Стабилитрон, это диод, имеющий пороговое значение напряжения обратного смещения, при котором происходит обратимый пробой p-n перехода. Что это значит? При прямом включении стабилитрон работает как обычный диод, т.е. открывается, проводя электрический ток. При обратном включении до определённого значения напряжения стабилитрон заперт, как обычный диод, а при достижении и превышении этого порогового значения в некоторых пределах происходит обратимый пробой p-n перехода, через стабилитрон начинает протекать ток, сильно зависящий от величины превышения напряжения пробоя. Если последовательно стабилитрону подключить резистор, то на нём при протекании тока будет падать часть приложенного напряжения, а напряжение на стабилитроне будет находиться практически на одном уровне. В таком режиме работы стабилитрон как бы пытается удержать напряжение на своём переходе в определённом узком диапазоне, стабилизировать его, от чего и получил своё название. Последовательный резистор принимает на себя часть избыточного напряжения, снижая ток стабилитрона и позволяя использовать его при более широких колебаниях напряжения. Называется он балластным сопротивлением. Вольтамперную характеристику стабилитрона можно условно разбить на два участка – характеристика прямого и обратного включения. Характеристика прямого включения стабилитрона идентична характеристике прямого включения выпрямительного диода. Рассмотрим характеристику обратного включения (рисунок), которая для стабилитрона является рабочей. При обратном напряжении на стабилитроне не достигшим значения напряжения стабилизации Uст.мин., он ведёт себя как обычный выпрямительный диод, через него протекает незначительный ток, обусловленный токами утечки через p-n переход. Как только обратное напряжение достигает значения минимального напряжения стабилизации Uст.мин., происходит лавинный пробой p-n перехода, и стабилитрон начинает проводить ток в обратном направлении. В некоторых пределах, от минимального тока стабилизации Iст.мин. до предельно допустимого значения обратного тока IПДО, на p-n переходе выделяется некоторое количества тепла, отводимое через корпус стабилитрона. Отвод тепла не позволяет p-n переходу перегреться, что предотвращает его термическое разрушение. Как только величина напряжения на стабилитроне снижается до значений меньше минимального напряжения стабилизации, лавинная проводимость прекращается, p-n переход восстанавливается и прекращает проводить электрический ток, за исключением тока утечки. На этом участке характеристики напряжение стабилизации может варьироваться от некоторого минимального до максимального значений: Uст.мин – Uст.макс.. Если обратный ток стабилитрона превысит значение предельно допустимого, отвод выделяемого тепла на p-n переходе может оказаться не достаточным, при этом переход «спекается», лавинный пробой становится необратимым, стабилитрон выходит из строя. При проверке такого стабилитрона мульметром может наблюдаться как обрыв цепи стабилитрона, так и короткое замыкание. Для расчета параметров схем с применением стабилитронов требуется знать три основных его параметра: Напряжение стабилизации, минимальный ток стабилизации и предельно-допустимый обратный ток. В некоторых случаях может потребоваться величина предельно допустимого прямого тока стабилитрона, если он используется в цепи переменного напряжения и должен проводить ток в оба полупериода. Напряжение стабилизации, это усреднённое значение между минимальным и максимальным напряжениями стабилизации. В справочниках приводится как основной параметр. Дополнительно может указываться погрешность этого напряжения, а также минимальное и максимальное значение напряжения стабилизации. Минимальным током стабилизации является значение тока, при котором начинается обратимый лавинный пробой p-n перехода. Это значение тока соответствует минимальному напряжению стабилизации. Это максимальное значение обратного тока, при котором p-n переход может быть подвержен длительное время обратимому пробою, без термического разрушения и изменения параметров стабилизации. Максимальное значение прямого тока стабилитрона, которое длительное время может выдержать его p-n переход без термического разрушения и ухудшения параметров проводимости. Стабилитроны используются в различных схемах. Наиболее часто они используются в схемах стабилизации напряжения, в схемах сравнения в качестве источника эталонного напряжения. volt-info.ru Любой электронной схеме требуется стабилизированное напряжение, необходимое для питания входящих в её состав активных элементов (транзисторов, микросхем и т. п.). Несмотря на большое разнообразие видов линейных источников в основе всех их лежит классический параметрический стабилизатор напряжения (смотрите рис. ниже). Упрощённая схема При построении большинства таких устройств используется нелинейный полупроводниковый элемент – диод, называемый в этом случае стабилитроном. Классический стабилизатор на стабилитроне относится к простейшему виду устройств данного класса и является самым дешёвым и лёгким в исполнении. Своеобразная «расплата» за эту простоту – невысокий стабилизирующий эффект, сильно зависящий от величины нагрузки и наблюдаемый в очень узком диапазоне. Входящий в состав стабилизатора напряжения полупроводниковый элемент (стабилитрон) представляет собой выпрямительный диод, включенный в обратном направлении. Благодаря этому, рабочая точка элемента может быть установлена на нелинейном участке вольтамперной характеристики (ВАХ) с резко уходящей вниз ветвью. Дополнительная информация. Её точное положение задаётся величиной балластного резистора Rо (смотрите схему выше). С примером типовой вольтамперной характеристики стабилитрона можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке. ВАХ стабилитрона Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне (ПСН) неразрывно связан с видом обратной ветви характеристики стабилитрона, имеющей следующие особенности: Обратите внимание! Именно из-за возможности выставления фиксированных параметров в этой схеме она получила своё название – параметрическая. Суть работы стабилизатора напряжения удобнее всего пояснить на примере диода, включённого в цепь постоянного тока. Когда напряжение на нём имеет прямую полярность (плюс подключён к аноду, а минус – к катоду), полупроводниковый переход смещён в проводящем направлении и пропускает ток. При обратном порядке подачи полярности n-p переход закрыт и поэтому тока практически не проводит. Но если продолжать увеличивать обратное напряжение между электродами, то в соответствии с его ВАХ можно достичь точки, в которой диод вновь начинает пропускать поток электронов (но уже в другую сторону за счёт пробоя перехода). Важно! Полупроводниковый элемент в этом случае работает в режиме обратных напряжений, значительно превышающих по величине прямое падение на нём (0,5-0,7 Вольта). Обратный ток в данной ситуации может считаться рабочим параметром, изменяющимся в пределах регулировки напряжения, а сам диод, работающий в режиме обратного включения, носит название стабилитрона. При изучении функционирования параметрического стабилизатора напряжения особое значение придаётся техническим характеристикам самого регулирующего прибора. К ним следует отнести: Последний параметр определяется как отношение приращения напряжения ΔUCT к вызвавшему его изменению стабилизирующего тока ΔICT. Относительно первых двух параметров следует заметить, что для разных образцов полупроводниковых диодов они могут сильно различаться по своей величине (в зависимости от мощности прибора). Напряжение стабилизации для большинства современных стабилитронов варьируется в диапазоне от 0,7 до 200 Вольт. Допустимая мощность рассеяния определяется уже перечисленными ранее параметрами и также сильно зависит от типа элемента. Это же можно сказать и о дифференциальном сопротивлении, в определённой мере влияющем на эффективность процесса стабилизации. Полное схемное представление стабилизатора параметрического типа, в котором стабилитрон выполняет функцию опорного элемента, приводится на размещённом ниже рисунке. Рабочая схема стабилизатора Эту схему можно рассматривать как делитель напряжения, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD с подключённой в параллель нагрузкой RН. При изменениях входного потенциала соответственно будет меняться и ток через стабилитрон; при этом величина напряжения на нём (а значит и на нагрузке) останется практически неизменной. Её значение будет соответствовать напряжению стабилизации при колебаниях входного тока в некоторых пределах, определяемых характеристиками диода и величиной нагрузки. Исходными данными, согласно которым осуществляется расчет стабилизатора параметрического типа, являются: С учётом этой информации рассчитаем искомую величину, воспользовавшись функцией онлайн-калькулятора, например. В качестве примера положим: Uп=12 Вольт, Uн=5 Вольт, IH=10 мА. Исходя из этих данных, вводимых предварительно в онлайн-калькулятор или вручную, выбираем стабилитрон типа BZX85C5V1RL с напряжением стабилизации 5,1 Вольт и дифференциальным сопротивлением порядка 10 Ом. С учётом этого вычисляем величину балластного сопротивления R1, определяемую следующим образом: R1= Uо–Uн/Iн+Iст =12-5/0,01+0,01= 350 Ом. Таким образом, весь расчет параметрического стабилизатора сводится к определению номинала балластного резистора R1 и выбору типа стабилитрона (исходя из того, на какое рабочее напряжение он рассчитан). Выходная мощность стабилизатора параметрического типа определяется максимальным током стабилитрона и его допустимой мощностью Pmax, которую при желании можно увеличить. Для этого следует дополнить схему транзисторным элементом, включаемым параллельно или последовательно с нагрузкой. Соответственно этому различают стабилизаторы параллельного и последовательного типа, в которых транзистор выполняет функцию усилителя постоянного тока. Рассмотрим каждую их этих схем более подробно. В схеме стабилизатора параллельного типа транзистор используется как эмиттерный повторитель, включённый параллельно нагрузке (смотрите рисунок ниже). Схема стабилизатора параллельного типа Дополнительная информация. В этой схеме резистор R1 может располагаться как со стороны коллектора, так и в эмиттере транзистора. Напряжение на нагрузочном резисторе Rн составляет: Uн=Uст+Uбэ (транзистора). Схема работает по принципу отвода излишков тока через открытый переход К-Э транзистора, на базе которого постоянно присутствует напряжение (Uст). В этой схеме IСТ является одновременно базовым током транзистора, вследствие чего его величина в нагрузке может в h31e раз превышать исходное значение, то есть транзистор в данном случае работает как усилитель по току. ПСН, собранный по последовательной схеме, представляет собой тот же эмиттерный повторитель на транзисторе VT, но с сопротивлением нагрузки Rн, включённым последовательно с переходом К-Э (смотрите рисунок). Схема последовательного ПСН Выходное напряжение устройства в данной ситуации равно: Uн=Uст-Uбэ. В этой схеме любые колебания тока в нагрузке приводят к противоположным по знаку изменениям напряжения на базе транзистора. Подобная зависимость вызывает открывание или закрывание перехода Э-К, что означает автоматическую стабилизацию выходного напряжения. В заключение описания отметим, что как в последовательной, так и в параллельной схеме ПСН стабилитрон используется в качестве источника опорного напряжения, а транзистор – как усилитель тока. elquanta.ru Стабилитрон - это полупроводниковый диод с уникальными свойствами. Если обычный полупроводник при обратном включении является изолятором, то он выполняет эту функцию до определенного роста величины приложенного напряжения, после чего происходит лавинообразный обратимый пробой. При дальнейшем увеличении протекающего через стабилитрон обратного тока напряжение продолжает оставаться постоянным за счет пропорционального уменьшения сопротивления. Таким путем удается добиться режима стабилизации. В закрытом состоянии через стабилитрон сначала проходит небольшой ток утечки. Элемент ведет себя как резистор, величина сопротивления которого велика. При пробое сопротивление стабилитрона становится незначительным. Если дальше продолжать повышать напряжение на входе, элемент начинает греться и при превышении током допустимой величины происходит необратимый тепловой пробой. Если дело не доводить до него, при изменении напряжения от нуля до верхнего предела рабочей области свойства стабилитрона сохраняются. Когда напрямую включается стабилитрон, характеристики не отличаются от диода. При подключении плюса к p-области, а минуса - к n-области сопротивление перехода мало и ток через него свободно протекает. Он нарастает с увеличением входного напряжения. Стабилитрон - это особый диод, подключаемый большей частью в обратном направлении. Элемент сначала находится в закрытом состоянии. При возникновении электрического пробоя стабилитрон напряжения поддерживает его постоянным в большом диапазоне тока. На анод подается минус, а на катод - плюс. За пределами стабилизации (ниже точки 2) происходит перегрев и повышается вероятность выхода элемента из строя. Параметры стабилитронов следующие: В отличие от обычного диода, стабилитрон - это полупроводниковое устройство, у которого на вольт-амперной характеристике области электрического и теплового пробоя достаточно далеко расположены друг от друга. С максимально допустимым током связан параметр, часто указываемый в таблицах - мощность рассеивания: Pmax = Iст max∙ Uст. Зависимость работы стабилитрона от температуры может быть как с положительным ТКН, так и отрицательным. При последовательном подключении элементов с разными по знакам коэффициентами создаются прецизионные стабилитроны, не зависящие от нагрева или охлаждения. Типовая схема простого стабилизатора, состоит из балластного сопротивления Rб и стабилитрона, шунтирующего нагрузку. В некоторых случаях происходит нарушение стабилизации. Для защиты стабилизатора применяются тиристорные схемы защиты или плавкие предохранители. Резистор Rб рассчитывается по формуле: Rб = (Uпит - Uном )(Iст + Iн). Ток стабилитрона Iст выбирается между допустимыми максимальным и минимальным значениями, в зависимости от напряжения на входе Uпит и тока нагрузки Iн. Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение Uн, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы. Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие: Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии. Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму - 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи: R∑ = 12 В / 0,1 А = 120 Ом. На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит: Rэкв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом. Теперь можно определить сопротивление балласта: Rб = 120 Ом - 90 Ом = 30 Ом. Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным. Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит: UR = 15 - 9 = 6 В. Затем определяется ток через резистор: IR = 6/30 = 0,2 А. Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, Ic = IR = 0,2 А. Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт. По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В. Симметричный диодный тиристор представляет собой переключающий прибор, проводящий переменный ток. Особенностью его работы является падение напряжения до нескольких вольт при включении в диапазоне 30-50 В. Его можно заменить двумя встречно включенными обычными стабилитронами. Устройства применяют в качестве переключающих элементов. Когда не удается подобрать подходящий элемент, используют аналог стабилитрона на транзисторах. Их преимуществом является возможность регулирования напряжения. Для этого можно применять усилители постоянного тока с несколькими ступенями. На входе устанавливают делитель напряжения с подстроечным резистором R1. Если входное напряжение возрастает, на базе транзистора VT1 оно также увеличивается. При этом растет ток через транзистор VT2, который компенсирует увеличение напряжения, поддерживая тем самым его стабильным на выходе. Выпускаются стеклянные стабилитроны и стабилитроны в пластиковых корпусах. В первом случае на них наносятся 2 цифры, между которыми располагается буква V. Надпись 9V1 обозначает, что Uст = 9,1 В. На пластиковом корпусе надписи расшифровываются с помощью даташита, где также можно узнать другие параметры. Темным кольцом на корпусе обозначается катод, к которому подключается плюс. Стабилитрон - это диод с особыми свойствами. Достоинством стабилитронов является высокий уровень стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения рабочего тока, а также простые схемы подключения. Для стабилизации малого напряжения приборы включают в прямом направлении, и они начинают работать как обычные диоды. fb.ru Стабилитрон - это специальный полупроводниковый диод, работающий в режиме пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения. В зарубежной литературе стабилитрон называют диодом Зенера (Zener diode), по имени Кларенса Зенера, который открыл один из механизмов электрического пробоя. Вообще существует тунельный, лавинный и тепловой пробои. На первых двух стабилитроны работают, а от последнего они выходят из строя. Но о пробоях мы рассуждать не будем, нам нужно понять, что такое стабилитрон, каков принцип его работы и как его можно использовать. На электрических схемах стабилитрон обозначается символом диода с небольшой закорючкой у катода и буквенным обозначением VD. Также существуют другие варианты обозначений стабилитрона, которые используются на зарубежных схемах. Как видно из рисунка, у стабилитрона два вывода - это катод и анод. Следовательно, есть всего два варианта его включения:- включение в прямом направлении, когда анод подключается к плюсу питания, а катод к минусу,- включение в обратном направлении, когда анод подключается к минусу питания, а катод к плюсу. В прямом включении стабилитрон ведет себя как обычный диод, а вот в обратном включении в стабилитроне возникает тот самый пробой. Чтобы понять, что при этом происходит, давайте посмотрим на вольтамперную характеристику стабилитрона. Правая часть графика - характеристика стабилитрона, к которому приложено напряжение в прямом направлении. Левая часть графика - характеристика стабилитрона, к которому приложено обратное напряжение. Похожа на характеристику диода, но пробой (участок, где загибается график) у стабилитрона наступает гораздо раньше диода. Нас интересует левая часть графика. Вот мы подключили стабилитрон к источнику питания в обратном направлении и начинаем медленно повышать напряжение. Пока приложенное напряжение меньше напряжения пробоя, оно растет, через стабилитрон течет незначительный ток утечки Io (микроамперы, а то и меньше), пробоя нет. На этом участке стабилитрон ведет себя как резистор с очень большим сопротивлением. В какой-то момент ток начнет возрастать, а напряжение замедлит свой рост - это значит что возникает начальная стадия пробоя стабилитрона. Его сопротивление падает, что можно наблюдать по "загибанию" вольтамперной характеристики. При дальнейшем повышении напряжения источника питания, ток через стабилитрон будет увеличиваться значительно, а напряжение нет. Стабилитрон ведет себя как резистор с маленьким сопротивлением. Это рабочий участок характеристики, где напряжение на стабилитроне, грубо говоря, постоянно. Снова повышаем напряжение, ток продолжает расти, стабилитрон начинает греться. Когда ток превысит максимально допустимое значение, стабилитрон перегреется и выйдет из строя. Если не доводить дело до теплового пробоя, а снизить напряжение до нуля - вольтамперная характеристика повторится в обратном направлении. Какие параметры характеризуют стабилитрон? Базовые параметры - это напряжение стабилизации, минимальный ток стабилизации и мощность рассеяния. Напряжение стабилизации Uст (в зарубежной литературе Uz, zener voltage) - это, грубо говоря, рабочее напряжение стабилитрона. А если по умному, то это напряжение на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации. Как правило, стабилитроны одного типа имеют небольшой разброс напряжения стабилизации, поэтому в документации указывается минимальное, номинальное и максимальное напряжение стабилизации при заданной температуре и токе. Минимальный ток стабилизации Iст мин (Iz) - величина тока, при которой стабилитрон "выходит" на свой рабочий участок вольтамперной характеристики. По сути, это точка с которой начинается "излом" характеристики. Мощность рассеяния стабилитрона P - параметр определяющий максимально допустимый ток стабилитрона. Если принять, что напряжение на стабилитроне в рабочем режиме не меняется, то максимальный ток можно вычислить как P/Uст. Также можно прикинуть максимальный ток в прямом направлении P/Uf = P / 0,7. Мощность рассеяния стабилитрона зависит от его конструкции корпуса (и площади p-n перехода). Обычно этот параметр указывается в разделе "absolute maximum ratings". Типовая схема включения стабилитрона - это схема простого стабилизатора напряжения. Она включает в себя стабилитрон и резистор для ограничения тока (источник питания и нагрузка на схеме не нарисована). На вход схемы подается нестабилизированное постоянное напряжение большее напряжения стабилизации на несколько вольт, на выходе схемы получается стабилизированное напряжение равное Uz (напряжению стабилизации) используемого стабилитрона. Такой стабилизатор напряжения можно использовать для питания мало потребляемых схем, потому что из-за резистора он не способен "отдать" в нагрузку большой ток. Как видно из рисунка, входной ток распределяется между стабилитроном и нагрузкой. Если нагрузка не потребляет ток, стабилитрон "забирает" весь ток на себя, и при большом его значении может перегореть. Если ток нагрузки становиться большим, то стабилитрону "достается" меньше току, напряжение на нем падает и он уже не может выполнять свои функции. Номинал резистора R1 рассчитывается по формуле: R = (Uin - Uz)/(Iz + I) где Uin - входное напряжение (В),Uz - номинальное напряжение стабилизации (В), Iz - ток стабилитрона (А),I - ток нагрузки (А). Ток стабилитрона Iz нужно выбирать между минимальным и максимальным значениями, исходя из изменений входного напряжения и тока нагрузки. Минимальный ток стабилизации задается в документации, а максимальный ток можно посчитать из максимальной рассеиваемой мощности. chipenable.ru Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра. Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора. Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В. Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт. Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе. Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания. Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения. Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В. Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном. Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении. Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться. Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему. В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта. Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него. На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В. Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1. Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора. В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания. В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы. Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников. Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах. Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными. Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов. ostabilizatore.ru Если ограничить ток при туннельном и лавинном пробое, не допуская перехода в тепловой, то его состояние может поддерживаться долго и воспроизводиться бесконечное число раз. Приборы, работающие в области туннельного и лавинного пробоя, называются стабилитронами, а напряжение пробоя – напряжением стабилизации, поскольку стабилитроны используются главным образом для стабилизации напряжения. Напряжение стабилизации зависит от полупроводникового материала и технологии его обработки. Изготавливают стабилитроны в основном из кремния. У стабилитронов с малым напряжением стабилизации (3–4 В) возникает туннельный пробой. У стабилитронов с напряжением стабилизации более 7 В (более высокоомный полупроводник) возникает лавинный пробой. У стабилитронов с напряжением стабилизации 4–7 В имеет место одновременно туннельный и лавинный механизмы пробоя. Основными параметрами стабилитронов являются: напряжение стабилизации , минимальный и максимальный токи стабилизации,, динамическое сопротивление, температурный коэффициент напряжения стабилизациипри. Минимальный ток стабилизации ограничивается неустойчивостью состояния пробоя при малых токах, максимальный – мощностью, которую может рассеять переход. У стабилитронов с лавинным механизмом пробоя при малых токах наблюдаются значительные шумы, которые объясняются тем, что состояние пробоя неустойчиво. Он то исчезает, то возникает вновь. При туннельном механизме пробоя шумы отсутствуют. Динамическое сопротивление характеризует наклон ВАХ в режиме пробоя оси абсцисс. Типичные значения Ом. Очень важным параметром является ТКН стабилитрона, характеризующий температурную стабильность напряжения пробоя. Знак температурного коэффициента напряжения стабилизации зависит от типа пробоя. При туннельном пробое знак ТКН отрицателен (с увеличением температуры напряжение пробоя уменьшается), при лавинном – положителен (рис. 3.3). Объясняется это следующим образом. При возрастании температуры несколько уменьшается ширина запрещенной зоны и поэтому облегчается туннельный переход валентных электронов в зону проводимости. Напряжение туннельного пробоя уменьшается. При лавинном пробое с увеличением температуры уменьшается длина свободного пробега носителей заряда. Чтобы они могли на меньшей длине приобрести энергию, достаточную для ионизации, необходимо увеличить напряжение. Поэтому напряжение пробоя при этом механизме возрастает с увеличением температуры. Так как с увеличением температуры прямое падение напряжения на диоде уменьшается, то, соединив последовательно диод в прямом направлении и стабилитрон с лавинным механизмом пробоя, возможно осуществить термокомпенсацию напряжения стабилизации (рис. 3.4). Такие стабилитроны имеют малый ТКН () и называются термокомпенсированными. Однако хорошая термокомпенсация возможна при определенном токе. Прямой ветвью ВАХ таких стабилитронов является ВАХ закрытого диода. Основная область применения стабилитронов – параметрические стабилизаторы напряжения. Схема такого стабилизатора изображена на рис. 3.5. На нагрузке напряжение равно напряжению на стабилитроны. Так как в режиме пробоя напряжение на стабилитроне почти постоянно и равно напряжению стабилизации, то таким оно будет и на нагрузке. Входное напряжениедолжно быть обязательно больше, чем. Разность междуигасится на балластном резисторе или (3.1) . При изменении входного напряжения изменяются падение напряжения на балластном резисторе, ток через этот резистор и, следовательно, ток через стабилитрон. Напряжение на нагрузке остается практически неизмененным. Пределы изменения входного напряжения, при которых возможна стабилизация, определяются из (3.1): ; (3.2) . (3.3) Снизу этот предел ограничен неустойчивостью пробоя при малых токах, сверху – допустимой мощностью, рассеиваемой стабилитроном. Основными параметрами стабилитрона являются коэффициент стабилизации и выходное сопротивление. Коэффициент стабилизации в общем случае определяется как . (3.4) Имея в виду, что в режиме пробоя стабилитрон имеет динамическое сопротивление , из схемы (рис. 3.5) находим . (3.5) Из (3.4) и (3.5) получаем . (3.6) Поскольку в практических случаях и , то . (3.7) По поводу соотношения (3.7) следует заметить, что увеличение не приводит к существенному увеличению, так как при заданном токе через стабилитрон одновременно необходимо увеличитьв соответствии с соотношением (3.1). Если стабилизатор не обеспечивает требуемого коэффициента стабилизации, то его можно увеличить цепочечным включением двух или более стабилизаторов. Выходное сопротивление стабилизатора можно определить как выходное сопротивление любого четырехполюсника: найти сопротивление относительно выходных зажимов при и(при коротком замыкании на входе для малого сигнала). Из рис. 3.5 видно, что .(3.8) Недостатком параметрического стабилизатора является малый кпд из-за потерь мощности на балластном резисторе. Поэтому он применяется только в маломощных источниках стабильного напряжения. studfiles.net Полупроводниковый стабилитрон – это диод, предназначенный для работы в режиме пробоя на обратной ветви вольтамперной характеристики. Стабилитроны проектируются и изготавливаются таким образом, что либо туннельный, либо лавинный пробой, либо оба эти явления вместе возникают задолго до того, как в кристалле диода возникнут предпосылки к тепловому пробою. Состояние пробоя не ведет к порче стабилитрона, а является его нормальным рабочим состоянием. Напряжение пробоя стабилитрона определяется концентрациями акцепторов и доноров и профилем легирования области p-n-перехода. Чем выше концентрации примесей и чем больше их градиент в переходе, тем больше напряжённость электрического поля в области пространственного заряда при равном обратном напряжении, и тем меньше обратное напряжение, при котором возникает пробой. Стабилитроны общего назначения используются в схемах стабилизаторов источников питания, ограничителей, фиксаторов уровня напряжения. Прецизионные стабилитроны используются в качестве источников опорного напряжения с высокой степенью стабилизации и термокомпенсации. Импульсные стабилитроны используются для стабилизации постоянного и импульсного напряжений, а также ограничения амплитуды импульсов напряжения малой длительности. Двухдиодные стабилитроны работают в схемах стабилизации, ограничителях напряжения различной полярности, в качестве источников опорного напряжения. Стабисторы используются для стабилизации малых значений напряжения, причем рабочим является прямое смещение диода. Напряжение на обратной ветви ВАХ стабилитрона в области электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока. Вольтамперная характеристика стабилитрона приведена на рисунке 6. Рисунок 6 – УГО стабилитрона и его вольтамперная характеристика Как видно, в области пробоя напряжение на стабилитроне Uстлишь незначительно изменяется при больших изменениях тока стабилизацииIст. Такая характеристика используется для получения стабильного (опорного) напряжения. Стабилитроны характеризуются следующими параметрами: напряжение стабилизации Uст. Напряжение, которое устанавливается на выводах стабилитрона при протекании через него обратного тока в пределах Iст min...Iст max, называется напряжением стабилизации. Напряжение стабилизацииUстнезначительно зависит от токаIст. Напряжение стабилизации связано с напряжением пробоя, но не равно ему, так как ВАХ имеет определенную крутизну. В общем случае Uстопределяется шириной запирающего слояp-n-перехода, то есть концентрацией примесей в полупроводнике. В случае большой концентрации примесиp-n-переход получается тонким, и в нем даже при малых напряжениях возникает электрическое поле, вызывающее туннельный пробой. При малой концентрации примесиp-n-переход имеет значительную ширину, и лавинный пробой наступает раньше. Иногда помимо напряжения стабилизации нормируется разброс величины напряжения стабилизации ΔUст ном, представляющий собой максимально допустимое отклонение напряжения стабилизации от номинального для стабилитронов одного типа. минимально допустимый ток стабилизации Iст min. При малых обратных токах стабилитрон работает на начальном участке вольтамперной характеристики, где значение обратного напряжения неустойчиво и может колебаться в пределах от 0 до Uст. Величина минимально допустимого тока стабилизацииIст minзадает минимальный ток, при котором гарантируется вводp-n-перехода стабилитрона в режим устойчивого пробоя и, как следствие, стабильное значение напряжения стабилизацииUст. максимально допустимый ток стабилизации Iст max. Максимально допустимый ток стабилизации – это максимальный ток, при котором гарантируется надежная работа стабилитрона. Он определяется максимально допустимой рассеиваемой мощностью прибора. Рабочий ток стабилитрона (его обратный ток) не должен превышать максимально допустимого значения Iст maxво избежание теплового пробоя полупроводниковой структуры и выхода стабилитрона из строя. номинальный ток стабилизации: . (7) номинальное напряжение стабилизации Uст ном– падение напряжения на стабилитроне в области стабилизации при номинальном значении токаIст ном. динамическое (дифференциальное) сопротивление – отношение приращения напряжения стабилизации к вызвавшему его малому приращению тока: . (8) Чем меньше rд, тем лучше стабилизация напряжения. статическое сопротивление стабилитрона Rств данной рабочей точке характеризует омические потери: . (9) коэффициент качества стабилитрона: . (10) Коэффициент качества представляет собой отношение относительного изменения напряжения на стабилитроне к относительному изменению тока. Качество стабилитрона тем выше, чем меньше Q. температурный коэффициент напряжения стабилизации. Температурный коэффициент напряжения стабилизации αUстпоказывает, на сколько процентов изменится относительное изменение напряжения стабилизации при изменении температуры окружающей среды на 1°C и постоянном токе стабилизации: ,[%/°С]. (11) В сильно легированных полупроводниках вероятность туннельного пробоя с увеличением температуры возрастает из-за уменьшения ширины запрещённой зоны. Поэтому напряжение стабилизации у таких стабилитронов при нагревании уменьшается, то есть они имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН. В слабо легированных полупроводниках при увеличении температуры уменьшается длина свободного пробега носителей вследствие возрастания рассеяния на фононах решётки, что приводит к увеличению порогового значения напряжения, при котором начинается лавинный пробой. Такие стабилитроны имеют положительный ТКН. Минимальный ТКН имеют кремниевые стабилитроны с напряжением пробоя 5-7 В, когда туннельный и лавинный пробои развиваются одновременно. Путем последовательного соединения двух или более p-n-переходов с различными по знаку ТКН удается получить прецизионные стабилитроны с ТКН не более 0,0005 %/°C в широком диапазоне температур. studfiles.netСтабилитрон - это что такое и для чего он нужен? Напряжение стабилизации стабилитрона
Стабилитрон | Volt-info
Работа стабилитрона
Вольтамперная характеристика стабилитрона
Основные параметры стабилитрона
Напряжение стабилизации
Минимальный ток стабилизации
Максимально допустимый ток стабилизации
Максимально допустимый прямой ток
Применение стабилитронов
Обозначение
Расчет параметрического стабилизатора напряжений на стабилитроне
Порядок включения
Принцип работы
Основные параметры
Схема параметрического стабилизатора
Особенности схемы
Расчёт рабочих параметров
Возможности по увеличение мощности
Параллельный стабилизатор
Последовательный стабилизатор
Видео
Оцените статью: это что такое и для чего он нужен?
Характеристики
Схемы включения
Выбор стабилитронов
Симметричный стабилитрон
Аналог стабилитрона
Маркировка стабилитронов
Заключение
Стабилитрон - chipenable.ru
Как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне
Работа схемы стабилизатора
Действие стабилитрона
Заключение
3.2. Стабилитроны
3.3. Параметрический стабилизатор напряжения
1.6. Полупроводниковый стабилитрон
1.7. Вольтамперная характеристика и параметры стабилитрона
интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''
Поделиться с друзьями: