Обозначение стабилитрон: Маркировка SMD диодов и стабилитронов: типы корпусов, обозначение

Глава 21. Стабилитроны . Введение в электронику

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать назначение и характеристики стабилитрона.

• Нарисовать схематическое обозначение стабилитрона и пометить его выводы.

• Объяснить, как работает стабилитрон в качестве регулятора напряжения.

• Описать процедуру проверки стабилитронов.

Стабилитроны очень похожи на диоды с р-n переходом. Они сконструированы для пропускания, главным образом, обратного тока. Стабилитроны широко применяются для управления напряжением в цепях любого типа.

21-1. ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИТРОНОВ

Как установлено ранее, высокое напряжение обратного смещения, приложенное к диоду, может создать сильный обратный ток, который перегреет диод и приведет к пробою диода. Обратное напряжение, при котором наступает пробой, называется напряжением пробоя или максимальным обратным напряжением. Специальный диод, который называется стабилитроном, предназначен для работы в режиме обратного смещения. Он рассчитан для работы при напряжениях, превышающих напряжение пробоя. Эта область пробоя называется областью стабилизации.

Когда напряжение обратного смещения достаточно велико для того, чтобы вызвать пробой стабилитрона, через него течет высокий обратный ток (I_Z), до наступления пробоя обратный ток невелик. После наступления пробоя обратный ток резко возрастает. Эго происходит потому, что сопротивление стабилитрона уменьшается при увеличении обратного напряжения.

Напряжение пробоя стабилитрона (E_z) определяется удельным сопротивлением диода. Оно, в свою очередь, зависит от техники легирования, использованной при изготовлении диода. Паспортное напряжение пробоя — это обратное напряжение при токе стабилизации (I_ZT). Ток стабилизации несколько меньше максимального обратного тока диода. Напряжение пробоя обычно указывается с точностью от 1 до 20 %.

Способность стабилитрона рассеивать мощность уменьшается при увеличении температуры. Следовательно, рассеиваемая стабилитроном мощность указывается для определенной температуры. Величина рассеиваемой мощности также зависит от длины выводов: чем короче выводы, тем большая мощность рассеивается на диоде. Производитель указывает также коэффициент отклонения для того, чтобы определить рассеиваемую мощность при других температурах. Например, коэффициент отклонения 6 милливатт на градус Цельсия означает, что рассеиваемая диодом мощность уменьшается на 6 милливатт при повышении температуры на один градус.

Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, что и обычные диоды (рис. 21-1).

Рис. 21-1. Корпуса стабилитронов.

Маломощные стабилитроны выпускаются в корпусах из стекла или эпоксидной смолы. Мощные стабилитроны выпускаются в металлическом корпусе с винтом. Схематическое обозначение стабилитрона такое же, как и у диода, за исключением диагональных линий у черты катода (рис. 21-2).

Рис. 21-2. Схематическое обозначение стабилитрона.

21-1. Вопросы

1. Какова уникальная особенность стабилитрона?

2. Как стабилитрон включается в цепь?

3. Что определяет напряжение, при котором стабилитрон испытывает пробой?

4. Что надо учитывать при определении мощности, рассеиваемой стабилитроном?

5. Нарисуйте схематическое обозначение стабилитрона и пометьте его выводы.

21-2. ПАРАМЕТРЫ СТАБИЛИТРОНА

Максимальный ток стабилизации (I_ZM) — это максимальный обратный ток, который может течь через стабилитрон без превышения рассеиваемой мощности указанной производителем. Обратный ток (I_R) представляет собой ток утечки перед началом пробоя. Он указывается при некотором обратном напряжении (E_R). Обратное напряжение составляет примерно 80 % от напряжения стабилизации (E_Z).

Стабилитроны с напряжением стабилизации 5 вольт или более имеют положительный температурный коэффициент напряжения стабилизации, который означает, что напряжение стабилизации увеличивается при увеличении температуры. Стабилитроны, имеющие напряжение стабилизации менее 4 вольт, имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации, который означает, что напряжение стабилизации уменьшается при увеличении температуры. Стабилитроны, имеющие напряжение стабилизации между 4 и 5 вольтами, могут иметь как положительный, так и отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации.

Температурно компенсированный стабилитрон образован последовательным соединением стабилитрона и обычного диода, причем диод смещен в прямом направлении, а стабилитрон — в обратном. Тщательно выбирая диоды, можно добиться равенства температурных коэффициентов по величине, по знаку они будут противоположны. Для полной компенсации может понадобиться более одного диода.

21-2. Вопросы

1. Что определяет максимальный ток стабилизации стабилитрона?

2. В чем разница между максимальным током стабилизации и обратным током стабилитрона?

3. Что означает положительный температурный коэффициент напряжения стабилизации?

4. Что означает отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации?

5. Как можно температурно скомпенсировать стабилитрон?

21-3. РЕГУЛИРОВКА НАПРЯЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ СТАБИЛИТРОНОВ

Стабилитрон можно использовать для стабилизации или регулировки напряжения. Например, он может быть использован для компенсации изменений напряжения линии питания или при изменении резистивной нагрузки, питаемой постоянным током.

На рис. 21-3 показана типичная регулирующая цепь со стабилитроном.

Рис. 21-3. Типичная регулирующая цепь со стабилитроном.

Стабилитрон соединен последовательно с резистором R_s. Резистор позволяет протекать через стабилитрон такому току, чтобы он работал в режиме пробоя (стабилизации). Входное постоянное напряжение должно быть выше, чем напряжение стабилизации стабилитрона.

Падение напряжения на стабилитроне равно напряжению стабилизации стабилитрона. Стабилитроны выпускают с определенным напряжением пробоя, которое часто называют напряжением стабилизации (V_Z). Падение напряжения на резисторе равно разности входного напряжения и напряжения стабилизации.

Входное напряжение может увеличиваться или уменьшаться. Это обусловливает соответствующее увеличение или уменьшение тока через стабилитрон. Когда стабилитрон работает при напряжении стабилизации, или в области пробоя, при увеличении входного напряжения через него может течь большой ток. Однако напряжение на стабилитроне останется таким же. Стабилитрон оказывает противодействие увеличению входного напряжения, так как при увеличении тока его удельное сопротивление падает. Это позволяет выходному напряжению на стабилитроне оставаться постоянным при изменениях входного напряжения. Изменение входного напряжения проявляется только в изменении падения напряжения на последовательно включенном резисторе. Этот резистор включен последовательно со стабилитроном, и сумма падений напряжения на них должна равняться входному напряжению. Выходное напряжение снимается со стабилитрона. Выходное напряжение может быть увеличено или уменьшено путем замены стабилитрона и включенного последовательно с ним резистора.

Описанная цепь выдает постоянное напряжение. При расчете цепи должны учитываться как ток, так и напряжение. Внешняя нагрузка потребляет ток нагрузки (I_L), который определяется сопротивлением нагрузки и выходным напряжением (рис. 21-4). Через резистор, включенный последовательно со стабилитроном, протекает и ток нагрузки, и ток стабилизации. Этот резистор должен быть выбран таким образом, чтобы через стабилитрон протекал ток стабилизации и он находился в области пробоя.

Рис. 21-4. Регулятор напряжения на основе стабилитрона с нагрузкой.

При увеличении резистивной нагрузки ток нагрузки уменьшается, что должно вызвать увеличение падения напряжения на нагрузке. Но стабилитрон препятствует любому изменению тока. Сумма тока стабилизации и тока нагрузки через последовательно включенный резистор остается постоянной. Это обеспечивает постоянство падения напряжения на последовательно включенном резисторе.

Аналогично, когда ток через нагрузку увеличивается, ток стабилизации уменьшается, обеспечивая постоянство напряжения. Это позволяет цепи оставлять постоянным выходное напряжение при изменениях входного.

21-3. Вопросы

1. В чем практическое назначение стабилитрона?

2.  Нарисуйте схему регулирующей цепи со стабилитроном.

3. Как можно изменить выходное напряжение регулирующей цепи со стабилитроном?

4. Что должно учитываться при расчете регулирующей цепи со стабилитроном?

5. Опишите, как регулирующая цепь со стабилитроном поддерживает выходное напряжение постоянным.

21-4. ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ

Стабилитроны могут быть быстро проверены на разрыв цепи, короткое замыкание или утечку с помощью омметра. Омметр подключается в прямом и обратном направлениях так же, как и при проверке диодов. Однако такая проверка не дает информации о напряжении стабилизации стабилитрона, для его измерения должна быть выполнена регулировочная проверка с помощью блока питания, имеющего приборы для измерения напряжения и тока.

На рис. 21-5 показана установка для регулировочной проверки стабилитрона. Выход источника питания подсоединен через последовательно включенный ограничивающий резистор к проверяемому стабилитрону. К стабилитрону подключен вольтметр для проверки напряжения стабилизации. Выходное напряжение медленно увеличивается до тех пор, пока через стабилитрон не потечет определенный ток. После этого ток изменяется в области изменения тока стабилизации (I_Z). Если напряжение остается постоянным, то стабилитрон работает правильно.

Рис. 21-5. Установка для проверки регулирующих свойств стабилитрона.

21-4. Вопросы

1. Опишите процесс проверки стабилитрона с помощью омметра.

2. Какие параметры нельзя проверить, используя омметр для проверки стабилитрона?

3. Нарисуйте схему, показывающую подключение стабилитрона для проверки напряжения стабилизации.

4. Опишите, как с помощью схемы из вопроса 3 определить, правильно ли работает стабилитрон.

5. Как можно определить катод стабилитрона с помощью омметра?

РЕЗЮМЕ

• Стабилитроны рассчитаны для работы при напряжениях больших, чем напряжение пробоя (максимальное обратное напряжение).

• Напряжение пробоя стабилитрона определяется удельным сопротивлением диода.

• Стабилитроны выпускаются с определенным напряжением стабилизации.

• Мощность, рассеиваемая стабилитроном, зависит от температуры и длины выводов.

• Схематическое обозначение стабилитрона следующее:

• Стабилитроны выпускаются в таких же корпусах, что и диоды.

• Стабилитроны с напряжением стабилизации 5 вольт или более имеют положительный температурный коэффициент напряжения стабилизации.

• Стабилитроны, которые имеют напряжение стабилизации менее 4 вольт, имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения стабилизации.

• Стабилитроны используются для стабилизации или регулировки напряжения.

• Регуляторы на основе стабилитронов обеспечивают постоянное выходное напряжение, несмотря на изменения входного напряжения или выходного тока.

• Стабилитроны могут быть проверены на разрыв цепи, короткое замыкание или утечку с помощью омметра.

• Для того чтобы определить, работает ли стабилитрон при заданном напряжении стабилизации, может быть выполнена регулировочная проверка.

Глава 21. САМОПРОВЕРКА

1. Объясните, как работает стабилитрон в цепи регулировки напряжения.

2. Опишите процесс проверки напряжения стабилизации стабилитрона.

Как проверить стабилитрон (диод Зенера) на напряжение стабилизации и работоспособность. « ЭлектроХобби

В этой статье предлагаю Вам разобраться с вопросом – как можно достаточно простым методом проверять стабилитроны (которые также называются диодами Зенера) на их напряжение стабилизации, а также на пригодность вообще. Напомню, что стабилитрон представляет собой обычный полупроводник, у которого есть некоторое свое стабильное напряжение, что присутствует между катодом и анодом, при обратном включении к источнику постоянного напряжения, при электрическом пробое этого полупроводника.

Если взять самый обычный диод, то при обратном включении между анодом и катодом будет величина постоянного напряжения равная напряжению источника этого питания. При таком подключении диод подобен обычному диэлектрику, который через себя не пропускает ток (точнее ток есть, называемый током утечки, но он очень мал).

И это при условии, что данный диод рассчитан на обратное напряжение больше, чем на него подается. В противном случае (если подаваемое напряжение будет больше того, на какое рассчитан диод) этот диод просто пробьется, выйдя из строя. При этом скорее всего он либо начнет электрический ток проводить в обе стороны, как обычный проводник, либо станет диэлектриком, ток проводить уже вовсе не будет.

У стабилитрона же, в отличие от обычного диода, имеется более низкое обратное напряжение, при котором этот стабилитрон пробивается. И этот пробой не выводит стабилитрон из строя, а напряжение на нем стабилизируется на определенном уровне. У разных стабилитронов это напряжение стабилизации может отличаться, и оно соответствует конкретной маркировке этих стабилитронов. Естественно, когда у стабилитрона возникает пробой, то через него начинает течь ток. И чем больше мы будем подавать напряжение на этот стабилитрон, тем больше будет сила тока, протекающая через него. Напряжение же будет меняться очень незначительно.

При прямом же включении, что у обычного диода, что у стабилитрона, будет происходить практически одно и тоже. А именно, до напряжения где-то 0,6 вольт полупроводник будет закрыт. Но, как только подаваемое напряжение превысит это значение, то через полупроводник начнет течь электрический ток. Чем больше ток будет протекать через полупроводник, тем больше будет падение напряжения на нем, в пределах где-то от 0,6, до 1,2 вольта. К примеру, у диодов Шоттки падение напряжения при прямом включении имеет минимальное значение – от 0,2 В. Если при проверке, хоть диода, хоть стабилитрона, при прямом включении мы не увидим этого падения напряжения (0,6 В), то скорей всего диод пробит и уже не пригоден к работе.

Ну и теперь ближе к теме о простом способе проверки стабилитронов на их целостность и напряжение стабилизации. Тут все просто. Нам нужен обычный источник постоянного напряжения, у которого это самое напряжение должно быть больше напряжения стабилизации проверяемого стабилитрона. Иначе при более низком напряжении стабилитрон просто не пробьется и не выйдет на свой рабочий номинальный режим стабилизации. Нужно учесть, что мощность блока питания может быть маленькой, поскольку в режиме стабилизации стабилитрон через себя пропускает незначительные токи (до 100 мА).

Если Вы планируете таким способом проверять стабилитроны с достаточно большим напряжением стабилизации, то и блок питания нужен с соответствующим постоянным напряжением. Хотя не всегда под рукой можно найти такие БП с относительно большим выходным напряжением. Простым выходом из такой ситуации будет использования обычного дешевого повышающего напряжение DC-DC модуля. На вход этого модуля можно подавать любое стандартное напряжение, ну а на его выходе уже можно получать более высокое напряжение. Причем, как я заметил ранее, сила тока при проверки будет крайне незначительна.

Кроме блока питания нам еще понадобится обычный вольтметр постоянного тока, которым мы и будем оценивать величину напряжения стабилизации диода Зенера (стабилитрона). Подойдет абсолютно любой вольтметр, лишь он мог показывать постоянное напряжение от 0 до 50 и более. Подойдет самый простой мультиметр.

Ну, и еще немаловажная деталь, это обычный постоянный резистор с сопротивлением где-то около 2 килоом, хотя можно от 1 кОм до 10 кОм.  Роль этого сопротивления очень простая. Он ограничивает силу тока, который будет протекать через проверяемый стабилитрон. Что предотвратит полупроводник от случайного выхода из строя в случае, когда подаваемое напряжение будет большое, а напряжение стабилитрона будет мало. Сопротивление же ограничивать силу тока при любых типах стабилитрона, тем самым обезопасит процесс измерения и проверки. По мощности подойдет самый обычный резистор на 0,125 Вт.

Ну, и вот сама схема, которая и позволяет делать проверку стабилитронов:

Тут все просто. Плюс блока питания подключается через резистор к катоду стабилитрона, что соответствует обратному включению, а минус БП подается на анод проверяемого полупроводника. Щупы вольтметра прикладываются параллельно стабилитрону. На экране вольтметра мы увидим то самое напряжение стабилизации, на которое и рассчитан данный стабилитрон. Когда же мы перевернем стабилитрон и подсоединяем его прямым включением, то есть плюс БП к аноду полупроводника, а минус БП к катоду стабилитрона. То на вольтметре мы должны увидеть значение около 0,6 вольт, что свидетельствует о полной работоспособности данного полупроводника. Прямым включением, этим способом, можно проверять и обычные диоды. При обратном подключении диода вольтметр должен показывать напряжение блока питания, поскольку диод будет полностью закрыт.

Видео по этой теме:

P.S. Если у Вас нет под рукой блока питания на нужное напряжение, допустим 50 вольт. А также нет возможности приобрести модуль, повышающий постоянное напряжение. То с этой ситуации легко выйти таким образом. Чтобы получить высокое напряжение даже от одной батарейки на 1,5 вольт, можно воспользоваться обычной катушкой (витков так на 100 и более), намотанной на куске феррита. При кратковременной подаче напряжения от батарейки на эту катушку на ее выводах будет возникать ЭДС самоиндукции, которая в разы может превышать напряжение батарейки. Добавив простой диод и конденсатор вы легко получите самодельный увеличитель постоянного напряжения. Разве что его придется при проверке стабилитронов периодически нажимать переключатель этой схемы.

Стабилитроны, рабочие, эталонные и прикладные

Зенеровский диод — это один из типов диодов, который часто используется на любом стенде электроники. Это связано с тем, что стабилитроны почти всегда используются в цепях питания и схемах формирования волны. Стабилитроны аналогичны обычным диодам с PN-переходом, но сильно легированы. Это заставляет диод вести себя иначе, чем сигнальный диод, когда он работает в области обратного смещения.

И сигнальный диод, и стабилитрон работают одинаково в области прямого смещения. При обратном смещении сигнальный диод блокирует любой ток от катода к аноду. Только незначительная величина обратного тока, включая обратный ток насыщения и ток тела, протекает через диод в диапазоне нА или мкА. Этот ток настолько мал по сравнению с любым током цепи, что он не может управлять какой-либо нагрузкой. Ток цепи обычно находится в диапазоне мА. Когда обратное напряжение превышает определенное напряжение, называемое напряжением колена, ток через диод от катода к аноду возрастает экспоненциально, вскоре достигая уровня тока цепи. В этот момент поврежден сигнальный диод или силовой диод. Сигнальные диоды часто размыкаются, а силовые диоды замыкаются при повреждении. Поэтому сигнальный диод и силовой диод всегда допускают протекание тока только в одном направлении, т. е. от анода к катоду. Любое чрезмерное напряжение, приложенное для протекания тока от катода к аноду, разрушает диод.

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

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

Электрический символ стабилитрона отличается от обычного диода. Обычный диод (сигнальный или силовой) показан в цепи следующим символом.

Следующий символ показывает диод Зенера.

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

Принцип работы стабилитрона
Зенеровский диод представляет собой сильнолегированный полупроводниковый диод. Обычный полупроводниковый диод с обратным насыщением страдает от лавинного пробоя, когда приложенное напряжение превышает напряжение колена. Лавинный пробой в обычных диодах приводит либо к их разрыву, что приводит к разомкнутой цепи (часто в случае сигнальных диодов), либо к короткому замыканию (часто в случае силовых диодов).

Стабилитроны при обратном насыщении имеют два вида пробоя – лавинный пробой и стабилитрон. Зенеровский диод не выходит из строя ни при пробое Зенера, ни при лавинном пробое.

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

Стабилитрон имеет другой вид пробоя при обратном смещении. Это называется пробой Зинера, который происходит еще до пробоя Лавины. Зенеровский диод сильно легирован. В нем больше атомов примеси, чем в обычном диоде, поэтому в обедненной области больше ионов. Из-за большего количества ионов обедненная область стабилитрона очень тонкая. В обедненной области электрическое поле сильнее из-за ее малой ширины. За счет сильного электрического поля в области обеднения валентные электроны ионов попадают в зону проводимости, и от катода к аноду начинает протекать большой ток.

Обратите внимание, что Лавинный пробой возникает в результате столкновения неосновных носителей заряда с ионами в обедненной области. В то же время пробой Зинера является квантовым явлением, которое происходит из-за того, что валентные электроны перемещаются из валентной зоны в зону проводимости под действием электрического поля через узкую область обеднения.

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

Когда стабилитрон начинает проводить ток в обратном смещении, падение напряжения на нем фиксируется на уровне напряжения Зенера, на которое не влияют изменения напряжения источника. Однако ток через стабилитрон может варьироваться в зависимости от тока цепи, потребляемого нагрузкой. Как только ток нагрузки установится, ток через стабилитрон также стабилизируется.

Зенеровские диоды используют оба явления – зенеровский пробой и лавинный пробой. Если напряжение стабилитрона достигает 6 В, он начинает проводить обратное смещение при напряжении стабилитрона из-за пробоя стабилитрона. Если номинальное напряжение Зенера превышает 6 В, стабилитрон проводит лавинный пробой при номинальном напряжении. Диоды Зенера проводят более высокий ток, когда они проводят ток из-за лавинного пробоя, чем когда они проводят из-за стабилитрона.

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

Упаковка для стабилитронов
Стабилитроны поставляются как в корпусах со сквозным отверстием, так и в корпусах для поверхностного монтажа. Модели со сквозным отверстием обычно имеют стеклянную капсулу для рассеивания высокой мощности. Оба вида упаковок имеют полосу на одном конце для обозначения катода.

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

Когда стабилитрон подключен последовательно к нагрузке, приложенное напряжение падает на напряжение стабилитрона диода, а оставшееся напряжение появляется на анодном конце стабилитрона. Обычно резистор подключается последовательно со стабилитроном. Этот резистор и оставшееся сопротивление цепи нагрузки определяют ток через стабилитрон. Такой же ток протекает через нагрузку и стабилитрон.

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

Артикул стабилитрона
Доступны сотни моделей стабилитронов. В следующей таблице перечислены некоторые популярные стабилитроны.

Применение стабилитронов
Обратите внимание, что этот список не является исчерпывающим. Этот список является лишь попыткой перечислить популярные стабилитроны с стабилитронами до 6В. Эта таблица может служить отправной точкой для изучения диодов Зенера.

Зенеровский диод имеет следующие общие применения:

1. Опорное напряжение: Когда цепь нагрузки должна питаться фиксированным напряжением, ее можно подключить параллельно стабилитрону с тем же напряжением Зенера. Таким образом, напряжение на нагрузочном устройстве/сети будет таким же, как напряжение Зенера, но никогда не превысит его. Источник напряжения для стабилитрона должен быть больше, чем напряжение стабилитрона; в противном случае стабилитрон не пойдет в проводимость в обратном направлении, и на нагрузке появится приложенное напряжение меньше напряжения стабилитрона.

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

2. Многоканальный источник питания. Многоканальный источник питания может быть разработан с использованием нескольких стабилитронов. Стабилитроны могут быть соединены последовательно для обеспечения различных падений напряжения вместе. Это то же самое, что использовать стабилитрон для опорного напряжения. Один стабилитрон используется в простом источнике опорного напряжения для обеспечения фиксированного падения напряжения в сети нагрузки. Несколько стабилитронов используются в многоканальном источнике питания для обеспечения симметричного и/или возрастающего падения напряжения. Помните, что ток через стабилитроны должен быть достаточным для питания сети нагрузки. Для этого сами стабилитроны должны иметь соответствующую номинальную мощность, а также не должно быть сети или сопротивления, ограничивающих ток через стабилитроны сверх требуемых уровней тока на нагрузке. Ниже показана симметричная шина питания с диодами Зенера.

Ниже приведена еще одна многоканальная схема питания с использованием стабилитронов.

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

Даже два стабилитрона можно соединить последовательно в противоположных направлениях, чтобы получить симметричную фиксацию входного сигнала переменного тока.

4. Преобразование напряжения – стабилитрон можно использовать для сглаживания входного напряжения регулятора напряжения. Подключив стабилитрон последовательно с источником напряжения к регулятору напряжения, можно снизить входное напряжение источника на Vz. По сравнению с резистором, снижающим напряжение, стабилитрон на своем месте может выдерживать все изменения тока нагрузки на другом конце регулятора напряжения.

Как выбрать стабилитрон
Двумя наиболее важными факторами, определяющими выбор стабилитрона для данного приложения, являются его «стабилитронное напряжение» и номинальная мощность. Стабилитрон должен выбираться по напряжению Зенера, которое должно падать при его последовательном соединении, или должно обеспечиваться при параллельном соединении. Во-вторых, его номинальной мощности должно быть достаточно, не ограничивая ток, потребляемый нагрузочным устройством или сетью.

Рубрики: Избранные, Технические статьи
С тегами: лавинный пробой, различные типы диодов, типы диодов, как работает стабилитрон, пробой стабилитрона, стабилитрон, применение стабилитрона, модели стабилитрона, многоканальное питание стабилитрона, источник питания стабилитрона, напряжение стабилитрона фиксация, регулирование напряжения стабилитрона, преобразование напряжения стабилитрона, работа стабилитрона, эталон стабилитрона, напряжение стабилитрона
 

Основы твердотельных устройств. (часть 2)

Стабилитрон — это тип диода, который действует как регулятор напряжения при установке сам по себе или с другими полупроводниковыми устройствами. Это устройство уникально тем, что в основном используется для проведения тока в условиях обратного смещения. (Описание обратного смещения см. в части 1 прошлого месяца. ) Как мы знаем, стандартные диоды чаще всего проводят ток при прямом смещении; как таковые, они могут быть повреждены или разрушены при превышении обратного напряжения или смещения.

Другое название стабилитрона — лавинный диод. Это название применяется потому, что стабилитрон обычно работает при обратном пробое.

Основной символ, используемый для обозначения стабилитрона, показан на рис. 1. Обратите внимание, что этот символ отличается от стандартного диода: обычно вертикальная катодная линия слегка изогнута на каждом конце.

Как работает стабилитрон?

Чтобы лучше понять, как работает стабилитрон, обратимся к рис. 2. Здесь мы видим рабочую характеристику типичного стабилитрона. Условно говоря, прямые и обратные характеристики стабилитрона аналогичны характеристикам стандартного диода. Однако есть несколько очень важных отличий.

Напряжение источника прямого направления. Когда напряжение источника подается на стабилитрон в прямом направлении (синяя часть кривой на рис. 2), результатом является напряжение пробоя и прямой ток.

Напряжение источника обратного направления. Когда напряжение источника подается в обратном направлении (красная часть кривой на рис. 2), ток остается очень низким до тех пор, пока обратное напряжение не достигнет обратного пробоя или того, что обычно называют пробоем стабилитрона. В этой точке пробоя стабилитрон будет проводить сильно или лавинно. В этом важное отличие стандартного диода от стабилитрона: когда стабилитрон проводит ток, он может продолжать проводить некоторое время и при значительном токе без повреждения в обратном направлении.

Что важно в этой характеристике? Это регулирование напряжения: падение напряжения на стабилитроне остается почти постоянным, несмотря на очень большие колебания тока.

Как поддерживается регулировка напряжения?

Стабилитрон действует как источник постоянного напряжения из-за изменений сопротивления, происходящих в PN-переходе. (Описание PN соединения см. в части 1 прошлого месяца. )

Давайте посмотрим на рис. 3 для лучшего понимания. Здесь мы видим обратную кривую рабочей характеристики. Когда напряжение источника подается в обратном направлении, сопротивление PN-перехода остается высоким; таким образом, будет производиться обратный ток только в микроамперном диапазоне. Однако при увеличении обратного напряжения PN-переход достигает критического напряжения, и стабилитрон начинает лавинообразно срабатывать.

Что происходит в данный момент? Как только достигается лавинное напряжение, обычно высокое сопротивление PN-перехода падает до низкого значения. Затем ток быстро возрастает, но обычно ограничивается резистором цепи или сопротивлением [R L], как показано на рис. 4. Ток пробоя обычно не разрушает стабилитрон; однако это может быть разрушительным, если оно станет чрезмерно чрезмерным или если будут превышены возможности рассеивания тепла стабилитрона.

Что такое уместные рейтинги?

Как мы упоминали ранее, стабилитроны рассчитаны на определенное номинальное напряжение пробоя, обычно близкое к необходимому напряжению управления схемой. Примеры включают 4,7, 5,1, 6,2 и 9,1 В.

Стабилитроны изготавливаются с определенными допусками напряжения пробоя, такими как [+ или -] 20 %, [+ или -] 10 % или [+ или -] 5 %. Для высокоточных приложений они доступны в диапазоне [+ или -] 1%.

Стабилитроны доступны с номинальной мощностью от одной миллионной доли ватта до 50 Вт; популярные рейтинги 1 Вт и ниже. Эти значения рассеиваемой мощности обычно приводятся для конкретной рабочей температуры, которая обычно составляет 25 [градусов] C.

Говоря о температуре окружающей среды, эта температура напрямую влияет на напряжение пробоя стабилитрона. Таким образом, производители обычно указывают температурный коэффициент напряжения стабилитрона, который определяет процент изменения напряжения стабилитрона на градус изменения температуры. Обычно это изменение составляет около 0,1% на градус Цельсия.

Как проверяются стабилитроны?

Либо стабилитрон обеспечивает стабилизацию напряжения, либо он выходит из строя.