Как определить напряжение стабилитрона: как проверить стабилизатор при помощи мультиметра

Содержание

Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения

Устройство

Полупроводниковые стабилитроны пришли на смену морально устаревшим стабилитронам тлеющего разряда – ионным газоразрядным электровакуумным приборам. Для изготовления стабилитронов используются кремниевые или германиевые кристаллы (таблетки) с проводимостью n-типа, в которые добавляют примеси сплавным или диффузно-сплавным способом. Для получения электронно-дырочного p-n перехода используются акцепторные примеси, в основном алюминий. Кристаллы заключают в корпуса из полимерных материалов, металла или стекла.

Кремниевые сплавные стабилитроны Д815 (А-И) выпускаются в металлическом герметичном корпусе, который является положительным электродом. Такие элементы имеют широкий интервал рабочих температур – от -60°C до +100°C. Кремниевые сплавные двуханодные стабилизирующие диоды КС175А, КС182А, КС191А, КС210Б, КС213Б выпускают в пластмассовом корпусе. Кремниевые сплавные термокомпенсированные детали КС211 (Б-Д), используемые в качестве источников опорного напряжения, имеют пластмассовый корпус.

SMD стабилитроны, то есть миниатюрные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, изготавливаются в основном в стеклянных и пластиковых корпусах. Такие элементы могут выпускаться с двумя и тремя выводами. В последнем случае третий вывод является «пустышкой», никакой смысловой нагрузки не несет и предназначается только для надежной фиксации детали на печатной плате.

Принцип действия

Стабилитрон был открыт американским физиком Кларенсом Мелвином Зенером, именем которого его и назвали. Электрический пробой p-n перехода может быть обусловлен туннельным пробоем (в этом случае пробой носит название Зенеровского), лавинным пробоем, пробоем в результате тепловой неустойчивости, который наступает из-за разрушительного саморазогрева токами утечки.

И инженеры конструируют эти элементы таким образом, чтобы возникновение туннельного и/или лавинного пробоя произошло задолго до того, как в них возникнет вероятность теплового пробоя.

Величина напряжения пробоя зависит от концентрации примесей и способа легирования p-n-перехода. Чем больше концентрация примесей и чем выше их градиент в переходе, тем ниже обратное напряжение, при котором образуется пробой.

  • Туннельный (зенеровский) пробой
    появляется в полупроводнике в тех случаях, когда напряженность электрического поля в p-n зоне равна 106 В/см. Такая высокая напряженность может возникнуть только в высоколегированных диодах. При напряжениях пробоя, находящихся в диапазоне 4,5…6,7 В, сосуществуют туннельный и лавинный эффекты, а вот при напряжении пробоя менее 4,5 В остается только туннельный эффект.
  • В стабилитронах с небольшими уровнями легирования или меньшими градиентами легирующих добавок присутствует только лавинный механизм пробоя
    , который появляется при напряжении пробоя примерно 4,5 В. А при напряжении выше 7,2 В остается только лавинный эффект, а туннельный полностью исчезает.

Как было сказано ранее, при прямом подключении стабилитрон при прямом включении ведет себя так же, как и обычный диод, – он пропускает ток. Различия между ними возникают при обратном подключении.

Обычный диод при обратном подключении запирает ток, а стабилитрон при достижении обратным напряжением величины, которая называется напряжением стабилизации, начинает пропускать ток в обратном направлении. Это объясняется тем, что при подаче на стабилитрон напряжения, которое превышает U ном. устройства, в полупроводнике возникает процесс, называемый пробоем. Пробой может быть туннельным, лавинным, тепловым. В результате пробоя ток, протекающий через стабилитрон, возрастает до максимального значения, ограниченного резистором. После достижения напряжения пробоя ток остается примерно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка, в которой напряжение запускает ток, может очень точно устанавливаться в процессе производства легированием. Поэтому каждому элементу присваивают определенное напряжение пробоя (стабилизации).

Стабилитрон используется только в режиме «обратного смещения», то есть его анод подключается к «-» источника питания. Способность стабилитрона запускать обратный ток при достижении напряжения пробоя применяется для регулирования и стабилизации напряжения при изменении напряжения питания или подключенной нагрузки. Использование стабилитрона позволяет обеспечить постоянное выходное напряжение для подключенного потребителя при перепадах напряжения ИП или меняющемся токе потребителя.

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении Uпор

, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишь
ток Iобр
, который имеет значение нескольких мкА. Если увеличивать
обратное напряжение Uобр
на диоде до определённого
значения Uобр.max
произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви

вольт-амперной характеристики, в области же
прямой ветви
стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом
Обозначение стабилитрона

Вольт-амперная характеристика

ВАХ стабилитрона, как и обычного диода, имеет две ветви – прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочим режимом для традиционного диода, а обратная характеризует работу стабилитрона. Стабилитрон называют опорным диодом, а источник напряжения, в схеме которого есть стабилитрон, называют опорным.

На рабочей обратной ветви опорного диода выделяют три основные значения обратного тока:

  • Минимальное
    . При силе тока, которая меньше минимального значения, стабилитрон остается закрытым.
  • Оптимальное
    . При изменении тока в широких пределах между точками 1 и 3 значение напряжения меняется несущественно.
  • Максимальное
    . При подаче тока выше максимальной величины опорный диод перегреется и выйдет из строя. Максимальное значение тока ограничивается максимально допустимой рассеиваемой мощностью, которая очень зависит от внешних температурных условий.

Области применения

Основная область применения этих элементов – стабилизация постоянного напряжения в маломощных ИП или в отдельных узлах, мощность которых не более десятков ватт. С помощью опорных диодов обеспечивают нормальный рабочий режим транзисторов, микросхем, микроконтроллеров.

В стабилизаторах простой конструкции стабилитрон является одновременно источником опорного напряжения и регулятором. В более сложных конструкциях стабилитрон служит только источником опорного напряжения, а для силового регулирования применяется внешний силовой транзистор.

Термокомпенсированные стабилитроны и детали со скрытой структурой востребованы в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения. Для защиты электрической аппаратуры от перенапряжений разработаны импульсные лавинные стабилитроны. Для защиты входов электрических приборов и затворов полевых транзисторов в схему устанавливают рядовые маломощные стабилитроны. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП) изготавливаются с одним кристаллом, на котором расположены: защитный стабилитрон и силовой транзистор.

Основные характеристики

В паспорте стабилизирующего диода указывают следующие параметры:

  • Номинальное напряжение стабилизацииUст
    . Этот параметр выбирает производитель устройства.
  • Диапазон рабочих токов
    . Минимальный ток – величина тока, при которой начинается процесс стабилизации. Максимальный ток – значение, выше которого устройство разрушается.
  • Максимальная мощность рассеивания
    . В маломощных элементах это паспортная величина. В паспортах мощных стабилитронов для расчета условий охлаждения производитель указывает: максимально допустимую температуру полупроводника и коэффициент теплового сопротивления корпуса.

Помимо параметров, указываемых в паспорте, стабилитроны характеризуются и другими величинами, среди которых:

  • Дифференциальное сопротивление
    . Это свойство определяет нестабильность устройства по напряжению питания и по току нагрузки. Первый недостаток устраняется запитыванием стабилизирующего диода от источника постоянного тока, а второй – включением между стабилитроном и нагрузкой буферного усилителя постоянного тока с эмиттерным повторителем.
  • Температурный коэффициент напряжения
    . В соответствии со стандартом эта величина равна отношению относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению наружной температуры. В нетермостабилизированных стабилитронах при нагреве от +25°C до +125°C напряжение стабилизации сдвигается на 5-10% от первоначального значения.
  • Дрейф и шум
    . Эти характеристики для обычных стабилитронов не определяются. Для прецизионных устройств они являются очень важными свойствами. В обычных (непрецизионных) стабилитронах шум создают: большое количество посторонних примесей и дефекты кристаллической решетки в области p-n перехода. Способы снижения шума (если в этом есть необходимость): защитная пассивация оксидом или стеклом (примеси направляются вглубь кристалла) или перемещением вглубь кристалла самого p-n-перехода. Второй способ является более радикальным. Он востребован в диодах с низким уровнем шума со скрытой структурой.

Способы включения – последовательное и параллельное

На детали импортного производства в сопроводительных документах ситуации, при которых возможно последовательное или параллельное соединение, не регламентируются. В документации на отечественные опорные диоды можно встретить два указания:

  • В приборах маленькой и средней мощности можно последовательно или параллельно подсоединять любое количество односерийных стабилитронов.
  • В приборах средней и значительной мощности можно последовательно соединять любое число стабилизирующих диодов единой серии. При параллельном соединении необходимо произвести расчеты. Общая мощность рассеивания всех параллельно подсоединенных стабилитронов не должна быть выше аналогичного показателя одной детали.

Допускается последовательное подключение опорных диодов разных серий в том случае, если рабочие токи созданной цепи не превышают паспортные токи стабилизации для каждой серии, установленной в схеме.

На практике для умножения напряжения стабилизации чаще всего применяют последовательное соединение двух-трех стабилитронов. К этой мере прибегают в том случае, если не удалось достать деталь на нужное напряжение или необходимо создать высоковольтный стабилитрон. При последовательном соединении напряжение отдельных элементов суммируется. В основном этот вид соединения используется при сборке высоковольтных стабилизаторов.

Параллельное соединение деталей служит для того, чтобы повышать ток и мощность. Однако на практике этот вид соединения применяется редко, поскольку различные экземпляры опорных диодов даже одного типа не имеют совершенно одинаковых напряжений стабилизации. Поэтому при параллельном соединении разряд возникнет только в детали с наименьшим напряжением стабилизации, а в остальных пробой не произойдет. Если пробой и возникает, то одни стабилитроны в такой цепи будут работать с недогрузкой, а другие с перегрузкой.

Для стабилизации переменного напряжения стабилитроны соединяются последовательно и встречно. В первый полупериод синусоиды переменного тока один элемент работает как обычный диод, а второй выполняет функции стабилитрона. Во втором полупериоде элементы меняются функциями. Форма выходного напряжения отличается от входного. Ее конфигурация напоминает трапецию. Это связано с тем, что напряжение, превышающее напряжение стабилизации, будет отсекаться и верхушки синусоиды будут срезаны. Последовательное и встречное соединение стабилитронов может применяться в термостабилизированном стабилитроне.

Как проверить светодиод мультиметром?

Тестирование светодиодных устройств ламп или просто светодиодов гораздо проще с цифровым мультиметром, который даст вам четкое представление о том, насколько сильны каждый из светодиодов. Яркость светодиода при его тестировании также укажет на его качество. Если у вас нет мультиметра для использования, простой держатель батареи для круглых батарей с выводами даст вам знать, работают ли ваши светодиоды.

Как проверить светодиод мультиметром?


Приобретите цифровой мультиметр, который может проверять диоды.
Мультиметры измеряют только показатели, вольт и омы. Для тестирования светодиодных индикаторов вам понадобится мультиметр с настройкой диода. Проверьте онлайн или в местном магазине аппаратных средств для мультиметров среднеценового и высокоценового диапазона, которые, скорее всего, будут иметь эту функцию, в сравнении с недорогими моделями.

Подключите красный и черный измерительные провода.
Красный и черный измерительные провода должны быть подключены к выходам на передней панели мультиметра. Красный провод – положительный заряд. Черный провод является отрицательным и должен быть подключен к входу с надписью «COM».

Поверните колесико мультиметра в положение диода.
Поверните циферблат на передней панели мультиметра по часовой стрелке, чтобы отодвинуть его от положения «выключено». Продолжайте поворачивать его, пока не приземлитесь на настройку диода. Если он не помечен явно, настройка диода может быть представлена ​​символом схемы диода.

Символ диода визуально представляет собой как его клеммы, так и катод и анод

Подключите черный зонд к катоду и красный зонд к аноду.

Прикоснитесь к черному зонду к катодному концу светодиода, который обычно является более коротким. Затем нажмите красный зонд на анод, который должен быть длинным. Обязательно подключите черный зонд перед красным зондом, так как обратное может не дать вам точного показания.

  • Убедитесь, что катод и анод не касаются друг друга во время этого теста, что может препятствовать прохождению тока через светодиодный индикатор и затруднять результаты.
  • Черные и красные контакты также не должны касаться друг друга во время теста.
  • Выполнение соединений должно привести к тому, что светодиод засветится.


Проверьте значение на цифровом дисплее мультиметра.
Когда контакты мультиметра касаются катода и анода, неповрежденный светодиод должен отображать напряжение приблизительно 1600 мВ. Если во время теста на экране не появляется показаний, повторите попытку, чтобы убедиться, что соединения выполнены правильно. Если вы правильно выполнили тест, это может быть признаком того, что светодиодный индикатор не работает.

Метод комфортен для всех типов светоизлучающих диодов, независимо от их выполнения и количества выводов. Замыкая красноватый щуп на анод, а темный на катод исправный светодиод должен засветиться. При смене полярности щупов на дисплее тестера должна оставаться цифра 1. Свечение излучающего диодика во время проверки будет маленький и на неких светодиодах при ярчайшем освещении может быть неприметно. Для четкой проверки разноцветных LED с несколькими выводами следует знать их распиновку. В неприятном случае придется наобум перебирать выводы в поисках общего анода либо катода. Не стоит страшиться тестировать массивные светодиоды с железной подложкой. Мультиметр не способен вывести их из строя, методом замера в режиме прозвонки. Проверку светодиода мультиметром можно выполнить без щупов, используя гнезда для тестирования транзисторов.

Оцените яркость светодиода.

Когда вы делаете правильные подключения для проверки своего светодиода, он должен засветится. Отметив показания на цифровом экране, посмотрите на сам светодиод. Если он не нормально светится, выглядит тусклым, это, скорее всего, некачественный светодиод. Если он сияет ярко, это,скорее всего качественный рабочий светодиод.

Мы надеемся, что в данной статье вы нашли все ответы на вопросы

Составные стабилитроны

Составной стабилитрон – устройство, применяемой в ситуациях, когда необходимы токи и мощность большего значения, чем это допускают технические условия. В этом случае между стабилизирующим диодом и нагрузкой подсоединяют буферный усилитель постоянного тока. В схеме коллекторный переход транзистора включен параллельно стабилизирующему диоду, а эммиттерный переход – последовательно.

Схема обычного составного стабилитрона не предназначена для применения на прямом токе. Но добавление диодного моста превращает составной стабилитрон в систему двойного действия, которая может работать и при прямом, и при обратном токе. Такие стабилитроны еще называют двойными или двуханодными. Стабилитроны, которые могут работать с напряжением только одной полярности, называют несимметричными. А составные стабилитроны, дееспособные при любом направлении тока, называют симметричными.

Виды стабилитронов

На современном рынке электроники имеется широкий ассортимент стабилитронов, адаптированных к определенным условиям применения.

Прецизионные

Эти устройства обеспечивают высокую стабильность напряжения на выходе. К ним предъявляются дополнительные требования к временной нестабильности напряжения и температурного коэффициента напряжения. К прецизионным относятся устройства:

  • Термокомпенсированные
    . В схему термокомпенсированного стабилитрона входят последовательно соединенные: стабилитрон номинальным напряжением 5,6 В (с плюсовым значением температурного коэффициента) и прямоосвещенный диод (с минусовым коэффициентом). При последовательном соединении этих элементов происходит взаимная компенсация температурных коэффициентов. Вместо диода в схеме может использоваться второй стабилитрон, включаемый последовательно и встречно.
  • Со скрытой структурой
    . Ток пробоя в обычном стабилитроне сосредотачивается в приповерхностном кремниевом слое, где находится максимальное количество посторонних примесей и дефектов кристаллической решетки. Эти несовершенства конструкции провоцируют шум и нестабильную работу. В деталях со скрытой структурой ток пробоя «загоняют» внутрь кристалла путем формирования глубокого островка p-типа проводимости.

Быстродействующие

Для них характерны: низкое значение барьерной емкости, всего десятки пикофарад, и краткий период переходного процесса (наносекунды). Такие особенности позволяют опорному диоду ограничивать и стабилизировать кратковременные импульсы напряжения.

Стабилизирующие диоды могут быть рассчитаны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Высоковольтные стабилитроны устанавливаются на специальные охладители, способные обеспечить нужный теплообмен и уберечь элемент от перегрева и последующего разрушения.

Способы проверки

Любой ремонт электроники и электрооборудования начинается с внешнего осмотра, а потом переходят к измерениям. Такой подход позволяет локализовать большую часть неисправностей. Чтобы найти варистор на плате посмотрите на рисунок ниже — так выглядят варисторы. Иногда их можно перепутать с конденсаторами, но можно отличить по маркировке.

Если элемент сгорел и маркировку прочесть невозможно — посмотрите эту информацию на схеме устройства. На плате и в схеме он может обозначаться буквами RU. Условное графическое обозначение выглядит так.

Есть три способа проверить варистор быстро и просто:

  1. Визуальный осмотр.
  2. Прозвонить. Это можно сделать муьтиметром или любым другим прибором, где есть функция прозвонки цепи.
  3. Измерением сопротивления. Это можно сделать омметром с большим пределом измерений, мультиметром или мегомметром.

Варистор выходит из строя, когда через него проходит большой или длительный ток. Тогда энергия рассеивается в виде тепла, и если её количество больше определённого конструкцией — элемент сгорает. Корпус этих компонентов выполняется из твердого диэлектрического материала, типа керамики или эпоксидного покрытия. Поэтому при выходе из строя чаще всего повреждается целостность наружного покрытия.

Можно визуально проверить варистор на работоспособность — на нем не должно быть трещин, как на фото:

Следующий способ — проверка варистора тестером в режиме прозвонки. Сделать это в схеме нельзя, потому что прозвонка может сработать через параллельно подключенные элементы. Поэтому нужно выпаять хотя бы одну его ножку из платы.

Важно: не стоит проверять элементы на исправность не выпаивая из платы – это может дать ложные показания измерительных приборов. Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться

Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра

Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра.

На большинстве мультиметров режим прозвонки совмещен с режимом проверки диодов. Его можно найти по значку диода на шкале селектора режимов. Если рядом с ним есть знак звуковой индикации — в нем наверняка есть и прозвонка.

Другой способ проверки варистора на пробой мультиметром является измерение сопротивления. Нужно установить прибор на максимальный предел измерения, в большинстве приборов это 2 МОма (мегаомы, обозначается как 2М или 2000К). Сопротивление должно быть равным бесконечности. На практике оно может быть ниже, в пределах 1-2 МОм.

Интересно! То же самое можно сделать мегаомметром, но он есть далеко не у каждого. Стоит отметить, что напряжение на выводах мегаомметра не должно превышать классификационное напряжение проверяемого компонента.

На этом заканчиваются доступные способы проверки варистора. В этот раз мультиметр поможет радиолюбителю найти неисправный элемент, как и в большом количестве других случаев. Хотя на практике мультиметр в этом деле не всегда нужен, потому что дело редко заходит дальше визуального осмотра. Заменяйте сгоревший элемент новым, рассчитанным на напряжение и диаметром не меньше чем был сгоревший, иначе он сгорит еще быстрее предыдущего.

Регулируемые стабилитроны

При изготовлении стабилизированных блоков питания необходимый стабилитрон может отсутствовать. В этом случае собирают схему регулируемого стабилитрона.

Нужное напряжение стабилизирующего диода подбирают при помощи резистора R1. Для настройки схемы на место резистора R1 подключают переменный резистор номиналом 10 кОм. После получения нужного значения напряжения определяют полученное сопротивление и устанавливают на постоянное место резистор нужного номинала. Для этой схемы можно применить транзисторы КТ342А, КТ3102А.

Способы маркировки

На корпусе детали имеется буквенная или буквенно-цифровая маркировка, которая характеризует электрические свойства и назначение устройства. Различают два типа маркировки. Детали в стеклянном корпусе маркируются привычным образом. На поверхности элемента пишут напряжение стабилизации с использованием буквы V, которая выполняет функцию десятичной запятой. Маркировка из четырех цифр и буквы в конце менее понятна. Расшифровать ее можно только с помощью даташита.

Еще один способ обозначения стабилизирующих диодов – цветовая маркировка. Часто применяется японский вариант, который представляет собой два или три цветных кольца. При наличии двух колец, каждое из них обозначает определенную цифру. Если второе кольцо нанесено в удвоенном варианте, то это означает, что между первой и второй цифрой надо поставить запятую.

Емкость стабилитрона

Как правило, информация о том, сколько вольт имеет стабилитрон, указана на корпусе самого аппарата. Также эти данные указываются в технической документации. В случае, если надписи и документации нет, есть третий вариант того, как узнать, на сколько вольт стабилитрон — поискать эту информацию в интернете. Старые модели можно отыскать в интернет-справочниках. Зарубежные модели имеют более простую маркировку, нежели российские аналоги. Все сведения отражаются на корпусе устройства под буквой V.

Вам это будет интересно Работа со сварочным аппаратом


Надпись с количеством вольтов в устройстве

Как отличить стабилитрон от обычного диода

Оба эти элемента имеют схожее обозначение на схеме. На практике отличить стабилитрон от обычного диода и даже узнать его номинал, если оно не более 35 В, можно с помощью приставки к мультиметру.


Схема приставки к мультиметру

Для выполнения генератора с широтно-импульсной модуляцией используется специализированная микросхема MC34063. Чтобы обеспечить гальваническую развязку между ИП и измерительной частью схемы напряжение контролируют на первичной обмотке трансформатора. Это позволяет сделать выпрямитель на VD2. Точка стабилизации выходного напряжения устанавливается с помощью резистора R3. Напряжение на конденсаторе С4 – примерно 40 В. Стабилизатор тока А2 и проверяемый опорный диод составляют параметрический стабилизатор, а мультиметр, подключенный к выводам схемы, позволяет определить напряжение стабилитрона.

Если диод подключить в обратной полярности (анод к «-», а катод к «+»), то мультиметр для обычного диода покажет 40 В, а для стабилитрона – напряжение стабилизации.

Для определения работоспособности стабилитрона с известным номиналом используют простую схему, состоящую из источника питания и токоограничительного резистора на 300…500 Ом. В этом случае с помощью мультиметра определяют не сопротивление перехода, а напряжение. Включают элементы, как показано на схеме, и меряют напряжение на стабилитроне.

Медленно поднимают напряжение блока питания. На значении напряжения стабилизации напряжение на стабилитроне должно прекратить свой рост. Если это произошло, значит, элемент исправен. Если при последующем увеличении напряжения ИП диод не начинает стабилизировать, значит, он не исправен.

Инструкция по проверке

В ответ на вопрос, как проверить диод мультиметром, не выпаивая, необходимо уточнить, чтобы успешно его проверить, как и стабилитрон, необходимо взять его и мультиметр, сделать прозвонок. Как правило, многие из устройств оснащены функцией диодной проверки. По инструкции она выглядит таким образом:

Анод и катод

  1. Все, что нужно, это перевести регулятор на функцию проверки, взять концы мультиметра и присоединить их к диодной сборке. К знаку минус нужно поднести анод, а к знаку плюс – катод. Нередко это просто белые и красные полосы соответственно.
  2. Затем появятся значения порогового напряжения и значение с показаний проверки.

Подключение анода и катода

Обратите внимание! В ходе проверки выпрямительного светодиода шотка или schottky прикасаться руками к одному из зарядов нельзя, поскольку корректными показания в таком случае не будут. В ходе первого определения нужно повторить процедуру в противоположном порядке

Так, анод нужно поместить к знаку плюс, а катод – минус. При таком подключении на мультиметр поступит цифра 1. Это значит, что ток не течет. Все под защитой.

Стоит отметить, что более подробная инструкция со схемами, ответами на популярные вопросы о светодиодных узких супрессорах и предупреждениях дана в инструкции к каждому мультиметру.

Мультиметр для проверки диодной сборки

Проверка на исправность полупроводниковых элементов

Чтобы проверить полупроводниковые элементы на исправность, необходимо воспользоваться цифровым измерительным мультиметром с крышкой и большим функционалом. Большинство из них оснащены подобной функцией прозвона моста и генератора, поэтому сделать процедуру проверки может каждый желающий. Все что нужно, это прозвонить с помощью многофункционального мультиметра свободный диод, установить регуляторную ручку на измерительном приборе и нажать кнопку с данным обозначением на управленческой приборной панели. Далее необходимо подключить соответствующий красный щуп к аноду, а черный к катоду. Только так прибор измерит все правильно.

Обратите внимание! Понять, где анод, а где катод, несложно, прочитав описание к модели мультиметра, или воспользоваться помощью электронщика. Как правило, на каждом проводке имеется своя маркировка, благодаря которой понять, где что находится, очень просто в конкретной ситуации

В результате должно получиться пороговое прямое напряжение. Если есть повреждение какого-то элемента, то на панели появится ноль напротив того электрода, который будет подключен, или цифра выше или ниже допустимой.

В ответ на то, как проверить диодную сборку мультиметром, если специального режима в мультиметре нет, можно указать, что необходимо собрать схему: соединить источник питания с резистором и проверяемым полупроводником. Затем подключить элемент анода к резистору, а катод к источнику питания. Далее следует нажать пуск и посмотреть, в каком состоянии находится полупроводниковый элемент. Как и в прошлом случае, исправный элемент измерителем будет выдавать прямое напряжение.

Проверка мультиметром без выпаивания

Без выпаивания мультиметром можно проверить электроды. Все что нужно, это выбрать на устройстве сопротивляющий измерительный режим с диапазоном в 2 кОм. Затем стандартно нужно присоединить красный проводок к части анода, а черный к части катода. Так будет показана цифра напряжения в омах. Как правило, при разрыве цепи измерение получается с цифрой выше допустимого или со значением 0.

Обратите внимание! Важно понимать, что для проверки оборудования и полупроводниковых элементов необходимо полностью действовать в соответствии с представленной к мультиметру инструкцией. Также необходимо понимать важные физические моменты и немного понимать в электронике для составления правильной электрической схемы. В противном случае отсутствие знаний может затруднить работу с мультиметром

В противном случае отсутствие знаний может затруднить работу с мультиметром.

Правильность подключения электродов залог успешной проверки

Как правильно подобрать стабилитрон?

Стабилитроны относятся к стабилизаторам небольшой мощности. Поэтому их необходимо подбирать так, чтобы через них без перегрева мог проходить весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации.

Для правильного выбора стабилитрона для электрической схемы необходимо знать следующие параметры: минимальное и максимальное входное напряжение, напряжение на выходе, минимальный и максимальный ток нагрузки. Напряжение стабилизации стабилитрона равно выходному напряжению. А рассчитать максимальный ток, который может пройти через стабилитрон в конкретной схеме, и мощность рассеивания при максимальном токе, лучше всего с помощью онлайн-калькулятора.

Проверка транзистор-тестером

Проверить на работоспособность полупроводниковых элементов можно с помощью универсального тестера радиокомпонентов. Часто его называют транзистор-тестером.

Это универсальный измерительный прибор с цифровым индикатором. С помощью транзистор-тестера можно проверить различные радиодетали. К ним относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. А также и полупроводниковые приборы, транзисторы, тиристоры, диоды, стабилитроны, супрессоры и т.п.

Для проверки работоспособности, зажмите детальку в ZIF-панельке (специальном разъёме с рычагом для зажимания элементов), после чего на дисплее высвечивается схемное обозначение элемента. Однако рассматриваемые в этой статье элементы проверяются как обычные диоды. Поэтому не стоит рассчитывать, что транзистор тестер определит, на какое напряжение стабилитрон. Для этого все равно нужно будет собрать схему типа той, что показана выше или такую как рассмотрим далее.

Рекомендуем посмотреть видео о том, что такое универсальный транзистор-тестер и как им проверять радиоэлектронные компоненты.

Тестер, также как и мультиметр, проверяет целостность -n перехода и корректно определяет напряжением стабилизации стабилитронов до 4,5 вольт.

При ремонте аппаратуры, рекомендуется элемент стабилизации менять на новый. Не зависимо от наличия исправного p-n перехода. Т.к. высока вероятность, что у диода изменилось напряжение стабилизации или оно может произвольно меняться в процессе работы аппаратуры.

Полупроводниковый стабилитрон, или диод Зенера, представляет собой диод особого типа. При прямом включении обычный диод и стабилитрон ведут себя аналогично. Разница между ними проявляется при обратном включении. Обычный диод при подаче обратного напряжения и превышении его номинального значения просто выходит из строя. А для стабилитрона подключение обратного напряжения и его рост до установленной точки является штатным режимом. При достижении определенной точки обратного напряжения в стабилитроне возникает обратимый пробой. Через устройство начинает течь ток. До наступления пробоя стабилитрон находится в нерабочем состоянии и через него протекает только малый ток утечки. На электросхемах стабилитрон обозначается как стрелка-указатель, на конце которой имеет черточка, обозначающая запирание. Стрелка указывает направление тока. Буквенное обозначение на схемах – VD.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛЬТАЖА ЛЮБОГО СТАБИЛИТРОНА

Как мы проверяем стабилитрон? Подключив к регулируемому блоку питания и отслеживая ток. А если такого БП под рукой нет, а если он на максимум 20, а стабилитрон на 30 вольт (да и конденсатор в источнике питания может повредить измеряемый диод)? Поэтому не лишним будет обзавестись простым цифровым тестером стабилитронов. При этом схема должна быть эквивалентна функции «проверки диодов» в мультиметре, диапазон напряжений не менее 30 В, питание типовое 5 В, сборка из самых простых и дешманских радиоэлементов. 

Схема и чертеж печатной платы измерителя

Вот принципиальная схема тестера для определения напряжения стабилитрона — на сколько он вольт. Тут выбран инвертор на базе NE555 в качестве преобразователя. Сначала использовался дроссель 470uH и транзистор BC337 в качестве ключа. Удалось выжать около 70 В из схемы, но и транзистор, и дроссель были сильно нагретыми. Заменили ключевой транзистор на MJE13007 от какого-то блока питания ATX.

Далее источник тока. Ничего нового, простая схема с транзистором, здесь применен BC327, два выпрямительных диода и измерительный резистор. 

Теперь измерение. Берем цифровой китайский вольтметр, измеряющий напряжение на стабилитроне. Эти индикаторы имеют диапазон 3-30 В обычно. Этот факт, а также применяемый транзистор с Uce max 40V вынуждают выполнить некоторое ограничение напряжения на тестируемом устройстве.

Элементами ответственными за ограничение являются D4, T1, R3, R4 — перенапряжение 33 В вызывает сброс низкого состояния на входе сброса NE555 и инвертор выключается.

Источник питания — импульсный 5 В 1 A. Соответствующее гнездо установлено в корпусе. Готовое устройство также имеет переключатель настройки источника тока — трехпозиционный переключатель, замыкающий точку A на точку B или C или оставляющий ее не подключенной, что дает установки тока 1,4 мА, 3,8 мА и 0,7 мА. С этими значениями полезно проверить, как стабилитроны держат разный ток. 

Если напряжение питания будет выше 8,5 В, то можно использовать UC3843 + Мосфет, который дает очень высокую эффективность (более 90%) и возможность тестировать диоды с еще более высокими напряжениями, после добавления делителя 1:10 на вольтметре. Схему похожего прибора можно посмотреть в этой статье.

   Форум по измерительным приборам

   Форум по обсуждению материала ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛЬТАЖА ЛЮБОГО СТАБИЛИТРОНА





СТАНДАРТЫ РАДИОСВЯЗИ

Обсудим действующие стандарты радиосвязи, узнаем чем они отличаются, и когда использовать какие из них.



Приставка к мультиметру для проверки стабилитронов — Измерительная техника — Инструменты

И. АНКУДИНОВ, п. Алексеевен Иркутской обл.


При разборке радиоаппаратуры радиолюбители обычно не выбрасывают демонтированные детали, надеясь на дальнейшее их использование. Часть из них имеет маркировку, что позволяет их идентифицировать. Некоторые элементы можно определить по внешнему виду или с помощью мультиметра (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, светодио-ды и т. д).

Идентификация стабилитронов оказывается затруднительной, поскольку для этого необходим источник напряжения, превышающий напряжение стабилизации. Большинство стабилитронов, применяемых радиолюбителями, имеют напряжение стабилизации 3…15 В, поэтому подойдет источник с напряжением 15…20 В. Сделать такой источник компактным и легким можно, применив один гальванический элемент с повышающим преобразователем напряжения.» присутствует постоянное напряжение около 15 В. Работоспособность модуля сохраняется при уменьшении питающего напряжения до 0,8 В. Резистор R1 совместно с испытуемым стабилитроном, который подключают к контактным площадкам Х1 и Х2, образуют параметрический стабилизатор напряжения.

Цифровой мультиметр М-830. М-838 или аналогичный устанавливают в режим измерения постоянного напряжения на пределе 20 В и подключают с соблюдением полярности к гнездам XS1 и XS2. При отсутствии подключаемого элемента мультиметр должен показать выходное напряжение преобразователя. Выводы тестируемого элемента соединяют с контактными площадками Х1 и Х2, если это стабилитрон и он соединен анодом с минусом, а катодом с плюсом, то мультиметр покажет напряжение стабилизации данного стабилитрона. При обратном подключении его выводов показания будут не более 0,7 В.


Если показания при подключении элемента в одной полярности не изменяются, а в другой не превышают 0,7 В — это диод или стабилитрон с более высоким, чем 20 В, напряжением стабилизации. Для симметричного стабилитрона в обоих случаях показания будут одинаковыми и меньше выходного напряжения преобразователя. Если показания муль-тиметра близки к нулю в обоих направлениях подключения, испытуемый элемент (диод или стабилитрон) пробит. При максимальных показаниях в обоих вариантах подключения тестируемого элемента — обрыв.

Устройство собирают на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Одна сторона является лицевой панелью на которой сделаны контактные площадки Х1 и Х2. На второй стороне монтируют детали методом поверхностного монтажа без сверления отверстий. Их выводы укорачивают и припаивают непосредственно к печатным проводникам. Через отверстия в плате контакты Х1 и Х2 соединяют с контактными площадками второй стороны.
Контактные пластины для установки гальванического элемента изготовляют также из двусторонне фольгированного стеклотекстолита, зачищают, залужи-вают и припаивают к печатным проводникам платы. К минусовой пластине, для улучшения контакта с элементом питания, припаивают пружинящий лепесток. Преобразователь напряжения КФ-29 приклеивают к плате, а его выводы припаивают к соответствующим контактным площадкам. Гнезда XS1 и XS2 подбирают по диаметру щупов мультиметра и закрепляют на плате гайками. Гнезда можно использовать любые из имеющихся в наличии, изменив способ их крепления Выключатель питания SA1 — любой малогабаритный движковый.


При отсутствии модуля КФ-29 преобразователь можно собрать по схеме, приведенной на рис. 3. На транзисторе VT1 и трансформаторе Т1 собран бло-кинг-генератор. Импульсы напряжения с коллектора транзистора VT1 выпрямляются диодом VD1, сглаживаются конденсатором СЗ. Постоянное напряжение через резистор R1 поступает на гнезда XS1 и XS2. Элементы этого преобразователя монтируют на аналогичной плате, причем лицевая панель не меняется а печатные проводники и монтаж на второй стороне выполняют в соответствии с 

рис. 4.
В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-33, оксидные конденсаторы С1 и СЗ — импортные, С2 — К10-17. Для изготовления трансформатора Т1 используют ферритовое кольцо типоразмера К10*6хЗ мм магнитной проницаемостью 1000. 2000, грани которого предварительно притупляют с помощью надфиля и обматывают тонкой виниловой лентой. Первичная обмотка содержит 20 витков, а вторичная — 10 витков провода ПЭВ-2 0,31 Диод 1N5817 заменим на 1N5818, 1N5819. Транзистор — КТ3102 с любым буквенным индексом Выключатель SA1 — любой малогабаритный движковый.


После монтажа устанавливают гальванический элемент и включают SA1. Если собранный преобразователь не начинал работать, необходимо поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора Т1. Внешний вид приставки показан на 

рис. 5. Ее можно использовать и со стрелочным мультиметром.

 

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 (IZ), 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 (Ez) 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 (

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

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 Rs. 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 (VZ). 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 (IL), 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 (IZ). 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.

Выбор стабилитрона

Чтобы подобрать стабилитрон для схемы, показанной на рис. 3, нужно знать диапазон входных напряжений U1 и диапазон изменения нагрузки RН.

Рис. 3. Схема включения стабилитрона.

Для примера рассчитаем сопротивление R и подберём стабилитрон для схемы на рис. 3 со следующими требованиями:

Диапазон входных напряжений, В U1 11…15
Выходное напряжение, В U2 9
Диапазон нагрузок, мА IН 50…100

Такая схема может потребоваться, например, для питания какого-либо устройства с небольшим потреблением от бортовой сети автомобиля.

Один из посетителей сайта нашёл в этой статье ошибку, за что я ему благодарен. Сейчас эта статья исправлена и содержит правильные расчёты.

Итак, для начала рассчитаем значение сопротивления R. Минимальное напряжение на входе равно 11 В. При таком напряжении мы должны обеспечить ток на нагрузке не менее 100 мА (или 0,1 А). Закон Ома позволяет определить сопротивление резистора:

RЦ = U1МИН / IН.МАКС = 11 / 0,1 = 110 Ом
То есть цепь для обеспечения заданного тока на нагрузке должна иметь сопротивление не более 110 Ом.

На стабилитроне падает напряжение 9 В (в нашем случае). Тогда при токе 0,1 А эквивалент нагрузки:

RЭ = U2 / IН.МАКС = 9 / 0,1 = 90 Ом
Тогда, для того чтобы обеспечить на нагрузке ток 0,1 А, гасящий резистор должен иметь сопротивление:
R = RЦ – RЭ = 110 – 90 = 20 Ом
С учётом того, что сам стабилитрон тоже потребляет ток, можно выбрать несколько меньшее сопротивление из стандартного ряда Е24 статью о резисторах). Но, так как стабилитрон потребляет небольшой ток, этим значением в большинстве случаев можно пренебречь.

Теперь определим максимальный ток через стабилитрон при максимальном входном напряжении и отключенной нагрузке. Расчёт нужно выполнять именно при отключенной нагрузке, так как даже если у вас нагрузка будет всегда подключена, нельзя исключить вероятность того, что какой-нибудь проводок отпаяется и нагрузка отключится.

Итак, вычислим падение напряжения на резисторе R при максимальном входном напряжении:

UR.МАКС = U1МАКС – U2 = 15 – 9 = 6 В
А теперь определим ток через резистор R из того же закона Ома:
IR.МАКС = UR.МАКС / R = 6 / 20 = 0,3 А = 300 мА
Так как резистор R и стабилитрон VD включены последовательно, то максимальный ток через резистор будет равен максимальному току через стабилитрон (при отключенной нагрузке), то есть
IR.МАКС = IVD.МАКС = 0,3 А = 300 мА
Нужно ещё рассчитать мощность рассеивания резистора R. Но здесь это мы делать не будем, поскольку данная тема подробно описана в статье Резисторы.

А вот мощность рассеяния стабилитрона рассчитаем:

PМАКС = IVD.МАКС * UСТ = 0,3 * 9 = 2,7 Вт = 2700 мВт
Мощность рассеяния – очень важный параметр, который часто забывают учесть. Если окажется, что мощность рассеяния на стабилитроне превысит максимально допустимую, то это приведёт к перегреву стабилитрона и выходу его из строя. Хотя при этом ток может быть в пределах нормы. Поэтому мощность рассеяния как для гасящего резистора R, так и для стабилитрона VD нужно всегда рассчитывать.

Осталось подобрать стабилитрон по полученным параметрам:

UСТ = 9 В – номинальное напряжение стабилизации
IСТ.МАКС = 300 мА – максимально допустимый ток через стабилитрон
РМАКС = 2700 мВт – мощность рассеяния стабилитрона при IСТ.МАКС

По этим параметрам в справочнике находим подходящий стабилитрон. Для наших целей подойдёт, например, стабилитрон Д815В.

Надо сказать, что этот расчет довольно грубый, так как он не учитывает некоторые параметры, такие, например, как температурные погрешности. Однако в большинстве практических случаев описанный здесь способ подбора стабилитрона вполне подходит.

Стабилитроны серии Д815 имеют разброс напряжений стабилизации. Например, диапазон напряжений Д815В – 7,4…9,1 В. Поэтому, если нужно получить точное напряжение на нагрузке (например, ровно 9 В), то придётся опытным путём подобрать стабилитрон из партии нескольких однотипных. Если нет желания возиться с подбором «методом тыка», то можно выбрать стабилитроны другой серии, например серии КС190. Правда, для нашего случая они не подойдут, поскольку имеют мощность рассеивания не более 150 мВт. Для повышения выходной мощности стабилизатора напряжения можно использовать транзистор. Но об этом как-нибудь в другой раз…

И ещё. В нашем случае получилась довольная большая мощность рассеивания стабилитрона. И хотя по характеристикам для Д815В максимальная мощность 8000 мВт, рекомендуется устанавливать стабилитрон на радиатор, особенно если он работает в сложных условиях (высокая температура окружающей среды, плохая вентиляция и т.п.).

Если необходимо, то ниже вы можете выполнить описанные выше рассчёты для вашего случая

Параметр Значение Единица измерения
Минимальное входное напряжение, U1МИН = В
Максимальное входное напряжение, U1МАКС = В
Выходное напряжение, U2 = В
Минимальный ток нагрузки, IН.МИН = мА
Максимальный ток нагрузки, IН.МАКС = мА
Сопротивление резистора, Ом, R =
Максимальный ток через стабилитрон, IVD.МАКС = мА
Мощность рассеяния R, PR >= мВт
Мощность рассеяния VD, PVD >= мВт

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:

 

Стабилитроны, характеристики, расчеты

Стабилитроны

, названные в честь своего изобретателя доктора Карла Зенера, в основном используются в электронных схемах для генерации точных опорных напряжений. Это устройства, которые могут создавать практически постоянное напряжение на них независимо от изменений в схемах и напряжениях.

Внешне вы можете найти стабилитроны, очень похожие на стандартные диоды, такие как 1N4148. Стабилитроны также работают, преобразуя переменный ток в пульсирующий постоянный ток, как и их традиционные альтернативы.Однако, в отличие от стандартных выпрямительных диодов, стабилитроны сконфигурированы так, что их катод напрямую соединен с плюсом источника питания, а анод — с отрицательным источником питания.

Характеристики

В стандартной конфигурации стабилитроны демонстрируют высокое сопротивление ниже определенного критического напряжения (известного как напряжение Зериера). Когда это конкретное критическое напряжение превышается, активное сопротивление стабилитрона падает до чрезвычайно низкого уровня.

И при этом низком значении сопротивления эффективное постоянное напряжение поддерживается на стабилитронах, и можно ожидать, что это постоянное напряжение будет сохраняться независимо от любого изменения тока источника.

Проще говоря, всякий раз, когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное значение стабилитрона, стабилитрон проводит и заземляет избыточное напряжение. Из-за этого напряжение падает ниже напряжения стабилитрона, которое отключает стабилитрон, и источник питания снова пытается превысить напряжение стабилитрона, снова включая стабилитрон. Этот цикл быстро повторяется, что в конечном итоге приводит к стабилизации выхода точно на постоянном значении напряжения стабилитрона.

Эта характеристика графически выделена на рисунке ниже, который показывает, что выше «напряжения стабилитрона» обратное напряжение остается почти постоянным даже при изменении обратного тока.В результате стабилитроны часто используются для получения постоянного падения напряжения или опорного напряжения с их внутренним сопротивлением.

Стабилитроны разработаны с различной мощностью и номинальным напряжением от 2,7 до 200 вольт. (Однако в большинстве случаев стабилитроны со значениями намного выше 30 В почти никогда не используются.)

Базовая рабочая схема стабилитрона

Стандартная схема стабилизатора напряжения, использующая один резистор и стабилитрон, показана на следующем изображении.Предположим, что значение стабилитрона составляет 4,7 В, а напряжение питания V in равно 8,0 В.

Основную работу стабилитрона можно объяснить следующими моментами:

При отсутствии нагрузки на цепи. на выходе стабилитрона видно падение 4,7 Вольт на стабилитроне, в то время как на резисторе R создается отсечка 2,4 Вольт. приведет к тому, что падение напряжения на стабилитроне останется на уровне 4.7 В.

Однако можно было заметить, что падение напряжения на резисторе R увеличилось с 2,4 В до 3,4 В.

Можно ожидать, что падение напряжения на идеальном стабилитроне будет довольно постоянным. На практике вы можете обнаружить, что напряжение на стабилитроне немного увеличивается из-за динамического сопротивления стабилитрона.

Процедура, посредством которой вычисляется изменение напряжения стабилитрона, заключается в умножении динамического сопротивления стабилитрона на изменение тока стабилитрона.

Резистор R1 в приведенной выше базовой конструкции регулятора символизирует предпочтительную нагрузку, которая может быть подключена к стабилитрону.R1 в этой связи будет потреблять определенное количество тока, проходящего через стабилитрон.

Поскольку ток в Rs будет выше, чем ток, поступающий в нагрузку, некоторое количество тока будет продолжать проходить через стабилитрон, обеспечивая совершенно постоянное напряжение на стабилитроне и нагрузке.

Указанный последовательный резистор Rs должен быть определен таким образом, чтобы наименьший ток, входящий в стабилитрон, всегда был выше минимального уровня, указанного для стабильного регулирования от стабилитрона.Этот уровень начинается сразу под «изломом» кривой обратного напряжения / обратного тока, как показано на предыдущей графической диаграмме выше.

Вы должны дополнительно убедиться, что выбор Rs гарантирует, что ток, проходящий через стабилитрон, никогда не выходит за пределы его номинальной мощности: которая может быть эквивалентна напряжению стабилитрона x току стабилитрона. Это наибольшая величина тока, которая может пройти через стабилитрон при отсутствии нагрузки R1.

Как рассчитать стабилитроны

Спроектировать базовую схему стабилитрона на самом деле просто и можно реализовать с помощью следующих инструкций:

  1. Определите максимальный и минимальный ток нагрузки (Li), например 10 мА и 0 мА.
  2. Определите максимальное возможное напряжение питания, например уровень 12 В, при этом убедитесь, что минимальное напряжение питания всегда равно 1,5 В + Vz (номинальное напряжение стабилитрона).
  3. Как указано в базовой конструкции регулятора, необходимое выходное напряжение, которое эквивалентно напряжению стабилитрона Vz = 4,7 В, и выбранный минимальный ток стабилитрона составляет 100 мкА . Это означает, что максимальный предполагаемый ток стабилитрона здесь составляет 100 микроампер плюс 10 миллиампер, что составляет 10.1 миллиампер.
  4. Последовательный резистор Rs должен допускать минимальную величину тока 10,1 мА, даже если входное напряжение является самым низким заданным уровнем, который на 1,5 В выше, чем выбранное значение стабилитрона Vz, и может быть рассчитано с использованием закона Ома как: Rs = 1,5 / 10,1 x 10 -3 = 148,5 Ом. Ближайшее стандартное значение составляет 150 Ом, поэтому Rs может составлять 150 Ом.
  5. Если напряжение питания повышается до 12 В, падение напряжения на Rs будет Iz x Rs, где Iz = ток через стабилитрон.Следовательно, применяя закон Ома, мы получаем Iz = 12 — 4,7 / 150 = 48,66 мА
  6. Выше указан максимальный ток, который может пройти через стабилитрон. Другими словами, максимальный ток, который может протекать при максимальной выходной нагрузке или при максимальном заданном входном напряжении питания. В этих условиях стабилитрон будет рассеивать мощность Iz x Vz = 48,66 x 4,7 = 228 мВт. Ближайшее стандартное значение номинальной мощности для этого составляет 400 мВт.

Влияние температуры на стабилитроны

Наряду с параметрами напряжения и нагрузки стабилитроны довольно устойчивы к колебаниям температуры вокруг них.Однако, выше температуры может иметь некоторое влияние на устройство, как показано на графике ниже:

Он показывает кривую температурного коэффициента стабилитрона. Хотя при более высоких напряжениях кривая коэффициента соответствует примерно 0,1% на градус Цельсия, она проходит через ноль при 5 В, а затем становится отрицательной для более низких уровней напряжения. В конце концов он достигает -0,04% на градус Цельсия при напряжении около 3,5 В.

Использование стабилитрона в качестве датчика температуры

Одним из хороших способов использования чувствительности стабилитрона к изменению температуры является применение устройства в качестве датчика температуры, как показано ниже. диаграмма

На схеме показана мостовая схема, построенная с использованием пары резисторов и пары стабилитронов с идентичными характеристиками.Один из стабилитронов работает как генератор опорного напряжения, а другой стабилитрон используется для измерения изменений уровней температуры.

Стандартный стабилитрон 10 В может иметь температурный коэффициент + 0,07% / ° C, что может соответствовать изменению температуры 7 мВ / ° C. Это создаст дисбаланс около 7 мВ между двумя плечами моста на каждый градус Цельсия изменения температуры. Измеритель полной шкалы FSD на 50 мВ может использоваться в указанном положении для отображения соответствующих показаний температуры.

Настройка значения стабилитрона

Для некоторых схемных приложений может потребоваться точное значение стабилитрона, которое может быть нестандартным или недоступным.

Для таких случаев может быть создан массив стабилитронов, который затем может быть использован для получения желаемого настраиваемого значения стабилитрона, как показано ниже:

В этом примере многие настраиваемые нестандартные значения стабилитрона могут быть получены в различных клеммы, как описано в следующем списке:

Вы можете использовать другие значения в указанных позициях, чтобы получить множество других настраиваемых наборов выходных стабилитронов

Стабилитроны с питанием переменного тока

Стабилитроны

обычно используются с источниками постоянного тока, однако эти устройства также могут быть разработаны для работы с источниками переменного тока.Некоторые применения стабилитронов переменного тока включают аудио, радиочастотные схемы и другие формы систем управления переменным током.

Как показано в приведенном ниже примере, когда источник переменного тока используется с стабилитроном, стабилитрон мгновенно будет проводить, как только сигнал переменного тока перейдет от нуля к отрицательной половине своего цикла. Поскольку сигнал отрицательный, переменный ток будет закорочен через анод на катод стабилитрона, в результате чего на выходе появится 0 В.

Когда источник переменного тока проходит через положительную половину цикла, стабилитрон не проводит ток, пока переменный ток не поднимется до уровня напряжения стабилитрона.Когда сигнал переменного тока пересекает напряжение стабилитрона, стабилитрон проводит и стабилизирует выходной сигнал до уровня 4,7 В, пока цикл переменного тока не упадет обратно до нуля.

Помните, что при использовании стабилитрона с входом переменного тока убедитесь, что Rs рассчитывается в соответствии с пиковым напряжением переменного тока.

В приведенном выше примере выход не симметричный, а пульсирующий 4,7 В постоянного тока. Чтобы получить на выходе симметричное 4,7 В переменного тока, можно подключить два стабилитрона, как показано на схеме ниже

Подавление шума стабилитрона

Хотя стабилитроны обеспечивают быстрый и простой способ создания стабилизированных выходов с фиксированным напряжением. , у него есть один недостаток, который может повлиять на чувствительные звуковые цепи, такие как усилители мощности.

Стабилитроны создают шум во время работы из-за лавинного эффекта перехода при переключении в диапазоне от 10 мкВ до 1 мВ. Это можно подавить, добавив конденсатор параллельно стабилитрону, как показано ниже:

Емкость конденсатора может быть между 0,01 мкФ и 0,1 мкФ, что позволит подавить шум в 10 раз и будет поддерживать наилучшая стабилизация напряжения.

На следующем графике показано влияние конденсатора на снижение шума стабилитрона.

Использование стабилитрона для фильтрации пульсаций напряжения

Стабилитроны могут также применяться в качестве эффективных фильтров пульсаций напряжения, так же как они используются для стабилизации переменного напряжения.

Благодаря чрезвычайно низкому динамическому импедансу стабилитроны могут работать как фильтр пульсаций точно так же, как и конденсатор фильтра.

Очень впечатляющую фильтрацию пульсаций можно получить, подключив стабилитрон через нагрузку к любому источнику постоянного тока. Здесь напряжение должно быть таким же, как и уровень пульсации.

В большинстве схемных приложений он может работать так же эффективно, как обычный сглаживающий конденсатор емкостью несколько тысяч микрофарад, что приводит к значительному снижению уровня пульсаций напряжения, накладываемого на выход постоянного тока.

Как увеличить допустимую мощность стабилитрона

Простой способ увеличить допустимую мощность стабилитрона, вероятно, состоит в том, чтобы просто подключить их параллельно, как показано ниже:

Однако на практике это может быть не так просто, как кажется, и может работать не так, как задумано.Это связано с тем, что, как и любое другое полупроводниковое устройство, стабилитроны также никогда не имеют точно идентичных характеристик, поэтому один из стабилитронов может проводить перед другим, протягивая через себя весь ток, в конечном итоге разрушаясь.

Быстрый способ решения этой проблемы может заключаться в добавлении последовательных резисторов низкого номинала к каждому стабилитрону, как показано ниже, что позволит каждому стабилитрону равномерно распределять ток за счет компенсации падений напряжения, создаваемых резисторами R1 и R2:

Хотя пропускная способность по мощности может быть увеличена путем параллельного подключения стабилитронов, гораздо более совершенным подходом может быть добавление шунтирующего BJT в сочетании с стабилитроном, настроенным в качестве опорного источника.См. Следующий пример схемы.

Добавление шунтирующего транзистора не только увеличивает пропускную способность стабилитрона в 10 раз, но и дополнительно улучшает уровень регулирования напряжения на выходе, который может достигать указанного коэффициента усиления по току транзистора.

Этот тип стабилизатора стабилитрона на шунтирующих транзисторах может быть использован в экспериментальных целях, поскольку схема имеет 100% защиту от короткого замыкания. Тем не менее, конструкция довольно неэффективна, поскольку транзистор может рассеивать значительное количество тока при отсутствии нагрузки.

Для получения еще лучших результатов, стабилизатор с последовательным транзистором, показанный ниже, выглядит лучшим и предпочтительным вариантом.

В этой схеме стабилитрон создает опорное напряжение для последовательного транзистора, который, по сути, работает как эмиттерный повторитель. В результате напряжение эмиттера поддерживается в пределах нескольких десятых вольта от напряжения базы транзистора, создаваемого стабилитроном. Следовательно, транзистор работает как последовательный компонент и позволяет эффективно контролировать колебания напряжения питания.

Теперь весь ток нагрузки проходит через этот последовательный транзистор. Пропускная способность этого типа конфигурации полностью определяется стоимостью и спецификацией транзисторов, а также зависит от эффективности и качества используемого радиатора.

Превосходное регулирование может быть достигнуто за счет вышеупомянутой конструкции с использованием резистора серии 1 кОм. Регулировку можно увеличить в 10 раз, заменив нормальный стабилитрон на специальный низкодинамический стабилитрон, такой как 1N1589).

В случае, если вы хотите, чтобы вышеуказанная схема обеспечивала регулируемый выходной сигнал с переменным напряжением, это может быть легко достигнуто с помощью потенциометра 1K на стабилитроне. Это позволяет регулировать переменное опорное напряжение на базе последовательного транзистора.

Однако эта модификация может привести к снижению эффективности регулирования из-за некоторого эффекта шунтирования, создаваемого потенциометром.

Схема стабилитрона постоянного тока

Простой стабилизируемый стабилитроном источник постоянного тока может быть спроектирован через единственный транзистор в качестве переменного последовательного резистора.На рисунке ниже показана основная принципиальная схема.

Здесь вы можете увидеть пару проходов схемы, один через стабилитрон, подключенный последовательно с резистором смещения, а другой путь через резисторы R1, R2 и последовательный транзистор.

В случае отклонения тока от исходного диапазона он вызывает пропорциональное изменение уровня смещения R3, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное увеличение или уменьшение сопротивления последовательного транзистора.

Эта регулировка сопротивления транзистора приводит к автоматической корректировке выходного тока до желаемого уровня.Точность управления током в этой конструкции будет около +/- 10% в зависимости от выходных условий, которые могут варьироваться от короткого замыкания до нагрузки до 400 Ом.

Схема последовательной коммутации реле с использованием стабилитрона

Если у вас есть приложение, в котором требуется, чтобы набор реле переключался последовательно одно за другим на выключателе питания, а не все вместе, тогда следующая конструкция может оказаться весьма удобной.

Здесь последовательно увеличивающиеся стабилитроны устанавливаются последовательно с группой реле вместе с отдельными последовательными резисторами с малым номиналом.При включении питания стабилитроны проводят один за другим последовательно в порядке возрастания их значений стабилитрона. Это приводит к последовательному включению реле в соответствии с требованиями приложения. Значения резисторов могут составлять 10 Ом или 20 Ом в зависимости от величины сопротивления катушки реле.

Схема стабилитрона для защиты от перенапряжения

Благодаря их характеристикам чувствительности к напряжению, можно комбинировать стабилитроны с характеристиками чувствительных к току предохранителей для защиты критически важных компонентов схемы от скачков высокого напряжения и, кроме того, устраняя проблемы с предохранителями. частое сгорание, что может произойти, особенно когда номинал предохранителя очень близок к рабочему току схемы.

Путем присоединения стабилитрона с правильным номиналом поперек нагрузки можно использовать предохранитель, рассчитанный на выдержку заданного тока нагрузки в течение продолжительных периодов времени. В этой ситуации предположим, что входное напряжение увеличивается до такой степени, что превышает напряжение пробоя стабилитрона — это заставит стабилитрон проводить ток. Это вызовет внезапное увеличение тока почти мгновенно сгорит предохранитель.

Преимущество этой схемы состоит в том, что она предотвращает частое и непредсказуемое срабатывание предохранителя из-за его близкого значения предохранителя к току нагрузки.Вместо этого предохранитель перегорает только тогда, когда напряжение и ток действительно поднимаются выше указанного опасного уровня.

Схема защиты от пониженного напряжения с использованием стабилитрона

Реле и правильно подобранный стабилитрон достаточно для создания точной схемы защиты от пониженного или пониженного напряжения для любого желаемого применения. Принципиальная схема представлена ​​ниже:

Операция на самом деле очень проста, напряжение Vin, получаемое от сети трансформаторного моста, изменяется пропорционально в зависимости от изменений входного переменного тока.Это означает, что если предположить, что 220 В соответствует 12 В от трансформатора, то 180 В должно соответствовать 9,81 В и так далее. Следовательно, если предполагается, что 180 В является порогом отсечки низкого напряжения, то выбор стабилитрона в качестве устройства на 10 В отключит работу реле всякий раз, когда входной переменный ток падает ниже 180 В.

Стабилитрон Схема стабилизатора напряжения — Схема

В этой схеме стабилизатора напряжения на стабилитроне используется стабилитрон для установления опорного напряжения.Этот полупроводник изготавливается для самых разных напряжений и мощностей. Стабилитроны имеют значения напряжения от менее 2 вольт до нескольких сотен вольт, и они могут рассеивать мощность от 0,25 до 50 Вт… или более.

Используя формулу мощности Pz = Vz x Iz, вы можете получить максимальный ток, который может пройти через стабилитрон: Iz = Pz / Vz. (Амперы), где:

  • Iz = ток через стабилитрон
  • Pz = максимальная мощность, которую может рассеять стабилитрон (данные производителя)
  • Vz = напряжение стабилитрона (данные производителя)

Например: Максимум ток, который может выдержать стабилитрон на 10 В и 50 Вт, составляет Iz = Pz / Vz = 50/10 = 5 ампер.

Для реализации стабилизатора напряжения на стабилитроне воспользуемся следующей схемой.

Как найти номинал резистора (Rs)?

Расчет значения резистора Rs определяется потребляемым током нагрузки (который связан с этим источником напряжения). Rs находится между «Vin» и катодом стабилитрона. Этот резистор можно рассчитать по формуле: Rs = [Vin min — Vz] / [1,1 x IL max], где:

  • Vin min — минимальное значение входного напряжения.(Помните, что это нерегулируемое напряжение, и оно варьируется)
  • IL max — максимальное значение тока, которое может потребоваться нагрузке.

После расчета Rs максимальная мощность этого резистора определяется по следующей формуле:

PD = [[Vin min — Vz] / Rs] x Vz

Пример конструкции: стабилитронный стабилизатор напряжения

Нерегулируемый источник напряжения 15 В используется для питания нагрузки, которой требуется 9 В постоянного тока. Нагрузке требуется ток в диапазоне от 200 до 350 мА.(миллиампер).

  • Выбран стабилитрон 9,1 В (очень близко к значению 9 В)
  • Расчет резистора
  • Rs: Rs = (15 — 9,1) / (1,1 x 0,35) = 15 Ом
  • Расчет мощности стабилитрона: PD = [(15 — 9,1) / 15] x 9,1 = 3,58 Вт.

Поскольку стабилитрона мощностью 3,58 Вт нет, мы выбираем диод мощностью 5 Вт, который является наиболее близким значением.

Расчет мощности резистора

Мощность рассчитывается по формуле: P = I 2 x R.Замена данных в формуле:

  • I max = 350 мА = 0,35 А
  • Rs = 15 Ом.

P Rs = 0,35 2 x 15 = 1,84 Вт. Вы должны купить резистор 2 Вт

ADALM2000: Стабилитрон | Analog Devices

Цель:

Стабилизатор напряжения — это схема, используемая для поддержания постоянного выходного напряжения при нагрузке независимо от изменений тока нагрузки. Например, нагрузкой может быть система на основе микроконтроллера, которая требует постоянного напряжения питания, даже если ее потребность в токе зависит от активности системы.Стабилитрон на рисунке 1 предлагает очень упрощенный способ поддерживать напряжение нагрузки V L на том же уровне, что и обратное напряжение пробоя стабилитрона, при условии, что сопротивление нагрузки R L остается выше. чем какой-то нижний предел. Источник напряжения, V , IN , и резистор, R S , моделируют сопротивление Тевенина возможной схемы, которая преобразовала высокое напряжение, такое как сетевое питание 120 В переменного тока, в нерегулируемый и нефильтрованный источник более низкого постоянного напряжения.

Материалы:

  • Модуль активного обучения ADALM2000
  • Макетная плата без пайки
  • Один резистор 1 кОм (R S )
  • Один переменный резистор 5 кОм, потенциометр (R L )
  • Один стабилитрон (1N4735 или аналогичный)

Направление:

Создайте схему, показанную на рисунке 1, на беспаечной макетной плате, используя стабилитрон 1N4735 6,2 В. Используйте AWG1 (постоянное 5 В) и пользовательское напряжение –5 В Vn, чтобы установить источник постоянного тока V IN .Используйте различные постоянные и переменные резисторы для R L .

Рис. 1. Стабилитрон на стабилитроне. Рис. 2. Макетная схема стабилизатора стабилитрона.

Процедура:

Шаг 1

Отслеживайте и сообщайте о напряжении нагрузки V L с помощью прибора Scopy Voltmeter для измерения V L для R L равным:

  • Обрыв цепи (см. Рисунок 3)
  • 10 кОм (см. Рисунок 4)
  • 1 кОм (см. Рисунок 5)
  • 100 Ом (см. Рисунок 6)
Рисунок 3.R L = форма сигнала стабилизатора стабилитрона разомкнутой цепи. Рис. 4. R L = 10 кОм осциллограмма стабилитрона. Рис. 5. R L = Форма сигнала стабилитрона 1 кОм. Рис. 6. R L = 100 Ом осциллограмма стабилитрона.

Шаг 2

Замените нагрузку R L потенциометром 5 кОм и настройте потенциометр, чтобы определить минимальное значение R L , при котором V L остается в пределах 10% от напряжения стабилитрона, V Z .Измерьте и сообщите сопротивление, на которое вы установили потенциометр. Как это сопротивление соотносится со значением R S ?

Дальнейшие исследования

Изучите кривую вольт-амперной характеристики стабилитрона, используя ту же методику, которая описана в шаге 2, путем измерения тока в R S с осциллографическим каналом 2 и построения графика зависимости напряжения на стабилитроне от тока на осциллографе XY режим. Обязательно отрегулируйте диапазон горизонтального напряжения и смещение, чтобы включить 6.Напряжение пробоя 2 В. Обсудите свои результаты, в частности, чем стабилитрон похож на обычный диод и отличается от него.

Движение больших токов нагрузки

Как мы видели в простом стабилитроне на Рисунке 1, максимальный ток нагрузки определяется резистором R S . Кроме того, схема очень неэффективна для меньших токов нагрузки по сравнению с максимальными, поскольку избыточный ток течет в стабилитроне, когда не течет в нагрузке.Включение эмиттерного повторителя или усилителя тока эмиттерного повторителя Дарлингтона может значительно повысить эффективность этой схемы регулятора, как показано на рисунке 2.

Дополнительные материалы

  • Два транзистора NPN (2N3904 и TIP31)
  • Два малых сигнальных диода (1N914 или аналогичный)
Рисунок 7. Добавление каскада усилителя тока.

Направления:

Соберите любую из схем, показанных на рисунке 2, на беспаечной макетной плате, используя 1N4735 6.Стабилитрон 2 В в качестве D1 и силовой транзистор 2N3904 или TIP31 для Q1. Q2 может быть 2N3904 и D2, D3 может быть 1N914.

Дополнительный диод D2 добавлен последовательно со стабилитроном, чтобы частично компенсировать дополнительное падение напряжения V BE из-за эмиттерного повторителя Q1. Аналогичным образом, в конфигурации Дарлингтона добавлены два диода (D2, D3), чтобы снова частично компенсировать падение двух V BE повторителя Дарлингтона.

Вопрос:

Используя схему на рисунке 1, вычислите сопротивление R L , для которого значение V L составляет 20% от напряжения стабилитрона V Z .

Вы можете найти ответы в блоге StudentZone.

Идентификация и использование стабилитронов

Введение

Стабилитрон — это кремниевый диод, оптимизированный для работы в так называемой области пробоя. Это означает, что они могут вести себя, когда у них обратное смещение. Это не похоже на обычные диоды, которые самоуничтожаются. Напряжение пробоя стабилитрона может составлять от 2 до 200 вольт, что делает его полезным во множестве приложений.

Одно из популярных применений — стабилизатор напряжения. Это связано со способностью стабилитрона поддерживать постоянное выходное напряжение при изменении тока в цепи. Это делает стабилитроны идеальными в качестве входов для других схем или в качестве источников опорного напряжения для операционных усилителей.

Тестирование

Стабилитроны проверяются так же, как и обычные диоды. Напомним, что диоды ведут себя как переключатель, который открыт в одном направлении, но закрыт в другом. Перед тестированием убедитесь, что мультиметр поставлен на диодную настройку.

Измерьте прямое смещенное напряжение диода, поместив положительный или красный провод мультиметра на анодную часть диода. Это немаркированная сторона стабилитрона. Отрицательный или черный вывод мультиметра должен находиться на катоде или маркированной стороне диода. Кремниевый диод с прямым смещением должен показывать от 0,5 до 0,7 вольт, так что это значение, которое вы должны видеть для стабилитрона.

Для проверки напряжения обратного смещения переключите провода мультиметра. Мультиметр должен показывать перегрузку или отсутствие падения напряжения, указывая на отсутствие тока или бесконечное сопротивление.

Идентификация

Стабилитроны могут быть неотличимы от обычных диодов. Стабилитроны могут иметь темный пластиковый корпус с темной полосой, которая имеет такую ​​же окраску, как и у других диодов. Многие другие стабилитроны имеют медный цвет и заключены в стеклянный корпус с белой, черной или синей полосой. Третьи могут иметь металлические кожухи.

Если диод не закреплен и упаковки у вас нет, найдите номер на корпусе. Например, это может быть 1N4734A или 1N751.Этой информации достаточно, чтобы выполнить поиск с помощью любимой поисковой системы. Другой способ — перейти непосредственно на веб-сайт производителя или дистрибьютора, например Fairchild Semiconductor или Newark, и найти там компонент.

Иногда диод не болтается, а припаивается к плате. Он может быть спаян таким образом, что вы не сможете увидеть номер. В подобных случаях посмотрите, отображается ли на плате символ стабилитрона. Этот символ такой же, как и у обычного диода, за исключением того, что полоса, представляющая катод, имеет дополнительные линии, указывающие вверх и вниз.

Ссылки

Мальвино, Альфред. Электронные принципы. McGraw-Hill

Horowitz, Paul; Хилл, Уинфилд. The Art of Electronics.Cambridge University Press

Resources

Fairchild Semiconductor

Newark

National Semiconductor

Регулятор напряжения, переменная нагрузка, объяснение напряжения источника

Друзья, добро пожаловать на сайт kohiki.com, посвященный электронике и электричеству. В этой статье мы узнаем о стабилитроне и увидим, как стабилитрон может использоваться в качестве регулятора напряжения.

Что такое стабилитрон

В предыдущих статьях мы увидели, как этот диод с PN переходом может работать как в прямом, так и в обратном направлении. И мы также видели, что в случае состояния обратного смещения, когда приложенное напряжение меньше этого напряжения пробоя, ток через диод почти не протекает.

Но как только напряжение на диоде становится больше, чем это напряжение пробоя, тогда внезапно большой ток начинает течь в обратном направлении.Таким образом, эта область действия диода известна как область работы пробоя. А для нормального диода этой области работы следует избегать. Но есть некоторые диоды, которые предназначены для использования в этой области пробоя. И эти диоды известны как стабилитрон .

VI-характеристика

Итак, вот символ стабилитрона, и если вы видите VI-характеристику этого стабилитрона, то он очень похож на обычный диод. Как видите, в состоянии прямого смещения он работает аналогично обычному диоду.И в обратном направлении, когда приложенное напряжение больше порогового напряжения, диод внезапно начинает работать в области пробоя.

, поэтому напряжение, после которого стабилитрон работает в этой области пробоя, называется напряжением стабилитрона, а соответствующий ток, протекающий через стабилитрон, известен как ток стабилитрона.

напряжение пробоя

, в отличие от обычных диодов, это напряжение пробоя стабилитрона может составлять от двух до двухсот вольт.Но если вы видите нормальные диоды, обычно напряжение пробоя было более 20 вольт. Таким образом, в отличие от обычных диодов, эти стабилитроны сильно легированы, и, изменяя концентрацию легирования, мы можем изменить напряжение стабилитрона этого стабилитрона.

Итак, для стабилитронов, у которых напряжение пробоя меньше 4 В, эффект Зенера является преобладающим. С другой стороны, для стабилитронов, напряжение пробоя которых превышает шесть вольт, преобладает лавинный эффект.И эти два эффекта мы уже обсуждали в предыдущей статье.

Так что для получения дополнительной информации вы можете проверить эту статью. Но независимо от механизма пробоя все диоды, которые предназначены для использования в этой области пробоя, известны как стабилитроны.

Условие обратного смещения

Теперь в этом стабилитроне, в состоянии обратного смещения, когда приложенное напряжение больше, чем напряжение стабилитрона, этот стабилитрон будет работать в области пробоя.И если есть резистор, ограничивающий ток, последовательно с диодом Зенера, то внезапно чрезмерное количество тока начинает течь через этот диод Зенера.

И в некотором смысле из-за чрезмерного рассеивания мощности этот стабилитрон может выйти из строя. Таким образом, чтобы ограничить этот ток, необходимо подключить токоограничивающий резистор последовательно с этим стабилитроном.

И если вы посмотрите таблицу любого стабилитрона, то вы обнаружите, что максимальный ток стабилитрона определен для каждого стабилитрона.это означает, что максимально допустимый ток через стабилитрон должен быть меньше этого тока. И если вы видите таблицу, для стабилитрона также определен еще один ток, который известен как минимальный ток стабилитрона.

, поэтому в основном этот ток определяет минимальный ток, который должен потребоваться для использования этого стабилитрона в этой области пробоя. поэтому всякий раз, когда стабилитрон используется в этой области пробоя, рабочий ток этого стабилитрона должен находиться между этими двумя пределами.Таким образом, для любого стабилитрона, когда приложенное напряжение Vs больше, чем это напряжение стабилитрона, а рабочий ток находится между этими значениями Izk и Izm, мы можем сказать, что стабилитрон работает в этой области пробоя.

характеристика напряжения

Итак, теперь, если вы видите характеристику напряжения стабилитрона, то вы можете видеть, что даже если мы выйдем за пределы этого напряжения стабилитрона, то также вряд ли будет какое-либо изменение напряжения на этом стабилитроне, или, другими словами, мы можем сказать, что напряжение на стабилитроне остается постоянным.

, так что этот стабилитрон можно использовать как стабилизатор напряжения. Итак, в первом приближении мы будем предполагать, что всякий раз, когда напряжение на стабилитроне больше, чем напряжение стабилитрона, в этом случае стабилитрон можно заменить источником постоянного напряжения VZ.

Но на самом деле, если вы видите, эта кривая не прямая линия. это означает, что этот стабилитрон должен иметь некоторое последовательное сопротивление, и это последовательное сопротивление известно как сопротивление стабилитрона. Таким образом, из-за этого сопротивления стабилитрона, если ток, протекающий через стабилитрон, будет увеличиваться, тогда падение напряжения на резисторе стабилитрона будет увеличиваться.Из-за этого повышается перенапряжение на стабилитроне. Но здесь для нашего анализа мы предположим, что сопротивление стабилитрона стабилитрона равно нулю.

Кроме того, будем также считать, что ток Зенера равен нулю. Это означает, что в условиях обратного смещения ток, который требуется для включения стабилитрона, также равен нулю, поэтому при этих предположениях давайте посмотрим, как эти внутренние диоды могут использоваться в качестве регулятора напряжения.

Стабилитрон как регулятор напряжения

, поэтому в этом приближении, если напряжение питания Vs больше, чем Vz, в этом случае стабилитрон будет работать в области пробоя и будет обеспечивать постоянное напряжение Vz на двух выводах.

Таким образом, мы можем использовать стабилитрон в качестве стабилизатора напряжения, и это особенно полезно при проектировании источников питания. Итак, допустим, мы проектируем источник питания с использованием полной схемы выпрямителя, а для фильтрации здесь мы используем конденсаторный фильтр. Теперь, если вы помните, даже если вы используете этот конденсаторный фильтр, тогда также есть некоторая конечная пульсация в форме выходного сигнала.

И эту пульсацию можно еще больше уменьшить, если использовать этот стабилитрон на выходе этого конденсаторного фильтра.Таким образом, стабилитрон действует как регулятор напряжения и обеспечивает постоянное напряжение на двух выводах. Теперь, даже если мы подключим сопротивление нагрузки, это также обеспечит постоянное напряжение на этом сопротивлении нагрузки.

, но теперь, когда мы подключаем это сопротивление нагрузки, в первую очередь нам нужно найти эквивалентное напряжение Thevenin на этих двух клеммах. Потому что в условиях холостого хода всякий раз, когда мы подаем напряжение питания, все напряжение появляется на этом стабилитроне.

Но когда мы подключаем это сопротивление нагрузки RL, то, прежде всего, нам нужно убедиться, что напряжение на этих двух выводах больше, чем напряжение стабилитрона. Итак, чтобы найти это напряжение на стабилитроне, прежде всего, мы найдем эквивалентное напряжение Тевенина на этих двух выводах. И это может быть выражено как RL, деленное на RL плюс RS.

Теперь, если в этом случае напряжение Тевенина больше, чем VZ, он будет работать в области пробоя. поэтому, если стабилитрон работает в области пробоя, он будет обеспечивать постоянное напряжение Vz на этом нагрузочном резисторе.И в этом случае ток нагрузки IL будет равен VL, деленному на RL. А здесь ВЛ — не что иное, как ВЗ.

Это означает, что ток нагрузки IL будет равен VZ, деленному на RL. Аналогично, теперь давайте посмотрим, какой ток источника или последовательный ток протекает через этот резистор Rs. Таким образом, этот ток источника Is может быть выражен как Vs минус Vz, деленный на Rs.

, так что это ток источника, который подается этим источником напряжения. Итак, теперь мы знаем ток источника и ток нагрузки.А оставшийся ток будет протекать через этот стабилитрон. И этот ток известен как ток Зенера. поэтому, если мы применим KCL в этом узле, то мы можем сказать, что этот ток равен Iz плюс IL. Или мы можем сказать, что ток стабилитрона Iz равен Is минус IL.

Это ток, протекающий через стабилитрон. А мощность, рассеиваемая на стабилитроне, равна Vz, умноженному на Iz. так что в основном это произведение напряжения Зенера и тока.Таким образом, мы можем найти ток через диод. Итак, давайте возьмем один простой пример, чтобы эта концепция стала вам понятной.

Пример №1

Шаг № 1

для этого мы найдем эквивалентное напряжение Тевенина на этих двух клеммах. Таким образом, здесь это можно представить как 1 кило ом, разделенный на 1 кило ом плюс 250 ом, умноженный на 18 вольт.

Шаг №2

И если мы посчитаем значение, то получится 14,4 вольт. Так как эквивалентное напряжение Тевенина превышает 10 вольт, стабилитрон будет работать в области пробоя и будет обеспечивать постоянное напряжение 10 вольт на нагрузочном резисторе.

Шаг № 3

Таким образом, мы можем сказать, что ток нагрузки будет равен 10 вольт, разделенным на 1 килоом, что равно 10 миллиампер, и здесь последовательный ток Is или ток источника Is будет будет равно 18 вольт минус 10 вольт, разделенных на 250 Ом, и получится 32 миллиампер.

Шаг №4

Итак, этот ток Is равен 32 миллиамперам. Теперь мы знаем, что ток стабилизации Iz может быть задан как Is минус IL, что равно 32 минус 10 миллиампер.

Шаг № 5

Что равно 22 миллиамперам, значит, это ток Зенера, который протекает через этот стабилитрон. и рассеиваемая мощность может быть выражена как Iz, умноженная на Vz, что равно 22 миллиамперам, умноженным на 10 вольт.

Final Answer

, поэтому мощность, рассеиваемая на стабилитроне, равна 220 милливатт. Таким образом, мы можем найти ток Зенера, а также рассеиваемую мощность.

  • Теперь всякий раз, когда стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, тогда в зависимости от применения будет изменяться напряжение питания или сопротивление нагрузки.
  • Но, несмотря на изменение этих параметров, этот стабилитрон должен обеспечивать постоянное напряжение на нагрузке.
  • Другими словами, он должен нормально работать как регулятор напряжения. Итак, в общем, мы можем сказать, что всякий раз, когда диод используется в качестве регулятора напряжения, есть три переменные.
  • одно — напряжение питания, а другое — сопротивление нагрузки. И третья переменная — это последовательное сопротивление.

Итак, вот что мы будем делать, мы будем считать два параметра постоянными, и мы предположим, что третий параметр является переменной, и мы найдем максимальное и минимальное значение этого параметра, так что диод будет работать при пробое область.Другими словами, эта схема регулятора будет нормально работать как регулятор напряжения. поэтому в первую очередь мы предположим, что это напряжение питания Vs и это последовательное сопротивление Rs постоянны.

Стабилитрон как регулятор напряжения с переменной нагрузкой

Стабилитрон стабилизатора напряжения А сопротивление нагрузки RL переменное. поэтому мы найдем минимальное и максимальное значение этого нагрузочного резистора, чтобы стабилитрон работал правильно как регулятор напряжения.

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому для начала выясним минимальное значение сопротивления этой нагрузки.Стабилизатор напряжения на стабилитроне, и чтобы найти его, в первую очередь запишем эквивалентное напряжение Тевенина на этом диоде.

, поэтому это напряжение Vth может быть задано как RL, деленное на RL плюс RS, умноженное на Vs стабилизатора напряжения на стабилитроне.

стабилизатор напряжения на стабилитроне теперь из уравнения, если вы наблюдаете, как значение этого сопротивления нагрузки RL уменьшается, эквивалентное напряжение Тевенина на этих двух клеммах будет уменьшаться, но стабилизатор напряжения на стабилитроне, если это эквивалентное напряжение Тевенина станет ниже этого напряжения VZ, в этом случае , это произойдет из области пробоя, поэтому эквивалентное напряжение Тевенина должно быть, по крайней мере, равно напряжению Зенера, и отсюда мы можем найти минимальное значение этого сопротивления нагрузки.

, поэтому стабилизатор напряжения на стабилитроне, если мы приравняем это выражение к VZ, и если мы переставим термины, то минимальное значение этого сопротивления нагрузки может быть выражено как Rs, умноженное на VZ, разделенное на Vs минус VZ.

, поэтому это будет минимальное значение сопротивления нагрузки для обеспечения правильной работы стабилитрона в области пробоя.

стабилизатор напряжения на стабилитроне аналогично, теперь выясним максимальное значение этого нагрузочного резистора. теперь, когда это сопротивление нагрузки RL является максимальным, в это время ток, протекающий через эту нагрузку, минимален, или, другими словами, мы можем сказать, что минимум IL будет равен VZ, разделенному на максимум RL.стабилизатора напряжения нигде, так как Vs и Rs фиксированы, поэтому значение тока Iswill фиксировано. Таким образом, этот ток Is можно выразить как Vs минус VZ, разделенное на Rs.

Таким образом, стабилизатор напряжения стабилитрона этот ток Is останется фиксированным. теперь, когда мы увеличиваем значение этого RL, ток, протекающий через этот нагрузочный резистор, будет уменьшаться, и в то же время ток, протекающий через резистор, будет увеличиваться.

Так как мы удерживаем регулятор напряжения на диоде при увеличении значения RL, тогда ток, протекающий через диод, будет увеличиваться, но мы знаем, что ток, протекающий через диод, должен быть меньше максимального значения или, другими словами, он должен быть меньше Изм.

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому всякий раз, когда через него протекает максимальный ток, ток, протекающий через эту нагрузку RL, минимален. или математически мы можем записать это как Is равно Izm плюс IL (min).

Регулятор напряжения

Это означает, что IL (мин) равно Is минус Izm. И отсюда мы можем найти максимальное значение этого нагрузочного резистора. Чтобы лучше понять это, давайте рассмотрим один пример.

Пример №2

стабилизатор напряжения на стабилитроне. В этом примере нам дали эту схему регулятора, и нас попросили найти минимальное и максимальное значение этого нагрузочного резистора.

  • , поэтому прежде всего позвольте нам найти минимальное значение этого нагрузочного резистора, и мы знаем, что минимальное значение этой нагрузки может быть выражено как RS x VZ, деленное на Vs минус VZ.
  • И если мы поместим значения, то мы можем записать их как сто Ом, умноженные на пять вольт, разделенные на пять вольт.
  • Это означает, что минимальное значение этого нагрузочного резистора равно сотне Ом. Аналогично, теперь давайте узнаем максимальное значение.
  • , поэтому для нахождения максимального значения в первую очередь найдем ток источника Is.А ток источника Is может быть выражен как 10 вольт минус пять вольт, разделенных на сто Ом.
  • То есть 50 миллиампер. Таким образом, это ток источника, который подается этим 10-вольтовым источником, и исходя из этого мы можем сказать, что IL (мин) будет равно Is минус Izm, что равно 50 минус 30.
  • , что означает 20 миллиампер. таким образом, это будет минимальный ток, который будет протекать через этот нагрузочный резистор, и исходя из этого мы можем сказать, что максимальное значение нагрузочного резистора будет равно VZ, деленному на IL (min).

регулятор напряжения То есть пять вольт разделить на 20 миллиампер. поэтому максимальное значение нагрузочного резистора будет равно 250 Ом.

стабилизатор напряжения на стабилитроне, поэтому мы можем сказать, что для данных параметров, когда сопротивление нагрузочного резистора находится между сотнями и 250 Ом, данная схема будет правильно работать как регулятор напряжения.

, поэтому теперь мы предположим, что эти последовательные резисторы Rs и нагрузочные резисторы RL постоянны, а это напряжение питания Vs является переменным.

Стабилитрон как регулятор напряжения с переменным напряжением источника

, поэтому мы найдем минимум в максимальном значении V, чтобы он работал правильно в области пробоя. (В детекторе пикового напряжения я объяснил) Или, другими словами, эта схема будет правильно работать как регулятор напряжения. Итак, прежде всего, мы найдем минимальное значение этого напряжения питания и для этого еще раз запишем эквивалентное напряжение Тевенина, которое появляется на стабилитроне.

, что равно Vs, умноженному на RL, деленному на Rs плюсRL. Теперь из выражения, если вы наблюдаете, как мы уменьшаем значение этого V, то эквивалентное напряжение Тевенина, которое появляется на диоде, будет уменьшаться, и если оно упадет ниже этого Vz, то диод выйдет из области пробоя.

, поэтому минимальное значение эквивалентного напряжения Тевенина должно быть равно VZ. И отсюда мы можем найти минимальное значение этого напряжения питания. Таким образом, минимум Vs будет равен RS плюс RL, деленному на RLtimes Vz.

, поэтому это будет минимальное значение напряжения питания, при котором диод будет работать в области пробоя. аналогично теперь выясним максимальное значение этого напряжения питания. нигде, если вы наблюдаете, диод работает в области пробоя, поэтому напряжение в этом узле будет равно VZ, что означает, что меньший ток IL будет равен VZ, разделенному на RL.

Теперь, поскольку это Vs является переменным, так как мы увеличиваем напряжение питания, тогда ток источника будет увеличиваться, и здесь ток источника может быть задан как Vs минус Vz, деленный на RS.

Итак, исходя из выражения, мы можем сказать, что по мере увеличения значения Vs ток источника Is будет увеличиваться. но здесь, поскольку этот ток нагрузки Is фиксирован, оставшийся ток будет проходить через этот диод.

, поэтому по мере того, как мы продолжаем увеличивать значение Vs, ток, протекающий через стабилитрон , будет увеличиваться. Но мы знаем, что максимально допустимый ток стабилитрона равен Izm.

, так что это ограничит максимальное значение этого источника тока.или другими словами, мы можем сказать, что Is (max) будет равно Izm плюс IL. И из этого Is (max) мы можем найти максимальное значение этого источника напряжения. это означает, что Is (max) будет равно Vs (max) минус Vz, деленному на Rs, поэтому таким образом мы также можем найти максимальное значение напряжения питания.

  • Обозначение стабилитрона и конструкция стабилитрона, объясненная Кетаном

  • Защита от перенапряжения на стабилитроне, проблемы, расчет

    по Ketan

  • Цепи фиксатора — положительный фиксатор, отрицательный фиксатор, типы, видео, объяснение

    от Ketan

  • Цепь машинки для стрижки
  • : положительный результат, двойная связь и проблемы, объясненные Кетаном

  • Варакторный диод, объясненный Кетаном

  • Что такое фотодиод? 5+ параметров объяснил Кетан

  • Описание светоизлучающих диодов (светодиодов) 5 типов Led

    от Ketan

  • Стабилитрон
  • : регулятор напряжения, переменная нагрузка, напряжение источника объяснено

    by Ketan

  • Схема детектора пиков
  • , объясненная Кетаном

  • Что такое прецизионный выпрямитель

    от Ketan

  • Двухполупериодный выпрямитель и мостовой выпрямитель

    от Ketan

  • Полуполупериодный выпрямитель, объясненный Кетаном



Для построения характеристической кривой стабилитрона и определения его напряжения обратного пробоя

Для построения характеристической кривой стабилитрона и определения его напряжения обратного пробоя

Цель
Построить характеристическую кривую стабилитрона и определить его обратное напряжение пробоя.

Аппарат
Стабилитрон (с небольшим обратным напряжением пробоя около 6 вольт), [например, V z = 6 В], десятивольтная батарея, высокоомный реостат, два вольтметра 0-10 В, один Амперметр 0-100 мА, один 20 Ом. сопротивление, односторонний ключ, соединительные провода.

Теория
Стабилитрон. Это полупроводниковый диод, в котором секции n-типа и p-типа сильно легированы, т.е. в них больше процент примесных атомов. Это сильное легирование приводит к низкому значению напряжения обратного пробоя (BV R ).Это значение можно контролировать во время производства.
Напряжение обратного пробоя стабилитрона называется напряжением стабилитрона (V z ). Обратный ток, возникающий после пробоя, называется током Зенера (I z ).

При пробое увеличение V I увеличивает I I на большую величину, так что V 0 = V I — R I I I становится постоянным. Это постоянное значение V 0 , которое представляет собой обратное напряжение пробоя, называется напряжением Зенера.
Используемая формула

Схема

Процедура

  1. Установите устройство, как показано на принципиальной схеме.
  2. Сделайте все соединения аккуратными, чистыми и плотными.
  3. Отметить наименьшую погрешность счета и нуля вольтметров и миллиамперметров. (микроамперметр)
  4. Поднесите подвижный контакт делителя потенциала (реостата) к отрицательному полюсу и вставьте ключ K. Вольтметры и миллиамперметры дадут нулевое показание.
  5. Сдвиньте контакт немного в сторону плюса, чтобы подать напряжение обратного смещения (V I ). Показания миллиамперметра остаются нулевыми. Вольтметры дают одинаковые показания.
    [т.е. V 0 = V I . . . I I = 0 (уравнение 2)]
  6. При дальнейшем увеличении V I начинает течь I I . Тогда V 0 становится меньше, чем V I . Обратите внимание на значения V p I I и V 0 .
  7. Продолжайте увеличивать V I небольшими шагами по 0.5 В. Обратите внимание на соответствующие значения I , I и V 0 , которые будут увеличены.
  8. По мере того, как V I производится все больше и больше, обнаруживается, что I , I и V 0 увеличиваются. Значения отмечены.
  9. На одном этапе, когда V I увеличивается, I I увеличивается на большую величину, а V 0 не увеличивается. Это обратная аварийная ситуация.
  10. При дальнейшем увеличении V I обнаруживается, что увеличивается только I I , V 0 становится постоянным.Обратите внимание на значения V I , I I и V 0 .
  11. Увеличьте V 1 до значения 10 В, отмечая соответствующие значения.
  12. Запишите свои наблюдения, как указано заранее.

Наблюдения

Расчеты
Постройте график между входным напряжением V I (столбец 2) и входным током (столбец 3), взяв V I по оси X и I I по оси Y.

Результат
Напряжение обратного пробоя данного стабилитрона равно

.

Меры предосторожности

  1. Все соединения должны быть аккуратными, чистыми и плотными.
  2. Ключ должен использоваться в цепи и открываться, когда цепь не используется.

Viva Voce

Вопрос. 1. Что такое обратный ток?
Ответ. Ток, вызванный напряжением обратного смещения, называется обратным током.

Вопрос. 2. Что представляет собой обратный ток?
Ответ. Обратный ток связан с неосновными носителями.

Вопрос 3. Что такое миноритарные перевозчики?
Ответ. Свободные электроны в полупроводнике p-типа и дырки в полупроводнике нового типа называются неосновными носителями. Они присутствуют из-за разрыва ковалентных связей.

Вопрос.4. Что такое обратная разбивка?
Ответ. На определенной стадии повышенного напряжения обратного смещения обратный ток внезапно увеличивается. Такая ситуация называется обратной пробой. Это явление называется эффектом Зенера.

Вопрос.5. Что вызывает обратную поломку?
Ответ. Разрыв всех ковалентных связей вызывает обратный разрыв.

Вопрос. 6. Устранима ли обратная поломка?
Ответ. Да. Снижение напряжения обратного смещения восстанавливает состояние. Разорванные связи собираются заново.

Вопрос.7. Что такое обратное напряжение пробоя?
Ответ. Напряжение обратного смещения, вызывающее пробой, называется напряжением обратного пробоя. Он представлен условным обозначением BV R .

Вопрос. 8. От какого фактора зависит напряжение обратного пробоя?
Ответ. Это зависит от уровня легирования переключаемого и p-образного участка диода.
У диодов общего назначения каждая секция слегка легирована. У них высокое значение обратного напряжения пробоя. Каждая секция стабилитронов
сильно легирована. Они имеют низкое значение обратного напряжения пробоя.

Вопрос.9. Что такое напряжение стабилитрона?
Ответ. Напряжение обратного пробоя стабилитронов называется напряжением стабилитрона. Обозначается символом V z .

Вопрос. 10. Чем отличается напряжение стабилитрона для германия и кремния?
Ответ. При таком же порядке легирования он меньше для германия и больше для кремния.

Вопрос.11.Что такое стабилитрон?
Ответ. Обратный ток после пробоя называется током Зенера. Обозначается символом I z .

Вопрос 12. Как стабилитрон работает как регулятор напряжения?
Ответ. При пробое и после него выходное напряжение (V 0 ) становится постоянным при значении напряжения стабилитрона (V z ), даже когда входное напряжение (V I ) увеличивается.
Таким образом, стабилитрон будет давать одинаковое выходное напряжение для всех входных напряжений более высоких значений. Он становится стабилизатором напряжения для напряжения, равного значению напряжения стабилитрона (V z ). Потребляемый ток не влияет на напряжение стабилитрона.

Вопрос 13. Что такое напряжение в коленях?
Ответ. Прямое напряжение, при превышении которого ток начинает быстро увеличиваться с увеличением напряжения, называется напряжением включения или напряжением колена диода.

Вопрос 14. Что происходит с потенциальным барьером и обедняющим слоем, когда на диод с p-n переходом подается обратное смещение?
Ответ. Оба увеличиваются.

Вопрос 15. Что такое уровень Ферми?
Ответ. Это самый высокий уровень энергии в зоне проводимости, занимаемой электронами при абсолютном нуле температуры.

Вопрос.16.Что такое пробой Зенера?
Ответ. Из-за малой ширины перехода поле перехода велико. Из-за этого внутреннего сильного поля возникает большое количество электронно-дырочных пар. Соответствующая поломка называется поломкой.

Вопрос.17.Что такое стабилитрон?
Ответ. Это специально разработанный p-n-диод, обе стороны которого сильно легированы и работают только в области обратного пробоя.

Вопрос.18.Дайте одно применение диода.
Ответ. Выпрямитель.

Вопрос.19. Что такое идеальный диод?
Ответ. Это диод с нулевым сопротивлением при прямом смещении и бесконечным сопротивлением при обратном смещении.

Вопрос 20. Как ширина запрещенной зоны изменяется в зависимости от температуры: (i) легирования (ii)?
Ответ. Уменьшается с увеличением допирования и температуры.

Руководство по физической лаборатории NCERT Solutions Class 12 Physics Образцы документов

Стабилитрон

— определение, VI характеристики и пробой стабилитрона

А нормальный п-п переходной диод пропускает электрический ток только в прямом направлении. предвзятое состояние.Когда прямое смещенное напряжение подается на диод p-n перехода, он позволяет большое количество электрического ток и блокирует только небольшое количество электрического тока. Следовательно, нападающий смещенный диод на p-n переходе предлагает лишь небольшой сопротивление электрическому току.

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

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

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

Что такое стабилитрон?

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

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

Стабилитрон

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

Стабилитрон определение

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

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

Обрыв в стабилитрон

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

Лавина поломка

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

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

стабилитрон поломка

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

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

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

Символ стабилитрон

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

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

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

VI характеристики стабилитрона

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

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

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

Преимущества стабилитрона

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

Приложения стабилитрона

  • Обычно используется как источник опорного напряжения
  • Стабилитроны
  • используются в стабилизаторах напряжения или шунтах. регуляторы.
  • Стабилитроны используются в коммутационных операциях
  • Стабилитроны
  • используются в схемах отсечки и зажима.
  • Стабилитроны используются в различных схемах защиты

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

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

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *