Стабилитроны: Страница не найдена

Поиск по сайту

Параметры

Типы стабилитронов

Д815А

Д815Б

Д815В 1 Д815Г

Д815Д

Д815Е

Д815Ж

Д815И

Напряжение стабилизации, В

5,6

6,8

8,2

10

12

15

18

4,7

Дифференциальное сопротивление, Ом, при токе стабилизации

0,9

1,2

1,5

2,7

3

3,8

4,5

0,9

Ток стабилизации, А:

при котором измеряется на-

1

1

1

0,5

0,5

0,5

0,5

1

пряжение стабилизации

максимальный при температу-

ре от — 60 до +70°С

1,4

1,15

0,95

0,8

0,65

0,55

0,45

1,4

минимальный при температуре от — 60 до +100°С

0,05

0,05

0/,05

0,025

0,025

0,025

0,025

0,05

Температурный коэффициент на

пряжения, %/°С

0,056

0,062

0,088

0,1

0,11

0,13

0,14

0,56

Мощность рассеивания, Вт, при

температуре от — 60 до +70°С

8

8

8

8

8

8

8

8

Прямой ток, А, при температуре

корпуса до 100°С

1

1

1

1

1

1

1

1

Прямое напряжение, В, при токе

0,5 А в

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

Параметры

Типы стабилитронов

КС175А

КС182А

КС191А

КС210Б

КС213Б

Напряжение ста­билизации, В, при номиналь­ном токе

7,5

8,2

9,1

10

10

Дифференциальное сопротивление, Ом, при номиналь­ном токе и тем­пературе, °С:

20

16

14

18

22

25

100

 —

30

35

40

50

Той стабилизации, мА

номинальный

5

5

5

5

5

максимальный

18

17

15

14

10

минимальный

3

3

3

3

3

Температурный ко­эффициент на­пряжения, %/°С

0,05

0,06

0,07

0,08

Мощность рассеи­вания, мВт, при температуре от — 55 до +50°С

150

150

150

150

150

Несимметричность напряжения ста­билизации, %

±2

±2

±2

±2 ,

±2

Параметры

Типы стабилитронов

КС211В

КС211В

КС211Г

КС2ПД

Напряжение стабилиза­ции, В, при токе 10 мА

11 — 13,2

8,8 — 11

9,3 — 12,6

9,3 — 12,6

Дифференциальное со­противление, Ом, при токе 1,0 мА

15

15

15

15

Ток стабилизации, мА, при температуре, °С:

—

минимальный в диа­пазоне от — 60 до — +125

5

5

5

5

максимальный при 25

33

33

33

33

Температурный коэффи­циент напряжения,

%/°с

0,02

 — 0,02

±0,01

±0,05

Мощность рассеивания, мВт, при температуре 50 °С

280

280

280

280

Параметры

Типы стабилитронов

КС482А

КС515А

КС518А

КС522А

КС527А

Напряжение ста­билизации, В, нри токе 5 мА

7,4 — 9

13,5 — 16,5

16,2 — 19,8

19,8 — 24,2

24,3 — 29,7

Д ифференци альное сопротивление, Ом, при токе 5 мА

25

25

25

25

40

Ток табилизации, мА: номинальный

50

50

50

50

50

минимальный

1

1

1

1

1

максимальный при темпера­туре от — 60 до +35°С

96

53

45

37

30

Температурный ко­эффициент на­пряжения, %/°С

0,08

. 0,1

0,1

0,1

0,1

Мощность рассеи­вания, Вт, при температуре от — 60 до +35°С

1

1

1

1

1

Параметры

Типы стабилитронов

КС620А

КС630А

КС650А

КС680А

Напряжение стабилизации, В

120

130

150

180

Дифференциальное сопро-

150

180

255

330

тивление, Ом, при номи-

нальном токе стабилиза-

ции

Ток стабилизации, мА:

номинальный

50

50

25 .

25

минимальный

5

5

2,5

2,5

 максимальный при тем-

42

38

33

28

пературе от — 60 до

Температурный коэффици-

0,2

0,2

0,2

. 0,2

ент напряжения, %/°С

Мощность рассеивания, Вт

5

5

5

5

в наличии

870 шт.

Упаковка: 1000 шт.

цена                 

5: 13.5 р.

50: 12 р.

100: 9.9 р.

в наличии

100 шт.

Упаковка: 100 шт.

цена                 

X100: 13.5 р.

в наличии

920 шт.

цена                 

5: 13. 5 р.

50: 12.6 р.

100: 11.4 р.

в наличии

70 шт.

цена                 

5: 13.5 р.

50: 12.6 р.

в наличии

53 шт.

цена                 

5: 13.5 р.

50: 12.6 р.

в наличии

87 шт.

цена                 

5: 13.5 р.

50: 12.6 р.

в наличии

85 шт.

Упаковка: 100 шт.

цена                 

5: 13.5 р.

50: 12.6 р.

BZX55 Номинальная мощность стабилитрона 500 мВт

2.4 В

2,7 В

3,0 В

3,3 В

3,6 В

3,9 В

4,3 В

4,7 В 90

0

22 В

0

22 В 90 30V

V Схема зажима стабилитрона

До сих пор мы изучили, как стабилизатор стабилитрона источник питания.Но как стабилитрон реагирует на сигнал изменения , если входной сигнал не является установившимся постоянным током, а имеет форму волны переменного-переменного тока.

Схема ограничения и ограничения диодов используется для формирования или изменения формы входного сигнала переменного тока (или любой синусоидальной волны) и создания выходных сигналов различной формы в соответствии с расположением схемы. Цепи диодного ограничителя также называют ограничителями, потому что они ограничивают положительную (или отрицательную) часть входного сигнала переменного тока. Поскольку стабилитроны ограничивают или отсекают часть формы сигнала, они в основном используются для защиты схем или схем формирования сигналов.

Например, если мы хотим ограничить выходной сигнал до +7,5 В, мы будем использовать стабилитрон на 7,5 В. Если форма выходного сигнала пытается превысить предел 7,5 В, стабилитрон «отсекает» перенапряжение на входе, создавая форму волны с плоской вершиной и сохраняя постоянный выход на уровне + 7,5 В. Обратите внимание, что в условиях прямого смещения стабилитрон остается диодом. Когда выходной сигнал переменного тока ниже -0,7 В, стабилитрон будет «проводить», как любой нормальный кремниевый диод, и ограничивать выход до -0.7V, как показано ниже.

Рис. 4. Фиксирующая схема стабилитрона

Стабилитроны, соединенные встречно-встречно, можно использовать в качестве того, что вырабатывает стабилизатор переменного напряжения, так называемый «генератор прямоугольных волн Пора». С помощью этой конфигурации мы можем вырезать форму волны между положительным значением + 8,2 В и отрицательным значением -8,2 В для стабилитрона 7,5 В

Так, например, если мы хотим обрезать форму выходного сигнала между двумя разными минимумами и максимальные значения, такие как + 8V и -6V, нам нужно использовать только два стабилитрона с разными номиналами.Обратите внимание, что выходной сигнал ограничивает форму волны переменного тока в диапазоне от + 8,7 В до -6,7 В из-за увеличения смещенного напряжения на диоде.

Другими словами, размах напряжения составляет 15,4 вольт вместо ожидаемых 14 вольт, потому что падение напряжения прямого смещения на диоде увеличивается на 0,7 вольт в каждом направлении.

Этот тип конфигурации ограничителя довольно распространен для защиты электронных схем от перенапряжений. На клеммы ввода питания обычно ставят два стабилитрона.Во время нормальной работы один из стабилитронов выключен, и диод мало влияет. Однако, если форма волны входного напряжения превышает его предел, стабилитрон включается и фиксирует вход для защиты схемы.

VI Применение стабилитронов

Рисунок 5. Типичная схема последовательного регулятора

В этой схеме база транзистора T стабилизирована на уровне 13 В. стабилитроном D, то его эмиттер будет выдавать постоянное напряжение 13-0.7 = 12,3 В. В пределах определенного диапазона, независимо от того, увеличивается или уменьшается входное напряжение, независимо от того, изменяется сопротивление нагрузки, а выходное напряжение остается неизменным. Эта схема используется во многих ситуациях. 7805 — это последовательная схема встроенного регулятора напряжения, которая может выдавать 5 В. 7805-7824 может выводить напряжение 5-24 В. Он применяется на многих устройствах.

Рисунок 6. Схема встроенного регулятора напряжения серии 7805

Рисунок 7.Схема защиты от перенапряжения в телевизоре

115V — это основное напряжение питания телевизора. Когда выходное напряжение источника питания слишком высокое, включается D и включается транзистор T. Его коллекторный потенциал изменится с исходного высокого уровня (5 В) на низкий уровень. Подача напряжения через линию управления режимом ожидания переводит телевизор в режим защиты в режиме ожидания.

Рисунок 7. Схема гашения дуги

Когда соответствующий стабилитрон подключен параллельно катушке индуктивности (принцип также может быть подключен к обычному диоду) , и катушка отключена во включенном состоянии, высокое напряжение, генерируемое высвобождением ее электромагнитной энергии, принимается диодом.Таким образом, когда переключатель выключен, дуга переключателя устраняется. Эта прикладная схема чаще используется в промышленности, например, в некоторых более мощных схемах электромагнитного управления.

Рекомендуемый артикул:

Введение в типы диодов

Что такое лазерные диоды?

Стабилитрон делает паршивый стабилизатор

Стабилитрон часто используется для создания опорного напряжения. В учебных пособиях и даже учебных пособиях упоминается создание стабилизатора на основе стабилитрона.Идея в том, что стабилитрон поддерживает известное падение напряжения. Проблема в том, что текущее имеет значение. В этом посте представлен краткий обзор стабилитронов и показано, что произошло, когда я попытался запитать микроконтроллер с помощью «стабилизатора на стабилитронах».

Просто краткий обзор, если вы не знакомы с стабилитронами. Как и обычные диоды, стабилитроны имеют низкое прямое напряжение. Обычно у вас напряжение около 0,7. Однако разные наборы материалов могут иметь разное прямое напряжение.

Также, как и в обычных диодах, существует обратное напряжение пробоя. Если вы посмотрите на здоровенный диод, такой как 1n4001, вы обнаружите, что напряжение пробоя начинается с 50 вольт.

1n4001 Напряжение обратного пробоя

уникальны тем, что их обратное напряжение пробоя относительно низкое. Например, у меня есть такие, которые на 3,3, 5,0, 9,1 и 12 вольт. (Интересные цифры, не правда ли?)

Кривая показывает, что выше прямого напряжения и «ниже» обратного напряжения диод проводит.Я поместил ниже в кавычки, потому что это предполагает отрицательный потенциал. Этот комментарий не означает, что вам нужен источник отрицательного напряжения, просто диод имеет обратное смещение. Также известен как обернулся.

Стабилитрон

Как уже упоминалось, идея стабилитрона заключается в том, что на диоде падает стабильное напряжение при обратном смещении. Более того, с такими значениями, как 3.3 и 5.0, о которых я упоминал ранее, это начинает звучать как хороший вариант, не так ли?

BZX79C3V3 от Fairchild (на полу)

Давайте возьмем BZX79C3V3 в качестве примера стабилитрона.Обратите внимание в таблице характеристик, что обратное напряжение составляет 3,3 В при 5,0 мА.

Идея состоит в том, что вы выбираете номинал резистора, возможно, даже прецизионный, чтобы создать ток, достаточный для обратного смещения стабилитрона на 5,0 мА.

Однако есть проблема с этой базовой схемой. Ток, протекающий через нагрузку, также должен протекать через резистор. Согласно закону Ома, падение напряжения на резисторе изменяется в зависимости от протекающего тока.

Питание ESP8266 со стабилитроном

Используя приведенную выше схему, я попытался запитать ESP8266 с помощью 5.Питание 0 вольт. Перед построением этой схемы я измерил, что ток, потребляемый ESP8266, составляет 60 мА при питании от источника питания 3,3 В.

При использовании стабилитрона 3,3 В на последовательном резисторе падает 1,7 В. При 60 мА на нагрузке и 5 мА для стабилитрона закон Ома говорит нам, что нам нужен резистор 28 Ом. Ближайшее значение, которое у меня есть, 22 Ом.

Когда я подключил схему, с ESP8266 ничего не произошло. Узел VOUT измерял около 0,9 вольт. Что еще хуже, независимо от того, какое напряжение источника я сделал, узел VOUT оставался на 0.9 вольт.

Догадавшись, я уменьшил сопротивление резистора примерно на 10 Ом.

Когда я измерил мультиметром, то увидел на делителе всего 1,8 вольт. Однако ESP8266 работал. После сброса ESP8266 увидел 2,5 вольта. И в зависимости от того, какой вес был на моей левой или правой ноге, любое промежуточное значение.

Так что, черт возьми, здесь происходит? Что ж, во-первых, спасибо, что продолжаете читать, прежде чем переходить к комментариям, чтобы сказать следующее утверждение.Вы не можете рассматривать микроконтроллер, особенно систему на кристалле (SOC), как постоянную нагрузку.

Когда я нажимаю и удерживаю кнопку «СБРОС», узел Vout переходит на чистое 3,4 вольта. В этот момент большинство активных цепей в микросхеме выключено.

Поскольку ESP8266 был нагрузкой с высоким импедансом, почти весь ток в этой цепи протекает через последовательный резистор и ESP8266. Величина тока была ошеломляющей, почти 200 мА. Что ж, ошеломляюще, когда можно было ожидать только около шестидесяти.

Другие проблемы стабилитрона

Все это упражнение должно было показать, почему стабилитрон — плохой стабилизатор. Падение напряжения слишком сильно зависит от тока, протекающего через переход. Это означает, что «схема регулятора» зависит от постоянной нагрузки. Любое активное устройство вызовет нестабильность узла VOUT.

Так что же хорошего в этой схеме стабилитрона? Ну это не регулятор. Вместо этого это ссылка.

Например, вы можете использовать аналогичную схему на AREF Arduino.Допустим, вы используете аналоговый датчик, который выдает максимум 3 В. Использование опорного стабилитрона может дать АЦП больше разрешения.

Вы можете использовать стабилитрон в качестве эталона для операционного усилителя. Эта схема не слишком отличается от того, как работают линейные регуляторы.

Урок здесь в том, что если вы хотите использовать схему стабилизатора на стабилитроне, вам необходимо пересмотреть свою конструкцию. В некоторых очень редких или сложных случаях он сработает нормально.

Если вы использовали стабилитрон в качестве регулятора, а не для справки, оставьте комментарий ниже.Я хотел бы услышать, как вы это использовали.

стабилитрон | Инженерное дело | Фэндом

Обозначение стабилитрона.

Диод обычно рассматривается как устройство, позволяющее току течь через него только в одном направлении; однако стабилитроны сделаны так, чтобы позволить току течь и в обратном направлении, если напряжение выше номинального пробоя или «напряжения стабилитрона».

Обычный твердотельный диод не пропускает ток, если он смещен в обратном направлении ниже его напряжения обратного пробоя.При превышении напряжения пробоя обычный диод разрушается при пробое из-за избыточного тока, что приводит к перегреву. Однако процесс обратим, если устройство работает в определенных пределах. В случае прямого смещения (в направлении стрелки) на диоде наблюдается падение напряжения примерно 0,6 В для типичного кремниевого диода. Падение напряжения зависит от типа диода.

Стабилитрон демонстрирует почти те же свойства, за исключением того, что устройство специально спроектировано так, чтобы иметь значительно пониженное напряжение пробоя, так называемое напряжение стабилитрона .Стабилитрон содержит сильно легированный p-n-переход, позволяющий электронам туннелировать из валентной зоны материала p-типа в зону проводимости материала n-типа. Стабилитрон с обратным смещением будет демонстрировать управляемый пробой и пропускать ток, чтобы поддерживать напряжение на стабилитроне на уровне стабилитрона. Например, стабилитрон на 3,2 В будет демонстрировать падение напряжения на 3,2 В при обратном смещении. Однако ток не безграничен, поэтому стабилитрон обычно используется для генерации опорного напряжения для каскада усилителя или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных приложений.

Напряжение пробоя можно довольно точно контролировать в процессе легирования. Доступны допуски с точностью до 0,05%, хотя наиболее широко используемые допуски составляют 5% и 10%.

Эффект открыл американский физик Кларенс Мелвин Зинер.

Другой механизм, который производит аналогичный эффект, — это лавинный эффект, как в лавинном диоде. На самом деле два типа диодов сконструированы одинаково, и в диодах этого типа присутствуют оба эффекта.В кремниевых диодах с напряжением около 5,6 В эффект стабилитрона является преобладающим и показывает заметный отрицательный температурный коэффициент. При напряжении выше 5,6 вольт лавинный эффект становится преобладающим и имеет положительный температурный коэффициент.

В диоде на 5,6 В эти два эффекта возникают вместе, а их температурные коэффициенты аккуратно компенсируют друг друга, поэтому диод на 5,6 В является предпочтительным элементом в критичных к температуре приложениях.

Современные технологии производства позволяют выпускать устройства с напряжением ниже 5.6 вольт с незначительными температурными коэффициентами, но по мере того, как встречаются устройства с более высоким напряжением, температурный коэффициент резко возрастает. У 75-вольтового диода в 10 раз больше коэффициента, чем у 12-вольтового диода.

Все такие диоды, независимо от напряжения пробоя, обычно продаются под общим названием «стабилитрон».

Использует []

широко используются в электронных схемах. Их основная функция — регулировать напряжение в цепи. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения, так что он имеет обратное смещение, стабилитрон действует как короткое замыкание, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода, и, следовательно, ограничивает напряжение до известного значения.Стабилитрон, используемый таким образом, известен как шунтирующий стабилизатор напряжения (шунтирующий означает параллельное соединение, а стабилизатор напряжения представляет собой класс цепей, вырабатывающих фиксированное напряжение).

См. Также []

• b: Стабилитрон | Викиучебники: Стабилитроны [1]

Разница между диодом, стабилитроном и диодом Шоттки

Диод — это пассивное устройство, которое пропускает ток только в одном направлении. Но поскольку существует очень много типов диодов, важно различать их.И знать, какой из них использовать в соответствии с его требованиями в нашей цепи. Ниже приводится подробное различие между диодом, стабилитроном и диодом Шоттки.

Итак, в этом посте мы увидим основное различие между тремя наиболее широко используемыми диодами: выпрямительным, Шоттки и стабилитроном, а также когда их использовать.

Посмотрите это видео для быстрой справки:

Прежде чем перейти к конкретному типу диода, давайте рассмотрим некоторые из основных характеристик диода.

Основные характеристики диода: —

ВРЕМЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ Диода:

Когда диод внезапно выключается, прямому току, протекающему через диод, требуется небольшое время, чтобы погаснуть.Это время называется временем обратного восстановления.

А теперь рассмотрим тип диода по порядку:

• Выпрямительный диод — это простейший диод с p-n переходом, который в основном используется для выпрямления в полумостовых и полномостовых выпрямителях. И это из-за высокого напряжения пробоя, обычно порядка 200–1000 вольт, что очевидно.

• Прямое падение напряжения (Vf) выпрямительного диода составляет от 0,7 до 0,9 В.

• В качестве примера предположим, что вы хотите разработать мостовой выпрямитель для своего проекта преобразователя переменного тока в постоянный. Для этого мостового выпрямителя диод выпрямительной серии 1N4 является оптимальным выбором.

• В отличие от выпрямительного диода, диод Шоттки находится между полупроводником n-типа и металлической пластиной.

• Диод Шоттки, также известный как барьерный диод, в основном используется в цепях низкого напряжения, потому что прямое падение напряжения диода Шоттки (Vf) меньше, чем у выпрямительного диода. Обычно в диапазоне от 0,25 до 0,5 против

• В диоде Шоттки электроны являются основными носителями заряда с обеих сторон перехода. Таким образом, это униполярное устройство.
• В основном используется в высокочастотных приложениях, например, в SMPS. И это из-за меньшего повышения температуры и высокой скорости переключения, связанной с малым временем восстановления.

• Одним из недостатков диода Шоттки является его низкое напряжение пробоя (от 20 до 40 В), что делает его непригодным для выпрямительной схемы.

Примечание: По сравнению с обычным выпрямительным диодом время обратного восстановления диода Шоттки намного меньше. Это делает его пригодным для использования в схемах с быстрым переключением.

• В качестве примера предположим, что мы разрабатываем понижающий преобразователь, как мы это делали в одном из видеороликов проекта: «Понижающий преобразователь с использованием Arduino».
• Поскольку Mosfet в этой схеме переключается с очень высокой частотой, диод, который вам нужен в этой схеме, должен иметь высокую скорость переключения. Таким образом, диод Шоттки — оптимальный выбор.

• 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.
• На самом деле стабилитроны никогда не используются для выпрямления.

Что такое регулятор напряжения

• Вот схема, в которой стабилитрон используется для предотвращения разрушения затвора полевого МОП-транзистора из-за ограничения входного напряжения. Напряжение пробоя этого стабилитрона 5,1 В.

• Теперь, если случайно напряжение на затворе полевого МОП-транзистора превысит 5В, произойдет пробой диода, и весь ток потечет через диод на землю.Таким образом предотвращается любое разрушение полевого МОП-транзистора.

• Вот еще одна схема, в которой два диода соединены лицом друг к другу с выводом p. Если на входе подается сигнал переменного тока, один диод ограничивает напряжение в положительной половине, а другой — в отрицательной. Таким образом, мы получаем напряжение ниже указанного предела в обоих полупериодах переменного тока.

• В качестве примера я использовал стабилитрон 5 В в проекте «Цифровой вольтметр с использованием Arduino», в котором он подключается через конденсатор, чтобы предотвратить Arduino в случае, если напряжение на его аналоговом выводе превышает 5 В.
Цифровой вольтметр

Теперь вы знаете все основные различия между выпрямительным диодом, стабилитроном и диодом Шоттки, а также когда использовать выпрямитель, диод Шоттки или стабилитрон в зависимости от области применения.

3.11: Что такое стабилитроны?

Что такое стабилитрон?

Стабилитрон — это особый тип выпрямительного диода, который может выдерживать пробой из-за обратного напряжения пробоя без полного выхода из строя.Здесь мы обсудим концепцию использования диодов для регулирования падения напряжения и то, как стабилитрон работает в режиме обратного смещения для регулирования напряжения в цепи.

Как диоды регулируют падение напряжения

Если мы подключим диод и резистор последовательно к источнику постоянного напряжения так, чтобы диод был смещен в прямом направлении, падение напряжения на диоде останется довольно постоянным в широком диапазоне напряжений источника питания, как показано на рисунке ниже (а).

Ток через смещенный в прямом направлении PN-переход пропорционален e , возведенному в степень прямого падения напряжения.Поскольку это экспоненциальная функция, ток растет довольно быстро при небольшом увеличении падения напряжения.

Другой способ рассмотреть это — сказать, что напряжение, падающее на диоде с прямым смещением, мало изменяется при больших изменениях тока диода. В схеме, показанной на рисунке ниже (а), ток диода ограничен напряжением источника питания, последовательным резистором и падением напряжения на диоде, которое, как мы знаем, не сильно отличается от 0,7 вольт.

Si-опорный сигнал с прямым смещением: (а) одиночный диод, 0.7В, (б) 10 диодов последовательно 7.0В.

Если бы напряжение источника питания было увеличено, падение напряжения резистора увеличилось бы почти на такую ​​же величину, а напряжение диода упало бы совсем немного. И наоборот, уменьшение напряжения источника питания привело бы к почти одинаковому снижению падения напряжения на резисторе с небольшим уменьшением падения напряжения на диодах.

Короче говоря, мы могли бы резюмировать это поведение, сказав, что диод регулирует падение напряжения примерно на 0.7 вольт.

Использование регулирования напряжения

Регулировка напряжения — это полезное свойство диодов. Предположим, мы строим какую-то схему, которая не может выдерживать колебаний напряжения источника питания, но должна питаться от химической батареи, напряжение которой изменяется в течение срока ее службы. Мы могли бы сформировать схему, как показано выше, и подключить схему, требующую постоянного напряжения на диоде, где он будет получать неизменное 0,7 вольт.

Это, безусловно, сработает, но для большинства практических схем любого типа требуется напряжение источника питания выше 0.7 вольт для нормальной работы. Один из способов увеличить нашу точку стабилизации напряжения — это соединить несколько диодов последовательно, чтобы их отдельные прямые падения напряжения по 0,7 вольта добавлялись, чтобы получить большее общее количество.

Например, в нашем примере выше (b), если бы у нас было десять последовательно соединенных диодов, регулируемое напряжение было бы в десять раз 0,7 или 7 вольт.

До тех пор, пока напряжение батареи никогда не опускалось ниже 7 вольт, на десятидиодной «стопке» всегда будет падать около 7 вольт.”

Как стабилитроны регулируют напряжение

Если требуются более высокие регулируемые напряжения, мы могли бы либо использовать больше диодов, включенных последовательно (на мой взгляд, это неэлегантный вариант), либо попробовать принципиально другой подход.

Мы знаем, что прямое напряжение на диоде является довольно постоянной величиной в широком диапазоне условий, но также и обратное напряжение пробоя . Напряжение пробоя обычно намного больше прямого напряжения.

Если мы поменяем полярность диода в нашей схеме однодидного стабилизатора и увеличим напряжение источника питания до точки, где диод «сломается» (то есть он больше не сможет выдерживать напряжение обратного смещения, подаваемое на него) диод аналогичным образом регулирует напряжение в этой точке пробоя, не позволяя ему расти дальше.Это показано на рисунке ниже (а).

(a) Кремниевый малосигнальный диод с обратным смещением выходит из строя при напряжении около 100 В. (b) Символ стабилитрона.

К сожалению, когда обычные выпрямительные диоды «выходят из строя», они обычно разрушаются. Однако можно создать диод особого типа, который выдержит пробой без полного выхода из строя. Этот тип диода называется стабилитроном , и его символ показан на рисунке выше (b).

При прямом смещении стабилитроны ведут себя так же, как стандартные выпрямительные диоды: у них прямое падение напряжения, которое соответствует «уравнению диода» и составляет около 0,7 вольт. В режиме обратного смещения они не проводят до тех пор, пока приложенное напряжение не достигнет или не превысит так называемое напряжение стабилитрона , после чего диод может проводить значительный ток, и при этом будет пытаться ограничить падение напряжения на это к той точке напряжения Зенера. Пока мощность, рассеиваемая этим обратным током, не превышает тепловые пределы диода, диод не будет поврежден.По этой причине стабилитроны иногда называют «пробивными диодами».

Схема стабилитрона

производятся с напряжением стабилитрона от нескольких вольт до сотен вольт. Это напряжение стабилитрона незначительно изменяется с температурой, и, как и обычные значения резисторов из углеродного состава, может иметь погрешность от 5 до 10 процентов по сравнению со спецификациями производителя. Однако этой стабильности и точности обычно достаточно для использования стабилитрона в качестве устройства регулятора напряжения в общей цепи питания, показанной на рисунке ниже.

Схема стабилитрона, напряжение стабилитрона = 12,6 В

Обратите внимание на ориентацию стабилитрона в приведенной выше схеме: диод имеет обратное смещение , и это сделано намеренно. Если бы мы сориентировали диод «нормальным» образом, чтобы он был смещен в прямом направлении, он бы упал всего на 0,7 В, как и обычный выпрямительный диод. Если мы хотим использовать свойства обратного пробоя этого диода, мы должны использовать его в режиме обратного смещения.Пока напряжение источника питания остается выше напряжения стабилитрона (в данном примере 12,6 вольт), падение напряжения на стабилитроне будет оставаться на уровне примерно 12,6 вольт.

Как и любой полупроводниковый прибор, стабилитрон чувствителен к температуре. Избыточная температура разрушит стабилитрон, а поскольку он снижает напряжение и проводит ток, он выделяет собственное тепло в соответствии с законом Джоуля (P = IE). Следовательно, нужно быть осторожным при проектировании схемы регулятора таким образом, чтобы не превышалась допустимая мощность рассеиваемой мощности диода.Интересно, что когда стабилитроны выходят из строя из-за чрезмерного рассеивания мощности, они обычно выходят из строя , закорачивая, , а не открываясь. Диод, вышедший из строя таким образом, легко обнаруживается: он падает почти до нуля при смещении в любую сторону, как кусок проволоки.

Давайте рассмотрим схему стабилизации стабилитрона математически, определив все напряжения, токи и рассеиваемую мощность. Взяв ту же форму схемы, показанную ранее, мы выполним вычисления, предполагая, что напряжение Зенера равно 12.6 вольт, напряжение источника питания 45 вольт и номинальное сопротивление последовательного резистора 1000 Ом (мы будем считать, что напряжение стабилитрона равно , ровно 12,6 вольт, чтобы не квалифицировать все цифры как «приблизительные» на рисунке ниже. (а)

Если напряжение стабилитрона составляет 12,6 вольт, а напряжение источника питания составляет 45 вольт, на резисторе будет падать 32,4 вольт (45 — 12,6 вольт = 32,4 вольт). Падение 32,4 В на 1000 Ом дает 32,4 мА тока в цепи.(Рисунок ниже (b))

(a) Стабилитрон стабилитрона с резистором 1000 Ом. (б) Расчет падений напряжения и тока.

Мощность рассчитывается путем умножения тока на напряжение (P = IE), поэтому мы можем довольно легко рассчитать рассеиваемую мощность как для резистора, так и для стабилитрона:

Подойдет стабилитрон с номинальной мощностью 0,5 Вт, а также резистор с мощностью рассеяния 1,5 или 2 Вт.

Если чрезмерное рассеивание мощности является вредным, то почему бы не спроектировать схему с наименьшим возможным рассеиванием? Почему бы просто не рассчитать резистор на очень высокое значение сопротивления, тем самым резко ограничив ток и сохранив очень низкие показатели рассеиваемой мощности? Возьмем, например, эту схему с резистором 100 кОм вместо резистора 1 кОм.Обратите внимание, что как напряжение источника питания, так и напряжение стабилитрона диода на рисунке ниже идентичны последнему примеру:

стабилитрон с резистором 100 кОм.

При токе только 1/100 от того, что было раньше (324 мкА вместо 32,4 мА), оба значения рассеиваемой мощности должны быть в 100 раз меньше:

Кажется идеальным, не правда ли? Меньшая рассеиваемая мощность означает более низкие рабочие температуры как диода, так и резистора, а также меньшие потери энергии в системе, верно? Более высокое значение сопротивления снижает уровень рассеиваемой мощности в цепи , но, к сожалению, создает другую проблему.Помните, что цель схемы регулятора — обеспечить стабильное напряжение для другой схемы . Другими словами, мы в конечном итоге собираемся запитать что-то с напряжением 12,6 вольт, и это что-то будет иметь собственное потребление тока. Рассмотрим нашу первую схему стабилизатора, на этот раз с нагрузкой 500 Ом, подключенной параллельно стабилитрону, как показано на рисунке ниже.

Стабилизатор стабилитрона с последовательным резистором 1000 Ом и нагрузкой 500 Ом.

Если на нагрузке 500 Ом поддерживается 12,6 В, нагрузка будет составлять 25.2 мА тока. Для того, чтобы «падающий» резистор 1 кОм упал на 32,4 вольта (уменьшив напряжение источника питания с 45 вольт до 12,6 на стабилитроне), он все равно должен проводить ток 32,4 мА. Это оставляет 7,2 мА тока через стабилитрон.

Теперь рассмотрим нашу схему «энергосберегающего» регулятора с понижающим резистором 100 кОм, обеспечивающую питание той же нагрузки 500 Ом. Что он должен делать, так это поддерживать 12,6 вольт на нагрузке, как и в последней цепи. Однако, как мы увидим, не может выполнить эту задачу .(Рисунок ниже)

Нерегуляторный стабилитрон с последовательным резистором 100 кОм и нагрузкой 500 Ом.

При большем значении понижающего резистора на месте будет только около 224 мВ напряжения на нагрузке 500 Ом, что намного меньше ожидаемого значения 12,6 вольт! Почему это? Если бы у нас действительно было 12,6 В на нагрузке, она потребляла бы тока 25,2 мА, как и раньше. Этот ток нагрузки должен был пройти через последовательный понижающий резистор, как это было раньше, но с новым (намного большим!) Понижающим резистором на месте напряжение на этом резисторе упало на 25.2 мА тока, проходящего через него, составят 2520 вольт! Поскольку очевидно, что у нас не так много напряжения, обеспечиваемого батареей, этого не может произойти.

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

Нерегулятор со снятым стабилитроном.

И падающий резистор 100 кОм, и сопротивление нагрузки 500 Ом включены последовательно друг с другом, что дает общее сопротивление цепи 100.5 кОм. При общем напряжении 45 В и общем сопротивлении 100,5 кОм закон Ома (I = E / R) говорит нам, что ток будет 447,76 мкА. Рассчитав падение напряжения на обоих резисторах (E = IR), мы получаем 44,776 В и 224 мВ соответственно. Если бы мы переустановили стабилитрон в этот момент, он также «увидел бы» 224 мВ на нем, параллельно сопротивлению нагрузки. Это намного ниже напряжения пробоя стабилитрона диода, поэтому он не «пробивается» и не проводит ток. Если уж на то пошло, при таком низком напряжении диод не будет проводить, даже если он будет смещен в прямом направлении! Таким образом, диод перестает регулировать напряжение.Чтобы «активировать» его, необходимо упасть минимум 12,6 вольт.

Аналитическая методика удаления стабилитрона из схемы и проверки наличия достаточного напряжения, чтобы заставить его проводить, является правильной. Тот факт, что стабилитрон включен в цепь, не гарантирует, что на нем всегда будет падать полное напряжение стабилитрона! Помните, что стабилитроны работают по принципу , ограничивая напряжение до некоторого максимального уровня; они не могут заменить из-за отсутствия напряжения.

Таким образом, любая схема стабилизации на стабилитронах будет работать до тех пор, пока сопротивление нагрузки равно некоторому минимальному значению или превышает его. Если сопротивление нагрузки слишком низкое, он будет потреблять слишком большой ток, слишком большое падение напряжения на последовательном понижающем резисторе, оставляя недостаточное напряжение на стабилитроне, чтобы заставить его проводить. Когда стабилитрон перестает проводить ток, он больше не может регулировать напряжение, и напряжение нагрузки упадет ниже точки регулирования.

Однако наша схема регулятора с понижающим резистором 100 кОм должна быть подходящей для некоторого значения сопротивления нагрузки.Чтобы найти это приемлемое значение сопротивления нагрузки, мы можем использовать таблицу для расчета сопротивления в последовательной цепи с двумя резисторами (без диода), вставив известные значения общего напряжения и сопротивления падающего резистора и рассчитав ожидаемое напряжение нагрузки 12,6 В. :

При общем напряжении 45 В и нагрузке 12,6 В должно быть 32,4 В на R _{, падающий} :

При 32,4 В на падающем резисторе и сопротивлении 100 кОм ток через него будет 324 мкА:

Поскольку цепь является последовательной, ток во всех компонентах в любой момент времени одинаков: