Схема подключения стабилитрона: Принцип работы и маркировка стабилитронов ⋆ diodov.net

Содержание

Принцип работы и маркировка стабилитронов ⋆ diodov.net

Программирование микроконтроллеров Курсы

Стабилитрон относится к одному из применяемых радиоэлектронных элементов. Каждый более-менее качественный блок питания содержит узел стабилизации напряжения, которое может изменяться при изменении сопротивления нагрузки либо при отклонении входного напряжения от номинального значения.

Стабилитрон

Стабилизация напряжения выполняется главным образом с целью обеспечения нормального режима работы остальных радиоэлементов устройства, например микросхем, транзисторов, микроконтроллеров и т.п.

Стабилитроны широко используются в маломощных блоках питания либо в отдельных его узлах, мощность которых редко превышает десятки ватт.

Главное преимущество стабилитронов – их малая стоимость и габариты, поэтому они до сих пор не могут вытисниться интегральными стабилизаторами напряжения типа LM7805 или 78L05 и т.п.

Стабилитрон очень похож на диод, поскольку его полупроводниковый кристалл помещен в аналогичный корпус.

Стабилитроны

Условное графическое обозначение стабилитрона на чертежах электрических схем также похоже на обозначение диода, только со стороны катода добавлена короткая горизонтальная черточка, направленная в сторону анода.

Обозначение стабилитрона в схеме

Принцип работы стабилитрона

Рассмотрим принцип работы стабилитрона на примере схемы его включения и вольт-амперной характеристике. Для выполнения своей основной функции стабилитрон VD соединяется последовательно с резистором Rб и вместе они подключаются к источнику входного нестабилизированного напряжения Uвх. Уже стабилизированное выходное напряжение Uвых снимается только с выводов

2, 3 VD. Поэтому нагрузка Rн подключается к соответствующим точкам 2 и 3. Как видно из схемы, VD и Rб образуют делитель напряжения. Только сопротивление стабилитрон имеет не постоянно значение и называется динамическим, поскольку зависит от величины электрического тока, протекающего через полупроводниковый прибор.

Схема включения стабилитрона

Величина напряжения Uвх, подаваемого на стабилитрон с резисторов должна быть выше на минимум на пару вольт выходного напряжения Uвых, в противном случае полупроводниковый прибор VD не откроется и не сможет выполнять свою основную функцию.

Допустим, в какой-то произвольный момент времени на выходах 1 и 3 значение Uвх начало возрастать. В схеме начнут протекать следующие процессы. С ростом напряжения согласно закону Ома начнет возрастать ток, назовем его входным током Iвх. С увеличением ток возрастет падение напряжения на резисторе Rб, а на VD она останется неизменным (это будет пояснено далее на характеристике), поэтому и Uвых останется на прежнем уровне. Следовательно, прирост входного напряжения упадет или погасится на резисторе Rб. Поэтому Rб называют гасящим или балластным.

Теперь, допустим, изменилась нагрузка, например, снизилось сопротивление Rн, соответственно возрастет и ток Iн. В этом случае снизится ток, протекающий стабилитрон Iст, а Iвх останется практически без изменений.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона аналогично ВАХ диода и имеет две ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочей для диода, а обратная ветвь характеризует работу стабилитрона, поэтому он включается в электрическую цепь в обратном направлении (катодом к плюсу, а анодом к минусу) по сравнению с диодом. Поэтому стабилитрон называю

опорным диодом, а источник питания с данным полупроводниковым элементом называют опорным источником напряжения. Такой терминологий будем пользоваться и мы.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона ВАХ

На обратной ветви вольт-амперной характеристик опорного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 отвечает минимальному значению тока стабилизации, который находится в пределах единиц миллиампер. Если ток, протекающий через стабилитрон, будет ниже точки

1, то он не сможет выполнять свои функции (не откроется). В случае превышения тока выше точки 3 опорный диод перегреется и выйдет из строя. Поэтому оптимальной точкой в большинстве случае будет точка посредине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2. Тогда при изменении тока в широких пределах (смотрите ось Y) точка 2 будет изменять свое положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, а напряжение будет изменяться незначительно (смотрите ось X).

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

Для повышения напряжения стабилизации можно последовательно соединять два и более стабилитрона. Например на нагрузке нужно получить 17 В, тогда, в случае отсутствия нужного номинала, применяют опорные диоды на 5,1 В и на 12 В.

Схема последовательного соединения стабилитронов

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно.

Схема стабилизации переменного напряжения, встречное соединение стабилитронов

В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция. За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться.

Переменное напряжение подаваемое на стабилитрон

Осциллограмма стабилизированного стабилитроном переменного напряжения

Маркировка стабилитронов

Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв (или буквы). Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В.

Маркировка стабилитронов в стеклянном корпусе

Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1N5349B. Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец – номинальное значения ток – 100 мА.

Маркировка стабилитронов

Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода.

Обозначение выводов стабилитрона анод, катод

Маркировка SMD стабилитронов

Наибольшее распространение получили опорные диоды в стеклянном корпусе и в пластмассовом корпусе с тремя выводами. Маркировка SMD стабилитрона в стеклянном корпусе состоит из цветного кольца, цвет которого обозначает параметры данного полупроводникового прибора.

SMD стабилитрон в стеклянном корпусе

Если вам встретился SMD стабилитрон с тремя выводами, то следует знать, что один вывод – это «пустышка», то есть он не задействован и применяется лишь для надежной фиксации элемента на печатной плате после пайки. Анод и катод такого экземпляра проще всего определить с помощью мультиметра.

SMD стабилитрон с тремя выводами

Мощность рассеивания стабилитрона

Мощность рассеивания стабилитрона Pст характеризует его способность не перегреваться выше определенной температуры на протяжении длительного времени. Чем выше значение Pст, тем больше тепла способен рассеять полупроводниковый прибор. Мощность рассеивания рассчитывается для самых неблагоприятных условий работы прибора, поэтому в ниже приведенную формулу подставляют максимально возможное в работе Uвх и наименьшие значения и :

Мощность рассеивания стабилитрона формула

Существует ряд стандартных номиналом по данному параметру: 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт и т.п. Чем больше Pст, тем больше габариты полупроводникового прибора.

Стабилитрон мощностью 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт

Как проверить стабилитрон

Проверить стабилитрон на предмет исправности довольно просто и быстро можно с помощью простейшего мультиметра. Для этого мультиметр следует перевести в режим «прозвонка», как правило, обозначенный знаком диода. Затем, если положительным щупом мультиметра прикоснуться анода, а отрицательным – катода, то на дисплее измерительного прибора мы увидим некоторое значение падения напряжения на pn-переходе. Поскольку к полупроводниковому прибору приложено прямое напряжение (смотрите прямую ветвь вольт-амперной характеристики), то опорный диод откроется.

Как проверить стабилитрон

Теперь, если щупы мультиметра поменять местами, тем самым приложить к выводам полупроводникового прибора обратное напряжение (смотрите обратную ветвь ВАХ), то он окажется заперт и не будет проводить ток. На дисплее измерительного прибора отобразится единица, обозначающая бесконечно высокое сопротивление.

Как проверить стабилитрон мультиметром

Если в обеих случаях мультиметр покажет единицу или будет звенеть, то стабилитрон непригоден.

Электроника для начинающих

Еще статьи по данной теме

Как работает стабилитрон и для чего он нужен?

