Site Loader

Содержание

Что такое диод для чайников

Устройство, параметры и разновидности диодов

В самом начале радиотехники первым активным элементом была электронная лампа. Но уже в двадцатые годы прошлого века появились первые приборы доступные для повторения радиолюбителями и ставшие очень популярными. Это детекторные приёмники. Более того они выпускались в промышленном масштабе, стоили недорого и обеспечивали приём двух-трёх отечественных радиостанций работавших в диапазонах средних и длинных волн.

Именно в детекторных приёмниках впервые стал использоваться простейший полупроводниковый прибор, называемый вначале детектором и лишь позже получивший современное название – диод.

Диод это прибор, состоящий всего из двух слоёв полупроводника. Это слой “p”- позитив и слой “n”- негатив. На границе двух слоёв полупроводника образуется “p-n” переход. Анодом является область “p”, а катодом зона “n”. Любой диод способен проводить ток только от анода к катоду. На принципиальных схемах он обозначается так.

Как работает полупроводниковый диод.

В полупроводнике “n” типа имеются свободные электроны, частицы со знаком минус, а в полупроводнике типа “p” наличествуют ионы с положительным зарядом, их принято называть «дырки». Подключим диод к источнику питания в обратном включении, то есть на анод подадим минус, а на катод плюс. Между зарядами разной полярности возникает притяжение и положительно заряженные ионы тянутся к минусу, а отрицательные электроны дрейфуют к плюсу источника питания. В “p-n” переходе нет носителей зарядов, и отсутствует движение электронов. Нет движения электронов – нет электрического тока. Диод закрыт.

При прямом включении диода происходит обратный процесс. В результате отталкивания однополярных зарядов все носители группируются в зоне перехода между двумя полупроводниковыми структурами. Между частицами возникает электрическое поле перехода и рекомбинация электронов и дырок. Через “p-n” переход начинает протекать электрический ток.

Сам процесс носит название «электронно-дырочная проводимость». При этом диод открыт.

Возникает вполне естественный вопрос, как из одного полупроводникового материала удаётся получить структуры, обладающие различными свойствами, то есть полупроводник “n” типа и полупроводник “p” типа. Этого удаётся добиться с помощью электрохимического процесса называемого легированием, то есть внесением в полупроводник примесей других металлов, которые и обеспечивают нужный тип проводимости. В электронике используются в основном три полупроводника. Это германий (Ge), кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs). Наибольшее распространение получил, конечно, кремний, так как запасы его в земной коре поистине огромны, поэтому стоимость полупроводниковых приборов на основе кремния весьма невысока.

При добавлении в расплав кремния ничтожно малого количества мышьяка (As) мы получаем полупроводник “n” типа, а легируя кремний редкоземельным элементом индием (In), мы получаем полупроводник “p” типа. Присадок для легирования полупроводниковых материалов достаточно много. Например, внедрение атомов золота в структуру полупроводника увеличивает быстродействие диодов, транзисторов и интегральных схем, а добавление небольшого числа различных примесей в кристалл арсенида галлия определяет цвет свечения светодиода.

Типы диодов и область их применения.

Семейство полупроводниковых диодов очень большое. Внешне они очень похожи за исключением некоторых групп, которые отличаются конструктивно и по ряду параметров. Наиболее распространены следующие модификации полупроводниковых диодов:

Выпрямительные диоды. Предназначены для выпрямления переменного тока.

Стабилитроны. Обеспечивают стабилизацию выходного напряжения.

Диоды Шоттки. Предназначены для работы в импульсных преобразователях и стабилизаторах напряжения. Например, в блоках питания персональных компьютеров.

Импульсные диоды отличаются очень высоким быстродействием и малым временем восстановления. Они применяются в импульсных блоках питания и в другой импульсной технике. К этой группе можно отнести и туннельные диоды.

СВЧ диоды имеют определённые конструктивные особенности и работают в устройствах на высоких и сверхвысоких частотах.

Диоды Ганна. Они предназначены для генерирования частот до десятков гигагерц.

Лавинно-пролётные диоды генерируют частоты до 180 ГГц.

Фотодиоды имеют миниатюрную линзу и управляются световым излучением. В зависимости от типа могут работать как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом диапазоне спектра.

Светодиоды. Излучают видимый свет практически любой длины волны. Спектр применения очень широк. Рассматриваются как альтернатива электрическим лампам накаливания и других осветительных приборов.

Твёрдотельный лазер так же представляет собой полупроводниковый диод. Спектр применения очень широк. От приборов военного назначения до обычных лазерных указок, которые легко купить в магазине. Его можно обнаружить в лазерных считывателях CD/DVD-плееров, а также лазерных уровнях (нивелирах), используемых в строительстве. Чтобы не говорили сторонники лазерной техники, как ни крути, лазер опасен для зрения. Так что, будьте внимательны при обращении с ним.

Также стоит отметить, что у каждого типа диодов есть и подгруппы. Так, например, среди выпрямительных есть и ультрабыстрые диоды. Могут называться как Ultra-Fast Rectifier, HyperFast Rectifier и т.п. Пример – ультрабыстрый диод с малым падением напряжения STTH6003TV/CW (аналог VS-60CPH03). Это узкоспециализированный диод, который применяется, например, в сварочных аппаратах инверторного типа. Диоды Шоттки являются быстродействующими, но не способны выдерживать больших обратных напряжений, поэтому вместо них применяются ультрабыстрые выпрямительные диоды, которые способны выдерживать большие обратные напряжения и огромные прямые токи. При этом их быстродействие сравнимо с быстродействием диодов Шоттки.

Параметры полупроводниковых диодов.

Параметров у полупроводниковых диодов достаточно много и они определяются функцией, которую те выполняют в конкретном устройстве.

Например, в диодах, генерирующих СВЧ колебания, очень важным параметром является рабочая частота, а также та граничная частота, на которой происходит срыв генерации. А вот для выпрямительных диодов этот параметр совершенно не важен.

В импульсных и переключающих диодах важна скорость переключения и время восстановления, то есть скорость полного открытия и полного закрытия. В мощных силовых диодах важна рассеиваемая мощность. Для этого их монтируют на специальные радиаторы. А вот диоды, работающие в слаботочных устройствах, ни в каких радиаторах не нуждаются.

Но есть параметры, которые считаются важными для всех типов диодов, перечислим их:

U пр. – допустимое напряжение на диоде при протекании через него тока в прямом направлении. Превышать это напряжение не стоит, так как это приведёт к его порче.

U обр. – допустимое напряжение на диоде в закрытом состоянии. Его ещё называют напряжением пробоя. В закрытом состоянии, когда через p-n переход не протекает ток, на выводах образуется обратное напряжение. Если оно превысит допустимое значение, то это приведёт к физическому «пробою» p-n перехода. В результате диод превратиться в обычный проводник (сгорит).

Очень чувствительны к превышению обратного напряжения диоды Шоттки, которые очень часто выходят из строя по этой причине. Обычные диоды, например, выпрямительные кремниевые более устойчивы к превышению обратного напряжения. При незначительном его превышении они переходят в режим

обратимого пробоя. Если кристалл диода не успевает перегреться из-за чрезмерного выделения тепла, то изделие может работать ещё долгое время.

I пр. – прямой ток диода. Это очень важный параметр, который стоит учитывать при замене диодов аналогами или при конструировании самодельных устройств. Величина прямого тока для разных модификаций может достигать величин десятков и сотен ампер. Особо мощные диоды устанавливают на радиатор для отвода тепла, который образуется из-за теплового действия тока. P-N переход в прямом включении также обладает небольшим сопротивлением. На небольших рабочих токах его действие не заметно, но вот при токах в единицы-десятки ампер кристалл диода ощутимо нагревается. Так, например, выпрямительный диодный мост в сварочном инверторном аппарате обязательно устанавливают на радиатор.

I обр. – обратный ток диода. Обратный ток – это так называемый ток неосновных носителей. Он образуется, когда диод закрыт. Величина обратного тока очень мала и его в подавляющем числе случаев не учитывают.

U стаб. – напряжение стабилизации (для стабилитронов). Подробнее об этом параметре читайте в статье про стабилитрон.

Кроме того следует иметь в виду, что все эти параметры в технической литературе печатаются и со значком “max”. Здесь указывается предельно допустимое значение данного параметра. Поэтому подбирая тип диода для вашей конструкции необходимо рассчитывать именно на максимально допустимые величины.

Принцип работы, основные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов можно рассмотреть используя их вольтамперную характеристику (ВАХ), которая схематично представлена на рисунке 1.

Она имеет две ветви, соответствующие прямому и обратному включению диода.

При прямом включении выпрямительного диода ощутимый ток через него начинает протекать при достижении на диоде определенного напряжения Uоткр . Этот ток называется прямым Iпр . Его изменения на напряжение Uоткр влияют слабо, поэтому для большинства расчетов можно принять его значение:

  • 0,7 Вольт для кремниевых диодов,
  • 0,3 Вольт – для германиевых.

Естественно, прямой ток диода до бесконечности увеличивать нельзя, при его определенном значении Iпр.макс этот полупроводниковый прибор выйдет из строя. Кстати, существуют две основные неисправности полупроводниковых диодов:

  • пробой – диод начинает проводить ток в любом направлении, то есть станет обычным проводником. Причем, сначала наступает тепловой пробой (это состояние обратимо), затем электрический (после этого диод можно смело выбрасывать),
  • обрыв – здесь, думаю, пояснения излишни.

Если диод подключить в обратном направлении, через него будет протекать незначительный обратный ток Iобр , которым, как правило, можно пренебречь. При достижении определенного значения обратного напряжения Uобр обратный ток резко увеличивается, прибор, опять же, выходит из строя.

Числовые значения рассмотренных параметров для каждого типа диода индивидуальны и являются его основными электрическими характеристиками. Должен заметить, что существует ряд других параметров (собственная емкость, различные температурные коэффициенты и пр.), но для начала хватит перечисленных.

Здесь предлагаю закончить с чистой теорией и рассмотреть некоторые практические схемы.

СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Для начала давайте рассмотрим как работает диод в цепи постоянного (рис.2) и переменного (рис.3) тока, что следует учитывать при том или ином включении диодов.

Uн=U-Uоткр – см. начало статьи. Иногда величиной Uоткр можно пренебречь, бывают случаи, когда ее необходимо учитывать, например при расчете схемы подключения светодиода.

При включении диода в цепь переменного тока, помимо прочего, на нем периодически возникает обратное напряжение Uобр . Имейте в виду, следует учитывать его амплитудное значение (Для Uпр , кстати, тоже). Например, для бытовой электрической сети привычное всем напряжение 220В является действующим, а его амплитудное значение составляет 380В. Подробнее про это можно посмотреть на этой странице.

Это самое основное, про что надо помнить.

Теперь – несколько схем подключения диодов, часто встречающихся на практике.

Вне всякого сомнения, лидером здесь является мостовая схема диодов, используемая во всевозможных выпрямителях (рисунок 4). Выглядеть она может по разному, принцип действия одинаков, думаю из рисунка все ясно. Кстати, последний вариант – условное обозначение диодного моста в целом. Применяется для упрощения обозначения двух предыдущих схем.

Далее несколько менее очевидных схем (для постоянного тока):

  1. Диоды могут выступать как «развязывающие» элементы. Управляющие сигналы Упр1 и Упр2 объединяются в точке А , причем взаимное влияние их источников друг на друга отсутствует. Кстати, это простейший вариант реализации логической схемы «или».
  2. Защита от переполюсовки (жаргонное – «защита от дураков»). Если существует возможность неправильного подключения полярности напряжения питания эта схема защищает устройство от выхода из строя.
  3. Автоматический переход на питание от внешнего источника. Поскольку диод «открывается», когда напряжение на нем достигнет Uоткр , то при Uвнеш питание осуществляется от внутреннего источника, иначе – подключается внешний.

© 2012-2019 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Все мы прекрасно знаем что такое полупроводниковый диод, но мало кто из нас знает о принципе работы диода, сегодня специально для новичков я поясню принцип его работы. Диод как известно одной стороной хорошо пропускает ток, а в обратном направлении – очень плохо. У диода есть два вывода – анод и катод. Ни один электронный прибор не обходится без применения диодов. Диод используют для выпрямлении переменного тока, при помощи диодного моста который состоит из четырех диодов, можно превратить переменной ток в постоянный, или с использованием шести диодов превратить трехфазовое напряжение в однофазовое, диоды применяются в разнообразных блоках питания, в аудио – видео устройствах, практически повсюду. Тут можно посмотреть фотографии некоторых видов диодов.

На выходе диода можно заметить спад начального уровня напряжения на 0,5-0,7 вольт. Для более низковольтных устройств по питанию используют диод шоттки, на таком диоде наблюдается наименьший спад напряжения – около 0,1В. В основном диоды шоттки используют в радио передающих и приемных устройствах и в других устройствах работающих в основном на высокой частоте. Принцип работы диода с первого взгляда достаточно простой: диод – полупроводниковый прибор с односторонней проводимостью электрического тока.

Вывод диода подключенный к положительному полюсу источника питания называют анодом, к отрицательному – катодом. Кристалл диода в основном делают из германия или кремния одна область которого обладает электропроводимостью п – типа, то есть дырочная, которая содержит искуственно созданный недостаток электронов, друггая – проводимости н – типа, то есть содержит избыток электронов, границу между ними называют п – н переходом, п – в латыни первая буква слова позитив, н – первая буква в слове негатив. Если к аноду диода подать положительное напряжение, а к катоду отрицательное – то диод будет пропускать ток, это называют прямым включением, в таком положении диод открыт, если подать обратное – диод ток пропускать не будет, в таком положении диод закрыт, это называют обратным подключением.

Обратное сопротивление диода очень большое и в схемах его принимают ка диэлектрик (изолятор). Продемонстрировать работу полупроводникового диода можно собрать простую схему которая состоит из источника питания, нагрузки (например лампа накаливания или маломощный электрический двигатель) и самого полупроводного диода. Последовательно подключаем все компоненты схемы, на анод диода подаем плюс от источника питания, последовательно диоду, то есть к катоду диода подключаем один конец лампочки, другой конец той же лампы подключаем к минусу источника питания. Мы наблюдаем за свечением лампы, теперь перевернем диод, лампа уже не будет светится поскольку диод подключен обратно, переход закрыт. Надеюсь каким то образом это вам поможет в дальнейшем, новички – А. Касьян (АКА).

Обсудить статью ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Самой первой конструкцией новичков является мигалка на двух светодиодах, и основа такой мигалки – мультивибратор.

Мини верстак радиолюбителя своими руками. Удобное приспособление для работы в ограниченном пространстве квартиры.

МИНИ ВЕРСТАК ДЛЯ ДОМА

Двуханодный стабилитрон принцип работы — Electrik-Ufa.ru

Стабилитроны и стабисторы: классификация, устройство, принцип и режимы работы, основные параметры, применение

Стабилитроны и стабисторы: классификация, устройство, принцип и режимы работы, основные параметры, применение

Стабилитрон

Стабилитроном называется радиокомпонент, конструктивно напоминающий диод, но кардинально отличающийся от него характером функционирования. Ключевым элементом так же, как и в обычном полупроводниковом вентиле, является полупроводниковый p-n-переход. И реакции обоих элементов на подачу обратного напряжения схожи – они оба запираются. Разница заключается в том, что пробой p-n-переходной зоны, который наступает при достижении обратным смещением некоего критического значения и выводит диод из строя, для стабилитрона является рабочим режимом.

Основа функциональности стабилитрона состоит в том, что при довольно больших изменениях обратного тока напряжение на элементе остаётся практически неизменным. Другими словами, насколько бы существенным ни было обратное смещение, радиокомпонент будет поддерживать постоянный уровень выходной разности потенциалов. Эта стабилизированное напряжение может использоваться в качестве опорного, что и находит применение в реальных радиоэлектронных устройствах, критичных к электрическим характеристикам сигнала.

Туннельный и лавинный пробой

Пробой p-n-перехода, при котором работают стабилитроны, может быть лавинным или туннельным. Они являются электрическими и носят обратимый характер. То есть при отключении обратного смещения физико-химические свойства полупроводников восстанавливаются, и диод продолжает исполнять свои функции. Однако в случае стабилитронов условия возникновения пробоя создаются и поддерживаются искусственно.

В основе лавинного и туннельного пробоя лежат одноимённые квантовые эффекты, наблюдаемые в кристаллической структуре полупроводника при возбуждении электрического поля. При разной природе и механизмах данных процессов их последствия одинаковы – электроны приобретают энергию, достаточную для прохождения через p-n-переход. Возникает пробой, и через диод начинает протекать обратный ток.

Именно в этом режиме и работает стабилитрон. При этом существует различие между радиокомпонентами, в которых используются разные эффекты. Стабилитроны, функционирующие при лавинном пробое, оперируют разностями потенциалов свыше 7 Вольт. В элементах, рассчитанных на напряжение стабилизации 3-7 Вольт, провоцируется туннельный пробой. Для стабилизации более низких разностей потенциалов применяются стабисторы, о которых мы расскажем ниже.

Классификация стабилитронов

В настоящее время выпускается широкая номенклатура стабилитронов, но вся их масса классифицируется по функциональным характеристикам и конструкции. В зависимости от параметров данные радиокомпоненты подразделяются на следующие классы:

  1. прецизионные;
  2. двуханодные;
  3. быстродействующие.

Прецизионные отличаются высокой точностью стабилизации напряжения. Отклонения стабилизируемой разности потенциалов на выходе такой детали не превышают 0,0001%. Точность сильно зависит от времени жизни прецизионного стабилитрона и температуры полупроводника. В связи с этим в отношении этих радиокомпонентов введены эксплуатационные нормы, которые должны постоянно контролироваться в процессе использования аппаратуры.

Двуханодный стабилитрон исполняет функцию двух стабилитронов, включенных встречно. Это позволяет элементу обрабатывать сигналы и с одинаковой эффективностью обрабатывать напряжения разной полярности. Такая радиодеталь изготавливается в едином технологическом цикле, когда на одном кристалле кремния выращивается два встречных p-n-перехода, но, в принципе, роль двуханодного радиокомпонента могут играть и два дискретных стабилитрона, взаимно соединённых катодами.

И, наконец, стабилитроны третьего типа – быстродействующие – отличаются пониженной барьерной ёмкостью, вследствие чего сокращается продолжительность переходных процессов, протекающих в полупроводнике. Эти радиокомпоненты являются наилучшим решением для работы с импульсными сигналами. Конструктивная особенность данных элементов состоит в небольшой ширине p-n-перехода, которая обеспечивается применением особой технологии легирования полупроводника.

Стабистор

Немного по-другому функционируют радиокомпоненты, называемые стабисторами, о которых мы говорили выше. Они исполняют ту же функцию, то есть стабилизируют выходное напряжение, но являются низковольтными. Обычные стабилитроны не способны оперировать малыми разностями потенциалов. При напряжениях до 3 Вольт не возникает условий ни для лавинного, ни для туннельного пробоя p-n-перехода. Для стабилизации меньших напряжений прибегают к другому решению, а именно к использованию не обратного, а прямого смещения.

Установлено, что в сильно легированном p-n-переходе дырки и электроны рекомбинируют таким образом, что при значительном прямом токе наблюдается эффект стабилизации выходного напряжения на уровне 2,5-3 Вольт. Это обуславливает ключевое технологическое различие стабилитронов и стабисторов. Вторые предназначены для работы только в низковольтных радиосхемах.

Применение стабилитронов и стабисторов

Хорошие стабилизирующие свойства стабилитронов и стабисторов обуславливают основную сферу применения этих радиокомпонентов – создание фиксированного питающего и опорного напряжения в различных радиоэлектронных устройствах. На первом месте по распространённости стоят стабилитроны, используемые в источниках питания. Применение этих специализированных диодов обеспечивает стабильные выходные параметры питающего напряжения и одновременно упрощает схему.

В блоках питания с повышенными требованиями по точности выходных характеристик находят применение прецизионные стабилитроны. Эти элементы устанавливаются в высокоточной измерительной аппаратуре и аналого-цифровых преобразователях. Двуханодные стабилитроны используются в подавителях импульсных помех. Данные радиокомпоненты в реальных схемах нередко сочетаются с импульсными диодами. Быстродействующие стабилитроны в сочетании с СВЧ-диодами применяются в аппаратуре, работающей на сверхвысоких частотах – передатчиках, радиолокаторах и так далее.

Основные параметры

  1. Напряжение стабилизации;
  2. Ток стабилизации;
  3. Разброс напряжения стабилизации;
  4. Температурный коэффициент напряжения стабилизации;
  5. Временная нестабильность напряжения стабилизации;
  6. Дифференциальное сопротивление;
  7. Минимальный ток стабилизации;
  8. Максимальный ток стабилизации;
  9. Рассеиваемая мощность;
  10. Максимально-допустимая температура корпуса;
  11. Максимально-допустимая температура перехода.

Стабилитрон. Особенности практического применения.

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:

Стабилитрон (диод Зенера)

В данной статье мы подробно поговорим про диод Зенера или стабилитрон. Рассмотрим принцип работы и его характеристики, диодный стабилитрон, напряжение стабилитрона, и схему последовательно соединенных стабилитронов.

Принцип работы

Полупроводниковый диод блокирует ток в обратном направлении, но будет страдать от преждевременного пробоя или повреждения, если обратное напряжение, приложенное к нему, станет слишком высоким.

Тем не менее, стабилитрон или «пробойный диод», как их иногда называют, в основном совпадают со стандартным PN-переходным диодом, но они специально разработаны для того, чтобы иметь низкое и заданное обратное напряжение пробоя, которое использует любое подаваемое обратное напряжение к этому.

Стабилитрон ведет себя так же, как обычный общего назначения диод, состоящий из кремния PN — перехода, и, когда смещены в прямом направлении, то есть анод положительный по отношению к его катоду, он ведет себя так же , как обычный диод сигнал, проводящий номинальный ток.

Однако, в отличие от обычного диода, который блокирует любой поток тока через себя при обратном смещении, то есть катод становится более положительным, чем анод, как только обратное напряжение достигает заранее определенного значения, стабилитрон начинает проводить в обратное направление.

Это связано с тем, что когда обратное напряжение, подаваемое на стабилитрон, превышает номинальное напряжение устройства, в полупроводниковом обедненном слое происходит процесс, называемый лавинным пробоем, и через диод начинает течь ток, чтобы ограничить это увеличение напряжения.

Ток, текущий в настоящее время через стабилитрон, резко возрастает до максимального значения схемы (которое обычно ограничивается последовательным резистором), и после достижения этого ток обратного насыщения остается довольно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка напряжения, в которой напряжение на стабилитроне становится стабильным, называется «напряжением стабилитрона» ( Vz ), а для стабилитронов это напряжение может составлять от менее одного вольт до нескольких сотен вольт.

Точка, в которой напряжение стабилитрона запускает ток, протекающий через диод, может очень точно контролироваться (с допустимым отклонением менее 1%) на стадии легирования полупроводниковой конструкции диодов, давая диоду определенное напряжение пробоя стабилитрона Vz например, 4,3 В или 7,5 В. Это напряжение пробоя стабилитрона на кривой IV представляет собой почти вертикальную прямую линию.

Характеристики стабилитрона I-V

Стабилитрон используется в его «обратном смещении» или обратном режиме пробоя, т.е. анод диода подключается к отрицательному питанию. Из приведенной выше кривой характеристик I-V видно, что стабилитрон имеет область обратного смещения почти постоянного отрицательного напряжения независимо от величины тока, протекающего через диод, и остается почти постоянной даже при больших изменениях тока, пока ток стабилитронов остается между током пробоя I Z (мин) и максимальным номинальным током I Z (макс.) .

Эта способность к самоконтролю может быть в значительной степени использована для регулирования или стабилизации источника напряжения от изменений напряжения или нагрузки. Тот факт, что напряжение на диоде в области пробоя практически постоянное, оказывается важной характеристикой стабилитрона, так как его можно использовать в простейших типах устройств с регулятором напряжения.

Функция регулятора состоит в том, чтобы обеспечивать постоянное выходное напряжение для нагрузки, подключенной параллельно с ним, несмотря на пульсацию в напряжении питания или изменение тока нагрузки, стабилитрон продолжит регулировать напряжение до тех пор, пока ток диода не будет падать ниже минимального значения I Z (min) в области обратного пробоя.

Диодный стабилитрон

Стабилитроны могут использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения с низкой пульсацией в условиях переменного тока нагрузки. Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий резистор ограничения тока R S, стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения V out .

Мы помним из предыдущих уроков, что выходное напряжение постоянного тока от полу- или двухполупериодных выпрямителей содержит пульсации, наложенные на напряжение постоянного тока, и что при изменении значения нагрузки изменяется и среднее выходное напряжение. Подключив простую схему стабилитрона, как показано ниже, к выходу выпрямителя, можно получить более стабильное выходное напряжение.

Резистор R S соединен последовательно с стабилитроном для ограничения тока, протекающего через диод с источником напряжения, при этом V S подключается через комбинацию. Стабилизированное выходное напряжение V out берется через стабилитрон. Стабилитрон соединен с его катодной клеммой, подключенной к положительной шине источника постоянного тока, поэтому он имеет обратное смещение и будет работать в своем состоянии пробоя. Резистор R S выбран таким образом, чтобы ограничить максимальный ток, протекающий в цепи.

При отсутствии нагрузки, подключенной к цепи, ток нагрузки будет равен нулю I L= 0 , и весь ток цепи проходит через стабилитрон, который, в свою очередь, рассеивает свою максимальную мощность. Также небольшое значение последовательного резистора RS приведет к большему току диода, когда сопротивление нагрузки R L подключено, и будет большим, так как это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода, поэтому следует соблюдать осторожность при выборе подходящего значения серии сопротивление, чтобы максимальная номинальная мощность стабилитрона не превышалась в условиях отсутствия нагрузки или высокого импеданса.

Нагрузка подключается параллельно с стабилитроном, поэтому напряжение на R L всегда совпадает с напряжением на стабилитроне V R= V Z. Существует минимальный ток стабилитрона, для которого эффективна стабилизация напряжения, и ток стабилитрона должен всегда оставаться выше этого значения, работающего под нагрузкой в ​​пределах его области пробоя. Верхний предел тока, конечно, зависит от номинальной мощности устройства. Напряжение питания V S должно быть больше, чем V Z .

Одна небольшая проблема с цепями стабилизатора стабилитрона состоит в том, что диод может иногда генерировать электрический шум в верхней части источника постоянного тока, когда он пытается стабилизировать напряжение. Обычно это не является проблемой для большинства устройств, но может потребоваться добавление развязывающего конденсатора большого значения на выходе стабилитрона, чтобы обеспечить дополнительное сглаживание.

Подведем небольшой итог. Стабилитрон всегда работает в обратном смещенном состоянии. Схема регулятора напряжения может быть разработана с использованием стабилитрона для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока на нагрузке, несмотря на изменения входного напряжения или изменения тока нагрузки. Стабилизатор напряжения Зенера состоит из токоограничивающего резистора R S, соединенного последовательно с входным напряжением V S, с стабилитроном, подключенным параллельно с нагрузкой R L в этом состоянии с обратным смещением. Стабилизированное выходное напряжение всегда выбирается равным напряжению пробоя V Z диода.

Напряжение стабилитрона

Помимо создания единого стабилизированного выходного напряжения, стабилитроны могут также быть соединены друг с другом последовательно, наряду с обычными диодами сигнала кремния для получения множества различных выходных значений опорного напряжения, как показано ниже.

Стабилитроны, соединенные последовательно

Значения отдельных стабилитронов могут быть выбраны в соответствии с применением, в то время как кремниевый диод всегда будет падать примерно на 0,6 — 0,7 вольт в режиме прямого смещения. Напряжение питания V > IN следует, конечно, выше , чем наибольший выход опорного напряжения , а в нашем примере выше, это 19v.

Типичный стабилитрон для общих электронных схем — 500 мВт серии BZX55 или более крупный 1,3 Вт серии BZX85, в которой напряжение стабилитрона задается, например, как C7V5 для диода 7,5 В, что дает эталонный номер диода BZX55C7V5 .

Стабилитроны серии 500 МВт доступны в диапазоне от 2,4 до 100 Вольт и обычно имеют ту же последовательность значений, что и для серии резисторов 5% (E24), а индивидуальные номинальные напряжения для этих небольших, но очень полезных диодов приведены в таблица ниже.

Стандартные напряжения стабилитрона

Мощность стабилитрона BZX55 500 мВт

2.4V2.7V3.0V3.3V3.6V3.9V4.3V4.7V
5.1V5.6V6.2V6,8 В7.5V8.2V9.1V10V
11V12V13V15V16V18V20V22V
24V27В30V33V36V39V43V47V

Мощность стабилитрона BZX85 1,3 Вт

3.3V3.6V3.9V4.3V4.7V5.1V5,66.2V
6,8 В7.5V8.2V9.1V10V11V12V13V
15V16V18V20V22V24V27В30V
33V36V39V43V47V51V56V62V

Схемы стабилитрона

До сих пор мы рассматривали, как стабилитрон можно использовать для регулирования источника постоянного тока, но что если бы входной сигнал был не постоянный ток, а переменный сигнал переменного тока, как бы стабилитрон реагировал на постоянно меняющийся сигнал?

Цепи диодного ограничения и зажима — это схемы, которые используются для формирования или изменения формы входного сигнала переменного тока (или любой синусоиды), создавая выходной сигнал различной формы в зависимости от схемы расположения. Цепи диодного ограничителя также называют ограничителями, поскольку они ограничивают или отсекают положительную (или отрицательную) часть входного сигнала переменного тока. Поскольку схемы ограничителя Зенера ограничивают или обрезают часть формы волны через них, они в основном используются для защиты схемы или в схемах формирования формы волны.

Например, если бы мы хотели обрезать выходной сигнал при + 7,5 В, мы бы использовали стабилитрон 7,5 В. Если выходной сигнал пытается превысить предел 7,5 В, стабилитрон «обрезает» избыточное напряжение на входе, создавая сигнал с плоским верхом, сохраняя при этом выходную постоянную на уровне + 7,5 В. Обратите внимание, что в состоянии прямого смещения стабилитрон все еще является диодом, и когда выходной сигнал переменного тока становится отрицательным ниже -0,7 В, стабилитрон включается, как и любой нормальный кремниевый диод, и обрезает выход при -0,7 В, как показано ниже.

Прямоугольная волна

Подключенные друг к другу стабилитроны могут быть использованы в качестве регулятора переменного тока, производящего то, что в шутку называют «генератор прямоугольной волны бедняка». Используя эту схему, мы можем обрезать осциллограмму между положительным значением + 8,2 В и отрицательным значением -8,2 В для стабилитрона 7,5 В.

Так, например, если бы мы хотели обрезать выходной сигнал между двумя различными минимальными и максимальными значениями, скажем, + 8 В и -6 В, мы просто использовали бы два стабилитрона с разными номиналами. Обратите внимание, что выход фактически обрезает сигнал переменного тока между + 8,7 В и -6,7 В из-за добавления напряжения прямого диода смещения.

Другими словами, пиковое напряжение составляет 15,4 вольт вместо ожидаемых 14 вольт, поскольку прямое падение напряжения смещения на диоде добавляет еще 0,7 вольт в каждом направлении.

Этот тип конфигурации ограничителя довольно распространен для защиты электронной схемы от перенапряжения. Два стабилитрона, как правило, размещаются на входных клеммах источника питания, и во время нормальной работы один из стабилитронов имеет значение «ВЫКЛ», и эти диоды практически не влияют. Однако, если форма сигнала входного напряжения превышает его предел, тогда стабилитрон включается и включает вход для защиты схемы.

В следующем уроке о диодах мы рассмотрим использование смещенного прямого PN-перехода диода для получения света. Из предыдущих уроков мы знаем, что когда носители заряда движутся через соединение, электроны объединяются с дырками, и энергия теряется в виде тепла, но также часть этой энергии рассеивается в виде фотонов, но мы не можем их видеть.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Стабилитрон | Принцип работы и маркировка стабилитронов

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

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

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

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

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

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

Принцип работы стабилитрона

Рассмотрим принцип работы стабилитрона на примере схемы его включения и вольт-амперной характеристике. Для выполнения своей основной функции стабилитрон VD соединяется последовательно с резистором Rб и вместе они подключаются к источнику входного нестабилизированного напряжения Uвх. Уже стабилизированное выходное напряжение Uвых снимается только с выводов 2, 3 VD. Поэтому нагрузка Rн подключается к соответствующим точкам 2 и 3. Как видно из схемы, VD и Rб образуют делитель напряжения. Только сопротивление стабилитрон имеет не постоянно значение и называется динамическим, поскольку зависит от величины электрического тока, протекающего через полупроводниковый прибор.

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

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

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

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона аналогично ВАХ диода и имеет две ветви: прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочей для диода, а обратная ветвь характеризует работу стабилитрона, поэтому он включается в электрическую цепь в обратном направлении (катодом к плюсу, а анодом к минусу) по сравнению с диодом. Поэтому стабилитрон называю опорным диодом, а источник питания с данным полупроводниковым элементом называют опорным источником напряжения. Такой терминологий будем пользоваться и мы.

На обратной ветви вольт-амперной характеристик опорного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 отвечает минимальному значению тока стабилизации, который находится в пределах единиц миллиампер. Если ток, протекающий через стабилитрон, будет ниже точки 1, то он не сможет выполнять свои функции (не откроется). В случае превышения тока выше точки 3 опорный диод перегреется и выйдет из строя. Поэтому оптимальной точкой в большинстве случае будет точка посредине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2. Тогда при изменении тока в широких пределах (смотрите ось Y) точка 2 будет изменять свое положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, а напряжение будет изменяться незначительно (смотрите ось X).

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

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

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

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

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

Маркировка стабилитронов

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

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

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

Маркировка SMD стабилитронов

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

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

Мощность рассеивания стабилитрона

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

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

Как проверить стабилитрон

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

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

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

Стабилитрон

Само название этого прибора “стабилитрон” созвучно слову стабильность или постоянство чего – либо или в чем – либо. В жизни человека очень важна стабильность, стабильность в зарплате, цены в магазине и прочее. В электронике стабильность напряжения питания очень важный, основной параметр, который при настройке или ремонте электронного оборудования проверяют в первую очередь. Напряжение в электрической сети может меняться в зависимости от общей нагрузки, качества электроснабжающих сетей, и еще многих других факторов, но напряжение питания электронных устройств, при этом, должно оставаться неизменным с определенной заданной величиной.

И так, что же такое стабилитрон.

Википедия, тебе даст такое определение:

“Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — это полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки. “

Все правильно, но слишком заумно.

Я попробую сказать проще

Стабилитрон – это такой полупроводниковый прибор, который стабилизирует напряжение.

Считаю, что на первых порах этого определения достаточно, (а как он стабилизирует напряжение, я расскажу ниже)

Принцип работы стабилитрона

Уважаемый читатель на этом рисунке изображен принцип работы стабилитрона.

Представь, что в некую емкость заливают воду, уровень воды в емкости, должен быть строго определенным, для того чтобы емкость не переполнилась в ней сделана переливная труба по которой вода превышающая заданный уровень будет выливаться из емкости.

Теперь от “сантехники” перейдем к электронике.

Обозначение стабилитрона на принципиальной схеме такое – же, как и у диода, отличие “черточка” катода изображается как буква Г.

Обозначение стабилитрона на схеме

Стабилитрон работает только в цепи постоянного тока, и пропускает напряжение в прямом направлении анод – катод так же – как и диод. В отличи от диода у стабилитрона есть одна особенность, если подать ток в обратном направлении катод – анод, ток через стабилитрон течь не будет, но ток в обратном направлении не будет течь только до тех пор, пока напряжение не превысит заданное значение.

Что является заданным значением напряжения для стабилитрона?

Стабилитрон имеет свои параметры – это напряжение стабилизации и ток. Параметр напряжение – указывает при какой величине напряжения стабилитрон будет пропускать ток в обратном направлении, параметром ток – задана сила тока, при которой стабилитрон может работать не повреждаясь.

Стабилитроны изготавливают для стабилизации напряжения различной величины, например, стабилитрон с обозначением V6.8 будет стабилизировать напряжение в пределах 6.8 Вольта.

Таблица рабочих параметров стабилитронов.

В таблице указаны основные параметры – это напряжение стабилизации и ток стабилизации. Есть и другие параметры, но они тебе пока не нужны. Главное понять суть работы стабилитрона и научиться выбирать нужный тебе для твоих схем и для ремонта радиоэлектроники.

Рассмотрим принципиальную схему объясняющую принцип работы стабилитрона.

Возьмем стабилитрон параметром – напряжение стабилизации 12Вольт. Для того чтобы через стабилитрон начал поступать ток в обратном направлении от катода к аноду, входное напряжение должно быть выше напряжения стабилизации стабилитрона (с запасом). Например – если стабилитрон рассчитан на напряжение стабилизации 12Вольт входное напряжение должно быть не меньше 15Вольт. Балластный резистор Rб ограничивает ток который будет проходить через стабилитрон до номинального. Как видишь, при напряжении, превышающем ток стабилизации стабилитрона, оный начинает сбрасывать лишнее напряжение через себя на минус. Иными словами, стабилитрон, выполняет роль переливной трубы, чем больше напор воды или величина электрического тока, тем сильнее открывается стабилитрон и наоборот при уменьшении напряжения, стабилитрон начинает закрываться, уменьшая прохождения тока через себя.

Эти изменения могут происходить как плавно, так и с огромной скоростью в малых интервалах времени, что позволяет добиться высокого коэффициента стабилизации напряжения.

Если напряжение на входе стабилизатора будет меньше 12Вольт, стабилитрон “закроется” и напряжение на выходе стабилизатора будет “плавать” так – же, как и на входе, при этом никакой стабильности напряжения не будет. Вот почему напряжение входное должно быть больше чем необходимое выходное (с запасом). Приведенная схема называется параметрический стабилизатор . Кто хочет полный расклад по расчету параметрического стабилизатора, пусть посетит ГУГЛ, нам начинающим для первого раза вполне достаточно, не будем заморачивать себя формулами.

Теперь перейдем к лабам (лабораторным работам :).

Перед тобой макет параметрического стабилизатора, на входе и выходе макета имеются вольтметры. Сейчас вольтметр на ВХОДЕ стабилизатора показывает 6 вольт на ВЫХОДЕ стабилизатора практически такое же напряжение. Так как я уже говорил, стабилитрон макета имеет напряжение стабилизации 8и2 вольта, напряжение в 6 Вольт на ВХОДЕ стабилизатора, не превышает напряжение стабилизации стабилитрона, поэтому стабилитрон закрыт.

Теперь я повышаю напряжение на входе стабилизатора до 15 Вольт, напряжение на входе стабилизатора превысило напряжение стабилизации стабилитроне и на выходе стабилизатора достигло заданного напряжения стабилизации 8.2 Вольта таким оно и остается, практически неизменным, даже при резких бросках напряжения, стабилитрон отрабатывает мгновенно, поддерживая стабильность напряжения. Повторяюсь еще раз – “Для того чтобы параметрический стабилизатор работал правильно на входе всегда должно быть напряжение, превышающее напряжение стабилизации стабилитрона т. е. с запасом примерно 15-25%”

Так как ток стабилизации такого параметрического стабилизатора слишком мал, параметрический стабилизатор обычно применяют в блоках питания как стабилизирующий элемент схемы, где кроме самого стабилизатора присутствуют элементы регулировки напряжения, мощные транзисторы.

Пример – схема регулируемого стабилизатора (блока питания).

В современной электронике, параметрические стабилизаторы применяют все реже, в основном используя специальные микросхемы, которые представляют из себя довольно мощные стабилизаторы с очень хорошим коэффициентом стабилизации, они компактны и легко применимы.

Но о них мы поговорим в следующий раз. Тем не менее, параметрические стабилизаторы можно встретить во многих различных электронных схемах, поэтому знать их и понимать элементарно принцип работы нужно.

Как проверить стабилитрон

Для проверки стабилитрона, нужно знать как пользоваться мультиметром и воспользоваться методикой проверки полупроводникового диода, если есть возможность можно собрать схему параметрического стабилизатора и проверить стабилитрон в работе, как описано в этой статье. Если у тебя имеется стабилитрон и ты не знаешь его параметры (стерлась надпись на корпусе стаба), собрав схемку параметрического стабилизатора можно определить на какое напряжение стабилизации работает этот неопознанный стаб.

Что такое диод: назначение, устройство, принцип работы

В электротехнике используется много радиодеталей, и все они имеют свои особенности, но семейство диодов имеет свои удивительные свойства.

Манипулируя соотношениями примесей или конструктивными особенностями, получают новые возможности этого прибора, используемые совершенно для других целей. Зная, что такое диод, его устройство и принцип работы диода можно научиться использовать его для самых неожиданных решений.

Приглашаем познакомиться с этим многоцелевым и разнообразным радиоэлементом. А начнем с назначения диода.

Назначение диода

Область применения диодов все больше и больше расширяется. Это достигается благодаря тому, что работа над их преобразованием не утихает, а только увеличивается. Рассмотрим, где их можно встретить:

  • выпрямление;
  • детектирование;
  • защита;
  • стабилизация;
  • переключение;
  • излучение.

На заре своего образования диоды назывались выпрямителями. Они способны пропускать ток в одном направлении и задерживать его в противоположном. Благодаря чему переменный ток становился однонаправленным, пульсирующим. То есть напряжение носило волновой характер.

Причем выпрямление могло быть как на одном диоде, тогда на выходе была только положительная полуволна, так и на четырех, в этом случае на выходе оставались и положительная, и отрицательная полуволны.

Другой способ применения – детектирование. Радио и телевизионные сигналы передаются на несущих частотах. В передающих устройствах с помощью модулятора происходит наложение полезного сигнала на несущую частоту.

Чтобы извлечь полезную информацию, чаще всего применяют диод с конденсатором. В этом случае диод работает как однопериодный выпрямитель, а конденсатор фильтрует ненужные частоты.

Диод используется для защиты, например, в коммутируемой цепи с индукционной нагрузкой. Если катушку, по которой проходит ток отключить, то электроны под действием электромагнитного поля продолжат двигаться, создавая для ключа опасное высокое напряжение.

В качестве ключа может быть использован транзистор, который может выйти из строя. Чтобы снять накопленный заряд, параллельно катушке подключают диод, но включают его в обратном направлении относительно движения тока. При отключении выключателя диод возвращает ток на начало катушки, тем самым защищая ключ.

Несколько измененные диоды способны работать в обратном направлении, пропуская через себя ток, когда напряжение превышает допустимое значение. Такие приборы называются стабилитронами, и о них будет сказано ниже.

Для переключения частот часто требуются переменные конденсаторы. Варикап, еще одна разновидность диода, способен менять свою емкость под действием меняющегося обратного напряжения.

Наконец, светодиоды и фотодиоды. Светодиоды способны излучать потоки лучистой энергии, фотодиоды, напротив, преобразуют солнечный свет в электрический ток. Фотодиоды по своему назначению также разнообразны и имеют различное применение.

Из чего состоит диод

Лучше всего понять, что такое диод поможет его строение. Выделим три основные группы:

  • вакуумные;
  • газонаполненные;
  • полупроводниковые.

Как у любого другого радиоэлемента у диода есть выводы. Если перевести слово диод с древнегреческого, то получится два электрода. Они носят название:

В обычном состоянии на анод подается положительное напряжение, на катод отрицательное. В этом случае диод открыт и через него протекает ток.

На оба вывода могут подаваться положительные потенциалы, но на аноде этот потенциал должен превышать катодный.

В вакуумных диодах применяются стеклянные или металлические баллоны, из которых выкачан воздух. Катод может быть:

  • прямого накала;
  • косвенного накала.

Катод прямого накала представляет собой спиральную нить, по которой проходит ток, разогревая его. При этом высвобождаются электроны, которые устремляются к аноду, если он имеет положительный потенциал относительно катода.

Если на аноде напряжение ниже катодного, то электроны возвращаются назад. Таким образом, происходит выпрямление переменного тока. В лампах с косвенным подогревом катод представляет собой короб или цилиндр, внутри него находится нить накала, разогревающая его.

В отличие от вакуумных диодов в газонаполненных имеется ионизированный газ. Он становится проводником между анодом и катодом. Для включения диода используют сетки или поджигающий электрод.

Вакуумные и газонаполненные диоды способны пропускать большой ток и работать с повышенным напряжением. Однако они потребляют много энергии для своей работы, поэтому на смену им пришли полупроводники.

По проводимости электрического тока различают:

  • проводники;
  • полупроводники;
  • диэлектрики.

Полупроводники занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками. В обычном состоянии они не проводят ток, но при определенных условиях у них появляется проводимость. Достигается это, например, добавлением примесей. Различают два вида проводимости:

  • с помощью электронов, n-тип;
  • с помощью дырок, p-тип.
Материал, основным носителем которого служат положительно заряженные атомы. Для этого добавляют акцепторные примеси, при этом получается материал с недостающим количеством электронов. Для n-типа добавляют донорные примеси, материал обладает избытком электронов.

Соединяя эти два типа получают прибор, способный пропускать ток только в одном направлении.

Как определить анод и катод диода

Диоды бывают разного размера, и маркировка может несколько отличаться. Например, на диодах советского образца на корпусе, который был достаточно большим, непосредственно наносился знак диода, указывающий направление движения.

Корпус, расположенный возле катода, может иметь большое расширение в виде кольца. На некоторых видах устанавливают знаки + и – или делают отметку в виде нарисованного кольца либо точки.

В случае сомнения можно проверить диод с помощью мультиметра, поставив прибор в режим измерения сопротивления или проверки диода, если есть такой режим.

Если сопротивление маленькое, значит, щуп с положительным напряжением подключен к аноду, а минусовой к катоду. Большое сопротивление говорит, что щупы подключены в обратном порядке.

Принцип работы диода

Осталось посмотреть, как работает диод. Когда происходит соединение двух полупроводников разной проводимостью, между ними появляется пограничная полоса с нейтральным зарядом, поскольку часть электронов занимает часть дырок.

При прямом включении положительное напряжение подается на дырочную область, а отрицательное на электронную. В этом случае электроны под действием напряжения перескакивают нейтральную зону и, проходя через дырочную область, устремляются к положительному полюсу источника питания.

Если поменять напряжение, электроны уходят к положительному полюсу, увеличивая нейтральную зону. В этом случае диод закрывается.

Диод в цепи постоянного тока

В схеме с постоянным током диод работает как ключ: открывается, когда прямое напряжение превышает пороговое значение и закрывается, когда это напряжение становится меньше.

Выше было рассмотрена работа диода с катушкой индуктивности. Когда по катушке идет ток, то параллельно подключенный диод находится в закрытом состоянии, так как на аноде и катоде напряжение почти равно.

Когда цепь размыкается, по катушке продолжает идти ток и накапливается. Напряжение на аноде повышается, диод открывается и пропускает лишний заряд через себя. После падения напряжения он закрывается.

Обозначение диода на схемах

Для пояснения работы радиоэлектронного устройства используют электрические принципиальные схемы. Найти диод на схеме не составит труда, потому что обозначение диода осуществляется с помощью треугольника с вертикальным отрезком на его вершине.

Рядом ставится порядковый номер и буквы VD.

Диод в цепи переменного тока

Если диод работает как выпрямитель переменного тока, тогда во время повышения напряжения положительной полуволны диод открывается, а когда напряжение падает ниже порогового значения, он закрывается. Во время отрицательной полуволны включается в работу параллельно подключенный диод, но обращенный в обратном направлении.

Два других подключены таким же образом к нулевому проводу. При каждой полуволне участвуют в работе два диода, один связан с фазным проводом, другой с нулевым. Снимаемое с них положительное и отрицательное напряжение подается в постоянную цепь.

Характеристики диода

Полупроводники очень чувствительны к перегреву, поэтому режим их работы строго оговаривается. Учитываются следующие параметры:
рабочее, максимальное и импульсное обратное напряжение;

  1. прямое напряжение;
  2. обратный ток;
  3. прямой постоянный, импульсный и ток перегрузки;
  4. рабочая и максимальная частота;
  5. максимальная температура корпуса и перехода.

Допускается максимальное значение только по одному из указанных параметров. После импульса должно пройти оговоренное время, чтобы прибор успел остыть.

Виды диодов

Кроме описанных диодов, используются диоды, у которых характеристики изменены за счет примесей и конструкторских доработок. Остановимся на двух из них: стабилитроне и светодиоде.

Стабилитроны

Работа стабилитрона отличается от работы диода. Подключается он в обратном направлении, то есть на анод подают отрицательное напряжение, а на катод положительное. При таком подключении он работает в пробивном режиме.

Стабилитроны рассчитаны на определенное рабочее обратное напряжение, при достижении которого происходит обратимый пробой. Используются для поддержания определенного напряжения на контролируемом участке цепи. Чтобы ток не превышал рабочее значение, в цепь стабилитрона ставят ограничивающий резистор.

Светодиоды

У полупроводниковых приборов p-n-переход из-за внутреннего сопротивления постоянно греется. Это происходит главным образом во время захвата дырками электронов. Высвобождается энергия, нагревающая переход.

В 60-х годах прошлого столетия был создан светодиод, в котором часть высвобождаемой энергии была лучистой с красным и желто-зеленым свечением. Правда, процентное соотношение было маленьким, всего 0,1% от всей высвобождаемой энергии. Но это было только началом.

В 70-х годах упорные разработки привели к хорошим показателям. Сначала это был 15% выход, затем дошло до 55%. Такой показатель уже превышал к. п. д. ламп накаливания. Испускаемый свет имеет очень узкий спектр, что позволяет получать очень качественное цветное свечение.

Оно намного превосходит свет ламп накаливания, пропущенных через светофильтр. Мощность светового потока также была поднята, это дало возможность использовать светодиоды в качестве освещения.

Тиристоры

Тиристоры – это общее название для мощных диодов, работающих в режиме ключа. Подразделяются на три вида:

  1. тринистор;
  2. динистор;
  3. симистор.

Тринистор имеет три вывода: анод, катод и управляющий электрод. При подаче небольшого управляющего напряжения на управляющий электрод тринистор открывается. Динистор открывается при достижении заданного напряжения на его двух выводах. Симистор – это два динистора, включенных навстречу друг другу. То есть он работает, в отличие от динистора, в двух направлениях.

