Стабилитроны: Стабилитрон — Википедия

Содержание

Стабилитрон. Особенности практического применения. — Радиомастер инфо

Рассказано о назначении и применении стабилитронов, как проверить их исправность и основные параметры, чем и как можно заменить.

Сердцем практически любого стабилизатора напряжения является стабилитрон. Его основная функция поддерживать постоянное напряжение на выходе при изменении напряжения на входе. Информации на эту тему очень много. Я постараюсь ее систематизировать и подать максимально коротко, только то, что нужно для практики.

На схемах обозначаются так:

Выглядят, в основном, вот так:

Стабилитрон — специально изготовленный диод с особой воль-амперной характеристикой. Показать ее и пояснить нужно обязательно, для понимания принципа работы. Вот как она выглядит для обычного стабилитрона, например, Д814:

Когда на анод подают плюс, а на катод минус, то стабилитрон ведет себя как обычный диод. На рисунке прямая ветвь. При возрастании напряжения ток растет. Когда плюс подают на катод, а минус на анод, т.е. включают в обратном направлении, то характеристика стабилитрона, зависимость тока через него от приложенного напряжения, тоже кардинально меняется. Это хорошо видно по форме обратной ветви характеристики. Когда напряжение на стабилитроне достигает напряжения пробоя, cтабилитрон пробивается, но не перегорает, так как ток через него ограничен резистором. Этот резистор называется балластным.  Если не будет этого резистора, или его номинал подобран не правильно, то стабилитрон выйдет из строя. Величина сопротивления этого резистора подбирается таким образом, чтобы в диапазоне изменения входных напряжений ток через стабилитрон не выходил за допустимые для данного стабилитрона пределы Iст min Iст max. При этом напряжение на стабилитроне остается постоянным и равно напряжению стабилизации. Его величина для каждого типа стабилитрона своя. У двуханодных стабилитронов прямая ветвь такая же как и обратная только расположена справа вверху. В схемах двуханодный стабилитрон можно включать независимо от полярности входного напряжения. Это удобно для ограничения переменного напряжения по амплитуде.

Типовая схема включения стабилитрона на конкретном примере:

Параметры стабилитрона КС182 указаны в справочнике:

Напряжение стабилизации стабилитрона 8,2В. При этом ток стабилизации может изменяться от 3мА до 17мА.

Как правило, в расчетах рекомендуют брать минимальное напряжение на входе в 1,5 раза выше напряжения стабилизации. Получаем 12,3 В. Максимальное примем исходя из допустимого разброса напряжения сети 20%. Получаем 14,73 В. Номинал резистора по закону Ома можно посчитать вручную, но в интернете много онлайн калькуляторов для решения таких задач, например, вот этот:

При таких заданных параметрах получим ток в нагрузке от 0 до 12 мА, что соответствует максимальной мощности 0,1 Вт.

Сопротивление балластного резистора 340 Ом, его мощность 0,125 Вт.

Мощность стабилитрона 0,156 Вт.

Мощность, рассеиваемая на резисторе и стабилитроне, составляет в сумме 0,28 Вт. При этом мощность в нагрузке 0,1 Вт. КПД получается 36%. При больших мощностях это не рационально.

Теперь основные моменты из практики.

  1. Как проверить исправность стабилитрона? Обычный стабилитрон проверяется как диод, т.е. прозванивается мультиметром и должен обладать односторонне проводимостью. Другое дело, стабилитрон двухстронний (или двуханодный) или стабилитрон с защитным диодом. Их прозвонить как диод не удастся. Они показывают обрыв в обе стороны. Проверяются только по методике, указанной в следующем пункте.
  2. Проверка напряжения стабилизации. Перед проверкой нужно определиться с мощностью стабилитрона. Это можно сделать по внешнему виду. Если стабилитрон малых размеров и выводы тонкие, то это малая мощность с током стабилизации от 3 до 20 мА. Если корпус чуть больше и выводы толще, то это средняя мощность и ток стабилизации до 90 мА. Ну а мощный стабилитрон имеет большие размеры и возможность установки на радиатор. У него ток стабилизации до ампера и выше.

Есть еще одна особенность. Чем выше напряжение стабилизации стабилитрона, тем меньше ток стабилизации, так как определяющей в этом случае является рассеиваемая стабилитроном мощность. Так что для стабилитронов малой и средней мощности при проверке достаточно тока 10 мА, для большой мощности 20-30мА. Поэтому для большинства проверок стабилитронов с напряжением стабилизации до 30В  берем резистор 1-2 кОм и через него подключаем катод стабилитрона к плюсу регулируемого блока питания, анод соответственно к минусу.

Параллельно стабилитрону подключаем вольтметр. От нуля плавно повышаем напряжение и следим за показаниями вольтметра. Как только они перестали расти при увеличении напряжения блока питания снимаем показания вольтметра. Если напряжение перестало расти при значениях около 1В, значит перепутан анод и катод стабилитрона. Нужно их поменять местами и повторить процедуру. Значение напряжения, при котором прекратились увеличиваться показания вольтметра, и есть напряжение стабилизации. У двуханодных оно будет одинаковым при смене полярности подключения. У стабилитрона с диодом напряжение стабилизации при неправильном включении будет достаточно высоким, на практике выше напряжения блока питания. Теоретически оно будет равно обратному напряжению диода. Можно применять для проверки и нерегулируемый блок питания напряжением выше предполагаемого напряжения стабилизации стабилитрона. При подключении, как на схеме, измеренное напряжение на стабилитроне будет равно напряжению стабилизации стабилитрона. Если показания вольтметра равны напряжению блока питания, значит стабилитрон включен наоборот или имеет напряжение стабилизации выше напряжения блока питания.

  1. В некоторых случаях очень важным параметром является температурный коэффициент напряжения стабилизации. Например, в автомобильном реле-регуляторе, которое управляет величиной напряжения в бортсети автомобиля. Если оно будет сильно изменяться в зависимости от температуры в моторном отсек, то выйдет из строя электрооборудование автомобиля. Следующий наглядный пример. В телевизорах и радиоприемниках в блоке формирования напряжения настройки на частоту принимаемого сигнала также недопустима зависимость напряжения от температуры, иначе сигнал будет плавать и пропадать. Именно поэтому в реле-регуляторах применяют стабилитроны типа Д818Е, а в блоках настройки телевизоров КС531. У первых температурный коэффициент составляет +0,001 %/град, у вторых ±0,005%/град. В то время, как у других, например, КС182 о которых упоминалось в начале статьи, температурный коэффициент составляет около 0,1 %/град. Это почти в 100 раз хуже. как правило, стабилитроны с хорошим температурным коэффициентом содержат внутренний диод, катод которого соединен с катодом стабилитрона. Температурный коэффициент этого диода имеет знак противоположный температурному коэффициенту самого стабилитрона. Таким образом достигается высокая температурная стабильность напряжения стабилизации.

Пока проверяемый стабилитрон подключен для проверки напряжения стабилизации по схеме п.2 этой статьи, можно его выводы подогреть паяльником, немного, градусов до 60-70 и понаблюдать за изменением напряжения на вольтметре. Разница между термостабильным стабилитроном и обычным будет очень заметна.

  1. То, что основное назначение стабилитрона поддерживать постоянное напряжение на нагрузке при изменении входного напряжения и тока нагрузки уже понятно. Но тут есть особенность. Для эффективного выполнения этих задач, мощность нагрузки реально не должна превышать 30% от мощности, рассеиваемой на балластном резисторе и стабилитроне. Об этом уже было сказано в начале статьи. Для увеличения КПД и тока в нагрузке применяют транзисторы. Наиболее простая схема:

Если ток стабилитрона 10мА, а коэффициент усиления транзистора по току 100 раз, то ток в нагрузке будет 10х100=1000мА. Установив параллельно стабилитрону переменный резистор можно напряжение стабилизации в нагрузке изменять от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона.

Стабилитрон. Характеристики стабилитронов

Существует такой тип диода как стабилитрон или, как его ещё называют, диод Зенера. В стабилитроне используется тот же самый p-n переход, но работает диод Зенера совсем иначе! 

При создании различных электронных устройств бывает нужно получить стабильное напряжение для питания какой-либо части этого устройства, так как некоторые схемы, особенно на транзисторах, достаточно чувствительны к колебаниям напряжения питания, которое неизбежно по чисто физическим и техническим причинам. 

Один из способов получения такого стабилизированного напряжения — использование стабилитрона. В зависимости от модели стабилитрона можно поддерживать стабильным напряжение вплоть до 400В. Очень хорошо. Но в радиолюбительской практике высоковольтные стабилитроны редкость и чаще встречаются на 3.3В, 5В, 12В и т.д. 

Конструкция стабилитрона такая же как у диода: p-n переход, два вывода, изолирующая или проводящая (встречается у некоторых советских стабилитронов) оболочка. Но в схеме они используются совсем иначе! Во-первых, стабилитрон подключается минусом к плюсу, а плюсом к минусу. А ты уже знаешь, что при таком подключени диоды ток не проводят. Или проводят? Давай разберёмся.

Принцип работы стабилитрона

Сложно предположить, что еще 70-100 лет назад редкая квартира в городах имела собственную ванную комнату со привычной нам белой чугунной ванной. Если ты сейчас пойдёшь в свою ванную комнату и посмотришь на ванну, то увидишь в ней два отверстия. Одно сливное, расположено на дне ванны, а второе, поменьше, возле края верхнего борта ванны. 

Зачем нужно второе отверстие? Чтобы не затопить соседей! С его помощью ограничивается уровень воды, до которого можно набрать воду в ванну. Как только уровень воды в достигнет защитного отверстия, то лишняя вода будет через это отверстие уходить в канализацию.

Так вот стабилитрон работает аналогично. Как только падение напряжения на нём превысит заданное на заводе значение (3.3В, 5В, 12В и т.д.), стабилитрон отведёт через себя лишний ток, удерживая выходное напряжение на заданном уровне, например, 3.3В

Стабилитрон — это защита от перелива

Пример использования стабилитрона

Возьмём резистор, стабилитрон и соединим их так, как показано на схеме ниже. Стабилитрон включен катодом (минусом) к резистору, а анодом (плюсом) к минусу. Т.е. включен в обратном направлении. В таком положении через стабилитрон протекает ток Iобр маленький, незначительный ток. Можно считать, что тока практически нет.

Если теперь подать Uвх, то на резисторе Rн будет приблизительно паспортное значение напряжения стабилизации стабилитрона Uст равное 3В, 3.3В, 5В, 12В и т.д. Приблизительное, так как номинал значения любой радиодетали имеет погрешность. Что поделать. Такова жизнь. Кстати, должно выполняться условие Uвх > Uст. Чтобы стбилизация была надежней следует иметь некоторый запас прочности по напряжению.

Если внимательно рассмотреть цепь R1-V1, то можно увидеть хорошо тебе знакомый делитель напряжения. Разница между делителем напряжения из резисторов и делителем напряжения с использованием стабилитрона заключается в том, что если Uвх вдруг слегка увеличится, то и выходное напряжение резистивного делителя напряжения слегка увеличится. И наоборот. 

А вот если вместо резистора в делителе напряжения используется стабилитрон, как на схеме выше, тогда таких изменений Uвых не будет. Конечно при условии, что Uвх ± небольшое изменение > Uвых. 

Достигается это благодаря все тому же эффекту «переливного отверстия», модель которого я использовал, чтобы описать принцип работы стабилитрона.

Характеристики стабилитрона

При использовании стабилитронов следует помнить, что он не всемогущ, а является обычной полупроводниковой деталью. Это значит следует внимательно выбирать для своей схемы подходящий стабилитрон с учетом его характеристик. Для тебя наиболее важными параметрами стабилитрона являются:

  • Максимальный ток стабилизации
  • Напряжение стабилизации

Максимальный ток стабилизации 

Если неправильно выбрать стабилитрон и ток, который будет через неко протекать во время работы схемы окажется больше, чем допустимое заводское значение, то он начнёт нагреваться и со временем перегрется и выйдет из строя. Поэтому следует выбирать стабилитрон так, чтобы его допустимый максимальный ток был значительно больше, чем ток, который будет через него протекать во время работы схемы. 

Напряжение стабилизации

Стабилитроны выпускаются с жестко заданным напряжением стабилизации. Это его паспортное значение, заложенное при изготовлении на заводе. Поэтому, когда ты выбираешь стабилитрон, то первоначально смотришь на паспортное значение напряжения стабилизации, а затем уже на допустимые ток и мощность.

Что ещё важно знать 

Практически все радиодетали зависят от температуры окружающей среды. И стабилитрон тоже. Это означает, что паспортное напряжение стабилизации может измениться, если температура сильно возрастёт или упадёт. Вот пример, отечественный стабилитрон Д814 напряжение стабилизации при Iст = 5 мА:

Маркировка Напряжение стабилизации

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)).

Прямое смещение Si диодов: (a) одиночный диод, 0,7В, (b) 10 диодов, включенных последовательно, 7,0В.Прямое смещение Si диодов: (a) одиночный диод, 0,7В, (b) 10 диодов, включенных последовательно, 7,0В.

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.

Пробой обратно смещенного Si диода при напряжении примерно 100 ВПробой обратно смещенного Si диода при напряжении примерно 100 В.

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.

Условное графическое обозначение стабилитронаУсловное графическое обозначение стабилитрона

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.

Схема стабилизатора напряжения на стабилитроне, напряжение стабилизации = 12,6 ВСхема стабилизатора напряжения на стабилитроне, напряжение стабилизации = 12,6 В

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).

(a) Стабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором 1000 Ом. (b) Расчет падений напряжения и тока.(a) Стабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором 1000 Ом. (b) Расчет падений напряжения и тока.

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:

Стабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором 100 кОмСтабилизатор напряжения на стабилитроне с резистором 100 кОм

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.

Стабилизатор напряжения на стабилитроне с последовательно включенным резистором 1 кОм и нагрузкой 500 ОмСтабилизатор напряжения на стабилитроне с последовательно включенным резистором 1 кОм и нагрузкой 500 Ом

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).

Нестабилизатор напряжения на стабилитроне с последовательно включенным резистором 100 кОм и нагрузкой 500 ОмНестабилизатор напряжения на стабилитроне с последовательно включенным резистором 100 кОм и нагрузкой 500 Ом

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.

Нестабилизатор с удаленным стабилитрономНестабилизатор с удаленным стабилитроном

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:

Расчет сопротивления нагрузки стабилизатора напряжения на стабилитроне 1

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

Расчет сопротивления нагрузки стабилизатора напряжения на стабилитроне 2

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

Расчет сопротивления нагрузки стабилизатора напряжения на стабилитроне 3

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

Расчет сопротивления нагрузки стабилизатора напряжения на стабилитроне 4

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

Расчет сопротивления нагрузки стабилизатора напряжения на стабилитроне 5

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.

Основные напряжения стабилитронов
0,5 Вт      
2,4 В3,0 В3,3 В3,6 В3,9 В4,3 В4,7 В
5,1 В5,6 В6,2 В6,8 В7,5 В8,2 В9,1 В
10 В11 В12 В13 В15 В16 В18 В
20 В24 В27 В30 В   
1,3 Вт      
4,7 В5,1 В5,6 В6,2 В6,8 В7,5 В8,2 В
9,1 В10 В11 В12 В13 В15 В16 В
18 В20 В22 В24 В27 В30 В33 В
36 В39 В43 В47 В51 В56 В62 В
68 В75 В100 В200 В   

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.

Ограничитель напряжения на стабилитронахОграничитель напряжения на стабилитронах
*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.

Диаграмма работы ограничителя напряжения на стабилитронах: входной сигнал v(1) ограничивается до сигнала v(2)Диаграмма работы ограничителя напряжения на стабилитронах: входной сигнал v(1) ограничивается до сигнала v(2)

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

LTspiceДиодМоделированиеОбучениеСтабилитронЭлектроника

Сохранить или поделиться

это что такое и для чего он нужен?

Стабилитрон — это полупроводниковый диод с уникальными свойствами. Если обычный полупроводник при обратном включении является изолятором, то он выполняет эту функцию до определенного роста величины приложенного напряжения, после чего происходит лавинообразный обратимый пробой. При дальнейшем увеличении протекающего через стабилитрон обратного тока напряжение продолжает оставаться постоянным за счет пропорционального уменьшения сопротивления. Таким путем удается добиться режима стабилизации.

стабилитрон это

В закрытом состоянии через стабилитрон сначала проходит небольшой ток утечки. Элемент ведет себя как резистор, величина сопротивления которого велика. При пробое сопротивление стабилитрона становится незначительным. Если дальше продолжать повышать напряжение на входе, элемент начинает греться и при превышении током допустимой величины происходит необратимый тепловой пробой. Если дело не доводить до него, при изменении напряжения от нуля до верхнего предела рабочей области свойства стабилитрона сохраняются.

Когда напрямую включается стабилитрон, характеристики не отличаются от диода. При подключении плюса к p-области, а минуса — к n-области сопротивление перехода мало и ток через него свободно протекает. Он нарастает с увеличением входного напряжения.

стабилитрон характеристики

Стабилитрон — это особый диод, подключаемый большей частью в обратном направлении. Элемент сначала находится в закрытом состоянии. При возникновении электрического пробоя стабилитрон напряжения поддерживает его постоянным в большом диапазоне тока.

стабилитрон напряжения

На анод подается минус, а на катод — плюс. За пределами стабилизации (ниже точки 2) происходит перегрев и повышается вероятность выхода элемента из строя.

Характеристики

Параметры стабилитронов следующие:

  • Uст — напряжение стабилизации при номинальном токе Iст;
  • Iст min — минимальный ток начала электрического пробоя;
  • Iст max — максимальный допустимый ток;
  • ТКН — температурный коэффициент.

В отличие от обычного диода, стабилитрон — это полупроводниковое устройство, у которого на вольт-амперной характеристике области электрического и теплового пробоя достаточно далеко расположены друг от друга.

С максимально допустимым током связан параметр, часто указываемый в таблицах — мощность рассеивания:

Pmax = Iст max∙ Uст.

Зависимость работы стабилитрона от температуры может быть как с положительным ТКН, так и отрицательным. При последовательном подключении элементов с разными по знакам коэффициентами создаются прецизионные стабилитроны, не зависящие от нагрева или охлаждения.

параметры стабилитронов

Схемы включения

Типовая схема простого стабилизатора, состоит из балластного сопротивления Rб и стабилитрона, шунтирующего нагрузку.

В некоторых случаях происходит нарушение стабилизации.

  1. Подача на стабилизатор большого напряжения от источника питания при наличии на выходе фильтрующего конденсатора. Броски тока при его зарядке могут вызвать выход из строя стабилитрона или разрушение резистора Rб.
  2. Отключение нагрузки. При подаче на вход максимального напряжения ток стабилитрона может превысить допустимый, что приведет к его разогреву и разрушению. Здесь важно соблюдать паспортную область безопасной работы.
  3. Сопротивление Rб подбирается небольшим, чтобы при минимально возможной величине напряжения питания и максимально допустимом токе на нагрузке стабилитрон находился в рабочей зоне регулирования.

Для защиты стабилизатора применяются тиристорные схемы защиты или плавкие предохранители.

Резистор Rб рассчитывается по формуле:

Rб = (Uпит — Uном )(Iст + Iн).

Ток стабилитрона Iст выбирается между допустимыми максимальным и минимальным значениями, в зависимости от напряжения на входе Uпит и тока нагрузки Iн.

Выбор стабилитронов

Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение Uн, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы.

Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие:

  • Uпит = 12-15 В — напряжение входа;
  • Uст = 9 В — стабилизированное напряжение;
  • Rн = 50-100 мА — нагрузка.

Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии.

Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму — 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи:

R = 12 В / 0,1 А = 120 Ом.

На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит:

Rэкв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом.

Теперь можно определить сопротивление балласта:

Rб = 120 Ом — 90 Ом = 30 Ом.

Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным.

Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит:

UR = 15 — 9 = 6 В.

Затем определяется ток через резистор:

IR = 6/30 = 0,2 А.

Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, Ic = IR = 0,2 А.

Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт.

По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В.

Симметричный стабилитрон

Симметричный диодный тиристор представляет собой переключающий прибор, проводящий переменный ток. Особенностью его работы является падение напряжения до нескольких вольт при включении в диапазоне 30-50 В. Его можно заменить двумя встречно включенными обычными стабилитронами. Устройства применяют в качестве переключающих элементов.

Аналог стабилитрона

Когда не удается подобрать подходящий элемент, используют аналог стабилитрона на транзисторах. Их преимуществом является возможность регулирования напряжения. Для этого можно применять усилители постоянного тока с несколькими ступенями.

аналог стабилитрона

На входе устанавливают делитель напряжения с подстроечным резистором R1. Если входное напряжение возрастает, на базе транзистора VT1 оно также увеличивается. При этом растет ток через транзистор VT2, который компенсирует увеличение напряжения, поддерживая тем самым его стабильным на выходе.

Маркировка стабилитронов

Выпускаются стеклянные стабилитроны и стабилитроны в пластиковых корпусах. В первом случае на них наносятся 2 цифры, между которыми располагается буква V. Надпись 9V1 обозначает, что Uст = 9,1 В.

стеклянные стабилитроны

На пластиковом корпусе надписи расшифровываются с помощью даташита, где также можно узнать другие параметры.

Темным кольцом на корпусе обозначается катод, к которому подключается плюс.

Заключение

Стабилитрон — это диод с особыми свойствами. Достоинством стабилитронов является высокий уровень стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения рабочего тока, а также простые схемы подключения. Для стабилизации малого напряжения приборы включают в прямом направлении, и они начинают работать как обычные диоды.

Стабилитрон: устройство, принцип действия, характеристики

Основой надежной и продолжительной работы электронной аппаратуры является стабильное напряжение питания. Для этого применяют стабилизированные источники питания. Можно сказать, что основным элементом, который определяет уровень выходного напряжения блока питания, это полупроводниковый прибор – стабилитрон. Он может быть как основой линейного стабилизатора, так и пороговым элементом в цепи обратной связи импульсного источника питания. В этой статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик про устройство и принцип работы стабилитрона.

Что это такое

В литературе дается следующее определение:

Стабилитрон или диод Зенера это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Работает при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя имеет высокое сопротивление перехода. Протекающие при этом токи незначительны. Широко используются в электронике и в электротехнике.

Если говорить простыми словами, то стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой pn-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается.

На нижеприведенном рисунке представлена графическая схема для чайников, позволяющая понять принцип действия диода Зенера.

принцип действия диода Зенера

Основными преимуществами является невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации о 1,8 — 400 В в металлических, керамических или корпусах из стекла. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Для стабилизации высоковольтного напряжения от 0,4 до нескольких десятков кВ, применяются стабилитроны тлеющего разряда. Они имеют стеклянный корпус и до появления полупроводниковых приборов применялись в параметрических стабилизаторах.

Аналогичными свойствами обладают приборы, меняющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения – это варисторы. Между стабилитроном и варистором разница заключается в том, что последний обладает двунаправленными симметричными характеристиками. А это значит, что в отличие от диодов, он не имеет полярности. Кратко варистор предназначен для обеспечения защиты от перенапряжения электронных схем.

Для предохранения аппаратуры от скачков напряжения применяют супрессоры. Между стабилитроном и супрессором отличия заключаются в том, что первый постепенно изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй при достижении определенного порога напряжения открывается сразу. Т.е. его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основное назначение супрессоров — защита аппаратуры от скачков питания.

На рисунке ниже представлено условно графическое обозначение (УГО по ГОСТ) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

Вольт-амперная характеристика

На рисунке цифрами указан участок 1-2. Он является рабочим и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если прибор включить в прямом направлении, то он будет работать как обычный диод.

Рекомендуем посмотреть следующий видеоролик, чтобы подробнее изучить принцип действия стабилитрона, обозначение элементов и область их применения.

Основные характеристики

При проектировании блоков питания, следует уметь правильно произвести расчет и подобрать по значениям необходимый элемент. Неправильно подобранный стабилитрон сразу выйдет из строя или не будет поддерживать напряжение на необходимом уровне.

Основными характеристиками являются:

  • напряжение Ucт. стабилизации;
  • номинальный ток стабилизации Iст., протекающий через стабилитрон;
  • допустимая мощность рассеивания;
  • температурный коэффициент стабилизации;
  • динамическое сопротивление.

Эти характеристики определены заводом-изготовителем и указываются в справочной литературе.

Условно графическое обозначение на схемах

Все приборы имеют графическое обозначение. Это необходимо, чтобы не загромождать электрическую схему. Стабилитрон имеет свое условно-графическое обозначение, которое утверждено межгосударственным стандартом единого стандарта конструкторской документации (ЕСКД).

На рисунке снизу представлено как обозначается на схеме по ГОСТ 2.730-73, стабилитрон обозначается практически как диод, так как, в сущности, является одной из его разновидностей.

Часть таблицы из ГОСТ 2.730-73

Для правильного включения следует различать, где плюс, где минус. Если смотреть на приведенный выше рисунок, то на нем плюс (анод) расположен слева, а минус (катод) справа. Согласно ЕСКД размеры УГО диодов должны составлять 5/5 мм. Это иллюстрирует рисунок снизу.

Размеры УГО различных видов диодов, в том числе и стабилитронов по ГОСТ

Схема подключения

Рассмотрим работу стабилитрона на примере схемы параметрического стабилизатора. Это типовая схема. Приведем формулы для расчета стабилизатора.

Допустим, что имеется 15 Вольт, а на выходе необходимо получить 9 В. По таблице напряжений в справочнике подбираем стабилитрон Д810. Произведем расчет токоограничивающего резистора R1, согласно рисунку ниже. На нем показан токоограничивающий резистор и схема включения. Режим регулирования напряжения отмечен на вольт-амперной характеристике 1,2.

Параметрический стабилизатор

Для того чтобы полупроводник не вышел из строя, необходимо учитывать ток стабилизации и ток нагрузки. Из справочника определяем ток стабилизации.

Он равен 5 мА. На рисунке снизу представлена часть справочника.

Часть таблицы из справочника по отечественным стабилитронами

Предполагаем, что ток нагрузки равен 100 мА:

R1= (Uвх-Uст)/(Iн+Icт)= (15-9)/(0.1+0.005)=57.14 Ом.

Если нужен мощный стабилизатор, то стоит собирать схему из стабилитрона и транзистора.

Параметрический стабилизатор из стабилитрона и транзистора — принципиальная схема

Если необходимо изготовить стабилизатор на небольшое напряжение 0,2-1 В, для этого применяется стабистор. Он является разновидностью стабилитрона, но работает в прямой ветви ВАХ и включается в прямом направлении, в чем его уникальная особенность и заключается.

Аналогичным образом можно изготовить блок питания, где стабилизатор изготовлен из диодов. Как и стабистор их включают в прямом направлении. Нужное напряжение набирают прямыми падениями напряжений на диоде, для кремниевых диодов оно находится в пределах 0.5-0.7В. При отсутствии диодов, можно собрать стабилитрон из транзистора.

На нижеприведенном рисунке представлена схема на транзисторе.

Схема «стабилитрона» на транзисторе

Промышленность выпускает и управляемые стабилитроны. Или, точнее сказать, это микросхема — TL431. Это универсальная микросхема, позволяет регулировать напряжение в пределах от 2,5 до 36 вольт.

Регулировка осуществляется путем подбора делителя сопротивлений. На нижеприведенной схеме представлен стабилизатор на 5 вольт. Делитель собран на резисторах номиналом 2,2 К.

Схема подключения регулируемого стабилитрона TL431

Специалист должен знать, как проверить мультиметром работоспособность стабилитрона. Сразу отметим, что проверить можно только однонаправленный элемент, сдвоенные (двунаправленные) такой проверке не подлежат. Если диод Зенера исправен, то при «прозвонке» тестером в одну сторону он будет показывать обрыв, а во вторую минимальное сопротивление. Неисправный звонится в обе стороны.

Маркировка

В зависимости от мощности диода, они выпускаются в различных корпусах. На металлических корпусах большой мощности указывается буквенное обозначение типа прибора.

На нижеприведенных фото представлены приборы советского производства, и как они выглядели.

Советский Стабилитрон Д816БВнешний вид КС512А

Сейчас маломощные диоды выпускаются в стеклянных корпусах. Маркировка импортных приборов имеет цветовое обозначение. На корпус наносится маркировка полосами или цветными кольцами.

На нижеприведенном рисунке представлена маркировка SMD-диодов.

Цветовая маркировка импортных стабилитронов

Отечественные диоды в стеклянных корпусах маркируют полосами или кольцами. Определить тип и параметры можно по любому справочнику радиоэлектронных компонентов. Например, зеленая полоса обозначает стабилитрон КС139А, а голубая полоса (или кольцо) указывает на КС133А.

На мощных устройствах в металлических корпусах указывается буквенное обозначение, например, Д816, как показано на фото вверху. Это необходимо для того, чтобы знать, как подобрать аналог.

Вот мы и рассмотрели, какие бывают стабилитроны, как они работают и для чего нужны. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

Что такое стабилитрон? Принцип работы, типы и применение стабилитрона в качестве регулятора напряжения, ограничителя формы сигнала и переключателя напряжения

Введение

Диоды обычно известны как устройства, которые позволяют протекать току в одном направлении (с прямым смещением) и создают сопротивление потоку тока при использовании с обратным смещением. Стабилитрон (названный в честь американского ученого Ч. Зенера, который первым объяснил его принципы работы), с другой стороны, не только позволяет протекать ток при прямом смещении, но также пропускает ток при использовании в обратное смещение, пока приложенное напряжение превышает напряжение пробоя , известное как напряжение пробоя стабилитрона .Или другими словами Напряжение пробоя — это напряжение, при котором стабилитрон начинает проводить в обратном направлении.

Принцип работы стабилитрона:

Zener Diode Symbol Generic Diode Symbol

В обычных диодах напряжение пробоя очень высокое, и диод полностью выходит из строя, если приложено напряжение выше пробивного диода, но в стабилитронах напряжение пробоя не такое высокое и не приводит к необратимому повреждению стабилитрона. если напряжение приложено.

Когда обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, увеличивается до указанного значения Напряжение пробоя (Vz), через диод начинает течь ток, известный как ток стабилитрона , и этот процесс известен как Лавинный пробой . Ток увеличивается до максимума и стабилизируется. Этот ток остается постоянным в более широком диапазоне приложенного напряжения и позволяет стабилитрону выдерживать более высокое напряжение без повреждения.Этот ток определяется последовательным резистором.

Рассмотрим изображения ниже нормального диода в действии .

Diode operation in forward biased condition Diode operation in reversed biased condition

Чтобы показать срабатывания стабилитрона , рассмотрим два эксперимента (A и B) ниже.

12v Zener diode operation 6v Zener diode operation

В эксперименте A стабилитрон 12 В подключен с обратным смещением, как показано на изображении, и можно видеть, что стабилитрон эффективно блокировал напряжение, потому что оно было меньше / равно напряжению пробоя конкретного стабилитрона и лампа при этом осталась выключенной.

В эксперименте B используемый стабилитрон 6 В проводит (загорается лампочка) с обратным смещением, потому что приложенное напряжение больше, чем его напряжение пробоя, и, таким образом, показывает, что область пробоя — это область работы стабилитрона. .

Кривая вольт-амперной характеристики стабилитрона представлена ​​ниже.

Zener diode V-I characteristics

Из графика можно сделать вывод, что стабилитрон, работающий в режиме обратного смещения, будет иметь довольно постоянное напряжение независимо от величины подаваемого тока.

Применение стабилитрона:

Стабилитроны

используются в трех основных приложениях в электронных схемах;

1. Регулирование напряжения

2. Ограничитель формы сигнала

3. Переключатель напряжения

1. Стабилитрон как регулятор напряжения

Это, пожалуй, наиболее распространенное применение стабилитронов.

Это применение стабилитронов в значительной степени зависит от способности стабилитронов поддерживать постоянное напряжение независимо от изменений в питающем токе или токе нагрузки.Общая функция устройства регулирования напряжения заключается в том, чтобы обеспечивать постоянное выходное напряжение на нагрузку, подключенную параллельно к нему, независимо от изменений энергии, потребляемой нагрузкой (ток нагрузки), или изменений и нестабильности напряжения питания.

Стабилитрон обеспечивает постоянное напряжение при условии, что ток остается в диапазоне максимального и минимального обратного тока.

Принципиальная схема стабилитрона , используемого в качестве стабилизатора напряжения , показана ниже.

Zener Diode as Voltage Regulator

Резистор R1 соединен последовательно со стабилитроном для ограничения силы тока, протекающего через диод, и входного напряжения Vin (которое должно быть больше, чем напряжение стабилитрона). подключается параллельно, как показано на рисунке, и выходное напряжение Vout снимается на стабилитроне с Vout = Vz (напряжение стабилитрона). Поскольку характеристики обратного смещения стабилитрона необходимы для регулирования напряжения, он подключается в режиме обратного смещения, при этом катод подключается к положительной шине цепи.

Следует соблюдать осторожность при выборе номинала резистора R1 , поскольку резистор небольшого номинала приведет к большому току диода при подключении нагрузки, и это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода, которые могут стать выше максимального номинальной мощности стабилитрона и может повредить его.

Номинал используемого резистора можно определить по формуле, приведенной ниже.

R  1  = (V  в  - V  Z ) / I  Z 

Куда;
R1 - значение последовательного сопротивления.Vin - входное напряжение.
Vz, который совпадает с Vout, является напряжением Зенера.
И Iz - это стабилитрон. 

Используя эту формулу, легко убедиться, что номинал выбранного резистора не приводит к протеканию тока выше, чем может выдержать стабилитрон.

Одна небольшая проблема, с которой сталкиваются схемы стабилизатора на основе стабилитронов, заключается в том, что стабилитрон иногда генерирует электрический шум на шине питания, пытаясь регулировать входное напряжение.Хотя это может не быть проблемой для большинства приложений, эту проблему можно решить, добавив к диоду развязывающий конденсатор большой емкости. Это помогает стабилизировать выход стабилитрона.

Stabilizing the output of the Zener diode voltage regulator by adding Capacitor

2. Стабилитрон как ограничитель формы сигнала

Одно из применений обычных диодов заключается в применении схем ограничения и ограничения , которые представляют собой схемы, которые используются для формирования или изменения формы входного переменного тока или сигнала , создавая выходной сигнал другой формы в зависимости от технических характеристик машинка для стрижки или кламмера.

Схемы ограничителей в целом представляют собой схемы, которые используются для предотвращения выхода выходного сигнала схемы за пределы предварительно определенного значения напряжения без изменения какой-либо другой части входного сигнала или формы волны.

Эти схемы вместе с фиксаторами широко используются в аналоговых телевизионных и FM радиопередатчиках для устранения помех (схемы ограничения) и ограничения шумовых пиков путем отсечения высоких пиков.

Поскольку стабилитроны обычно ведут себя как обычные диоды , когда приложенное напряжение не равно напряжению пробоя, они также используются в схемах ограничения.

Схемы ограничения могут быть разработаны для ограничения сигнала в положительной, отрицательной или обеих областях . Хотя диод естественным образом отсекает другую область при 0,7 В, независимо от того, был ли он разработан как положительный или отрицательный.

Например, рассмотрим схему ниже.

Zener Diode in as Clipper Circuit

Схема ограничителя предназначена для ограничения выходного сигнала на уровне 6,2 В, поэтому был использован стабилитрон на 6,2 В. Стабилитрон предотвращает выход выходного сигнала за пределы напряжения стабилитрона независимо от формы входного сигнала.Для этого конкретного примера использовалось входное напряжение 20 В, а выходное напряжение при положительном размахе составляло 6,2 В, что соответствовало напряжению стабилитрона. Однако во время отрицательного колебания напряжения переменного тока стабилитрон ведет себя так же, как обычный диод, и ограничивает выходное напряжение на уровне 0,7 В, что соответствует обычным силиконовым диодам.

Generated Waveforms of Zener diode Clipper Circuit

Чтобы реализовать схему ограничения для отрицательного размаха цепи переменного тока, а также для положительного размаха таким образом, чтобы напряжение ограничивалось на разных уровнях при положительном и отрицательном размахе, используется схема ограничения с двойным стабилитроном.Принципиальная схема схемы ограничения двойного стабилитрона показана ниже.

Generated Waveforms of Double Zener diode Clipper Circuit

В приведенной выше схеме ограничения напряжение Vz2 представляет собой напряжение на отрицательном размахе источника переменного тока, при котором выходной сигнал желательно ограничить, а напряжение Vz1 представляет собой напряжение на положительном размахе источника переменного тока, при котором выходной сигнал напряжение желательно ограничить.

3. Стабилитрон в качестве переключателя напряжения

Сдвигатель напряжения — одно из самых простых, но интересных применений стабилитрона.Если у вас был опыт, особенно с подключением датчика 3,3 В к MCU 5 В, и вы воочию видели ошибки в показаниях и т. Д., Которые могут привести к ним, вы оцените важность переключателей напряжения. Сдвигатели напряжения помогают преобразовывать сигнал из одного напряжения в другое. и способность стабилитрона поддерживать постоянное выходное напряжение в области пробоя делает их идеальным компонентом для работы.

В стабилизаторе напряжения на основе стабилитрона схема понижает выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя конкретного используемого стабилитрона.Принципиальная схема переключателя напряжения показана ниже.

Zener Diode as Voltage Shifter

Рассмотрим эксперимент ниже,

Getting 3.3v Zener diode based voltage shifter

Схема описывает стабилизатор напряжения на стабилитроне на 3,3 В. Выходное напряжение (3,72 В) схемы получается путем вычитания напряжения пробоя (3,3 В) стабилитрона из входного напряжения (7 В).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 — 3,3 = 3,7 В

Переключатель напряжения, описанный ранее, имеет несколько применений в проектировании современных электронных схем, так как инженеру-проектировщику, возможно, придется время от времени работать с тремя различными уровнями напряжения в процессе проектирования.

Типы стабилитронов:

Стабилитроны

подразделяются на типы на основе нескольких параметров, в том числе:

  1. Номинальное напряжение
  2. Рассеиваемая мощность
  3. Ток прямого привода
  4. Прямое напряжение
  5. Тип упаковки
  6. Максимальный обратный ток

Номинальное напряжение

Номинальное рабочее напряжение стабилитрона также известно как напряжение пробоя стабилитрона, в зависимости от области применения, для которой диод будет использоваться, это часто является наиболее важным критерием при выборе стабилитрона.

Рассеиваемая мощность

Это максимальная мощность, которую может рассеять ток стабилитрона. Превышение этой номинальной мощности приводит к чрезмерному повышению температуры стабилитрона, что может повредить его и привести к выходу из строя устройств, подключенных к нему в цепи. Таким образом, этот фактор следует учитывать при выборе диода с учетом его использования.

Максимальный ток стабилитрона

Это максимальный ток, который может проходить через стабилитрон при напряжении стабилитрона без повреждения устройства.

Минимальный ток стабилитрона

Это относится к минимальному току, необходимому для начала работы стабилитрона в области пробоя.

Все остальные параметры, которые служат спецификацией диода, должны быть полностью рассмотрены, прежде чем будет принято решение о типе стабилитрона, необходимого для этой специфической конструкции.

Заключение:

Вот 5 моментов, которые нельзя забывать о стабилитроне.

  1. Стабилитрон похож на обычный диод только тем, что он имеет резкое пробивное напряжение.
  2. Стабилитрон поддерживает стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения, если не превышается максимальный ток стабилитрона.
  3. При прямом смещении стабилитрон ведет себя точно так же, как обычный силиконовый диод. Он проводит с тем же падением напряжения 0,7 В, которое сопровождает использование обычного диода.
  4. Рабочее состояние стабилитрона по умолчанию находится в области пробоя (обратное смещение).Это означает, что он фактически начинает работать, когда приложенное напряжение выше, чем напряжение стабилитрона при обратном смещении.
  5. Стабилитрон в основном используется в приложениях, связанных с регулированием напряжения, схемами ограничения и переключателями напряжения.
.Стабилитрон

— определение, VI характеристики и пробой в стабилитроне

А нормальный п-п переходной диод пропускает электрический ток только вперед предвзятое состояние. Когда прямое смещение приложено к диод p-n перехода, он позволяет большое количество электрического ток и блокирует только небольшое количество электрического тока. Следовательно, нападающий смещенный диод на p-n переходе предлагает только небольшой сопротивление электрическому току.

Когда обратное смещенное напряжение подается на диод p-n перехода, он блокирует большое количество электрического тока и позволяет только небольшое количество электрического тока. Следовательно, обратный смещенный диод на p-n переходе обеспечивает большое сопротивление электрический ток.

Если Напряжение обратного смещения, приложенное к диоду p-n перехода, равно сильно увеличивается, происходит внезапное повышение тока.В этот точка, небольшое повышение напряжения быстро увеличивает электрический ток. это внезапное повышение электрического тока вызывает пробой перехода называется стабилитрон или лавинный пробой. Напряжение, при котором Пробой стабилитрона называется напряжением стабилитрона, и внезапное увеличение тока называется током стабилитрона.

А нормальный диод p-n перехода не работает при пробое области, потому что избыточный ток необратимо повреждает диод.Обычные диоды с p-n переходом не предназначены для работают в области обратного пробоя. Следовательно, нормальный p-n переходной диод не работает в области обратного пробоя.

Что такое стабилитрон?

А стабилитрон — это особый тип устройства, предназначенный для работы в области пробоя стабилитрона. Стабилитроны работают как обычно Диоды с p-n переходом в прямом смещении.когда на стабилитрон подается напряжение прямого смещения. допускает большое количество электрического тока и блоки только небольшое количество электрического тока.

Стабилитрон сильно легированный, чем обычный диод с p-n переходом. Следовательно, это очень тонкое истощение область. Следовательно, стабилитроны позволяют увеличить электрическую мощность. ток, чем нормальные диоды с p-n переходом.

Стабилитрон

позволяет электрический ток в прямом направлении, как обычный диод но также пропускает электрический ток в обратном направлении, если приложенное обратное напряжение больше стабилитрона напряжение. Стабилитрон всегда подключен в обратном направлении направление, потому что он специально разработан для работы в обратное направление.

стабилитрон определение

А Стабилитрон — это полупроводниковый прибор с p-n переходом, разработанный работать в области обратного пробоя.Поломка напряжение стабилитрона тщательно настраивается путем управления уровень легирования при производстве.

название стабилитрон был назван в честь американского физика Кларэнс Мелвин Зенер, открывший эффект Зенера. Зинер диоды являются основными строительными блоками электронных схем. Они широко используются во всех видах электронного оборудования.Стабилитроны в основном используются для защиты электронных схем. от перенапряжения.

Обрыв в стабилитрон

Там Существуют два типа областей обратного пробоя в стабилитроне: лавинный пробой и пробой стабилитрона.

Лавина поломка

лавина пробой происходит как в нормальных диодах, так и в стабилитронах при высокое обратное напряжение.При приложении высокого обратного напряжения к диоду p-n перехода, свободный электроны (неосновные носители) получают большое количество энергии и разогнался до больших скоростей.

свободные электроны, движущиеся с высокой скоростью, будут сталкиваться с атомами и выбить больше электронов. Эти электроны снова ускоряется и сталкивается с другими атомами.Из-за этого непрерывное столкновение с атомами, большое количество свободных электроны генерируются. В результате электрический ток в диод быстро увеличивается. Это внезапное увеличение электрический ток может навсегда разрушить нормальный диод. Однако лавинные диоды нельзя разрушить, потому что они тщательно спроектированы для работы в лавинных условиях область.Лавинный пробой происходит в стабилитронах с напряжение стабилитрона (В z ) более 6 В.

Зенера поломка

Пробой стабилитрона происходит в сильно легированных диодах с p-n переходом из-за их узкой области истощения. При обратном смещенное напряжение, приложенное к диоду, увеличивается, узкая область истощения генерирует сильное электрическое поле.

Когда обратное смещенное напряжение, приложенное к диоду, достигает близко к напряжению Зенера, электрическое поле в область обеднения достаточно сильна, чтобы вытягивать электроны из их валентная группа. Валентные электроны, которые получают достаточная энергия от сильного электрического поля область истощения нарушит связь с родительским атомом.Балдахин электроны, которые разрывают связь с родительским атомом, будут становятся свободными электронами. Эти свободные электроны несут электрические ток из одного места в другое. При пробое стабилитрона области, небольшое увеличение напряжения будет быстро увеличиваться электрический ток.

  • Зенера пробой происходит при низком обратном напряжении, тогда как лавинный пробой происходит при высоком обратном напряжении.
  • Зенера в стабилитронах происходит пробой, потому что у них очень тонкая область истощения.
  • Разбивка Область является нормальной рабочей областью стабилитрона.
  • Зенера Пробой происходит в стабилитронах с напряжением стабилитрона (В z ) менее 6В.

Символ стабилитрон

Символ стабилитрона показан на рисунке ниже.Стабилитрон состоит из двух выводов: катода и анода.

В стабилитрон, электрический ток течет от обоих анодов к катод и катод к аноду.

символ стабилитрона аналогичен нормальному p-n переходу диодный, но с загнутыми краями на вертикальной полосе.

VI характеристики стабилитрона

VI характеристики стабилитрона показаны ниже. фигура.При подаче напряжения прямого смещения на стабилитрон диод, работает как нормальный диод. Однако при обратном на стабилитрон подается смещенное напряжение, он работает в по-разному.

Когда Обратно смещенное напряжение подается на стабилитрон, он допускает только небольшое количество тока утечки, пока напряжение меньше напряжения стабилитрона.При обратном смещении напряжение, приложенное к стабилитрону, достигает напряжения стабилитрона, он начинает пропускать большое количество электрического тока. В этот точка, небольшое увеличение обратного напряжения быстро увеличивает электрический ток. Из-за этого внезапного подъема в электрическом токе происходит пробой, называемый стабилитроном сломать. Однако стабилитрон демонстрирует управляемый поломка, приводящая к повреждению устройства.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от количество примененного допинга. Если диод сильно легирован, Пробой стабилитрона происходит при малых обратных напряжениях. С другой стороны, если диод слабо легирован, пробой стабилитрона возникает при высоких обратных напряжениях. Доступны стабилитроны с напряжениями стабилитрона в диапазоне 1.От 8 В до 400 В.

Преимущества стабилитрона

  • Мощность рассеивающая способность очень высокая
  • Высокая точность
  • Малый размер
  • Низкая стоимость

Приложения стабилитрона

  • Это, как правило, используется в качестве опорного напряжения
  • Стабилитроны
  • используются в стабилизаторах напряжения или шунтах. регуляторы.
  • Стабилитроны используются в коммутационных операциях
  • Стабилитроны
  • используются в схемах отсечки и зажима.
  • Стабилитроны используются в различных схемах защиты

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

  1. Зенера диод
  2. Лавинный диод
  3. Фотодиод
  4. Свет Излучающий диод
  5. Лазер диод
  6. Туннель диод
  7. Шоттки диод
  8. Варактор диод
  9. П-Н переходной диод

J Ava

.

Что такое стабилитрон

Стабилитрона широко используются в качестве опорного напряжения, где его обратная пробая характеристика обеспечивает напряжение стабильного через диод свыше для диапазона токов, протекающих хотя он.


Учебное пособие по стабилитрону / эталонному диоду Включает: Стабилитрон
Теория работы стабилитрона Технические характеристики стабилитрона Схемы на стабилитронах

Другие диоды: Типы диодов


Стабилитрона является формой полупроводникового диода, который широко используется в схемах электроники в качестве опорного напряжения.

Стабилитрон или опорного напряжения диод представляет собой электронный компонент, который обеспечивает стабильное и определенное напряжение. В результате схемы на стабилитронах часто используются в источниках питания, когда требуются регулируемые выходы. Эти диоды также используются для многих других применений, где необходимы стабильные определенные опорного напряжения. Их также можно использовать для ограничения напряжения в ограничителях напряжения или для удаления скачков напряжения в линиях напряжения.

Стабилитроны

/ опорные диоды напряжения дешевы, они также просты в использовании, и эти электронные компоненты легко доступны для различных напряжений, с различными номинальными мощностями и т. Д.

Стабилитрон работает как обычный диод с PN переходом в прямом направлении, но обеспечивает очень резкий пробой в обратном направлении при определенном напряжении. Именно это напряжение обратного пробоя используется для опорных напряжений или в приложениях ограничения.

История стабилитрона

История стабилитронов

берет свое начало в разработке первых полупроводниковых диодов. Хотя первые детекторы, такие как «кошачий ус» и диоды с точечным контактом, были доступны примерно с 1905 года, большая часть работ по полупроводникам и полупроводниковым диодам была предпринята во время и после Второй мировой войны.

Первым человеком, описавшим электрические свойства стабилитрона, был Кларенс Мелвин Зинер (родился 1 декабря 1905 г., умер 15 июля 1993 г.).

Кларенс Зенер был физиком-теоретиком, который работал в Bell Labs, и в результате его работы Белл назвал стабилитрон в его честь. Он впервые постулировал эффект пробоя, носящий его имя, в статье, опубликованной в 1934 году.

Основы стабилитрона

Стабилитроны

иногда называют эталонными диодами, поскольку они могут обеспечивать стабильное эталонное напряжение для многих электронных схем.Сами диоды дешевы, их много, и их можно купить практически в каждом магазине электронных компонентов.

Стабилитроны

имеют многие из основных свойств обычных полупроводниковых диодов. Они проводят в прямом направлении и имеют такое же напряжение включения, что и обычные диоды. Для кремния это около 0,6 вольт.

Zener diode IV characteristic IV характеристика стабилитрона

В обратном направлении стабилитрон работает иначе, чем обычный диод.При низком напряжении диоды проводят не так, как ожидалось. Однако при достижении определенного напряжения диод «выходит из строя» и течет ток.

Глядя на кривые стабилитрона, можно увидеть, что напряжение почти постоянно, независимо от протекаемого тока. Это означает, что диод Зенера обеспечивает стабильное и известное опорное напряжение для широкого диапазона текущих уровней.

Замечательная стабильность напряжения пробоя в широком диапазоне уровней пропускной способности — вот что делает эталонный стабилитрон таким полезным.Он может быть использован в самых разнообразных схем для обеспечения стабильного опорного напряжения, а также используется в различных других схемах, где могут быть использованы его обратный пробой характеристикой.

Обозначение схемы стабилитрона

Для стабилитрона существует множество стилей корпусов. Некоторые из них используются для высоких уровней рассеивания мощности, а другие содержатся в форматах для поверхностного монтажа. Для домашнего строительства наиболее распространенный тип заключен в небольшую стеклянную капсулу.У него есть полоса вокруг одного конца, которая отмечает катод.

Видно, что полоса вокруг упаковки соответствует линии на символе диодной цепи, и это может быть простым способом запомнить, какой конец какой. Для стабилитрона, работающего в режиме обратного смещения, полоса является более положительной клеммой в цепи.

Zener diode markings, symbol and package outlines Маркировка стабилитронов, символы и контуры упаковки

Чтобы отличить стабилитрон или эталонный диод от других форм диодов на принципиальной схеме, символ цепи стабилитрона помещает две метки на конце полосы — одну в направлении вверх, а другую в нижнем направлении, как показано на схеме. .

Типовой номер стабилитрона

С точки зрения нумерации типа, стабилитронов, или опорного напряжения диодов представляют собой небольшую проблему для типа нумерации их. Может быть общая серия диодов одного семейства, но с разными пробивными или опорными напряжениями.

В результате можно зарезервировать последовательный ряд номеров диодов в системе или добавить суффикс к номеру основного типа, чтобы указать напряжение.

Один из методов нумерации стабилитронов из одного семейства, но с разными напряжениями — это использовать серию в рамках стандартной системы нумерации.Одним из примеров является серия от 1N4728A до 1N4764A с одним номером детали, назначенным для каждого напряжения. Эти диоды представляют собой стабилитроны мощностью 400 мВт с диапазоном напряжений от 3,3 до 100 В с допуском 5% и диапазоном E24.

Другой используемый метод заключается в том, чтобы указать номер для семейства, а затем добавить к номеру детали напряжение, например BZY88 C5V6 где 5V6 — напряжение, 5,6 вольт.

Зенер значение диоды или опорное напряжение диода, как правило, расположены с использованием серии E12, хотя некоторые из них доступны в серии E24, е.g 5V1 используется для ряда логических микросхем, где используется очень простой стабилитрон. Если транзисторный эмиттерный повторитель используется для большего тока, то стабилитрон 5V6 лучше, так как транзистор будет терять 0,6 вольт, и это делает его идеальным.

Хотя лучше всего придерживаться более широко используемой серии E12, а еще лучше E6 или даже E3, часто это невозможно, и доступны значения напряжения стабилитронов из серии E24.


Стандартное напряжение стабилитрона E24 серии
(Примечание: значения E12 выделены жирным шрифтом)
1.0 1,1 1,2
1,3 1,5 1,6
1,8 2,0 2,2
2,4 2,7 3,0
3,3 3,6 3,9
4,3 4.7 5,1
5,6 6,2 6,8
7,5 8,2 9,1

Примечание: Значения E12 выделены жирным шрифтом.

Стабилитроны

обычно не поставляются последовательно выше диапазона E24. Причина этого в том, что производственные допуски недостаточны, и их использование обычно не требует.

Стабилитроны с технологией

Стабилитроны

работают при обратном смещении и используют две формы обратного пробоя. Одной из форм обратного пробоя называется пробоем стабилитрона, и это дает имя часто используется для описания всех форм опорного напряжения диода. Другой тип обратного пробоя может быть назван ударно-ионизационным пробоем.

Обнаружено, что из двух эффектов эффект Зенера преобладает выше примерно 5,5 вольт, тогда как ударная ионизация является основным эффектом ниже этого напряжения.

Поскольку два эффекта имеют температурные коэффициенты, которые находятся в противоположных смыслах, это означает, что диоды с напряжением около 5,5 В являются наиболее стабильными по температуре.


Зенер характеристики диода ссылки диодов / напряжение

При выборе диода Зенера или опорного напряжения диод для использования в схеме, существует несколько спецификаций, которые необходимо учитывать, чтобы гарантировать, что выбран оптимальный диод для применения.

Очевидная спецификация стабилитрона — это обратное напряжение, но другие характеристики, такие как рассеиваемая мощность, обратный ток и т.п., также важны для любой схемы, которая может включать диод.


Цепи стабилитронов

Есть много способов, в которых могут быть использованы диоды Зенера или опорное напряжение диоды. Наиболее широко известно, в качестве опорного напряжения в той или иной форме регулятора напряжения, но они также могут быть использованы в качестве формы сигнала для схем ограничителей, где это может быть необходимо, чтобы ограничить экскурсию формы сигнала для предотвращения перегрузки и т.д. Они также могут быть использованы в переключателях напряжения.

Соответственно, стабилитроны часто используются в конструкциях электронных схем, и огромное количество их повторно используется в производстве, как в качестве устройств с выводами, так и в форматах для поверхностного монтажа.

Стабилитрон — особенно полезный компонент для разработки электронных схем. В результате миллионы стабилитронов ежегодно используются в электронном оборудовании как в виде дискретных компонентов, так и в качестве компонентов, содержащихся в больших интегральных схемах.

Хотя опорное напряжение интегральных схем доступны, которые обеспечивают очень высокую степень точности и температурную стабильность, для большинства применений простого стабилитрона более удовлетворительных и обеспечат более дешевое решение.Соответственно, это помогает узнать, что такое стабилитрон, как он работает, и основы схемы диода Зенера.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Общие сведения о технических характеристиках стабилитронов »Примечания по электронике

Как и любой другой компонент, стабилитрон опорный диод / напряжение диода имеет свои характеристики, указанные для того, чтобы правильное устройство должны быть выбраны для любой данной конструкции.


Учебное пособие по стабилитрону / эталонному диоду Включает: Стабилитрон
Теория работы стабилитрона Технические характеристики стабилитрона Схемы на стабилитронах

Другие диоды: Типы диодов


В таблицах данных

указывается множество различных параметров или спецификаций для стабилитронов — эти параметры определяют характеристики диода в определенных пределах, и их изучение является неотъемлемой частью любого процесса проектирования.

При выборе подходящего стабилитрона опорного напряжения диода для любого заданного положения в цепи, то необходимо, чтобы гарантировать, что она будет выполнять свои требования. Понимание технических характеристик таблицы является ключом к выбору подходящего устройства.

В технических характеристиках стабилитронов, приведенных в технических описаниях, можно увидеть множество различных параметров. Некоторые из наиболее важных из них приведены ниже.

Характеристики стабилитрона IV

ВАХ стабилитрона / напряжения опорного диода является ключом к его эксплуатации.В прямом направлении диод работает так же, как и любой другой, но в обратном направлении могут использоваться его конкретные рабочие параметры.

Zener diode voltage-current characteristic Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон имеет нормальную прямую характеристику, при которой ток возрастает после достижения начального напряжения включения. Обычно это 0,6 В для кремниевых диодов — практически все стабилитроны являются кремниевыми диодами.

При повышении напряжения в обратном направлении сначала протекает очень небольшой ток.Только после достижения напряжения обратного пробоя протекает ток, как показано на диаграмме. При достижении напряжения обратного пробоя напряжение остается относительно постоянным независимо от тока, протекающего через диод.

Технические характеристики стабилитрона

При просмотре спецификации стабилитрона можно указать несколько параметров. Каждый деталь другого аспекта стабилитрон напряжение производительности опорного диод. Глядя на каждую характеристику, можно понять работу диода и убедиться, что он будет правильно работать в любой данной цепи.

  • Напряжение Vz: Напряжение стабилитрона или обратное напряжение диода часто обозначается буквами Vz. Напряжения доступны в широком диапазоне значений, обычно следующих за диапазонами E12 и E24, хотя не все диоды подчиняются этому соглашению. В некоторых случаях значения E12 могут быть немного дешевле и могут быть более широко доступны.

    Значения обычно начинаются примерно с 2,4 В, хотя не все диапазоны достигают таких низких значений.Значения ниже этого недоступны. Диапазоны могут простираться где угодно в диапазоне от 47 В до 200 В, в зависимости от фактического диапазона стабилитрона. Максимальное напряжение для вариантов SMD часто составляет около 47 В.

    Значения напряжения стабилитрона в диапазоне E12
    1,0 1,2 1,5
    1,8 2,2 2,7
    3,3 3.9 4,7
    5,6 6,8 8,2

    В диапазоне E24 доступно в два раза больше значений, чем в E12, что дает гораздо больший выбор значений. В некоторых случаях это может быть полезным, поскольку можно выбрать более точные значения, что снижает потребность в настройке там, где точное значение не достигается.


    Значения напряжения на стабилитроне в диапазоне E24
    1.0 1,1 1,2
    1,3 1,5 1,6
    1,8 2,0 2,2
    2,4 2,7 3,0
    3,3 3,6 3,9
    4,3 4,7 5,1
    5,6 6,2 6.8
    7,5 8,2 9,1
  • Ток: Ток IZM стабилитрона — это максимальный ток, который может протекать через стабилитрон при его номинальном напряжении VZ.

    Обычно для работы диода требуется минимальный ток. Как правило, это может составлять от 5 до 10 мА для типичного устройства с выводами на 400 мВт.Ниже этого уровня тока диод не выходит из строя, чтобы поддерживать заявленное напряжение.

    Лучше всего, чтобы стабилитрон работал выше этого минимального значения с некоторым запасом, но без вероятности того, что он будет рассеивать слишком большую мощность, когда стабилитрон должен пропускать больший ток.

  • Номинальная мощность: Все стабилитроны имеют номинальную мощность, которую нельзя превышать. Это определяет максимальную мощность, которая может рассеиваться корпусом, и представляет собой произведение напряжения на диоде, умноженного на ток, протекающий через него.

    Например, многие устройства с небольшими выводами имеют рассеиваемую мощность 400 мВт или 500 мВт при 20 ° C, но доступны более крупные варианты с гораздо более высоким уровнем рассеяния.

    Также доступны варианты для поверхностного монтажа, но, как правило, они имеют более низкие уровни рассеяния, учитывая размер корпуса и их способность отводить тепло.

    Общие номинальные мощности для выводных устройств включают 400 мВт (наиболее распространенные), 500 мВт, 1 Вт, 3 Вт, 5 Вт и даже 10 Вт. Доступны даже версии мощностью 50 Вт, но они часто устанавливаются на шпильки, чтобы гарантировать, что диод может быть установлен на радиатор для отвода рассеиваемого тепла.Значения для устройств поверхностного монтажа могут составлять около 200, 350, 500 мВт, а отдельные устройства могут увеличиваться до 1 Вт.

    Использование стабилитронов высокой мощности приведет к увеличению затрат в результате более крупных устройств, которые будут более дорогими, а также дополнительных оборудование, необходимое для крепления устройств и отвода тепла. Это плюс повышенного энергопотребления. Иногда можно использовать альтернативные методы, чтобы использовать стабилитроны с меньшей мощностью и повысить эффективность, хотя может быть необходимо сбалансировать это с увеличением сложности.

  • Сопротивление стабилитрона Rz: ВАХ стабилитрона не полностью вертикальна в области пробоя. Это означает, что при незначительных изменениях тока будет небольшое изменение напряжения на диоде. Изменение напряжения для данного изменения тока — это сопротивление диода. Это значение сопротивления, часто называемое сопротивлением, обозначается Rz.  Zener diode resistance shown as slope of breakdown area Сопротивление стабилитрона Показанный обратный наклон называется динамическим сопротивлением диода, и этот параметр часто отмечается в технических характеристиках производителей.Обычно наклон не сильно меняется для разных уровней тока, при условии, что они примерно в 0,1–1 раз больше номинального тока Izt.
  • Допуск по напряжению: Если диоды маркированы и отсортированы для соответствия диапазонам значений E12 или E24, типичные характеристики допусков для диодов составляют ± 5%. В некоторых таблицах данных напряжение может быть указано как типичное, а затем указаны максимальное и минимальное значения.
  • Температурная стабильность: Для многих приложений важна температурная стабильность стабилитрона.Хорошо известно, что напряжение на диоде зависит от температуры. Фактически, два механизма, которые используются для обеспечения пробоя в этих диодах, имеют противоположные температурные коэффициенты, и один эффект преобладает при напряжении ниже 5 В, а другой — выше. Соответственно, диоды с напряжением около 5 В обычно обеспечивают лучшую температурную стабильность.

     Zener diode temperature characteristic Температурная характеристика стабилитрона
    Из приведенного примера видно, что существует заметная разница между спецификациями для обратного напряжения стабилитрона при 0 ° C и 50 ° C.Это необходимо учитывать, если схема и оборудование, в которых будет использоваться стабилитрон, подвержены изменению температуры.


  • Спецификация температуры перехода: Для обеспечения надежности диода температура диодного перехода является ключевой. Несмотря на то, что корпус может быть достаточно холодным, активная область может быть намного горячее. В результате некоторые производители указывают рабочий диапазон для самого разветвления.Для нормальной конструкции обычно сохраняется подходящий запас между максимальной ожидаемой температурой внутри оборудования и места соединения. Внутренняя температура оборудования снова будет выше, чем температура снаружи оборудования. Необходимо следить за тем, чтобы отдельные предметы не становились слишком горячими, несмотря на приемлемую температуру окружающей среды за пределами оборудования.
  • Упаковка: Стабилитроны поставляются в различных корпусах.Главный выбор — между поверхностным монтажом и традиционными выводами. Однако выбранный пакет часто определяет уровень рассеивания тепла. Доступные варианты будут подробно описаны в спецификации стабилитронов.

Пример технических характеристик стабилитрона

Чтобы дать некоторое представление о характеристиках, ожидаемых от стабилитрона, приведен реальный пример ниже. Приведены основные параметры, которые потребуются в схемотехнике.

  • Стабилитрон с выводами BZY88 Этот диод описывается как миниатюрный стабилитрон для регулируемых цепей питания, защиты от перенапряжения, подавления дуги и других функций в различных областях. Версия 5V1 (5,1 В) была взята в качестве примера.
Типичные характеристики / технические характеристики стабилитрона BZY88
Характеристика Типичное значение Блок Детали
Рассеиваемая мощность постоянного тока 400 мВт @ Tl = 50 ° C: снижение выше 50 ° C 3.2 мВт / ° C
Температура перехода -65 до +175 ° С
Напряжение Vz при 5 мА 4,8 мин.
5,1 тип.
5,4 макс.
В
Zzt @ 5 мА 76 Ом
ИК @ VR 1 @ 2,0 мкА

Параметры, приведенные в таблице данных для этого обычного стабилитрона, дают полезную информацию о технических характеристиках стабилитрона.Хотя они предназначены только для небольшого диода, такие же данные приведены и для других стабилитронов.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.