Что такое стабилитрон, какой у него принцип действия и назначение. Основные характеристики стабилитронов и их маркировка. Условное обозначение на схеме.

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.

Содержание:

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.

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.

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.

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.


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.

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.

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.

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.

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.

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.


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.

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 транзистор-тестер
  • Как работает резистор
  • Как выпаивать радиодетали из плат
Опубликовано: 25.03.2020 Обновлено: 25.03.2020 нет комментариев

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.

  1. Чем можно заменить стабилитрон или изменить напряжение стабилизации?

Обычный кремниевый диод включенный в прямом направлении может выполнять функции стабилитрона напряжением около 0,7 В. Для увеличения напряжения диоды можно включать последовательно с такими же диодами или стабилитроном, напряжение которого нужно немного увеличить. Германиевый диод, при прямом включении, стабилизирует напряжение около 0,5 В, светодиод, в зависимости от типа 2…3,2 В.

Примеры показаны ниже на фото:

Кремниевые транзисторы в диодном включении также могут выполнять функции стабилитрона напряжением 5…6 В. Причем можно использовать последовательное подключение транзистора с диодами, нескольких транзисторов, как показано ниже:

Если есть маломощный стабилитрон на нужное напряжение, а нужен более мощный, то можно использовать такую аналогию ( где VD1 маломощный стабилитрон):

R2 – балластный резистор. Напряжение стабилизации схемы равно напряжению стабилизации стабилитрона плюс напряжение б-э транзистора (0,7В у кремниевых и 0,5В у германиевых). Максимальный ток стабилизации схемы равен току стабилитрона, умноженному на коэффициент усиления транзистора по току (h21). Используя такие схемы нельзя допускать превышения значений параметров применяемых элементов.

Если нужны высоковольтные стабилитроны на напряжения 120…180В (КС620А, КС630А, КС650А, КС680А), то можно использовать такие схемы:

Как источник стабильного тока используют германиевые диоды Д220, Д220А, Д219А которые имеют низкое дифференциальное сопротивление при обратном включении и обратном токе 0,1…10 мА. Понятно, что напряжение применяемого транзистора должно быть выше 180 В.

Материал статьи продублирован на видео:

 

Как работает стабилитрон | Характеристика стабилитрона.

Немного теории

Стабильная зарплата, стабильная жизнь, стабильное государство. Последнее не про Россию, конечно :-).  Если глянуть в толковый словарик, то можно толково разобрать, что же такое “стабильность”. На первых строчках Яндекс мне сразу выдал обозначение этого слова: стабильный – это значит постоянный, устойчивый, не изменяющийся.

Но чаще всего этот термин используется именно в электронике и электротехнике. В электронике очень важны постоянные значения какого-либо параметра. Это может быть сила тока, напряжение, частота сигнала и другие его характеристики. Отклонение сигнала от какого-либо заданного параметра может привести к неправильной работе радиоэлектронной аппаратуры и даже к ее поломке. Поэтому, в электронике очень важно, чтобы все стабильно работало и не давало сбоев.

В электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа  радиоэлектронной аппаратуры.  Если оно изменится в меньшую,  или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура  в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем.

Для того, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были изобретены различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания, они используются чтобы стабилизировать “играющее” напряжение.

Стабилитрон или диод Зенера

Самым простым стабилизатором напряжения в электронике является радиоэлемент стабилитрон. Иногда его еще называют диодом Зенера. На схемах стабилитроны обозначаются примерно так:

Вывод с “кепочкой” называется также как и у диода – катод, а другой вывод – анод.

Стабилитроны выглядят также, как и диоды. На фото ниже, слева  популярный вид современного стабилитрона, а справа один из  образцов Советского Союза

Если присмотреться поближе к советскому стабилитрону, то можно  увидеть это схематическое обозначение на нем самом, указывающее, где у него находится  катод, а где анод.

Напряжение стабилизации

Самый главный параметр стабилитрона – это конечно же, напряжение стабилизации. Что это за параметр?

Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой…

Сколько бы воды мы не лили в стакан, ее излишки будут выливаться из стакана. Думаю, это  понятно и дошкольнику.

Теперь  по аналогии с электроникой. Стакан – это стабилитрон. Уровень воды в полном до краев стакане – это и есть напряжение стабилизации стабилитрона. Представьте рядом со стаканом  большой кувшин с водой. Водой из кувшина мы как раз и будем заливать наш стакан водой, но кувшин при этом трогать не смеем. Вариант только один – лить воду из кувшина, пробив отверстие в самом кувшине. Если бы кувшин был меньше по высоте, чем стакан, то мы бы не смогли лить воду в стакан. Если объяснить языком электроники – кувшин обладает “напряжением” больше, чем “напряжение” стакана.

Так  вот, дорогие читатели,  в стакане заложен весь принцип работы стабилитрона. Какую бы струю мы на него не лили (ну конечно в пределах разумного, а то стакан унесет и разорвет), стакан всегда будет полным. Но лить надо обязательно сверху. Это значит,  напряжение, которое мы подаем на стабилитрон, должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона.

Маркировка стабилитронов

Для того, чтобы узнать напряжение стабилизации советского стабилитрона, нам понадобится справочник. Например, на фото ниже советский стабилитрон Д814В:

Ищем на него параметры в онлайн справочниках в интернете. Как вы видите, его напряжение стабилизации при комнатной температуре примерно 10 Вольт.

Как работает стабилитрон

Зарубежные стабилитроны маркируются проще. Если приглядеться, то можно увидеть незамысловатую надпись:

5V1 – это означает напряжение стабилизации данного стабилитрона составляет 5,1 Вольта.  Намного проще, не так ли?

Катод у зарубежных стабилитронов помечается в основном черной полосой

Как проверить стабилитрон

Как же проверить стабилитрон? Да также как и диод! А как проверить диод, можно посмотреть в этой статье. Давайте же проверим наш стабилитрон. Ставим мультиметр на прозвонку и цепляемся красным щупом к аноду, а черным к катоду. Мультиметр должен показать падение напряжения прямого PN-перехода.

Меняем щупы местами и видим единичку. Это значит, что наш стабилитрон в полной боевой готовности.

Ну что же, настало время опытов.  В схемах стабилитрон включается последовательно с резистором:

где Uвх – входное напряжение, Uвых.ст.  – выходное стабилизированное напряжение

Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения.  Здесь все элементарно и просто:

Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

Или словами: входное напряжение равняется сумме напряжений на стабилитроне и на резисторе.

Эта схема называется параметрический стабилизатор на одном стабилитроне. Расчет этого стабилизатора выходит за рамки данной статьи, но кому интересно, в гугл 😉

Итак, собираем схемку.  Мы взяли резистор номиналом в 1,5 Килоом и стабилитрон на напряжение стабилизации 5,1 Вольта. Слева цепляем блок питания, а справа замеряем мультиметром полученное напряжение:

Теперь внимательно следим за показаниями мультиметра и блока питания:

Так, пока все понятно, еще добавляем напряжение… Опа на! Входное напряжение у нас 5,5 Вольт, а выходное 5,13 Вольт!  Так как напряжение стабилизации стабилитрона 5,1 Вольт, то как мы видим, он прекрасно стабилизирует.

Давайте еще добавим вольты. Входное напряжение 9 Вольт, а на стабилитроне  5,17 Вольт! Изумительно!

Еще добавляем… Входное напряжение 20 Вольт,  а на выходе как ни в чем не бывало 5,2 Вольта! 0,1 Вольт  – это ну очень маленькая погрешность, ей можно даже в некоторых случаях пренебречь.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Думаю, не помешало бы рассмотреть Вольт амперную характеристику (ВАХ) стабилитрона. Выглядит она примерно как-то так:

где

Iпр – прямой ток, А

Uпр  – прямое напряжение, В

Эти два параметра в стабилитроне не используются

Uобр – обратное напряжение, В

Uст – номинальное напряжение стабилизации, В

Iст – номинальный ток стабилизации, А

Номинальный – это значит нормальный параметр, при котором  возможна долгосрочная работа радиоэлемента.

Imax – максимальный ток стабилитрона, А

Imin – минимальный ток стабилитрона, А

Iст, Imax, Iminэто  сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.

Так как стабилитрон работает именно в обратной полярности, в отличие от диода (стабилитрон подключают катодом к плюсу, а  диод катодом к минусу), то и рабочая область будет именно та, что отмечена красным прямоугольником.

рабочая область стабилитрона

Как мы видим, при каком-то напряжении Uобр  у нас график начинает падать вниз. В это время в стабилитроне происходит  такая интересная штука,  как пробой. Короче говоря,  он не может больше наращивать на себе напряжение, и в это время начинается возрастать сила тока  в стабилитроне. Самое  главное – не переборщить силу тока, больше чем Imax, иначе стабилитрону придет кердык. Самым лучшим рабочим режимом стабилитрона считается режим,  при котором сила тока через стабилитрон  находится где-то в середине между максимальным и минимальным его значением.  На графике это и будет рабочей точкой рабочего режима стабилитрона (пометил красным кружком).

Заключение

Раньше, во времена дефицитных деталей и начала расцвета электроники, стабилитрон часто использовался, как ни странно, для стабилизации выходного напряжения блока питания. В старых советских книгах по электронике можно увидеть вот такой участок цепи различных источников питания:

Слева, в красной рамке, я пометил знакомый вам участок цепи блока питания. Здесь мы получаем постоянное напряжение из переменного. Справа же, в зеленой рамке, схема стабилизации ;-).

В настоящее время трехвыводные (интегральные) стабилизаторы напряжения вытесняют стабилизаторы на стабилитронах, так как они в разы лучше стабилизируют напряжение и обладают хорошей мощностью рассеивания.стабилизатор LM7805

На Али можно взять сразу целый набор стабилитронов, начиная от 3,3 Вольт и до 30 Вольт.  Выбирайте на ваш вкус и цвет.

СТАБИЛИТРОНЫ

Современная электронная аппаратура предъявляет жёсткие требования к стабильности постоянного напряжения источника питания. Настолько жёстки эти требования, можно судить по таким цифрам. Малой стабильностью считают такую, при которой изменения выходного напряжения источника питания составляют 2-5%, средней стабильностью 0,5-2%, высокой 0,1-0,5%, очень высокой – менее 0,1%. Такие высокие показатели стабильности высокого напряжения источника питания невозможно получить без специального устройства – стабилизатора постоянного напряжения, который включается на выходе источника питания.

Следует заменить, что основными причинами, вызывающими колебания выходного напряжения источника питания, являются изменения напряжения сети и сопротивление нагрузки. Оба дестабилизирующих фактора могут быть медленными – от нескольких минут до нескольких часов и быстрыми – доли секунды. И те и другие изменения постоянного напряжения отрицательно сказываются на работе электронной аппаратуры, поэтому стабилизатор должен действовать непрерывно и автоматически.

На основании изложенного можно дать следующее определение. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменениях в заданных пределах напряжения сети и сопротивления нагрузки. Основой его служит стабилитрон – кремниевый диод, внутреннее сопротивление которого мало меняется при изменении тока. Малая зависимость падения напряжения на стабилитроне от протекающего тока является основным свойством стабилитрона. Благодаря этому свойству напряжение на стабилитроне, а значит, и нагрузка, подключенная к нему, поддерживается практически постоянным.

Рисунок 1 Вольтамперная характеристика стабилитрона

Вольтамперные характеристики нескольких, наиболее часто используемых стабилитронов, показаны на рисунке 1. При включении стабилитрона в прямом (пропускном) направлении его вольтамперная характеристика аналогична вольтамперной характеристике кремниевого диода. Но стабилитрон работает в режиме обратного напряжения. При увеличении обратного напряжения ток через стабилитрон вначале растёт очень медленно (на характеристике – горизонтальный участок ветвей), а затем, при некотором значении обратного напряжения наступает так называемый «пробой» р-n перехода, после чего даже небольшое увеличение напряжения значительно влияет на рост тока через стабилитрон (на характеристике – спадающий вниз участок ветви). У разных стабилитронов режим «пробоя» наступает при разных обратных напряжениях: у стабилитрона КС 133А, например, при 3…3,7 В, у стабилитрона Д808 – при 7…8,5 В.

В стабилизаторах напряжения стабилитроны работают в режимах соответствующих этим участкам их вольтамперных характеристик. Пробой р-n перехода не ведёт к порче стабилитрона, если ток через него не превышает допустимого значения.

Стабилизирующие свойства такого полупроводникового прибора характеризуются его дифференциальным сопротивлением, которое выражают как отношение изменения напряжения стабилизации к вызвавшему это малому изменению тока стабилизации.

Чтобы стабилизатор выполнял свою функцию, протекающий через него ток должен быть не меньше минимального тока стабилизации, т.е наименьшего тока, при котором работа стабилитрона в режиме пробоя устойчива, и не больше максимального тока стабилизации наибольшего тока, при котором температура нагрева р-n перехода стабилитрона не превышает допустимой. При выборе полупроводникового прибора для работы в стабилизаторе напряжения ориентируется по его напряжению стабилизации   – напряжению между его выводами в рабочем режиме.

Рисунок 2 Электрическая принципиальная схема простейшего параметрического стабилизатора

Практическая часть

1) Снятие вольтамперной характеристики

Рисунок 3 Электрическая принципиальная схема для снятия вольт амперной характеристики стабилитрона

Тут приведена полярность для обратной ветви характеристики, для снятия прямой ветви соответственно изменить полярность питания и подключения измерительных приборов.

Соберём схему по рисунку 3. Для снятия вольтамперной характеристики стабилитрона вначале изменяют прямое, а затем обратное напряжение, подводимое к диоду, и следят за изменениями тока в цепи. Для построения характеристики достаточно снять 5-6 показаний приборов для прямой и 8-10 показаний для обратной ветви характеристики. Особенно тщательно следует снимать характеристику на участке стабилизации, так как здесь в широком диапазоне изменения тока диода напряжение Uст меняется незначительно. Данные наблюдений записывают в таблицу I= f (U)

2) Построение вольтамперной характеристики

График вольтамперной характеристики кремниевого стабилитрона строят по результатам таблицы. Примерный вид вольтамперной характеристики показан на рисунке 4.

Рисунок 4 Примерный вид вольтамперной характеристики

Рисунок 5 Электрическая принципиальная схема для исследования параметрического стабилизатора

Схема для исследования параметрического стабилизатора показана на рисунке 5. Поочередно осуществляется подключение нагрузочных резисторов R2 или R3 с разными сопротивлениями, тем самым изменяется нагрузочный ток.

Порядок выполнения работы

  1. Подключить к схеме для исследования параметрического стабилизатора измерительную аппаратуру и источник питания. Подготовить приборы для измерения соответствующих параметров.
  2. Рассчитать по известным параметрам схемы коэффициент стабилизации напряжения Кст стабилизатора.
  3. Определить экспериментально и записать в таблицу коэффициент стабилизации напряжения при изменениях входного напряжения от 25 до 30 В для обоих нагрузочных резисторов. Для чего установить входное напряжение стабилизатора с точностью до 0,05 В. Затем увеличив входное напряжение до 30 В снова измерить входное напряжение. По результатам измерений, записанных в таблицу,  по формуле (6) определить искомый коэффициент стабилизации, сравнив с расчётами, сделанными в п.2, учитывая, что они могут отличаться на 20-30%.
  4. Определить расчётно-экспериментальным путём минимальное и максимальное сопротивление балластного резистора. Для определения сопротивление балластного резистора по формулам (4) необходимо измерить минимальное и максимальное значения нагрузочного тока, определённое при любом входном напряжении от 25 до 30 В. В качестве напряжения Uст принять значение напряжения Uн из таблицы, округляя его до 0,1 долей вольта.
  5. Определение коэффициента стабилизации.

Используемый в лабораторной работе стабилитрон Д814Б и резисторы (балластное сопротивление R1 МЛТ-2 510 Ом, нагрузочные резисторы R2 МЛТ-1 1 кОм и R3 МЛТ-0,5 3 кОм) закреплены на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Первая часть лабораторной работы состоит в снятии прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики стабилитрона

Во второй части на основе стабилитрона собирается простейший параметрический стабилизатор. 

Меняя напряжение на входе стабилизатора, можно убедиться, что напряжение на нагрузке (резистор R2 или R3) изменяться практически не будет. Аналогично переключая резисторы R2 или R3 можно удостовериться, что изменение сопротивления нагрузки также не приводит к значительным колебаниям напряжения на ней.

Здесь были использованы сокращения материала в теоретической части, полную версию работы прочитайте тут. Специально для radioskot.ru — Denev

   Форум

   Обсудить статью СТАБИЛИТРОНЫ


Принцип работы стабилитрона – параметры, характеристики, маркировка

Принцип работы стабилитрона основан на подаче на диод через резистор запирающего напряжения, величина которого больше напряжения пробоя диода. У стабилизатора высокое сопротивление, до пробоя через него идут незначительные токи утечки. Когда наступает пробой, величина протекающего тока существенно увеличивается, а сопротивление снижается. В результате напряжение поддерживается достаточно точно в широком диапазоне обратных токов.

Главной характеристикой стабилитрона является стабилизация выходного напряжения. Устройство работает в цепях постоянного тока, напряжение подается в обратной полярности: на катод – «плюс», на анод – «минус». Параметры входного напряжения могут изменяться, а на стабилитроне будет меняться только обратный ток, напряжение при нагрузке будет оставаться стабильным.

Параметры и характеристики

При разработке схем применения устройства необходимо знать:

  • напряжение стабилизации;
  • минимальные токи;
  • предельно-допустимый обратный ток.

Основной характеристикой стабилитрона является стабилизирующее напряжение – средняя величина между минимальным и максимальным значением. Также устройство характеризует минимальный ток, соответствующий минимальному значению стабилизирующего напряжения, при котором происходит обратный пробой. Если прибор используется в схеме переменного тока и ток должен проводиться в оба полупроводника, используют величину предельно допустимого прямого тока. Максимально допустимый прямой ток – это величина прямого тока, которую p-n переход (электронно-дырочный) может выдерживать длительное время, не разрушаясь от выделяемого тепла.


Маркировка

Стабилитроны имеют цветную маркировку, в которой:

  • первая полоска указывает на тип устройства;
  • вторая – тип полупроводника;
  • третья – прибор и проводимость;
  • четвертая – номер разработки;
  • пятая – модификация.

Обозначение стабилитрона может включать букву и цифру или только букву. По маркировке определяют тип устройства, дату изготовления. Для СМД обозначают тип микросхемы.

Типы устройств

  • Прецизионные – отличаются повышенной стабильностью напряжения.
  • Двухсторонние – стабилизируют и ограничивают двухполярное напряжение.
  • Быстродействующие – имеют пониженную величину барьерной емкости, отличаются коротким периодом переходного процесса. Устройства можно использовать в области кратковременных импульсов напряжений.

По распределению мощности выделяют мощные и маломощные приборы.

Как проверить стабилитрон?

Процедура проводится с помощью любого мультиметра в режиме прозвона диода либо определения величины сопротивления.

Порядок действий при проверке стабилитрона:

  • установка диапазона измерения Омов;
  • присоединение измерительных щупов к выводам радиодетали;
  • оценка показаний: мультиметр должен показать доли Ом при подключении источника питания «плюсом» к аноду;
  • замена щупов местами, изменение полярности напряжения на выводах полупроводника для получения сопротивления, близкого к бесконечности (показывает исправность прибора).

Чтобы быть уверенным в исправности устройства, нужно переключить мультиметр на диапазон измерения в килоомах и провести измерение. Если оборудование исправно, показания должны быть в пределах десятков и сотен тысяч Ом. Это означает, что прибор пропускает ток, как диод.

Как выбрать устройство?

Элементы различаются по показателю напряжения стабилизации. Для получения точного значения Uн приборы выбирают из одной партии. Подбирают изделия по параметрам. Для правильного выбора предлагается проконсультироваться с квалифицированными специалистами.



Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


Стабилитроны в стабилизаторах напряжения — РАДИОСХЕМЫ

Позвольте уважаемые предложить ещё немного полезной теории, так как практических конструкций на сайте Радиосхемы более чем достаточно. Рассмотрим стабилитроны в стабилизаторах напряжения. При смещении в прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный кремниевый диод с PN переходом, позволяя току течь от анода к катоду. Но в отличие от обычного диода, который блокирует ток при обратном смещении, при достижении определенного порога обратного напряжения стабилитрон начинает проводить ток в противоположном направлении. Пороговое напряжение для этого явления и называется напряжением стабилитрона. Давайте проанализируем несколько аспектов моделирования этих типов схем, которые используются в качестве стабилизаторов напряжения.

Когда напряжение приложенное к стабилитрону превышает пороговое значение, характерное для данного элемента, возникает в области обеднения полупроводников процесс, известный как лавинный пробой. В результате через него протекает большой ток, который ограничивает дальнейшее повышение напряжения. Во время этого процесса создаются электрические заряды в результате столкновения свободных электронов с атомами полупроводника, что, в свою очередь, приводит к выделению тепла и возможности необратимого повреждения устройства.

Но если диод изготовлен с очень тонкой и сильно легированной обедненной областью, можно генерировать обратный ток, создавая достаточно сильное электрическое поле в переходе. Этот процесс полностью обратимый и не повредит его. Точка на горизонтальной оси, от которой начинается стабилизация напряжения на стабилитроне, соответствует так называемому напряжению стабилитрона (VZ), значение которого может быть от единиц до нескольких сотен вольт. Наклон кривой проводимости и минимальное значение обратного тока, с которого запускается процесс, можно точно контролировать во время производственного процесса с допуском менее 1%, изменяя параметры легирования и изготовления.

Стабилизатор напряжения на стабилитроне

Стабилитрон обеспечивает гораздо более высокий уровень стабильности питания, чем может быть достигнут, например, с помощью одной только схемы выпрямителя и фильтрующего конденсатора. В частности, за счет соответствующего легирования полупроводников можно получить практически вертикальный наклон кривой, получая стабилизированное напряжение с незначительной и постоянной пульсацией, которая не изменяется при изменении входного напряжения.

Далее показана схема простейшего стабилизатора напряжения, основанного на стабилитроне. Использовался стабилитрон с VZ = 12 В, а значение последовательного резистора R можно определить по формуле, как показано на рисунке, где Vi — входное напряжение, Vo — стабилизированное выходное напряжение (в данном случае 12 В), а IL — ток, потребляемый нагрузкой.

Без нагрузки (IL = 0) весь ток из схемы будет проходить через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает его до максимальной своей мощности. Следовательно необходимо тщательно выбирать значение последовательного сопротивления, чтобы не превышать максимальную мощность, которую стабилитрон может рассеять когда к нему не подключена нагрузка. Эта схема способна генерировать ток не более десятков миллиампер, она часто используется для смещения базы транзистора или в качестве входа в операционный усилитель, тем самым получая более высокий выходной ток от стабилизатора.

На схеме показан стабилизатор на шунтирующем транзисторе, способный увеличивать мощность, подаваемую на нагрузку. Выходное напряжение VO определяется формулой: VO = VZ + VBE.

Стандартные напряжения стабилитронов

В продаже представлены стабилитроны с характеристическим напряжением от чуть более 1 В до нескольких сотен вольт. Для каждого значения напряжения обычно доступно одно или несколько значений мощности в диапазоне от чуть менее 0,5 Вт до более 5 Вт. Среди наиболее распространенных семейств стабилитронов — серия маломощных BZX55 с напряжением VZ от 2,4 В до 75 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 500 мВт. Семейство силовых стабилитронов BZX85 также широко используется с напряжением VZ от 2,7 до 100 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 1300 мВт. Про отечественные Д814 и Д815 говорить смысла нет, так как они уже сошли с радиолюбительской сцены.

Регулятор напряжения со стабилитроном

А это показан простейший пример стабилизатора со стабилитроном. Транзистор подключен как повторитель напряжения, а выходное напряжение примерно на 0,7 В ниже напряжения стабилитрона. Резистор R должен быть выбран таким образом, чтобы стабилитрон всегда был правильно смещен, а базовый ток Q1 был достаточным для перевода его в проводящее состояние. Чтобы ток на стабилитроне не упал до значения, не позволяющего проявиться свойствам стабилитрона, маломощный транзистор 2N2222 можно заменить транзистором Дарлингтона.

Что такое стабилизатор напряжения? Это усилитель постоянного тока с низким выходным сопротивлением, усиливающий опорное напряжение.

Стабилитрон это опорное напряжение, а эмиттерный повторитель является усилителем постоянного тока с коэффициентом усиления меньше 1. Обычно тут применяют транзисторы, но можем добиться большего используя операционный усилитель в качестве усилителя постоянного тока. Так получим намного лучшие параметры стабилизатора.

Это схема — повторитель — с очень точным коэффициентом усиления 1. Вход неинвертирующий не потребляет ток, поэтому он не влияет на значение тока стабилитрона.

Можно конечно при необходимости сделать усилитель с коэффициентом усиления больше 1. Далее показана схема с коэффициентом усиления 3. Коэффициент
усиления определяется по формуле:

ku = R1 + R2 / R2

Тут Ku = 3. Таким образом, выходное напряжение равно + Uz x 3. Изменяя номиналы резисторов, можем изменить коэффициент усиления и можем установить желаемое выходное напряжение. Номиналы резисторов не являются критичными, они могут быть в диапазоне от 1k до 100k, потому что инвертирующий вход тоже не потребляет ток.

Стабилитрон

Работа с принципиальной схемой и приложениями

Диод является одним из основных компонентов электронных схем. Если вы хотите знать о напряжениях, вы должны знать о диодах. Диод в основном состоит из полупроводников, которые имеют две характеристики: тип «P» и тип «N». Полупроводники типа «P» и «N» представляют собой полупроводники положительного и отрицательного типа. Полупроводник типа «P» будет иметь избыточное количество дырок в конфигурации, а полупроводник типа «N» будет иметь избыточное количество электронов.Если в монокристалле присутствуют оба типа характеристик, то его можно назвать диодом. Положительная клемма батареи соединяется со стороной «P», а отрицательная сторона — со стороной «N». Давайте обсудим, как работает стабилитрон. Это не что иное, как простой диод, подключенный в обратном направлении.

Zener Diode Zener Diode Стабилитрон

Стабилитрон

В основном это особые свойства диода, а не какого-либо специального оборудования. Человек по имени Клиренс Зинер изобрел это свойство диода, поэтому он назван в его честь как память.Особое свойство диода состоит в том, что в цепи произойдет пробой, если напряжение приложено к цепи с обратным смещением. Это не позволяет току течь по нему. Когда напряжение на диоде увеличивается, температура также увеличивается, и ионы кристалла колеблются с большей амплитудой, и все это приводит к пробою обедненного слоя. Слой на стыке типа «П» и типа «N». Когда приложенное напряжение превышает определенную величину, происходит пробой Зенера.


Zener Diode V-I Characteristics Zener Diode V-I Characteristics Стабилитрон V-I Характеристики

Стабилитрон — это не что иное, как один диод, подключенный в режиме обратного смещения, и стабилитрон может быть подключен с положительным обратным смещением в цепи, как показано на рисунке. Мы можем подключать его для различных приложений.

Условное обозначение цепи стабилитрона такое, как показано на рисунке. Для удобства используется нормально. Обсуждая диодные схемы, следует обратить внимание на графическое представление работы стабилитрона.Это называется ВАХ обычного диода с p — n переходом.

Zener Diode connection Zener Diode connection Подключение стабилитрона

Характеристики стабилитрона

На приведенной выше диаграмме показаны характеристики V-I поведения стабилитрона. Когда диод подключен в прямом смещении, диод работает как обычный диод. Когда напряжение обратного смещения больше заданного напряжения, возникает напряжение пробоя стабилитрона. Для получения напряжения пробоя контролируется резкое и отчетливое легирование и устраняются дефекты поверхности.В приведенных выше характеристиках V-I Vz — это напряжение стабилитрона. А также напряжение на коленях, потому что в этот момент ток очень быстрый.

Zener Diode behaviour Zener Diode behaviour Поведение стабилитрона

Применение стабилитрона

Стабилитрон широко используется в качестве шунтирующего стабилизатора или регулятора напряжения. Изучив первую часть статьи, мы знаем, что такое стабилитрон и каков основной принцип работы. Здесь возникает вопрос, где могут быть полезны диоды этого типа.Основное применение этого типа диодов в качестве защитного напряжения regulator.Over напряжения, в качестве опорного напряжения.

Zener Diode checking Zener Diode checking Проверка диода Зенера

Мы обсудили применение стабилитрона в качестве стабилизатора напряжения, а теперь обсудим два других момента.

Защита от перенапряжения осуществляется с помощью стабилитронов, поскольку через диод проходит ток после того, как напряжение обратного смещения превышает определенное значение. Эта схема обеспечивает безопасность оборудования, подключенного к клеммам.Обычно ток не должен превышать нормального клапана, но если из-за какой-либо неисправности в цепи ток превышает максимально допустимое напряжение, то оборудование системы может быть повреждено. Используется SCR, благодаря которому выходное напряжение быстро снижается и перегорает предохранитель, который отключает питание входного источника. Схемное показан ниже для лучшего понимания,

Zener Diode connection Zener Diode connection стабилитрон соединение

опорного напряжения определяет постоянную подачу тока или напряжения питания в качестве работ напряжения Зенера.Если подача тока такая же, то во избежание нестабильной работы мы используем стабилитроны. Они используются там, где опорное напряжение требуется, как амперметры, омметры и вольтметры.

Стабилитрон как регулятор напряжения

Термин «регулятор» означает то, что регулирует. Стабилитрон может работать как регулятор напряжения, если он включен в схему. Выходной сигнал на диоде будет постоянным. Он приводится в действие источником тока. Как мы знаем, если напряжение на диоде превышает определенное значение, он потребляет чрезмерный ток от источника питания.Базовая схема стабилитрона в качестве регулятора напряжения приведена ниже:

Чтобы зафиксировать ток, проходящий через стабилитрон, вводится последовательное сопротивление R, значение которого может быть выбрано из следующего уравнения

Величина резистора (Ом) = (V1 — V2) / (Ток стабилитрона + ток нагрузки)

На приведенной выше диаграмме показан шунтирующий стабилизатор, поскольку регулирующий элемент параллелен нагрузочному элементу. Диод Зенера производит стабильное опорное напряжение на нагрузке, которая удовлетворяет критериям требования регулятора.

Стабилитрон позволяет току течь в прямом направлении так же, как идеальный диод. Он также позволяет течь в обратном направлении, когда напряжение выше определенного значения, известного как напряжение пробоя.

Это устройство названо в честь Зенера. Зинер обнаружил это электрическое свойство. Стабилитрон — это диод, в котором обратный пробой происходит из-за квантового туннелирования электронов под действием высокого электрического поля, называемого эффектом Зенера. Многие диоды, описываемые как стабилитроны, вместо этого полагаются на лавинный пробой.Оба типа используются с преобладанием эффекта Зенера при напряжении 5,6 В и лавинным пробоем выше. Обычные приложения включают в себя обеспечение опорного напряжения для регуляторов напряжения. Это необходимо для защиты устройств от кратковременных импульсов напряжения.

Zener Diode Connectivity Zener Diode Connectivity Связь с стабилитроном

Эти устройства также встречаются последовательно с базовым эмиттерным переходом. На транзисторных каскадах, когда выборочный выбор устройства сосредоточен вокруг лавины или точки Зенера. Его можно использовать для введения компенсирующего температурного коэффициента балансировки транзистора.Усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе обратной связи регулируемой цепи питания, является одним из примеров.

Они также используются в устройствах защиты от перенапряжения для ограничения систем с импульсными скачками напряжения, а еще одно применение стабилитрона — использование шума, вызванного его лавинным пробоем в генераторе случайных чисел. Не могли бы вы рассказать мне еще о некоторых применениях стабилитрона? Комментируя….

Фото:

.

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 стабилитронам / эталонным диодам 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.

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 высокого уровня 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.

Маркировка стабилитронов, символы и контуры упаковки

Чтобы отличить стабилитрон или эталонный диод от других форм диодов в пределах принципиальной схемы, символ цепи стабилитрона помещает две метки на конце полосы: одна направлена ​​вверх, а другая — в нижнее направление, 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 последовательную серию номеров диодов в системе или добавить суффикс к номеру базового типа для обозначения напряжения.

Один из методов нумерации стабилитронов 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 упадет на 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.

Стабилитрон 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».. .

.

Принципы работы диода Зенера и его различные применения

Стабилитроны — это обычные диоды с PN переходом, работающие в состоянии обратного смещения. Стабилитрон работает так же, как диод с PN переходом в прямом смещении, но уникальность заключается в том, что он также может проводить, когда он включен в обратном смещении выше его порогового / пробивного напряжения. Это одни из основных типов часто используемых диодов, помимо обычных диодов.

Zener Diode Working Zener Diode Working Рабочий стабилитрон

Полупроводниковый диод в состоянии обратного смещения

Если вы помните, простой диод с PN-переходом образован комбинацией полупроводникового материала p-типа и полупроводникового материала n-типа.Когда одна сторона полупроводникового кристалла легирована донорными примесями, а другая сторона — акцепторными примесями, образуется PN переход.


Несмещенный полупроводниковый диод

В нормальных условиях дырки со стороны p имеют тенденцию диффундировать в область низкой концентрации, и то же самое происходит с электронами с n-стороны.

Таким образом, дырки диффундируют в n-сторону, а электроны диффундируют в p-сторону. Это приводит к накоплению зарядов вокруг перехода, образуя область истощения.

Unbiased semiconductor diode Unbiased semiconductor diode Несмещенный полупроводниковый диод

Электрическая полярность или электрический диполь формируется поперек перехода, вызывая поток потока с верхней стороны стороны n. Это приводит к изменению напряженности отрицательного электрического поля, создавая электрический потенциал на переходе. Этот электрический потенциал фактически является пороговым напряжением диода и составляет около 0,6 В для кремния и 0,2 В для германия. Это действует как потенциальный барьер для потока основных носителей заряда, и устройство не проводит ток.

Теперь, когда нормальный диод смещен таким образом, что отрицательное напряжение подается на сторону n, а положительное — на сторону p, говорят, что диод находится в состоянии прямого смещения. Это приложенное напряжение имеет тенденцию уменьшать потенциальный барьер после выхода за пределы порогового напряжения.

В этот момент и позже основные носители пересекают потенциальный барьер, и устройство начинает проводить ток через него.

Когда диод смещен в обратном направлении к вышеуказанному, приложенное напряжение таково, что оно увеличивает потенциальный барьер и препятствует прохождению основных носителей.Однако он допускает поток неосновных носителей (дырок в n-типе и электроны в p-типе). По мере увеличения этого обратного напряжения смещения обратный ток имеет тенденцию постепенно увеличиваться.

В определенный момент это напряжение таково, что оно вызывает пробой обедненной области, вызывая значительное увеличение тока. Здесь в игру вступает стабилитрон.

Принцип работы стабилитрона

Как указано выше, основной принцип работы стабилитрона заключается в причине выхода из строя диода в состоянии обратного смещения.Обычно бывает два типа поломки — стабилитрон и лавина.

Principle behind zener diode working Principle behind zener diode working Принцип работы стабилитрона

Пробой стабилитрона

Этот тип пробоя возникает при обратном напряжении смещения от 2 до 8 В. Даже при таком низком напряжении напряженность электрического поля достаточно велика, чтобы воздействовать на валентные электроны атома так, что они отделены от ядер. Это приводит к образованию подвижных электронно-дырочных пар, увеличивая ток через устройство.7 В / м.

Этот тип пробоя обычно возникает в высоколегированных диодах с низким напряжением пробоя и большим электрическим полем. При повышении температуры валентные электроны получают больше энергии для разрыва ковалентной связи, и требуется меньшее количество внешнего напряжения. Таким образом, напряжение пробоя стабилитрона уменьшается с температурой.

Лавинный пробой

Этот тип пробоя возникает при напряжении обратного смещения выше 8В и выше. Это происходит для слаболегированных диодов с большим напряжением пробоя.Когда неосновные носители заряда (электроны) протекают через устройство, они имеют тенденцию сталкиваться с электронами в ковалентной связи и вызывать ее разрушение. По мере увеличения напряжения кинетическая энергия (скорость) электронов также увеличивается, и ковалентные связи легче разрываются, вызывая увеличение электронно-дырочных пар. Напряжение лавинного пробоя увеличивается с температурой.

3 стабилитрон приложение

1. стабилитрон в качестве напряжения

в цепи постоянного тока, диод Зенера может быть использован в качестве регулятора напряжения или для обеспечения опорного напряжения.Основное применение стабилитрона заключается в том, что напряжение на стабилитроне остается постоянным для большего изменения тока. Это дает возможность использовать стабилитрон в качестве устройства постоянного напряжения или регулятора напряжения.

В любой схеме источника питания регулятор используется для обеспечения постоянного выходного напряжения (нагрузки) независимо от изменения входного напряжения или изменения тока нагрузки. Изменение входного напряжения называется линейным регулированием, а изменение тока нагрузки — регулированием нагрузки.

Zener Diode as voltage regulator Zener Diode as voltage regulator Стабилитрон в качестве регулятора напряжения

Для простой схемы, использующей стабилитрон в качестве стабилизатора, требуется резистор низкого значения, подключенный последовательно с источником входного напряжения. Низкое значение требуется для обеспечения максимального прохождения тока через диод, подключенный параллельно. Однако единственным ограничением является то, что ток через стабилитрон не должен быть меньше минимального тока стабилитрона. Проще говоря, для минимального входного напряжения и максимального тока нагрузки ток стабилитрона всегда должен быть I zmin.

При разработке регулятора напряжения с использованием стабилитрона последний выбирается с учетом его максимальной мощности. Другими словами, максимальный ток через устройство должен быть: —

I max = мощность / напряжение стабилитрона

Поскольку входное напряжение и требуемое выходное напряжение известны, проще выбрать стабилитрон с напряжением примерно равно напряжению нагрузки, т.е. Vz ~ = V o .

Значение последовательного резистора выбрано равным

R = (В в — В z ) / (I zmin + I L ), где I L = напряжение нагрузки / нагрузка сопротивление.

Обратите внимание, что для напряжений нагрузки до 8 В можно использовать один стабилитрон. Однако для напряжений нагрузки выше 8 В, требующих напряжения стабилитрона более высокого значения, рекомендуется использовать диод с прямым смещением последовательно с диодом Зенера. Это связано с тем, что стабилитрон при более высоком напряжении работает по принципу лавинного пробоя, имея положительный температурный коэффициент.

Следовательно, для компенсации используется диод с отрицательным температурным коэффициентом. Конечно, в наши дни используются практические стабилитроны с температурной компенсацией.

2. стабилитрон в качестве опорного напряжения

Zener diode as voltage reference Zener diode as voltage reference стабилитрон в качестве опорного напряжения

В источниках питания и многих других схем, диод Зенера находит свое применение в качестве поставщика постоянного напряжения или опорного напряжения. Единственное условие — входное напряжение должно быть больше напряжения стабилитрона, а резистор последовательного соединения должен иметь минимальное значение, чтобы через устройство протекал максимальный ток.

3. Стабилитрон в качестве фиксатора напряжения

В цепи с входным источником переменного тока, отличной от обычной схемы ограничения PN-диода, также можно использовать стабилитрон.Диод можно использовать для ограничения пика выходного напряжения напряжением Зенера на одной стороне и примерно до 0 В на другой стороне синусоидальной формы волны.

zener diode as voltage clamper zener diode as voltage clamper стабилитрон в качестве ограничителя напряжения

В приведенной выше схеме во время положительного полупериода, когда входное напряжение таково, что стабилитрон имеет обратное смещение, выходное напряжение остается постоянным в течение определенного времени, пока напряжение не начнет уменьшаться.

Теперь во время отрицательного полупериода стабилитрон находится в прямом смещенном соединении.Когда отрицательное напряжение увеличивается до порогового напряжения пересылки, диод начинает проводить, а отрицательная сторона выходного напряжения ограничивается пороговым напряжением.

Обратите внимание, что для получения выходного напряжения только в положительном диапазоне используйте два последовательно смещенных стабилитрона.

Рабочие приложения стабилитрона

С ростом популярности смартфонов в наши дни отдается предпочтение проектам на базе Android. Эти проекты предполагают использование устройств на базе технологии Bluetooth.Для работы этих Bluetooth-устройств требуется напряжение около 3 В. В таких случаях, диод Зенера используется для обеспечения ссылки 3V к устройству Bluetooth.

Working application of zener diode involving a Bluetooth device Working application of zener diode involving a Bluetooth device Рабочее применение стабилитрона с использованием устройства Bluetooth

Другое применение включает использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения. Здесь переменное напряжение выпрямляется диодом D1 и фильтруется конденсатором. Это фильтруется напряжение постоянного тока регулируется с помощью диода, чтобы обеспечить постоянное опорное напряжение 15В. Это регулируемое постоянное напряжение используется для управления схемой управления, используемой для управления переключением света, как в автоматизированной системе управления освещением.

Zener diode voltage regulation application Zener diode voltage regulation application Приложение для регулирования напряжения стабилитрона

Мы надеемся, что смогли предоставить точную, но важную информацию о работе стабилитрона и его применении. Вот простой вопрос для читателей — почему в стабилизированных источниках питания постоянного тока микросхемы регуляторов предпочтительнее стабилитронов?

Дайте свои ответы и, конечно же, свои отзывы в разделе комментариев ниже.

Фото

.

диодов — learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 57

Введение

После того, как вы перейдете от простых пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пора перейти в чудесный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.

В этом уроке мы рассмотрим:

  • Что такое диод !?
  • Теория работы диодов
  • Важные свойства диода
  • Диоды разные
  • Как выглядят диоды
  • Типичные применения диодов

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем переходить к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (по крайней мере, бегло просмотреть) следующие:

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения целостности цепи, напряжения, сопротивления и тока.

Хотите изучить различные диоды?

Идеальные диоды

Ключевая функция диода ideal заключается в управлении направлением потока тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, заблокирован. Они похожи на односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь *, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.В такой ситуации говорят, что диод от или с обратным смещением .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале * диод будет действовать как короткое замыкание (0 В на нем), если он проводит ток. Когда диод проводит ток, он смещен в прямом направлении (жаргон электроники означает «включено»).

Соотношение тока и напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение дает нулевой ток — разрыв цепи.Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

Характеристики идеального диода
Режим работы Вкл. (Смещение в прямом направлении) Выкл. (Смещение в обратном направлении)
Проходной ток I> 0 I = 0
Поперечное напряжение В = 0 В
Диод выглядит как Короткое замыкание Обрыв цепи

Обозначение цепи

Каждый диод имеет две клеммы, — соединения на каждом конце компонента — и эти клеммы поляризованы , что означает, что эти две клеммы совершенно разные.Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, в каком направлении протекает ток через диод, попробуйте вспомнить мнемоническое обозначение ACID : «анодный ток в диоде» (также анодный катод — это диод ).

Обозначение цепи стандартного диода представляет собой треугольник, соприкасающийся с линией.Как мы расскажем позже в этом руководстве, существует множество типов диодов, но обычно их обозначение схемы будет выглядеть примерно так:

Вывод, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником / стрелкой, но не может идти в обратном направлении.

Выше приведены несколько простых примеров схем диодов. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и позволяет току течь по цепи. По сути это похоже на короткое замыкание.Справа диод D2 имеет обратное смещение. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

* Внимание! Звездочка! Не совсем так … К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, у них просто есть несколько характеристик, которые заставляют их работать немного хуже, чем наша идеальная модель …


Реальные характеристики диода

В идеале , диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет вперед.К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды действительно потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Взаимосвязь тока и напряжения

Наиболее важной характеристикой диода является его вольт-амперная зависимость ( i-v ). Это определяет, какой ток проходит через компонент, учитывая, какое напряжение на нем измеряется.Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v … Закон Ома. Кривая i-v диода, однако, полностью не является линейной для . Выглядит это примерно так:

Отношение тока к напряжению диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, масштабы как в положительной, так и в отрицательной половине не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одном из трех регионов:

  1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод включен, и ток может проходить через него.Напряжение должно быть больше, чем прямое напряжение (V F ), чтобы ток был значительным.
  2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, когда напряжение меньше V F , но больше -V BR . В этом режиме протекание тока (в основном) заблокировано, а диод выключен. очень небольшой ток (порядка нА), называемый обратным током насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
  3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

прямое напряжение

Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диод требует приложения определенного количества положительного напряжения. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (V F ).Его также можно назвать либо , , либо , .

Как мы знаем из кривой i-v , сквозной ток и напряжение на диоде взаимосвязаны. Больший ток означает большее напряжение, меньшее напряжение означает меньший ток. Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод полностью проводящий, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.

Мультиметр с диодной настройкой можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

Конкретный диод V F зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Обычно кремниевый диод имеет напряжение V F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо больший V F , в то время как диоды Шоттки разработаны специально, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если к диоду приложить достаточно большое отрицательное напряжение, он поддается и позволяет току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства нормальных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.

Для нормальных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 В до -100 В или даже более отрицательное.

Таблицы данных диодов

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

Таблица данных может даже представить вам очень знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода. Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v .Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

Эта таблица указывает на еще одну важную характеристику диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должен быть указан максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится, …).

Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов — 1 А или более — другие, такие как малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут подходить только для тока около 200 мА.


Этот 1N4148 — лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.

Типы диодов

Нормальные диоды

Сигнальные диоды

Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный ток.Типичный пример сигнального диода — 1N4148.

Очень общего назначения, он имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Слабосигнальный диод, 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который отмечает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод — стандартный диод с гораздо более высоким максимальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения.1N4001 — это пример силового диода.

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также выпускаются для поверхностного монтажа. Вы заметите, что у каждого диода есть способ (независимо от того, насколько он крошечный или плохо различимый), чтобы указать, какой из двух контактов является катодом.

Светодиоды (светодиоды!)

Самым ярким членом семейства диодов должен быть светодиод (LED).Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Несколько сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для их включения. Рейтинг светодиода V F обычно выше, чем у обычного диода (1.2 ~ 3 В), и это зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а для сверхяркого красного светодиода такого же размера — всего 2,2 В.

Очевидно, вы чаще всего найдете светодиоды в осветительных приборах. Они веселые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например, инфракрасные светодиоды, которые являются основой большинства пультов дистанционного управления.Другое распространенное использование светодиодов — оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание, как схематический символ диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, выходящих из символа.

Диоды Шоттки

Другой очень распространенный диод — диод Шоттки.

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1 А 40 В равен…

. 1

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к значительно меньшему на прямому падению напряжения , которое обычно находится между 0.15В и 0,45В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

Диоды Шоттки

особенно полезны для ограничения потерь, когда каждый последний бит напряжения должен быть сброшен. Они достаточно уникальны, чтобы получить собственное обозначение схемы с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

Стабилитроны

— это странный изгоем из семейства диодов. Обычно они используются, чтобы намеренно проводить обратный ток .

Стабилитрон — 5.1 В 1 Вт

Распродано COM-10301

Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных applications.These диодов …

Стабилитрон

спроектирован так, чтобы иметь очень точное напряжение пробоя, называемое стабилитроном или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает достаточный ток в обратном направлении, падение напряжения на нем будет стабильным на уровне напряжения пробоя.

Воспользовавшись их пробивной собственности, стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения точно по напряжению стабилитрона. Их можно использовать в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, которые потребляют значительный ток.

Стабилитроны

достаточно особенные, чтобы иметь собственное обозначение схемы с волнистыми концами на катодной линии. Символ может даже обозначать, что такое напряжение стабилитрона диода.Вот 3.3V стабилитрон действует, чтобы создать прочную ссылку 3.3V напряжения:

Фотодиоды

Фотодиоды — это специально сконструированные диоды, которые захватывают энергию фотонов света (см. Физика, квантовая) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Фотодиод BPW34 (не четверть, да еще мелочь). Поместите его на солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии !.

Солнечные элементы — главный спонсор фотодиодной технологии.Но эти диоды также могут использоваться для обнаружения света или даже для оптической связи.


Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют огромное применение. Вы найдете диод того или иного типа практически в каждой цепи. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель — это схема, преобразующая переменный ток (AC) в постоянный (DC).Это преобразование критично для всякой бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из розеток вашего дома, но именно постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется — быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями — но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Итак, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Похоже на работу для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель может быть изготовлен всего из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, посылается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Формы входного (красный / левый) и выходного (синий / правый) сигналов напряжения после прохождения через схему полуволнового выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования этих отрицательных горбов в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходного сигнала, которую она создает (синий / правый).

Эти цепи являются критическим компонентом источников питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока сетевой розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. Д. Если вы разорвали стенной бородавку, вы, скорее всего, увидели бы там несколько диодов, которые ее исправили.

Можете ли вы заметить четыре диода, образующие мостовой выпрямитель в этой бородавке?

Защита от обратного тока

Вы когда-нибудь вставляли батарею неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, то диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, включенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает только положительное напряжение в вашу цепь.

Этот диод полезен, когда разъем источника питания не поляризован, что позволяет легко испортить и случайно подключить отрицательный источник питания к положительному полюсу входной цепи.

Недостатком диода обратной защиты является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диоды Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические ворота

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические вентили, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный логический элемент ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также находится в этом узле. Когда один из входов (или оба) являются логической 1 (высокий / 5 В), выход также становится логической 1.Когда оба входа имеют логический 0 (низкий / 0 В), на выходе через резистор подается низкий уровень.

Логический элемент И построен аналогичным образом. Аноды и обоих диодов соединены вместе, где и расположен выход схемы. Оба входа должны иметь логическую единицу, заставляя ток течь по направлению к выходному выводу и также подтягивать его к высокому уровню. Если на одном из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических вентилей можно добавить больше входов, добавив только один диод.

Обратные диоды и подавление скачков напряжения

Диоды

очень часто используются для ограничения потенциального повреждения от неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходных напряжений (TVS) — это специальные диоды, вроде стабилитронов с низким пробивным напряжением (часто около 20 В), но с очень большой номинальной мощностью (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

Обратные диоды

выполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, в частности, вызванных индуктивным компонентом, таким как двигатель.Когда ток через катушку индуктивности внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, помещенный на индуктивную нагрузку, даст этому отрицательному сигналу напряжения безопасный путь к Discha

.

Вам может понравится

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о