение. Зенеры настолько полезны, что их следует найти в коллекции компонентов каждого экспериментатора. Стабилитрон — это специализированный кремниевый диод, который в прямом направлении выглядит как обычный кремниевый диод. Однако в обратном направлении напряжения он показывает низкий ток утечки, как обычный диод, до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение — так называемое «напряжение стабилитрона».В этот момент он резко показывает контролируемое постоянное напряжение пробоя, несмотря на увеличивающийся ток.

Все диоды начинают сильно проводить при некотором напряжении в обратном направлении, но во избежание повреждения работают при значительном понижении этого напряжения пробоя. Стабилитроны, с другой стороны, предназначены для работы в области их пробоя, и этот пробой тщательно спроектирован для определенных напряжений. Например, в семействе стабилитронов от 1N4728 до 1N4764 есть напряжения пробоя от 3.От 3 до 100 вольт с 37 ступенями — гораздо более широкий диапазон, чем у обычных трехконтактных IC-стабилизаторов с фиксированным напряжением. Эти диоды также могут быть включены последовательно для достижения практически любого желаемого напряжения, а различные семейства диодов имеют разную мощность от 200 мВт до более 10 Вт.

обычно используются в качестве регуляторов напряжения, эталонов опорного напряжения для операционных усилителей и в качестве защитных устройств для защиты компонентов от условий перенапряжения. Такие приложения, как драйверы реле или соленоидов и импульсные источники питания, подобные описанному в этой статье, обычно используют стабилитроны для защиты (например, D2 в , рис. 1, ).

РИСУНОК 1. Схема тестера .

Они также находят применение (вместо простого последовательного резистора) для понижения одного напряжения до более низкого напряжения и для ограничения формы волны переменного напряжения. Они даже используются в качестве генераторов шума в мостах с высокочастотным импедансом. Лучше всего — особенно для экспериментаторов с ограниченным бюджетом — типичные маломощные стабилитроны стоят всего гроши за штуку.

Тестер стабилитронов

Проверяемый диод подключается между красной и желтой клеммами, и напряжение считывается на этих клеммах при нажатии кнопки для проверки.Подключение измерителя тока между желтой и черной клеммами позволяет при необходимости измерять ток во время тестирования, или замена измерителя тока на внешний источник питания позволяет расширить диапазон тестера до значений, значительно превышающих 52 вольт.

Мигающий красный светодиод указывает на наличие напряжения на испытательных клеммах. Желтый светодиод указывает на то, что выход находится на пределе 55 В. Когда диод отсутствует или напряжение пробоя стабилитрона превышает 55 В, этот светодиод светится.Светодиод также указывает на правильное функционирование внутренней цепи для первоначального тестирования и служит напоминанием о безопасности, что на выходных клеммах присутствует потенциально опасное напряжение. Когда тестовый переключатель отпускается, выход быстро разряжается до нуля в целях безопасности.

Внутренняя схема тестера легко модифицируется и моделируется для изменения диапазона напряжения или для использования в других приложениях. Эти модификации и моделирование обсуждаются позже в этой статье.

Описание схемы и работа

Схема тестера показана на Рисунок 1 . Ключом к простоте эксплуатации и сборки является использование трансформатора T1, который можно легко приобрести у нескольких дистрибьюторов и который предназначен для использования в небольших импульсных источниках питания. T1 имеет шесть независимых и идентичных поляризованных обмоток, четыре из которых используются в тестере: T1-L1 — это «первичная» обмотка «обратной связи», T1-L4, хранящая энергию в магнитном поле трансформатора; затем T1-L2 и T1-L3 соединяются последовательно, чтобы сформировать «вторичную», разряжая накопленную магнитную энергию в тестируемый диод (DUT).

Некоторые из вас узнают эту базовую схему как простой «блокирующий генератор», широко использовавшийся с электронными лампами для радаров во время Второй мировой войны, а позже принятый в качестве транзисторной конфигурации для первого поколения полупроводниковых импульсных источников питания. В области источников питания это теперь называется схемой «обратного хода», возвращаясь к схемам горизонтального вывода на основе ЭЛТ / ТВ, использующих эту топологию или часто называемых «повышающей» схемой. Он прост, работает с множеством различных транзисторов и не требует специализированных интегральных схем.

S1 — это кнопочный переключатель с однополюсным переключателем мгновенного действия. Пока не будет нажат S1, батарея 9 В отключается от цепи, а конденсатор выходного фильтра C4 разряжается через R8. При переводе S1 в положение ON или TEST R8 удаляется с выхода и подается 9 В на первичный, T1-L1, и на пусковой резистор, R2. Он также включает LED1 — мигающий красный светодиод, который указывает пользователю, что цепь находится под напряжением и есть потенциально опасные напряжения на выходных клеммах.

Пусковой ток протекает через R2 (и R4), включая управляющий транзистор Q1.Когда Q1 включается, он подтягивает контакт 1 T1 к земле, что, в свою очередь, заставляет напряжение на обмотке обратной связи T1 / T1-L4 повышаться от земли до +9 В, поскольку отношение витков двух обмоток равно 1: 1. Возрастающее напряжение на T1-L4 передается на базу Q1 через C3, D1 и R3. Этот ток добавляется к току через R2, дополнительно включая Q1 и быстро переводя его в состояние насыщения.

В состоянии насыщения напряжение на Q1 составляет несколько десятых вольта, и почти полное напряжение батареи 9 В находится на T1-L1.Теперь ток через T1-L1 и R6 начинает нарастать, сохраняя магнитную энергию в сердечнике. Через D3 не протекает ток, поскольку он смещен в обратном направлении во время этой части цикла колебаний.

Когда падение напряжения на R6 превышает 0,7 В, дроссельный транзистор Q2 начинает включаться и шунтировать базовый ток Q1 на землю, заставляя Q1 выйти из насыщения, а напряжение на коллекторе Q1 повыситься. Это действие снижает напряжение на T1-L1, что, соответственно, снижает напряжение на обмотке обратной связи, T1-L4, дополнительно уменьшая базовое возбуждение до Q1 и быстро отключая Q1 посредством этого рекуперативного действия.

Когда Q1 выходит из насыщения и начинает отключаться, напряжение на его коллекторе быстро возрастает из-за индуктивного воздействия, и напряжение на T1-L1 меняется на противоположное, повышая напряжение коллектора Q1 выше 9 В. В то же время вторичное напряжение меняется на противоположное, и D3 начинает проводить.

Когда накопленная энергия в сердечнике полностью высвобождается через вторичную обмотку, напряжения на всех обмотках падают, снова включая Q1 через C1 (напряжение на выводе 11 идет от отрицательного напряжения к земле).Затем цикл повторяется до тех пор, пока C2 не будет заряжен до уровня напряжения, при котором ИУ начинает проводить ток, после чего колебания стабилизируются и продолжают подавать питание на ИУ.

Формы сигналов установившихся колебаний показаны на рис. 2 .

РИСУНОК 2. Временная диаграмма, показывающая напряжения трансформатора.

Уровни напряжения (относительно земли) показаны для общего тестируемого напряжения стабилитрона Vz. Напряжения, указанные в скобках, относятся к стабилитрону 12 В в качестве ИУ, а соответствующие фактические формы сигналов цепи показаны на , рис. 3, .

РИСУНОК 3. Осциллограф, снимающий фактическую схему тестирования стабилитрона 12 В.

Если во время работы схемы ИУ отсутствует, то напряжение на C4 будет продолжать расти, как и пиковое напряжение на коллекторе Q1. Напряжение на выводе 2 T1 и выходное напряжение будут расти с каждым циклом, как и пиковое напряжение (половина выходного напряжения плюс 9 В) на коллекторе Q1. Это особенность конфигурации схемы с обратным ходом, которая позволяет тестировать стабилитроны при напряжении батареи, превышающем 9 В.

Однако необходима некоторая защита, чтобы пиковое напряжение на коллекторе Q1 не превысило его максимальное номинальное напряжение коллектора, равное 40 В. Последовательная комбинация стабилитрона D2 и желтого светодиода 2 обеспечивает эту защиту, ограничивая пиковое напряжение и поглощая энергию магнитного поля T1, если тестируемое устройство отсутствует или если напряжение пробоя тестируемого устройства превышает максимальное выходное напряжение тестера. LED2 загорается, когда в этом состоянии есть ток через D2.

На рисунке 4 показаны фактические измерения тока и мощности для различных ИУ на тестере в собранном виде.Измерение этих диодов с постоянным током и одинаковыми токами дало идентичные результаты, поэтому точность измерения отличная. Следует отметить, что допуск индуктивности трансформатора составляет ± 30%, поэтому ваши результаты могут отличаться.

РИСУНОК 4. Измеренные выходная мощность и ток.

Моделирование

Вместо того, чтобы пытаться математически объяснить работу схемы, проще использовать моделирование.

Бесплатный аналоговый симулятор от Linear Technologies — LTspice® ( www.linear.com/designtools/software ) — идеально подходит для моделирования этой схемы и детального изучения ее работы при различных значениях компонентов и условиях. В симуляторе есть виртуальные приборы, которые позволяют измерять напряжение, ток и мощность в каждом проводе и компоненте в зависимости от времени.

Необходимо моделировать только те компоненты, которые сильно влияют на поведение схемы. Схема модели показана на рис. 5 с 12-вольтовым стабилитроном в качестве тестируемого устройства.

РИСУНОК 5. Схема LTspice.

Этот файл доступен по ссылке на статью. Снимок экрана моделирования, показывающий формы выходного напряжения на выходе вторичной обмотки (при подключении к D1), показан на рис. 6 .

РИСУНОК 6. Моделирование LTspice — форма выходного сигнала трансформатора.

Использовались компоненты из библиотеки LTspice, которые в некоторых случаях отличались от реальных компонентов на схеме .Трансформатор моделируется как набор связанных обмоток со 100% связью (K = 1 в Директиве Spice для трансформатора), и все индуктивности считаются линейными без какой-либо зависимости от тока. Фактически используемый трансформатор обеспечивает снижение индуктивности на 30% при токе 420 мА через одну обмотку, что значительно превышает пиковый ток в этой конструкции, поэтому предположение о линейности является разумным. Моделируемое поведение схемы было очень близко к реальным результатам схемы и было особенно полезно для оптимизации значений компонентов.

Строительство и испытания

Схема построена на прототипе печатной платы (PCB) от RadioShack, которая также удобно помещается в стандартный пластиковый корпус от SeraPac с батарейным отсеком на 9 В (см. Список деталей ). Верхняя часть платы (, рис. 7, ) содержит все компоненты, за исключением трансформатора T1, который установлен на нижней стороне (, рис. 8, ). T1 сконфигурирован для поверхностного монтажа, который хорошо помещается на 100 мил центрах печатной платы.

РИСУНОК 7. Верх печатной платы в сборе.

РИСУНОК 8. Нижняя часть собранной печатной платы.

Я использовал штыревые разъемы для контактов с T1 и для подключения к передней панели через плоский кабель (10-жильный) с разъемом на печатной плате ( Рисунок 9 ). Ни то, ни другое не требуется, хотя я считаю, что разъемы контактов удобны для закрепления пробников осциллографа при оценке схемы.

РИСУНОК 9. Внутри корпуса сверху.

Отдельная и легко отсоединяемая передняя панель также упрощает сборку и модификацию платы. Единственное предостережение при использовании контактных заголовков — убедиться, что контакты переключателя S1 не соприкасаются с контактными заголовками, когда верхняя и нижняя части корпуса соединены вместе.

Все компоненты на верхней стороне платы должны быть сначала установлены и проверены на целостность, а T1 припаян на нижней стороне в последнюю очередь. Окончательная проверка целостности должна выполняться при подключенной передней панели.

Особенно важно, чтобы D2 был подключен через LED2 к земле. Если это соединение разомкнуто, напряжение на коллекторе Q1 может быстро подняться до уровня, который разрушит транзистор.

После проверки целостности проводки подключите аккумулятор, оставьте выходные клеммы открытыми (без DUT) и нажмите S1. Желтый светодиод LED2 должен загореться вместе с мигающим LED1. Это все, что вам нужно сделать, чтобы убедиться, что цепь работает. Если желтый светодиод не горит, проверьте проводку еще раз.

За исключением трансформатора, большинство компонентов схемы не являются критическими, но D3 должен быть выпрямителем с быстрым восстановлением, хотя допустимы любые диоды с быстрым восстановлением с напряжением пробоя выше 100 вольт. C4 и C5 должны иметь низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), чтобы избежать чрезмерных пульсаций в DUT. Типы пленок в этом отношении подходят, а выбранные конденсаторы имеют ESR менее 0,1 Ом. Если вы не уверены в ESR имеющихся у вас конденсаторов, подключите несколько конденсаторов меньшего номинала (например,g., два 0,1 мкФ) и убедитесь, что они имеют соответствующее номинальное напряжение. Низкое значение (0,22 мкФ) этих конденсаторов достаточно для точности измерения, но ограничивает запасенную энергию по соображениям безопасности.

Работа с тестером

Замкните желтый контакт на черный с помощью перемычки, подключите стабилитрон к красной и желтой клеммам (сторона с полосой к красной клемме) вместе с вольтметром и считайте напряжение на диоде после нажатия S1. Вы заметите, что при удерживании кнопки S1 напряжение стабилитрона будет повышаться по мере нагрева диода, поэтому произведите быстрое измерение.

Также возможна проверка светодиодов и других низковольтных диодов; просто убедитесь, что положительный конец светодиода или диода подключен к красной клемме, чтобы измерить прямое падение напряжения. В противном случае высокое напряжение тестера может привести к выходу из строя светодиода или диода из-за превышения максимального значения, указанного в спецификации обратного пробоя.

Если вы хотите измерить ток через стабилитрон, снимите перемычку между желтой и черной клеммами и вставьте миллиметр. Конденсатор C5 на этих клеммах обеспечивает путь с низким импедансом для импульсного тока через ИУ, так что индуктивность выводов мультиметра не влияет на точность считывания.

При измерении неизвестного стабилитрона и загорается желтый светодиод, проверьте, открыт ли диод, проверив его прямое падение напряжения с помощью мультиметра, или просто переверните его в тестере. Если желтый светодиод гаснет с стабилитроном в прямом направлении, то диод, скорее всего, исправен, но имеет напряжение пробоя выше 55 В. Если вы хотите измерить напряжение пробоя в этом случае, подключите внешний регулируемый источник питания к желтой и черной клеммам, при этом минусовая клемма источника питания подключена к желтой клемме.Медленно увеличивайте значение питания, пока желтый светодиод не погаснет, затем измерьте напряжение на диоде.

Я измерил таким образом стабилитроны с пробивным напряжением около 200 В, а также MOV и другие устройства защиты от высокого напряжения, не беспокоясь о чрезмерном рассеивании мощности, поскольку ток диода при выключении желтого светодиода довольно низкий.

Модификации и улучшения схем

Конфигурация схемы на рис. 1 . надежен и может работать с различными модификациями.Вы можете поэкспериментировать с тремя переменными элементами: вторичная обмотка Т1; резистор R6, определяющий пиковый ток в Q1; и напряжение пробоя D2.

Если вы хотите, чтобы выходное напряжение имело более низкое максимальное напряжение, вы можете исключить одну обмотку во вторичной обмотке или уменьшить напряжение пробоя D2. Если вам нужно более высокое максимальное напряжение на выходе, вы можете подключить третью обмотку (две неиспользуемые обмотки на T1) последовательно с двумя показанными, или просто заменить D2 стабилитроном с более высоким напряжением.Если вы выберете этот второй путь, тогда вам нужно будет выбрать транзистор с более высоким напряжением пробоя, например MPSA06 (VCEO = 80 В против 40 В для 2N3904).

C4 и C5 рассчитаны на 520 В, а D3 имеет обратное напряжение пробоя 600 вольт, так что есть место для игры … но будьте осторожны, если вы перейдете на более высокие напряжения. Хотя C4 имеет небольшое значение (0,22 мкФ), накопление энергии увеличивается пропорционально квадрату напряжения, поэтому более высокие напряжения могут вызвать очень опасный и потенциально смертельный удар! Будь осторожен!!

Если вы хотите увеличить или уменьшить мощность, подаваемую на ИУ, уменьшите или увеличьте значение R6 соответственно.Транзисторы 2N4401 и MPSA06 могут поддерживать пиковые токи до 500 мА и могут использоваться в этой схеме.

Также было бы легко использовать больший корпус для тестера и включить цифровой панельный измеритель, который бы считывал напряжение стабилитрона, не требуя отдельного измерителя или двух для одновременного считывания напряжения и тока.

Вот и все! Я надеюсь, что эта схема подходит вам так же, как и мне! NV

Список литературы

Руководство по импульсным источникам питания , Кейт Биллингс, McGraw-Hill, 1989, стр.2,49–2,62.

Информация о трансформаторе VERSA-PAC: www.digikey.com/product-search/en?mpart=VPh3-1600-R&vendor=283

EDN Magazine , 10 июня 2010 г., Идеи дизайна, стр. 51-52, «Схема позволяет измерять напряжения стабилитрона и проверять светодиоды».

EDN Magazine , 25 ноября 2004 г., стр. 104-106, «Испытательная схема стабилитрона служит источником постоянного тока».

Исправления

Список деталей обновлен. Загрузите zip-файл для обновленного списка деталей.

Загрузки

Ноябрь 2014_Hoffman-Parts

для регулирования напряжения

Эй, в этой статье мы увидим принципиальную схему стабилитрона. Эта принципиальная схема стабилитрона предназначена для регулирования напряжения. Эта схема поможет вам понять, как именно работает стабилитрон. Стабилитрон — это полупроводниковое устройство, специально разработанное для работы с обратным смещением. Это сильно легированный полупроводниковый прибор. Когда на стабилитрон подается обратное напряжение, и когда оно достигает напряжения стабилитрона или напряжения перегиба, он начинает проводить ток в обратном смещении.

Собственно то, что произошло, когда обратное напряжение на стабилитроне достигает напряжения стабилитрона, переход стабилитрона выходит из строя, и он проводит ток.

Принципиальная схема стабилитрона

Здесь вы можете увидеть принципиальную схему стабилитрона для регулирования напряжения.

Номинал стабилитрона наиболее важен, когда вы собираетесь сделать схему регулятора напряжения. Если вы хотите, чтобы выходное напряжение составляло 5 В, вы должны выбрать стабилитрон с номинальным напряжением стабилитрона 5 В.Таким образом, ясно, что выходное напряжение схемы регулятора напряжения полностью зависит от номинального напряжения стабилитрона стабилитрона.

Здесь, на приведенной выше принципиальной схеме, мы использовали стабилитрон 12 В. Таким образом, мы получим постоянное выходное напряжение 12 В постоянного тока, даже если входное напряжение превышает 12 В.

А теперь давайте узнаем, как работает эта схема?

Видно, что стабилитрон включен в обратном смещении. Таким образом, когда входное напряжение составляет 12 В или менее 12 В, он не проводит никакого тока, поэтому падение напряжения на последовательном резисторе не имеет значения.Таким образом, выходное напряжение будет таким же, как входное. Но когда входное напряжение увеличивается выше 12 В, переход стабилитрона выйдет из строя, и он начнет проводить ток. Когда стабилитрон проводит ток, на последовательном резисторе происходит падение напряжения. Это падение напряжения приведет к уменьшению входного напряжения и поддержанию постоянного напряжения 12 В на выходе.

Стабилитрон не только поддерживает постоянное выходное напряжение при увеличении входного напряжения, но также поддерживает постоянное выходное напряжение во время перегрузки, колебаний нагрузки и т. Д.Когда нагрузка потребляет больше тока, ток, протекающий через стабилитрон, будет уменьшаться, а когда нагрузка потребляет меньше тока, ток, протекающий через стабилитрон, будет увеличиваться. Таким образом, стабилитрон поддерживает постоянное выходное напряжение при изменении нагрузки.

Приложения

Схемы регулятора напряжения с использованием стабилитронов используются в недорогих электронных устройствах, таких как небольшие зарядные устройства, электронные таймеры, электронные драйверы и т. Д.

Недостатки

Основной недостаток использования регулятора напряжения стабилитрон — потеря мощности.Стабилитрон регулирует напряжение, протекая через себя, а также через последовательный резистор. Таким образом, последовательный резистор вызывает постоянную потерю мощности.

Еще один недостаток — вероятность лавинного пробоя стабилитрона. Если входное напряжение схемы станет чрезмерно высоким, то в стабилитроне произойдет лавинный пробой. Как только в стабилитроне происходит лавинный пробой, он позволяет протекать через него непрерывно, даже когда напряжение падает, чем напряжение стабилитрона.

Читайте также:

Стабилитроны, характеристики, расчеты

, названный в честь своего изобретателя доктора Карла Зенера, в основном используется в электронных схемах для генерации точных опорных напряжений. Это устройства, которые могут создавать практически постоянное напряжение на них независимо от изменений в схемах и напряжениях.

Внешне вы можете найти стабилитроны, очень похожие на стандартные диоды, такие как 1N4148.Стабилитроны также работают, преобразуя переменный ток в пульсирующий постоянный ток, как и их традиционные альтернативы. Однако, в отличие от стандартных выпрямительных диодов, стабилитроны сконфигурированы так, что их катод напрямую соединен с плюсом источника питания, а анод — с отрицательным источником питания.

Характеристики

В стандартной конфигурации стабилитроны демонстрируют высокое сопротивление ниже определенного критического напряжения (известного как напряжение Зериера). Когда это конкретное критическое напряжение превышается, активное сопротивление стабилитрона падает до чрезвычайно низкого уровня.

И при этом низком значении сопротивления эффективное постоянное напряжение поддерживается на стабилитронах, и можно ожидать, что это постоянное напряжение будет сохраняться независимо от любого изменения тока источника.

Проще говоря, всякий раз, когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное значение стабилитрона, стабилитрон проводит и заземляет избыточное напряжение. Из-за этого напряжение падает ниже напряжения стабилитрона, которое отключает стабилитрон, и источник питания снова пытается превысить напряжение стабилитрона, снова включая стабилитрон.Этот цикл быстро повторяется, что в конечном итоге приводит к стабилизации выходного сигнала точно при постоянном значении напряжения стабилитрона.

Эта характеристика графически выделена на рисунке ниже, который показывает, что выше «напряжения стабилитрона» обратное напряжение остается почти постоянным даже при изменениях обратного тока. В результате стабилитроны часто используются для получения постоянного падения напряжения или опорного напряжения с их внутренним сопротивлением.

Стабилитроны разработаны в различных номинальных мощностях и с номинальным напряжением от 2.От 7 вольт до 200 вольт. (Однако в большинстве случаев стабилитроны со значениями намного выше 30 В почти никогда не используются.)

Базовая рабочая схема стабилитрона

Стандартная схема стабилизатора напряжения, использующая один резистор и стабилитрон, показана на следующем изображении. Здесь предположим, что значение стабилитрона составляет 4,7 В, а напряжение питания V in равно 8,0 В.

Основную работу стабилитрона можно объяснить следующими пунктами:

При отсутствии нагрузки на выход стабилитрона, а 4.Можно увидеть падение напряжения 7 В на стабилитроне, в то время как на резисторе R возникает отсечка 2,4 В Стабилитрон должен по-прежнему поддерживать номинальное значение 4,7 В.

Однако падение напряжения на резисторе R можно было увидеть повышенным с 2,4 В до 3,4 В.

Можно ожидать, что падение напряжения на идеальном стабилитроне будет довольно постоянным. На практике вы можете обнаружить, что напряжение на стабилитроне немного увеличивается из-за динамического сопротивления стабилитрона.

Процедура вычисления изменения напряжения стабилитрона заключается в умножении динамического сопротивления стабилитрона на изменение тока стабилитрона.

Резистор R1 в приведенной выше базовой конструкции регулятора символизирует предпочтительную нагрузку, которая может быть подключена к стабилитрону. R1 в этой связи будет потреблять определенное количество тока, проходящего через стабилитрон.

Поскольку ток в Rs будет выше, чем ток, поступающий в нагрузку, некоторое количество тока будет продолжать проходить через стабилитрон, обеспечивая совершенно постоянное напряжение на стабилитроне и нагрузке.

Указанный последовательный резистор Rs должен быть определен таким образом, чтобы наименьший ток, входящий в стабилитрон, всегда был выше минимального уровня, указанного для стабильного регулирования от стабилитрона. Этот уровень начинается сразу под «изломом» кривой обратного напряжения / обратного тока, как показано на предыдущей графической диаграмме выше.

Вы должны дополнительно убедиться, что выбор Rs гарантирует, что ток, проходящий через стабилитрон, никогда не выходит за пределы его номинальной мощности: которая может быть эквивалентна напряжению стабилитрона x току стабилитрона.Это наибольшая величина тока, которая может пройти через стабилитрон при отсутствии нагрузки R1.

Как рассчитать стабилитроны

Спроектировать базовую схему стабилитрона на самом деле просто и можно реализовать с помощью следующих инструкций:

1. Определите максимальный и минимальный ток нагрузки (Li), например 10 мА и 0 мА.
2. Определите максимальное напряжение питания, которое может развиться, например, уровень 12 В, а также убедитесь, что минимальное напряжение питания всегда = 1.5 В + Vz (номинальное напряжение стабилитрона).
3. Как указано в базовой конструкции регулятора, необходимое выходное напряжение, которое эквивалентно напряжению стабилитрона Vz = 4,7 В, и выбранный минимальный ток стабилитрона составляет 100 мкА . Это означает, что максимальный предполагаемый ток стабилитрона здесь составляет 100 микроампер плюс 10 миллиампер, что составляет 10,1 миллиампер.
4. Последовательный резистор Rs должен допускать минимальную величину тока 10,1 мА, даже если входное напряжение является самым низким заданным уровнем, равным 1.На 5 В выше, чем выбранное значение стабилитрона Vz, и может быть рассчитано с использованием закона Ома как: Rs = 1,5 / 10,1 x 10 ^-3 = 148,5 Ом. Ближайшее стандартное значение составляет 150 Ом, поэтому Rs может составлять 150 Ом.
5. Если напряжение питания повышается до 12 В, падение напряжения на Rs будет Iz x Rs, где Iz = ток через стабилитрон. Следовательно, применяя закон Ома, мы получаем Iz = 12 — 4,7 / 150 = 48,66 мА
6. Выше указан максимальный ток, который может пройти через стабилитрон.Другими словами, максимальный ток, который может протекать при максимальной выходной нагрузке или при максимальном заданном входном напряжении питания. В этих условиях стабилитрон будет рассеивать мощность Iz x Vz = 48,66 x 4,7 = 228 мВт. Ближайшее стандартное значение номинальной мощности для этого составляет 400 мВт.

Влияние температуры на стабилитроны

Наряду с параметрами напряжения и нагрузки стабилитроны также довольно устойчивы к колебаниям температуры вокруг них. Однако, выше температуры может иметь некоторое влияние на устройство, как показано на графике ниже:

Он показывает кривую температурного коэффициента стабилитрона.Хотя при более высоких напряжениях кривая коэффициента соответствует примерно 0,1% на градус Цельсия, она проходит через ноль при 5 В, а затем становится отрицательной для более низких уровней напряжения. В конце концов он достигает -0,04% на градус Цельсия при напряжении около 3,5 В.

Использование стабилитрона в качестве датчика температуры

Одним из хороших способов использования чувствительности стабилитрона к изменению температуры является применение устройства в качестве датчика температуры, как показано ниже. диаграмма

На схеме показана мостовая сеть, построенная с использованием пары резисторов и пары стабилитронов с идентичными характеристиками.Один из стабилитронов работает как генератор опорного напряжения, а другой стабилитрон используется для измерения изменений уровней температуры.

Стандартный стабилитрон 10 В может иметь температурный коэффициент + 0,07% / ° C, что может соответствовать изменению температуры 7 мВ / ° C. Это создаст дисбаланс около 7 мВ между двумя плечами моста на каждый градус Цельсия изменения температуры. Измеритель полной шкалы FSD на 50 мВ может использоваться в указанном положении для отображения соответствующих показаний температуры.

Настройка значения стабилитрона

Для некоторых схемных приложений может потребоваться точное значение стабилитрона, которое может быть нестандартным или недоступным.

Для таких случаев может быть создан массив стабилитронов, который затем может быть использован для получения желаемого настроенного значения стабилитрона, как показано ниже:

В этом примере можно получить множество настроенных нестандартных значений стабилитрона в различных клеммы, как описано в следующем списке:

Вы можете использовать другие значения в указанных позициях, чтобы получить множество других настраиваемых наборов выходных стабилитронов

Стабилитроны с питанием переменного тока

обычно используются с источниками постоянного тока, однако эти устройства также могут быть разработаны для работы с источниками переменного тока.Некоторые применения стабилитронов переменного тока включают аудио, радиочастотные цепи и другие формы систем управления переменным током.

Как показано в приведенном ниже примере, когда источник переменного тока используется со стабилитроном, стабилитрон мгновенно будет проводить, как только сигнал переменного тока перейдет от нуля к отрицательной половине своего цикла. Поскольку сигнал отрицательный, переменный ток будет закорочен через анод на катод стабилитрона, в результате чего на выходе появится 0 В.

Когда источник переменного тока проходит через положительную половину цикла, стабилитрон не проводит ток, пока переменный ток не поднимется до уровня напряжения стабилитрона.Когда сигнал переменного тока пересекает напряжение стабилитрона, стабилитрон проводит и стабилизирует выходной сигнал до уровня 4,7 В, пока цикл переменного тока не упадет обратно до нуля.

Помните, что при использовании стабилитрона с входом переменного тока убедитесь, что Rs рассчитывается в соответствии с пиковым напряжением переменного тока.

В приведенном выше примере выход не симметричный, а пульсирующий 4,7 В постоянного тока. Чтобы получить на выходе симметричное 4,7 В переменного тока, можно подключить два стабилитрона, как показано на схеме ниже

Подавление шума стабилитрона

Хотя стабилитроны обеспечивают быстрый и простой способ создания стабилизированных выходов с фиксированным напряжением. , у него есть один недостаток, который может повлиять на чувствительные звуковые цепи, такие как усилители мощности.

Стабилитроны создают шум во время работы из-за лавинного эффекта перехода при переключении в диапазоне от 10 мкВ до 1 мВ. Это можно подавить, добавив конденсатор параллельно стабилитрону, как показано ниже:

Емкость конденсатора может быть между 0,01 мкФ и 0,1 мкФ, что позволит подавить шум в 10 раз и будет поддерживать наилучшая стабилизация напряжения.

На следующем графике показано влияние конденсатора на снижение шума стабилитрона.

Использование стабилитрона для фильтрации пульсаций напряжения

Стабилитроны могут также применяться в качестве эффективных фильтров пульсаций напряжения, так же как они используются для стабилизации переменного напряжения.

Благодаря чрезвычайно низкому динамическому импедансу стабилитроны могут работать как фильтр пульсаций точно так же, как и конденсатор фильтра.

Очень впечатляющую фильтрацию пульсаций можно получить, подключив стабилитрон через нагрузку к любому источнику постоянного тока. Здесь напряжение должно быть таким же, как и уровень пульсации.

В большинстве схемных приложений он может работать так же эффективно, как и типичный сглаживающий конденсатор емкостью несколько тысяч микрофарад, что приводит к значительному снижению уровня пульсаций напряжения, накладываемого на выход постоянного тока.

Как увеличить допустимую мощность стабилитрона

Простой способ увеличить допустимую мощность стабилитрона, вероятно, состоит в том, чтобы просто подключить их параллельно, как показано ниже:

Однако на практике это может быть не так просто, как кажется, и может работать не так, как задумано.Это связано с тем, что, как и любое другое полупроводниковое устройство, стабилитроны также никогда не имеют точно идентичных характеристик, поэтому один из стабилитронов может проводить перед другим, протягивая через себя весь ток, в конечном итоге разрушаясь.

Быстрый способ решения этой проблемы может заключаться в добавлении последовательных резисторов низкого номинала к каждому стабилитрону, как показано ниже, что позволит каждому стабилитрону равномерно распределять ток за счет компенсации падений напряжения, создаваемых резисторами R1 и R2:

Хотя пропускная способность по мощности может быть увеличена путем параллельного подключения стабилитронов, гораздо более совершенным подходом может быть добавление шунтирующего BJT в сочетании с стабилитроном, настроенным в качестве опорного источника.См. Следующий пример схемы.

Добавление шунтирующего транзистора не только увеличивает пропускную способность стабилитрона в 10 раз, но и дополнительно улучшает уровень стабилизации выходного напряжения, который может достигать указанного коэффициента усиления по току транзистора.

Этот тип стабилизатора стабилитрона на шунтирующих транзисторах может использоваться в экспериментальных целях, поскольку схема имеет 100% защиту от короткого замыкания. Тем не менее, конструкция довольно неэффективна, поскольку транзистор может рассеивать значительное количество тока при отсутствии нагрузки.

Для получения еще лучших результатов, стабилизатор с последовательным транзистором, показанный ниже, выглядит лучшим и предпочтительным вариантом.

В этой схеме стабилитрон создает опорное напряжение для последовательного транзистора, который, по сути, работает как эмиттерный повторитель. В результате напряжение эмиттера поддерживается в пределах нескольких десятых вольта от напряжения базы транзистора, создаваемого стабилитроном. Следовательно, транзистор работает как последовательный компонент и позволяет эффективно контролировать колебания напряжения питания.

Теперь весь ток нагрузки проходит через этот последовательный транзистор. Пропускная способность этого типа конфигурации полностью определяется стоимостью и спецификацией транзисторов, а также зависит от эффективности и качества используемого радиатора.

Превосходное регулирование может быть достигнуто за счет вышеупомянутой конструкции с использованием резистора серии 1 кОм. Регулировку можно увеличить в 10 раз, заменив нормальный стабилитрон на специальный низкодинамический стабилитрон, такой как 1N1589).

В случае, если вы хотите, чтобы вышеуказанная схема обеспечивала регулируемый выходной сигнал с переменным напряжением, это может быть легко достигнуто с помощью потенциометра 1K на стабилитроне. Это позволяет регулировать переменное опорное напряжение на базе последовательного транзистора.

Однако эта модификация может привести к снижению эффективности регулирования из-за некоторого эффекта шунтирования, создаваемого потенциометром.

Схема стабилитрона постоянного тока

Простой стабилизируемый стабилитроном источник постоянного тока может быть спроектирован через единственный транзистор в качестве переменного последовательного резистора.На рисунке ниже показана основная принципиальная схема.

Здесь вы можете увидеть пару проходов схемы, один через стабилитрон, подключенный последовательно с резистором смещения, а другой путь через резисторы R1, R2 и последовательный транзистор.

В случае отклонения тока от исходного диапазона он вызывает пропорциональное изменение уровня смещения R3, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное увеличение или уменьшение сопротивления последовательного транзистора.

Эта регулировка сопротивления транзистора приводит к автоматической корректировке выходного тока до желаемого уровня.Точность управления током в этой конструкции будет около +/- 10% в зависимости от выходных условий, которые могут варьироваться от короткого замыкания до нагрузки до 400 Ом.

Цепь последовательного переключения реле с использованием стабилитрона

Если у вас есть приложение, в котором требуется, чтобы набор реле переключался последовательно одно за другим на выключателе питания, а не все вместе, тогда следующая конструкция может оказаться весьма удобной.

Здесь последовательно увеличивающиеся стабилитроны устанавливаются последовательно с группой реле вместе с отдельными последовательными резисторами с малым номиналом.При включении питания стабилитроны проводят один за другим последовательно в порядке возрастания их значений стабилитрона. Это приводит к последовательному включению реле в соответствии с требованиями приложения. Значения резисторов могут составлять 10 Ом или 20 Ом в зависимости от величины сопротивления катушки реле.

Схема стабилитрона для защиты от перенапряжения

Благодаря их характеристикам чувствительности к напряжению, можно комбинировать стабилитроны с характеристиками чувствительных к току предохранителей для защиты важных компонентов схемы от скачков высокого напряжения и, кроме того, устранения проблем с предохранителями. частое сгорание, что может произойти, особенно когда номинал предохранителя очень близок к рабочему току схемы.

Присоединяя к нагрузке стабилитрон с правильным номиналом, можно использовать плавкий предохранитель, рассчитанный на номинальный ток нагрузки в течение продолжительных периодов времени. В этой ситуации предположим, что входное напряжение увеличивается до такой степени, что превышает напряжение пробоя стабилитрона — это заставит стабилитрон проводить ток. Это вызовет внезапное увеличение тока и почти мгновенно сгорит предохранитель.

Преимущество этой схемы заключается в том, что она предотвращает частое и непредсказуемое срабатывание предохранителя из-за его близкого значения предохранителя к току нагрузки.Вместо этого предохранитель перегорает только тогда, когда напряжение и ток действительно поднимаются выше указанного опасного уровня.

Схема защиты от пониженного напряжения с использованием стабилитрона

Реле и правильно подобранный стабилитрон достаточно для создания точной схемы защиты от пониженного или пониженного напряжения для любого желаемого применения. Принципиальная схема представлена ​​ниже:

Операция на самом деле очень проста, напряжение Vin, получаемое от сети трансформаторного моста, изменяется пропорционально в зависимости от изменений входного переменного тока.Это означает, что если предположить, что 220 В соответствует 12 В от трансформатора, то 180 В должно соответствовать 9,81 В и так далее. Следовательно, если предполагается, что 180 В является порогом отсечки низкого напряжения, то выбор стабилитрона в качестве устройства на 10 В отключит работу реле всякий раз, когда входной переменный ток падает ниже 180 В.

В чем заключается принцип стабилитрона. ?

Этот видеоурок по электронике дает базовое представление о стабилитронах , которые используются в качестве стабилизаторов напряжения в цепях постоянного тока.

Каталог

1.1 Терминология

Стабилитрон является активным устройством. В нем используется состояние обратного пробоя pn-перехода, в результате чего ток может изменяться в широком диапазоне, а напряжение в основном постоянное, то есть диод имеет эффект регулирования напряжения. Этот диод представляет собой полупроводниковое устройство, которое имеет очень высокое сопротивление до тех пор, пока не будет достигнуто критическое обратное напряжение пробоя. В этой критической точке пробоя обратное сопротивление снижается до небольшого значения, в этой области низкого сопротивления ток увеличивается, а напряжение остается постоянным.Так что стабилитрон используется в первую очередь как регулятор напряжения или компонент опорного напряжения.

Когда обратное напряжение стабилитрона достигает определенного значения, обратный ток внезапно увеличивается, и стабилитрон входит в область пробоя, но он не повреждает, а работает в нормальном состоянии, которое является самым большим. отличие от обычного диода.

После перехода в это рабочее состояние, даже если обратный ток изменяется в широком диапазоне, обратное напряжение на стабилитроне может оставаться практически неизменным.С другой стороны, если обратный ток продолжает увеличиваться до определенного значения, стабилитрон полностью выйдет из строя и повредится.

Следовательно, когда используется стабилитрон, он должен быть подключен последовательно с токоограничивающим резистором . В противном случае его потребляемая мощность превышает указанное значение, что может привести к повреждению устройства.

Итак, что нам делать, если возникла эта проблема? Мы только что обнаружили, что пересечение характеристической кривой и оси X не Ui = 0 , а Ui = 1.8В . В это время, когда напряжение, передаваемое нашим операционным усилителем, меньше 1,8 В, значения Uo и Ui одинаковы. Другими словами, искажения сигнала не происходит:

Рисунок 15. Характеристики пробоя стабилитрона (е)

Видно, что пересечение уравнения и кривой всегда находится на оси X, что составляет Ui = Uo . Но диапазон уменьшен, от 0 до 3,3В до 1,8В, снижена точность обнаружения АЦ, для устойчивости системы нужен стабилитрон.Конечно, если вы выберете стабилитрон с лучшей характеристической кривой (более дорогой). В это время пересечение характеристической кривой стабилитрона и оси X может составлять 2,0 В или более.

Мы можем наблюдать характеристическую кривую, чтобы увидеть характеристическую кривую C3V9 трубки Зенера на 3,9 В. Ui на пересечении с осью X составляет около 3 В. Когда ток стабилитрона составляет около 1 мА, Ui составляет около 3,3 В, для регулирования напряжения можно использовать регулятор напряжения 3,9 В.Уравнение выглядит следующим образом:

Рисунок 16. Характеристики пробоя стабилитрона (г)

При нормальных условиях , выходное напряжение операционного усилителя находится в диапазоне 3,3 В, а пересечение уравнения и кривой находится на оси X, как показано на красной линии ниже. Когда значение превышает 3,3 В, чтобы гарантировать, что пересечение уравнения и кривой находится ниже контрольной точки, нам необходимо уменьшить наклон уравнения так, чтобы пересечение уравнения и кривой удовлетворяло Ui ≤ 3.3V, а наклон уравнения равен (-1 / R). Чтобы уменьшить наклон, нужно увеличить значение R, то есть мы можем использовать трубку регулятора 3,9 В для увеличения сопротивления R31. Примерно мы можем видеть, что когда Ui = 3,3 В, i составляет около 1 мА, мы вносим эту точку в уравнение:

1 мА = -3,3 / R + Uo / R

Когда Uo принимает максимальное значение 5 В, рассчитывается R = 1700 Ом. То есть, когда R больше или равно 1700 Ом, а Uo меньше или равно 5 В, пересечение уравнения и кривой всегда меньше контрольной точки.В то же время наш неискаженный диапазон напряжения составляет от 0 до 3 В, что намного больше, чем от 0 до 1,8 В при использовании стабилитрона на 3,3 В.

1. Обратите внимание на разницу между обычным диодом и стабилитроном. Многие обычные диоды, особенно стеклянные трубки, имеют схожий цвет или форму по сравнению с диодами Зенера. Если вы не будете их различать внимательно, вы воспользуетесь ими неправильно.Разница в следующем: судя по форме, многие стабилитроны имеют цилиндрическую форму, короткие и толстые, а общий диод — тонкий; Глядя на знак, внешняя поверхность стабилитрона отмечена значением регулятора напряжения, например 5V6, что указывает на то, что значение стабилизации напряжения составляет 5,6 В. Используйте мультиметр для измерения напряжения в соответствии с однонаправленной проводимостью, используя блок X1K для определения положительной и отрицательной полярности проверяемого диода, затем с помощью блока X10K, черную ручку для подключения к отрицательному полюсу диода и красная ручка подключена к положительному полюсу диода.Если значение обратного сопротивления велико, можно использовать обычный диод. Если значение обратного сопротивления становится небольшим, это стабилитрон.

2. Обратите внимание на разницу между прямой и обратной проводимостью стабилитронов. Когда стабилитрон используется для прямой проводимости, он в основном такой же, как и нормальный диод, и напряжение на обоих концах после прямой проводимости в основном постоянное, около 0,7 В. Теоретически стабилитрон также можно использовать в прямом направлении, но его значение регулирования напряжения будет ниже 1 В, а характеристики регулирования напряжения будут плохими.Как правило, характеристика прямой проводимости стабилитрона используется не только для стабилизации, но и с характеристиками обратного пробоя для регулирования. Значение напряжения обратного пробоя является регулируемым. Иногда два стабилитрона используются последовательно, один использует свою прямую характеристику, а другой использует обратную характеристику для регулирования и температурной компенсации для улучшения регулирования напряжения.

3. Обратите внимание на эффект токоограничивающего резистора и влияние сопротивления.В схеме стабилизатора напряжения на стабилитроне резистор R обычно включен последовательно. Этот резистор действует как ограничитель тока в цепи и улучшает эффект регулирования напряжения. Если резистор не применяется, когда R = 0, стабилитрон легко выгорит, что приведет к чрезвычайно плохому эффекту регулирования напряжения. Чем больше сопротивление токоограничивающего резистора, тем лучше характеристики регулирования напряжения схемы, но разница входного и выходного напряжения будет слишком большой, а потребляемая мощность будет больше.

4. Обратите внимание на разницу в напряжении и между входом и выходом. При нормальном использовании выходное напряжение схемы стабилизатора напряжения на стабилитроне равно значению стабилизации напряжения на обоих концах после обратного пробоя. Если значение напряжения, входящее в схему регулятора напряжения, меньше, чем напряжение регулятора напряжения, схема потеряет регулирование напряжения, только когда оно больше номинального значения, будет действовать эффект регулирования напряжения, и чем больше разница напряжений , тем больше должно быть сопротивление токоограничивающего резистора, иначе трубка регулятора напряжения будет повреждена.

5. Стабилитроны можно использовать в серии . После того, как несколько серий регуляторов напряжения соединены последовательно, можно получить множество различных значений регулирования напряжения, так что последовательное соединение является более распространенным. В следующем примере показано, как получить значение стабилизации напряжения после того, как они используются последовательно. Если значение стабилизации напряжения стабилитрона составляет 5,6 В, другое значение стабилизации напряжения составляет 3,6 В, а напряжение стабилитрона напряжения равно 0.7 В, после последовательного подключения есть четыре различных значения регулирования напряжения.

6. Стабилитроны обычно не используются параллельно . После того, как несколько стабилитронов подключены параллельно, значение регулирования будет определяться наименьшим из них (включая значение напряжения после прямой проводимости). В качестве примера возьмем два регулятора напряжения, чтобы проиллюстрировать метод расчета значения регулирования напряжения. После двух параллельных подключений есть четыре случая, а значение регулирования напряжения равно только двум.Стабилитроны не используются параллельно, если не указано иное.

Часто задаваемые вопросы о принципе работы стабилитрона

1. Для чего нужен стабилитрон? Стабилитроны
используются для регулирования напряжения, в качестве опорных элементов, ограничителей перенапряжения, а также в коммутационных устройствах и схемах ограничителей. Напряжение нагрузки равно напряжению пробоя VZ диода. Последовательный резистор ограничивает ток через диод и снижает избыточное напряжение, когда диод проводит.

2. Каковы характеристики стабилитрона? Стабилитроны
более легированы, чем обычные диоды. У них очень тонкая область истощения. Когда мы прикладываем напряжение больше, чем напряжение пробоя стабилитрона (может варьироваться от 1,2 до 200 вольт), область обеднения исчезает, и через переход начинает течь большой ток.

3. Почему стабилитрон имеет обратное смещение?
При параллельном подключении к источнику переменного напряжения с обратным смещением стабилитрон становится проводящим, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода.С этого момента низкий импеданс диода поддерживает напряжение на диоде на этом значении.

4. Что такое эффект Зенера и эффект лавины?
Зинер и лавинный эффект могут возникать одновременно или независимо друг от друга. Обычно пробои диодного перехода при напряжении ниже 5 вольт вызваны эффектом стабилитрона, тогда как пробои при напряжении более 5 вольт вызываются лавинным эффектом.

5. Что такое лавинный пробой и пробой Зенера?
Пробой, который происходит из-за столкновения электронов внутри PN-перехода, называется лавинным пробоем, тогда как пробой Зенера происходит, когда сильное электрическое поле прикладывается к PN-переходу…. Потому что механизм пробоя стабилитрона происходит в сильно легированной области.

6. Что произойдет, если стабилитрон смещен в прямом направлении?
Стабилитрон похож на сигнальный диод общего назначения. При смещении в прямом направлении он ведет себя так же, как обычный сигнальный диод, но когда на него подается обратное напряжение, напряжение остается постоянным для широкого диапазона токов. … Обратное напряжение может увеличиваться до тех пор, пока не достигнет напряжения пробоя диода.

7.Как рассчитать ток стабилитрона?
3SMAJ5927B — стабилитрон на 12 В в корпусе 3 Вт. Это ток колена, ток пробоя или минимальный ток 0,25 мА. Максимальный ток рассчитывается путем деления номинальной мощности на напряжение стабилитрона: I = P / V = ​​3 Вт / 12 В = 0,25 А.

8. Обратим ли пробой стабилитрона?
Лавинный пробой необратим, а пробой Зенера обратим. Лавинный пробой происходит из-за столкновения ускоренных носителей заряда с соседними атомами и из-за размножения носителей.

9. Можно ли использовать стабилитрон в качестве выпрямителя?
Стабилитрон состоит из p-n-перехода, но сильно легирован по сравнению с обычным диодом. В результате он может выйти из строя, не повредившись. И только благодаря этому свойству стабилитрон используется как регулятор напряжения в электронных схемах. Фактически, стабилитроны никогда не используются для выпрямления.

10. Что такое идеальный стабилитрон?
Для идеального диода ток вообще не проходит, когда напряжение меньше нуля: диод полностью предотвращает обратный ток.Для небольшого положительного напряжения («прямое смещение» или иногда «прямое напряжение») может протекать крошечный ток, а очень большой ток будет превышать заданный порог.

Вам также может понравиться

Лавинный фотодиод

Физические карты и символы диодов

Учебное пособие по основам работы со светодиодами

Функция и принцип действия диода

Принцип работы стабилитрона и определение положительного и отрицательного полюсов

Альтернативные модели

Стабилитроны, рабочие, эталонные и приложения

Стабилитроны — это один из типов диодов, которые часто используются в любой электронной лаборатории.Это связано с тем, что стабилитроны почти всегда используются в цепях питания и схемах формирования сигналов. Стабилитроны похожи на обычные диоды с PN переходом, хотя они сильно легированы. Это заставляет диод вести себя иначе, чем сигнальный диод, когда он работает в области обратного смещения.

И сигнальный диод, и стабилитрон работают одинаково в области прямого смещения. При обратном смещении сигнальный диод блокирует любой ток от катода к аноду. Только незначительное количество обратного тока, включая обратный ток насыщения и ток тела, протекает через диод в диапазоне нА или мкА.Этот ток настолько мал по сравнению с током любой цепи, что не может управлять нагрузкой. Ток цепи обычно находится в диапазоне мА. Когда обратное напряжение увеличивается сверх определенного напряжения, называемого напряжением Колена, ток через диод от катода к аноду возрастает экспоненциально, вскоре достигая уровня тока в цепи. В этот момент поврежден сигнальный диод или диод питания. Сигнальные диоды часто выходят из строя, в то время как силовые диоды выходят из строя при коротком замыкании. Следовательно, сигнальный диод и силовой диод всегда позволяют току течь только в одном направлении, т.е.е., от анода к катоду. Любое чрезмерное напряжение, приложенное для протекания тока от катода к аноду, приводит к выходу из строя диода.

Стабилитрон другой. Он позволяет току течь в обоих направлениях. Однако обратный ток (от катода к аноду) может течь только тогда, когда обратное напряжение выше точно номинального напряжения, то есть напряжения Зенера. Когда стабилитрон проводит ток цепи в состоянии обратного смещения, он понижает напряжение на стабилитроне и позволяет результирующему току цепи течь через него.

Что такое стабилитрон?
Стабилитрон — это сильно легированный полупроводниковый диод, предназначенный для работы в обратном направлении (от катода к аноду). Эти диоды предназначены для обратного пробоя при резком, четко определенном «обратном напряжении», так что они могут работать в области обратного смещения без пробоя. Конкретное напряжение, при котором стабилитрон имеет обратный пробой, называется «напряжением стабилитрона». Стабилитроны доступны с широким диапазоном напряжений стабилитрона, обычно от 1.От 8 до 200 В. Стабилитрон проводит ток в обратном направлении, только когда приложенное напряжение выше, чем его напряжение стабилитрона.

Электрический символ стабилитрона отличается от обычного диода. Обычный диод (сигнальный или силовой) показан в схеме с помощью следующего символа.

Следующий символ показывает стабилитрон.

Обратите внимание на загнутые края на полосе в символе стабилитрона. На принципиальной схеме важно отличать стабилитрон от обычного диода.Обычные диоды не проводят ток в ответ на обратное напряжение и действуют как разомкнутые цепи. Стабилитрон проводит от катода к аноду, если обратное напряжение больше, чем его напряжение Зенера. Этот факт всегда нужно учитывать при анализе данной схемы.

Как работает стабилитрон
Стабилитрон — это сильно легированный полупроводниковый диод. Обычный полупроводниковый диод в режиме обратного насыщения страдает от лавинного пробоя, когда приложенное напряжение превышает напряжение Колена.Лавинный пробой в обычных диодах приводит к их поломке, вызывая их разрыв цепи (часто в случае сигнальных диодов) или короткое замыкание (часто в случае силовых диодов).

при обратном насыщении демонстрируют два вида пробоя — лавинный пробой и пробой стабилитрона. Стабилитрон не выходит из строя ни при пробое стабилитрона, ни при лавинном пробое.

Когда на обычный полупроводниковый диод подается обратное напряжение, его обедненная область расширяется из-за воздействия приложенных электрических полей.Ширина обедненной области продолжает увеличиваться по мере увеличения приложенного обратного напряжения. Все это время небольшой обратный ток насыщения течет от катода к аноду из-за неосновных носителей заряда. При определенном обратном напряжении, напряжении «колена», неосновные носители заряда обладают достаточной кинетической энергией из-за электрического поля в области обеднения, чтобы они начали сталкиваться со стационарными ионами, выбивая больше свободных электронов. Вновь сгенерированные свободные электроны также приобретают аналогичную кинетическую энергию из-за электрического поля в области обеднения.Они также сталкиваются с неподвижными ионами, выбивая еще большее количество свободных электронов. Это работает как цепная реакция, накапливающая большое количество тока через область истощения, при которой диод становится проводящим. Это называется «лавина».

У стабилитрона другой вид пробоя при обратном смещении. Это называется пробоем стабилитрона, который происходит еще до пробоя лавины. Стабилитрон сильно легирован. В нем больше примесных атомов, чем в обычном диоде, поэтому в обедненной области больше ионов.Из-за большего количества ионов обедненная область стабилитрона очень тонкая. В обедненной области имеется более сильное электрическое поле из-за ее малой ширины. Из-за сильного электрического поля в обедненной области валентные электроны ионов попадают в зону проводимости, и большой ток начинает течь от катода к аноду.

Обратите внимание, что лавинный пробой является результатом столкновения неосновных носителей заряда с ионами в обедненной области.В то же время пробой Зинера — это квантовое явление, которое происходит из-за того, что валентные электроны переместились из валентной зоны в зону проводимости под действием электрического поля через узкую обедненную область.

Пробой Зенера происходит до пробоя «Лавины». Лавинный пробой не происходит при определенном напряжении и во многом зависит от условий работы диода и схемы. Пробой стабилитрона происходит при резком напряжении, напряжении стабилитрона, которое задается уровнем легирования диода.Когда стабилитрон выходит из строя, он становится проводящим от катода к аноду, и вероятность «лавинного» пробоя исключена.

Когда стабилитрон начинает проводить обратное смещение, падение напряжения на нем фиксируется на уровне стабилитрона ‘, на которое не влияют изменения напряжения от источника. Однако ток через стабилитрон может варьироваться в зависимости от тока цепи, потребляемого нагрузкой. Как только ток нагрузки установлен, ток через стабилитрон также стабилизируется.

используются оба явления — стабилитрон и лавинный пробой. Если напряжение стабилитрона достигает 6 В, он начинает проводить обратное смещение при напряжении стабилитрона из-за пробоя стабилитрона. Если номинальное напряжение стабилитрона больше 6 В, стабилитрон проводит лавинный пробой при номинальном напряжении. Стабилитроны проводят более высокий ток, когда они являются проводящими из-за лавинного пробоя, чем когда они проводят из-за пробоя стабилитрона.

Когда стабилитрон смещен в прямом направлении, он работает как обычный диод.Из-за высокого уровня допирования максимальный прямой ток стабилитрона всегда больше, чем у обычных диодов.

Стабилитроны в корпусе
Стабилитроны бывают как в сквозных, так и в SMD корпусах. Модели со сквозным отверстием обычно закрыты стеклом, чтобы обеспечить рассеивание большой мощности. Оба типа пакетов имеют полосу на одном конце для обозначения катода.

Подключение стабилитрона в цепи
В цепи / сети стабилитрон может быть подключен либо к нагрузке последовательно с диодом, либо к нагрузке, подключенной параллельно диоду.Стабилитрон всегда подключен для работы в обратном направлении.

Когда стабилитрон включен последовательно с нагрузкой, подаваемое напряжение падает на стабилитрон диода, а оставшееся напряжение появляется на анодном конце стабилитрона. Обычно к стабилитрону последовательно подключают резистор. Этот резистор и оставшееся сопротивление цепи нагрузки определяют ток через стабилитрон. Такой же ток протекает через нагрузку и через стабилитрон.

Когда стабилитрон подключен к нагрузке параллельно, то же напряжение применяется к сети нагрузки до тех пор, пока приложенное напряжение не станет меньше напряжения стабилитрона. Когда приложенное напряжение превышает напряжение стабилитрона, в цепи нагрузки появляется только падение напряжения стабилитрона на диоде. Таким образом, напряжение в сети нагрузки никогда не превышает напряжения стабилитрона. Теперь ток через сеть нагрузки зависит от напряжения стабилитрона и сопротивления нагрузки. Если резистор или другая сеть уже подключены последовательно к стабилитрону (и сети нагрузки) перед источником напряжения, ток уже ограничен этим резистором или сетью.

Ссылка на стабилитрон
Доступны сотни моделей стабилитронов. В следующей таблице перечислены некоторые из популярных стабилитронов.

Применение стабилитрона
Обратите внимание, что этот список не является исчерпывающим. Этот список — всего лишь попытка перечислить популярные стабилитроны с напряжением стабилитрона до 6 В. Эта таблица может служить отправной точкой для изучения стабилитронов.

Стабилитрон имеет следующие общие области применения:

1. Опорное напряжение: Когда на цепь нагрузки необходимо подавать фиксированное напряжение, ее можно подключить параллельно стабилитрону с таким же напряжением стабилитрона.Таким образом, напряжение на нагрузочном устройстве / сети будет таким же, как напряжение стабилитрона, но никогда не будет выше этого. Источник напряжения на стабилитроне должен быть больше, чем напряжение на стабилитроне; в противном случае стабилитрон не будет проводить в обратном направлении, и на нагрузке появится приложенное напряжение, меньшее, чем напряжение стабилитрона.

Обратите внимание, что это не идеальное регулирование напряжения. В приведенной выше схеме ток нагрузки ограничивается сопротивлением.Напряжение на нагрузке может изменяться в зависимости от тока, потребляемого самой нагрузкой. Напряжение также может изменяться в зависимости от температуры.

2. Многорельсовый источник питания — Многорельсовый источник питания может быть спроектирован с использованием нескольких стабилитронов. Стабилитроны можно подключать последовательно, чтобы обеспечить разные падения напряжения. Это то же самое, что использовать стабилитрон для опорного напряжения. Один стабилитрон используется в качестве простого источника опорного напряжения для обеспечения фиксированного падения напряжения в сети нагрузки. Несколько стабилитронов используются в многорельсовом питании для обеспечения симметричных и / или возрастающих падений напряжения.Помните, что ток через стабилитроны должен быть достаточным для управления нагрузочной сетью. Для этого сами стабилитроны должны иметь соответствующую номинальную мощность, и не должно быть сети или сопротивления, ограничивающих ток через стабилитроны сверх требуемых уровней тока на нагрузке. Ниже представлена ​​симметричная шина питания с стабилитронами.

Ниже представлена ​​еще одна схема многорельсового питания с использованием стабилитронов.

3. Фиксация напряжения: сигналы переменного тока могут быть ограничены с помощью стабилитрона.Если пиковая амплитуда сигнала переменного тока равна Vpeak high, стабилитрон с напряжением стабилитрона Vz может зафиксировать положительный пик на уровне Vz, подключив выход к катоду стабилитрона и подключив анод стабилитрона к земле. Уровень фиксированного сигнала можно увеличить выше Vz, подключив положительную шину с требуемым приращением к аноду стабилитрона, а не подключив ее к земле. Это также полностью удалит отрицательный цикл с вывода.

Даже два стабилитрона могут быть соединены последовательно в противоположных направлениях для получения симметричного ограничения входного сигнала переменного тока.

4. Преобразование напряжения — стабилитрон можно использовать для сглаживания входного питания регулятора напряжения. Подключив стабилитрон последовательно с источником напряжения к регулятору напряжения, источник входного напряжения может быть понижен на Vz. По сравнению с резистором, понижающим напряжение, стабилитрон на своем месте может выдерживать все изменения тока нагрузкой на другом конце регулятора напряжения.

Как выбрать стабилитрон
Двумя наиболее важными факторами, определяющими выбор стабилитрона для конкретного применения, являются его «напряжение стабилитрона» и номинальная мощность.Стабилитрон должен выбираться по напряжению стабилитрона, которое должно падать при его последовательном соединении, или он должен обеспечивать параллельное соединение. Во-вторых, его номинальной мощности должно быть достаточно, чтобы не ограничивать ток, потребляемый устройством нагрузки или сетью.

Цепи стабилизатора транзистора-стабилитрона

, автор Lewis Loflin

Обновлено, исправлено в октябре 2016 года. В нем будут рассмотрены основные операции стабилитронов и их использование в качестве регуляторов напряжения. Они будут использоваться вместе с обычными биполярными транзисторами для увеличения выходного тока и могут использоваться студентами и любителями для реальных регуляторов напряжения. Нижеследующее предназначено только для информационных целей и не дает никаких гарантий.

Связанные — Эксперименты с шунтирующим стабилизатором TL431A типа регулируемого стабилитрона.

Видео на YouTube: Учебное пособие по стабилитронам.

Стабилитрон — это твердотельное устройство с двумя выводами, которое при прямом смещении будет проводить и действовать как любой другой кремниевый диод. В режиме обратного смещения всегда используются стабилитроны, предназначенные для пробоя при определенном напряжении. На рис.1 показано базовое подключение стабилитрона.

Z1 и Rs включены последовательно, а нагрузочный резистор RL на 200 Ом параллельно Z1. Наш общий ток (Is) протекает через Rs и делится через Z1 (24 мА) и RL (51 мА).Z1 при 10,2 В поддерживает постоянное напряжение на RL, когда Vin изменяется в определенном диапазоне. Если Vin падает до 14 вольт, ток стабилитрона Iz падает, чтобы поддерживать напряжение на RL. Если Vin увеличивается до 18 вольт, то ток стабилитрона Iz увеличивается, поддерживая напряжение на RL.

В любое время падение напряжения на Z1 плюс Rs всегда равно напряжению питания Vin, в то время как напряжение на RL, таким образом, IL постоянно. Если Rs слишком мало, чрезмерный ток приведет к перегреву Z1. Если Rs слишком велико, нам не хватает минимального тока Iz для поддержания регулирования напряжения.Обратите внимание на следующее:

 
Is = Iz + IL = 24 мА + 51 мА = 75 мА;
Rs = VRs / Is = 5,8 В / 75 мА = 77 Ом.
  

Следующий вопрос заключается в том, какой ток эта схема может обеспечить нагрузке? Давайте посмотрим на проблему.

На Рис. 2 мы видим исправную схему стабилизации стабилитрона при Z1 = 5,1 В при напряжении питания 10 В. Но что происходит, если мы увеличиваем нагрузку от RL? Обратите внимание, что для правильной работы мы должны поддерживать минимальное значение Iz.

На рис. 3 мы понизили RL с 200 Ом до 150 Ом, увеличив IL. Хотя общий ток Rs остается неизменным, часть тока для Z1 (Iz) идет в RL, и мы находимся на грани отсутствия регулирования напряжения.

На Рис. 4 RL теперь составляет 100 Ом и потребляет такой большой ток от Z1, что у нас больше нет никакого регулирования напряжения. Эта установка практически бесполезна как источник питания, за исключением малых токов. Вот почему мы используем транзисторы вместе со стабилитронами.

Чтобы обойти ограничения мощности, мы используем транзистор с последовательным проходом. На рис. 5 NPN-транзистор с коэффициентом усиления Hfe или DC, равным 100, фактически «умножает» 1 мА из цепи стабилитрона до 100 мА. Причина, по которой я выбрал стабилитрон на 5,6 В, заключается в том, чтобы компенсировать падение 0,6 В на переходе B-E Q1. Да, вам нужен конденсатор емкостью 100 мкФ, чтобы пульсации источника питания не вызывали проблем. По мере того, как мы потребляем больший ток нагрузки, 99% тока происходит из Q1.

На рис. 6 мы используем два NPN-транзистора в конфигурации Дарлингтона для увеличения выходного тока до 1 А через нагрузку 12 Ом. Мне пришлось использовать стабилитрон на 13,2 В, чтобы компенсировать падение напряжения на двух переходах B-E.

На Рис. 7 мы используем Дарлингтона для увеличения выходного тока до 1 А через нагрузку 12 Ом.

На Рис. 8 показан стабилизатор на стабилитроне для источника питания с отрицательной полярностью. Транзистор NPN был заменен транзистором PNP, а полярность стабилитрона и конденсатора 100 мкФ была изменена.Все текущие потоки также были почитаемы.

На этом завершается введение в регулирование напряжения на основе стабилитронов.

Учебное пособие: Схемы транзисторно-стабилитронного стабилизатора
Уловки и подсказки для регуляторов напряжения серии LM78XX
Базовое руководство по устранению неисправностей блока питания