Исследуя, что такое диод, можно открыть для себя еще много удивительных знаний. Здесь были рассмотрены лишь поверхностные познания, но они уже могут дать понять, что такие элементы радиотехники очень полезны и разнообразны в своем применении.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

СТАБИЛИТРОН Принцип работы, маркировка, схемы включения

содержание видео

Рейтинг: 4.0; Голоса: 1Лучший курс для начинающих электронщиков Ярослав: Конечно, параметрическая стабилизация (стаб последовательно с резистором) работает, но КПД невысокий. На практике чаще используется схема компенсационного стабилизатора, там стабилитрон всего лишь управляет транзистором. Тогда и сильно мощные стабилитроны не нужны, хватит 0, 5Вт.
Дата: 2020-09-04

Похожие видео

Комментарии и отзывы: 9

Иван
Получается, стабилитрон меняет свое сопротивление в зависимости от поданного на него напряжения? Каким образом все таки? Принцип? Отличие от диода и транзистора? Для чайников вроде меня. Лучше без синусоид. Как работает, понятно. Что у него там внутри?

best
Гарне відео. Все зрозуміло. Тільки хотів спитати як розраховувати струмообмежуючий резистор? Мені треба стібілізувати напругу 60 вольт. Хочу використати стабілітрон д816а. Не знаю який резистор вибрати

Роман
То есть он действует как токоограничивающий резистор на концах которого формируется то напряжение которое нам необходимо снять для своей нагрузки с определённого участка цепи, я правильно понял?

NaTiK
Спасибо конечно, видео понятное, но вот я так и не узнал как мне проверить сгоревший стабилитрон у которого даже кольцо изменило свой цвет, а надо узнать его рабочее напряжение

Thesturmgever
Есть важные особенности стабилитрона, это максимальный и минимальный ток, которыми они могут питать нагрузку. И хотелось бы услышать о таких стабилитронах как tl431.

Роман
не пойму, если он ограничил напряжение, то как последовательно подключённые два штуки, его увеличили в два раза? ни хуя не понятное объяснение!

воин
Как распределяется ток при увеличении нагрузки? Как изменяется ток через стабилитрон при увеличении тока через нагрузку? Объясни, пожалуйста!

Валентин
Я понимаю что стабилитрон подключается в обратной полярности. А если на плате нарисован значок + то к этой точке нужно подключать анод?

Maxwell
У меня стабилитрон с маркировкой С4V3 ниже 5Т. Ну то что он на 4. 3В я понял, а что значит буква С в начале и 5Т в низу? 5Вт может?

АДАПТАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИБОРА 120 ВОЛЬТ НА 220

На днях товарищ принес светильник с датчиком движения. Проблема оказалась в том, что светильник привезли из США и подключить его к нашей сети напряжением 220 вольт не представлялось возможным.

Как известно в питающей сети США величина напряжения составляет 120 вольт при частоте 60 Герц. Сам светильник оказался очень хорошего качества. Корпус выполнен из металла, а не из дешевого пластика. Имеется возможность менять угол наклона ламп – все сделано на шарнирных соединениях с фиксацией. Максимальная суммарная мощность двух подключаемых ламп составляет 500 Ватт. Время задержки выключения освещения задается переключателем на одну, пять и десять минут. Имеется датчик освещенности, который не позволяет включать освещение в светлое время суток.

Задача состояла в переделке, адаптации светильника к сети напряжением 220 вольт. Вскрытие показало, что блок питания датчика движения собран по безтрансформаторной схеме. В начале осмотра ожидал увидеть что, либо необычное и на первый взгляд показалось, что выпрямление сетевого напряжения осуществляется парой диодов. Маркировка на реле косвенно указывала на то, что питание схемы осуществляется выпрямленным напряжением 24 вольта. В подтверждение тому нашелся стабилитрон 1N4749 с напряжением стабилизации 24 Вольта. Разводка платы показалась слегка странной, и пришлось нарисовать схему. 

И вот тут ожидание чего-то необычного материализовалось. Как оказалось в схеме присутствует диодный мост, но не совсем привычного вида. Как видно из рисунка, мост состоит не из четырех диодов с дальнейшим подключением в его диагональ стабилитрона, а из двух диодов и двух стабилитронов. В данном случае стабилитроны работают и как диоды и как стабилитроны в момент, когда напряжение на выходе превышает напряжение стабилизации, т.е. ограничивает его величину.

У этой схемы моста есть как свои плюсы, так и минусы. К плюсам можно отнести меньшее количество деталей (четыре корпуса вместо пяти со стабилитроном в диагонали), чем в классической схеме, меньше отверстий в плате, что в масштабах массового производства дает существенную экономию. К минусам же нужно отнести несколько большие пульсации напряжения на выходе моста. По всей видимости, в целом схема датчика не чувствительна к уровню пульсаций и в связи с этим применили именно эту схему.

Из анализа схемы стало ясно, что задача перевода схемы на питание от сети 220 вольт сводится к замене гасящего конденсатора С1. В заводском варианте установлен конденсатор емкостью 0,56 мкф с допустимым напряжением 250 вольт, чего явно не достаточно в наших условиях и вместо него следует установить конденсатор минимум на 400 Вольт.

Кроме того, изменение питающего напряжения со 120 до 220 Вольт и частоты сети с 60 до 50 Герц однозначно скажется на емкости конденсатора. Пересчет его емкости для перестраховки провел двумя способами. Здесь о них долго рассказывать нет смысла – они описаны в литературе. Лишь замечу, что результаты расчетов незначительно отличаются друг от друга. В первом случае емкость получилась 0,31 мкф, в другом 0,36 мкф, что не существенно. 

Так, как от номинала балластного конденсатора зависит ток, который можно снять с блока питания, то найденный в закромах конденсатор на 0,47 мкф х 400 Вольт придется кстати в данном устройстве и создаст запас по мощности.

Еще одной особенностью схемы является синхронизация отсчета временных интервалов, после которых питание ламп отключается, прямо от питающей сети 120 Вольт частотой 60 Герц. Такой метод часто применяется в схематике часов для североамериканского рынка.

В наших условиях при частоте 50 Герц отсчет интервалов будет производиться с погрешностью, установить которую решил экспериментальным путем. После замены конденсатора и включения в сеть (переключатель временных интервалов в положении TEST) устройство в течении полутора минут производило самотестирование. После чего перешло в дежурный режим. Установив переключатель в положение «1 min» вызвал срабатывание устройства.  Поэкспериментировав несколько раз, установил, что отключение происходит через 45-53 секунды, т.е. погрешность не значительна и вполне приемлема. В других положениях переключателя временных интервалов погрешность соответственно больше, но в целом устройство работает стабильно.

Таким образом, переделку светильника можно считать успешной. Специально для сайта «Радиолюбительская электроника» — Кондратьев Николай, г. Донецк.

Биполярный транзистор — принцип работы для чайников!

Текст

(22) Заявлено 20. 12. 77 (21) 2556962/18-09с присоединением заявки рй(53) УДК 621 375.024(088.8) по делан наеоретеннй и открытий Опубликовано 30.05,82, Бюллетень р 1 е 20 Дата опубликования описания 30.05.82 2) Авторы изобретен атавкин и В. С.Г.Иванов,(7) Заявитель 54) ЭИИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛ Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться врадиоэлектронной аппаратуре различно»гр назначения, в частности во входных каскадах операционных усилителей .Известен эмиттерный повторитель, содержащий первый и второй транзисторы одного типа проводимости, соединенные последовательно относительно источника питания, источник постоянного тока, один вывод которого подключен к соответствующей шине источника питания, при этом база первого транзистора является входом эмиттерного повторителя, база второго транзистора через диод соединена с другой шиной источника питания, а » точка соединения эмиттера первого и коллектора второго транзисторов является выходом эмиттерного повторителя 1.Однако данный эмиттерный повторитель не обеспечивает достаточного быстродействия. 2Цель изобретения — повышение быстродействия эмиттерного повторителя.Указанная цель достигается тем,что в эмиттерный повторитель введентретий транзистор противоположного ф типа проводимости, база которогосоединена с базой первого транзистора, коллектор — с базой второготранзистора, эмиттер.- с другим выводом источника постоянного тока, а топараллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого эмиттерного повторителятбЭмиттерный повторитель содержитпервый транзистор 1, второй транзистор 2, третий транзистор 3, диод 4,источник 5 постоянного тока и конденсатор 6.При появлении на входе прямоуголь»ного импульса, например положительного перепада, вследствие присутствия емкости нагрузки происходит за 3 93259 паздывание напряжения эмиттера входного транзистора 1 относительно напряжения его базы, что вызывает значительное возрастание эмиттерного тока транзистора, Этот же перепад закрывает транзистор 3, вследствие чего коллекторный ток транзистора 2 стремится к нулю, что также увеличивает скорость перезарядки емкости. Для противоположного перепада 1 ф входного сигнала аналогичный эФФект вызывает увеличение эмиттерного тока транзистора 3 и,следовательно,увеличение его коллекторного тока и коллекторного тока транзистора 2. В это 15 же время транзистор 1 закрывается и обратная перезарядка емкости нагрузки производится полным коллекторным током, транзистора 2

При этом величины токов, протекающих в схеме 2 вов отсутствии сигнала на входе, практического влияния на скорость передачи Фронта не имеют и могут быть сведены к минимуму.Использование предлагаемого 25 технического решения позволяет повысить экономичность работы эмиттерного повторителя, гарантируя при этом высокую скорость передачи обоих Фронтов импульса, и, кроме того, зо приводит к существенному уменьшению входного тока эмиттерного повтори» теля, что весьма важно, например, в случае применения его в качестве входного каскада операционного усилителя

4Формула изобретенияЭмиттерный повторитель, содержащий первый и второй транзисторы одного типа проводимости, соединенные последовательно относительно источника питания, источник постоянного тока, один вывод которого под» ключен к соответствующей шине источника питания, при этом база первого транзистора является входом эмиттерного повторителя, база второго через диод соединена с другой шиной источника питания, а точка соединения эмиттера первого и коллекторавторого транзисторов является выходом эмиттерного повторителя, о тл и ч а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен третий транзистор противоположного типа проводимости, база которого соединена с базой первого транзистора, коллектор — с базой второго транзистора, эмиттер — с другим выводом источника постоянного тока, а параллельно источнику постоянного тока подключен конденсатор.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Наггз 5 ею 1 сопдцссог 1 п 1 епгайед сгсо 1 йз дайе ЬооР, ОсйоЬег 1975, С, 1.1-75, НА 2650 (прототип).932593 х Составитель Н.ДубровскаяТехред А

Бабинец Корректор А.Ферен дактор Н,Грищанова э 3799/74 Тираж 954ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, М, Раушская наб.,д.4/ ПП «Патент», г.ужгород, ул.Проектная,4 или Зака Подписное

Смотреть

Принцип действия комплементарной схемы

Когда входное питание отсутствует, оба транзистора выключены, в связи с отсутствием напряжения на эмиттерных переходах. При прохождении полуволны положительной полярности, происходит открытие п-р-п – транзистора, аналогично, прохождение отрицательной полуволны вызывает открытие р-п-р – транзистора.

Мощный эмиттерный повторитель имеет расчет КПД (К = Пи/4 х УВЫХК), где Увых – амплитуда выходного сигнала; УК – напряжение на коллекторном переходе.

Из формулы видно, что К возрастает при увеличении амплитуды УВЫХ и становится максимальным, при УВЫХ = УК (К = Пи/4 = 0,785).

Отсюда видно, что эмиттерный повторитель на комплементарной схеме обладает значительно более высоким КПД, чем обычный повторитель.

Свойством этой схемы являются большие (переходные) нелинейные искажения. Они проявляют себя в большей степени, чем меньше входное напряжение (УВХ).

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем – это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках – схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 – Q2 – земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Биполярные транзисторы выглядеть могут  так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие,  выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто  прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа,  при прозвонке  создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора  n-p-n типа  диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

Инвертирующий усилитель с однополярным питанием

В некоторых случаях нам даже иногда нужно переместить нулевой уровень на более высокий “пьедестал”, чтобы мы могли полностью усиливать сигнал, если дело касается однополярного питания. Работать с однополярным питанием всегда проще и удобнее, чем с двухполярным. Поэтому, в этом случае надо поднять нулевой уровень на некоторый пьедестал, чтобы полностью усиливать переменный сигнал. То есть добавить постоянную составляющую в сигнал. В этом случае схема примет чуть-чуть другой вид:

Как можно увидеть, сейчас мы питаем наш ОУ однополярным питанием. Что будет, если мы НЕинвертирующий выход посадим на землю?

То есть мы получили базовую схему инвертирующего усилителя, но только с однополярным питанием. Давайте ппросимулируем такую схему. Коэффициент усиления в данном случае будет равен-10, так как мы взяли соотношение резисторов 10 килоом и 1 килоом. Загоняю на вход сигнал амплитудой в 1 В.

Что имеем в итоге на виртуальном осциллографе?

Как вы видите, в этом случае усиленная полуволна сигнала вырезается полностью. Оно и понятно, так как напряжение питания у нас однополярное и проломить “пол” нулевого потенциала невозможно. Но можно сделать одну хитрость: поднять “уровень пола” и дать сигналу место для размаха.

В этом случае нам надо добавить Uсм , для того, чтобы поднять сигнал над уровнем “пола”. Но не все так просто, дорогие друзья!

Здесь уже будет использоваться более хитрая формула, а не просто вольтдобавка. Приблизительная формула выглядит вот так:

Итак, мы хотим усилить наш сигнал полностью без среза. Какое же должно быть значение Uвых ? Оно должно иметь значение половины Uпит , чтобы сигнал ходил туда-сюда без срезов. Но также надо учитывать и коэффициент усиления, иначе получится насыщение выхода, о чем мы писали выше.

В нашем случае мы хотим увеличить сигнал амплитудой в 1 В в 10 раз. То есть Uпит должно быть как минимум 20 Вольт. Так как ОУ поддерживают однополярное питание до 32 В, то давайте для красоты выставим Uпит = 30 В. Рассчитываем Uсм :

Проверяем симуляцию, все ок!

Как здесь можно увидеть, желтый выходной сигнал поднялся над нулевым уровнем и усилился без искажений. В данном случае желтый сигнал – это сумма постоянного напряжения и переменного синусоидального сигнала.

То есть получилось что-то типа вот этого:

Хорошо это или плохо, когда в переменном сигнале есть постоянная составляющая, то есть постоянное напряжение? В некоторых случаях это плохо, потому как такой сигнал трудно использовать, и поэтому чаще всего его прогоняют через конденсатор, так как он пропускает через себя только переменный ток и блокирует прохождение постоянного тока. А еще лучше поставить фильтр из , с помощью которого можно отсекать лишние частоты.

Схема инвертирующего усилителя

Это основная схема, в которой работает ОУ. Работа операционного усилителя характеризуется не только усилением (или ослаблением) входного сигнала, но и изменением его фазы. Усиление обозначается буквой k. Приведенный ниже график показывает влияние операционного усилителя в такой схеме:

Синим цветом представлен график входного сигнала, а красным — график выходного сигнала, причем усиление системы составляет 2 (k=2). Как видно, амплитуда выходного сигнала в два раза выше, чем амплитуда входного сигнала, и также видно, что сигнал перевернут.

Схема такого усилителя достаточно проста, и представлена на следующем рисунке:

Эта схема доказывает, почему операционные усилители являются настолько популярными. Для того, чтобы вычислить значения элементов нам достаточно использовать следующую формулу:

Как видно, резистор R3 не влияет на усиление схемы, и можно было бы обойтись без него, соединив положительный вход усилителя с минусом питания. В данном случае резистор R3 используется в качестве защиты.

Двухтактный эмиттерный повторитель

Для того чтобы получить на выходе сигнал обеих полярностей, используют комплементарную схему, содержащую транзисторы n–
p–n и p–n–p-типов (рис. 4.3.5). Она состоит по
существу из двух эмиттерных повторителей, один из которых усиливает положительную, а другой – отрицательную полуволну входного сигнала.
Эту схему часто называют двухтактным эмиттерным повторителем.

Рис. 4.4.5

При отсутствии входного сигнала оба транзистора находятся в состоянии отсечки, поскольку напряжения на эмиттерных переходах равны
нулю. Во время  положительной  полуволны  входного  напряжения открывается n–p–n-
транзистор VT1, а во время отрицательной – p–n–p-транзистор
VT2.

Коэффициент полезного действия двухтактного эмиттерного повторителя

. (4.4.2)

Здесь – амплитуда выходного напряжения.

Из (4.4.1) следует, что КПД схемы возрастает с увеличением амплитуды выходного напряжения и достигает своего максимального значения
при :

.

Таким образом, двухтактная схема обладает значительно большим КПД, чем обычный эмиттерный повторитель.

Напряжение на выходе двухтактной схемы отличается от выходного на величину падения напряжения на эмиттерном переходе. Следовательно, 
, т. е. схема является повторителем напряжения. Коэффициент
усиления тока . Усиление мощности происходит за счет усиления
тока.

Пример 4.4.1.
Рассчитать двухтактный усилитель мощности, если мощность нагрузки
, а сопротивление нагрузки
. Для уменьшения нелинейных искажений напряжение источника
питания должно превышать амплитуду выходного напряжения на 5 В.

Решение. Поскольку мощность, выделяемая в нагрузке:

,

амплитуда выходного напряжения

.

Напряжение питания .

Амплитуда выходного тока

.

Мощность, потребляемая транзисторами от источников питания:

.

Максимальная мощность, рассеиваемая каждым транзистором:

.

Двухтактной схеме на рис. 4.4.5 свойственны значительные нелинейные искажения, называемые переходными. Они обусловлены
нелинейностью начального участка передаточной характеристики эмиттерного повторителя (рис. 4.4.6). В диапазоне изменения входного
напряжения  оба транзистора находятся в режиме отсечки и
передаточная характеристика имеет горизонтальный излом.. Переходные искажения проявляются тем сильнее, чем меньше размах входного
напряжения.

Рис. 4.4.6

Для уменьшения переходных искажений используют промежуточный режим АВ. В этом режиме на базы транзисторов подаются небольшие
напряжения смещения. Это позволяет устранить излом начального участка передаточной характеристики и уменьшить переходные искажения.

Обычно источником смещения служат диоды, стабилитроны или транзисторы в диодном включении. Один из вариантов схемы, работающей в
режиме АВ, показан на рис. 4.4.7.

Рис. 4.4.7

Диоды, включенные между базами транзисторов, создают на эмиттерных переходах транзисторов дополнительное смещение. За счет этого
при  транзисторы работают в активном режиме. Как только входное
напряжение становится положительным, транзистор VT2 переходит в режим отсечки. При отрицательном входном напряжении в
отсечке находится VT1. При   по крайней мере один
из транзисторов находится в активном режиме. Таким образом, диоды существенно уменьшают переходные искажения и позволяют получить
передаточную характеристику, близкую к линейной. Часто в качестве диодов используют транзисторы с зашунтированными коллекторными
переходами.

Другая схема усилителя мощности, позволяющая уменьшить переходные искажения, показана на рис. 4.4.8. На входе включены эмиттерные
повторители на транзисторах VT1 и  VT2. Они создают необходимое напряжение смещения на эмиттерных переходах транзисторов VT3 и VT4.
Кроме того, эмиттерные повторители обеспечивают высокое входное сопротивление схемы.

Резисторы и используются для задания эмиттерных токов VT1, VT2
и базовых токов выходных транзисторов. Если транзисторы VT1 – VT4 согласованы, то при и
их токи одинаковы. Резисторы и
являются цепями обратной связи соответственно для VT3 и VT4.

Рис. 4.4.8

Таким образом, цепь на рис. 4.4.8 является буферным усилителем, работающим в режиме АВ, и имеющим коэффициент усиления напряжения,
равный единице.

Режим В.

В этом режиме эмиттерный переход смещен так, что рабочая точка находится на границе области отсечки. Обратимся еще раз к схеме
эмиттерного повторителя на рис. 4.4.1. Примем, что напряжение .
Передаточная характеристика, соответствующая этому случаю, показана на рис. 4.4.3.

Если входной сигнал отсутствует, эмиттерный переход смещен в обратном направлении и транзистор находится в состоянии отсечки. За счет
этого снижается мощность, потребляемая от источника питания.

Когда входное напряжение положительно, эмиттерный переход отпирается и транзистор переходит в активный режим. Выходное напряжение
повторяет форму положительной полуволны выходного напряжения. Во время отрицательной полуволны входного напряжения эмиттерный переход
смещен в обратном направлении, транзистор находится в состоянии отсечки  и выходное напряжение равно нулю. Графики напряжений на входе
и выходе повторителя, работающего в режиме В, показаны на рис. 4.4.4.

Рис. 4.4.3


Рис. 4.4.4

Режим В позволяет значительно увеличить КПД усилителя, поскольку при отсутствии входного сигнала ток транзистора равен нулю.
Следовательно, равна нулю и мощность, потребляемая от источника. Однако  форма выходного сигнала при этом сильно искажена.

Analog Devices AD8221 OP27

Moshe Gerstanhaber

EDN

Современные высокопроизводительные АЦП имеют дифференциальные входы, позволяющие дифференциально реализовать весь путь прохождения сигнала от датчика до преобразователя. Эта структура обеспечивает значительные преимущества в характеристиках, поскольку дифференциальные сигналы расширяют динамический диапазон, уменьшают фон и устраняют помехи по земле. На Рисунках 1а и 1б показаны две распространенные схемы инструментальных усилителей с дифференциальным выходом. Первая имеет единичное усиление, а коэффициент усиления второй равен двум. Обе схемы, однако, по сравнению с инструментальным усилителем с несимметричным выходом, имеют повышенные шумы и ошибки смещения, дрейфа смещения, усиления и дрейфа усиления.

Рисунок 1.Схемы с дифференциальными выходами с коэффициентами усиления один (а) и два (б)
имеют высокие уровни шумов, чрезмерные ошибки смещения и дрейфа смещения, а также
значительные ошибки усиления и дрейфа.

На Рисунке 2 изображен инструментальный усилитель с дифференциальным выходом, не имеющий ни одного из этих недостатков. В схеме используется тот факт, что выходной сигнал инструментального усилителя AD8221 представляет собой разность между выходным напряжением VOUT и напряжением опорного вывода VREF. В этом варианте между двумя выводами добавлен инвертор с усилением –1.

Рисунок 2.Этот инструментальный усилитель с дифференциальным выходом
сохраняет усиление и не добавляет к выходному сигналу ни смещения,
ни дрейфа, ни шума.

Если входное напряжение равно V, выходное напряжение (VOUT – VREF) также должно быть равно V. Напряжение VREF на опорном выводе имеет полярность, противоположную полярности выходного сигнала VOUT. Поэтому выходное напряжение должно быть

а

чтобы выполнить условие

Рисунок 3.Входной сигнал амплитудой 2 В пик-пик и частотой 1 кГц (вверху)
и дифференциальные выходные сигналы (внизу).

Подача сигнала 2.5 В на неинвертирующий вывод операционного усилителя задает уровень выходного синфазного сигнала. Операционный усилитель устанавливает 2.5 В в Узле B. Соответственно, если подать на вход напряжение 1 В, в Узле A установится напряжение 1 В, и 2 В в Узле C. Таким образом, пределы изменения выходного напряжения на 0.5 В выше и на 0.5 В ниже, чем 2.5 В. Ошибки от разности VOUT – VREF являются функцией только инструментального усилителя. Такие артефакты как смещение, шумы и ошибки усиления, порождаемые инвертирующим усилителем и резисторами, одинаково влияют на оба выхода. Поэтому они присутствуют только в синфазном выходном сигнале и подавляются АЦП. Работу усилителя иллюстрирует Рисунок 3. Верхняя осциллограмма соответствует входному сигналу амплитудой 2 В пик-пик с частотой 1 кГц. Нижняя осциллограмма представляет два выходных сигнала. Синфазное выходное напряжение равно 2.5 В. Спектральная плотность дифференциального выходного сигнала показана на Рисунке 4.

Рисунок 4.Спектр выходного дифференциального сигнала амплитудой 2 В пик-пик
с частотой 1 кГц.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD8221
  2. Datasheet Analog Devices OP27

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Instrumentation amp has differential outputs

31 предложений от 24 поставщиков
Исполнение: SOIC-8. IC AMP INST PREC LN 18MA 8SOIC Корпус : SOIC-8 Тип ОУ : Прецизионный Программируемое усиление В/В: Нет Количество…

AliExpressВесь мир 1 шт. AD8221 AD8221ARM AD8221ARMZ MSOP8 JLA ADJLA49 ₽Купить
Стандарт СИЗРоссия AD8221ARMZ-R7Analog Devices107 ₽Купить
ВартаРоссия AD8221AR, SO8, PRECISION INSTRUMENTAL AMPLIFIER,Ind.Analog Devices6 595 ₽Купить
ТаймЧипсРоссия AD8221ARZ-REELAnalog Devicesпо запросуКупить
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.

Публикации по теме

  • Новости Analog Devices: новый прецизионный инструментальный усилитель с обычным режимом резекции в MSOP корпусе обеспечивает самый широкую полосу пропускания в индустрии — AD8221
  • Статьи Использование усилителя с дифференциальными входами/выходами в приложениях с несимметричными сигналами — LTC6406
  • Новости Mercury приступила к производству недорогих кварцевых генераторов с дифференциальными выходами LVPECL и LVDS — HPK5361, HDK5361
  • Схемы INA333 — инструментальный усилитель с нулевым дрейфом
  • Схемы Инструментальный усилитель компенсирует напряжение смещения системы при работе от одного источника питания

Каскадные схемы широкополосных

Каскадные схемы широкополосных усилителей на полевых и биполярных транзисторах, включенных последовательно по постоянному току, приведены на рис. 8 — 16 [А.Г. Милехин, Р 9/72-38].

В качестве динамической нагрузки полевого транзистора VT1 используется активный элемент — полевой или биполярный транзистор VT2, внутреннее сопротивление которого зависит от амплитуды сигнала на стоке транзистора VT1.

Рис. 8. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах КП103.

Рис. 9. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах КП103Ж.

Транзистор VT1 включен по схеме с общим истоком, транзистор VT2 — с общим стоком (рис. 8 — 10). При таком сочетании первый каскад имеет коэффициент усиления по напряжению близкий к единице, благодаря чему он обладает большим запасом устойчивости.

Рис. 10. Каскадная схема широкополосного усилителя на КП103М с ВЧ дросселем.

Кроме того, схема с общим истоком обладает значительным коэффициентом усиления по мощности, что способствует снижению шума двухкаскадного усилителя. Второй каскад, обладая большим коэффициентом устойчивого усиления, позволяет получить необходимое усиление по напряжению. 

Рис. 11. Каскадная схема широкополосного усилителя на КТ361 и КП103Ж.

Наиболее простая схема (рис. 5.8) содержит всего 5 элементов, включая переходные конденсаторы. Несколько усложненный вариант усилителя (с включением в цепь истока каждого полевого транзистора сопротивления смещения) показан на рис. 5.9.

Основные характеристики схемы (рис. 11) соответствуют аналогичным для схемы (рис. 9), коэффициент усиления по напряжению незначительно возрастает, но в целом схема заметно усложняется.

На рис. 12 показан пример практической реализации усилительного каскада, выполненного на основе полевого и биполярного транзисторов (см. также рис. 1).

Рис. 12. Каскадная схема широкополосного усилителя на КТ315 и КП303Г.

Рис. 13. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах.

Для расширения частотного диапазона входного сигнала в качестве сопротивления в цепи истока верхнего (по схеме на рис. 10) полевого транзистора дополнительно может быть включен высокочастотный дроссель — элемент, реактивное сопротивление которого возрастает с ростом частоты.

Коэффициент усиления каскада в области низких частот (рис. 8) при использовании полевых транзисторов типа КП103Ж достигает 40 дБ при низком уровне шумов.

Коэффициент усиления по напряжению в диапазоне низких частот (от 10 Гц до 10 кГц) каскада на рис. 9 составляет 130 . Максимальный выходной сигнал при напряжении питания 9 В может доходить до 1,4 В. Схема на рис. 11 имеет динамическую нагрузку полевого транзистора, в качестве которой применен биполярный транзистор.

Рис. 14. Каскадная схема широкополосного усилителя на трех транзисторах.

Рис. 15. Широкополосный усилитель на двух транзисторах КП103М и одном ГТ313В.

Рис. 16. Широкополосный усилитель на германиевом транзисторе и двух полевых.

В соответствии со сведениями, систематизированными в литературе [Р 9/72-38], можно привести сводную таблицу 1, характеризующую свойства каскадных усилителей в сопоставимых условиях измерения (для транзисторов КП103М), см. рис. 8 — 10, 13 — 16.

Таблица 1.

2.1.1 Эмиттерный повторитель

Эмиттерным повторителем называют усилитель, в котором транзистор включен по схеме с общим коллектором (рис. 2.1.1). Поскольку внутреннее сопротивление источника питания  мало, коллектор транзистора по переменной составляющей напряжения соединен с общей шиной. Резистор, с которого снимается выходное напряжение, включен в цепь эмиттера.

Рис. 2.1.1

Коэффициент   усиления   напряжения   близок к единице, хотя и не равен ей. Напряжение эмиттера в схеме на рис. 2.1.1 повторяет входной сигнал. Отсюда происходит название схемы – эмиттерный повторитель. В эмиттерном повторителе отсутствует усиление напряжения, но в то же время наблюдается значительное усиление тока. Наибольшего значения, равного , коэффициент усиления тока достигает в режиме короткого замыкания выходных зажимов. Коэффициент усиления мощности равен произведению коэффициентов усиления тока и напряжения.
Эмиттерный повторитель имеет большое входное и малое выходное сопротивления. Если на входе включен делитель напряжения, как на рис. 2.1.1, входное сопротивление определяется сопротивлением параллельной цепочки . Для транзисторов малой и средней мощностей входное сопротивление составляет несколько кОм, а выходное – десятки Ом. Эмиттерные повторители часто используют для согласования высокоомных источников усиливаемых сигналов с низкоомными нагрузками.

Принцип действия

Нагрузкой каскадной схемы повторителя является резистор на эмиттере РЕ. Входной сигнал поступает через первый конденсатор С1, а снятие выходного сигнала происходит через второй конденсатор С2.

Эмиттерный повторитель напряжения имеет очень маленькое входное и большое выходное сопротивление. При переменном токе, когда через транзистор п-р-п типа проходит полуволна положительного переменного напряжения, он сильнее открывается и происходит возрастание тока, при отрицательной полуволне – наоборот. В итоге выходное переменное напряжение имеет одинаковую фазу со входным и является напряжением обратной связи. Выходное напряжение направлено навстречу входному и включено последовательно, поэтому в эмиттерном повторителе используется последовательная отрицательная обратная связь. Выходное напряжение меньше входного на незначительную величину (напряжение база – эмиттер около 0,6 В).

Стабилитрон.

Стабилитрон, кстати, также называют зенеровским диодом. Его вольт-амперная характеристика похожа на характеристику обычного диода:

Но вот используется он буквально противоположно. Посмотрите на схему:

Обратите внимание на то, что катод подключен к плюсу(!), то есть рабочей областью для зенеровского диода является обратная ветвь ВАХ. Пусть на входе имеется нестабильный источник, тогда питающий ток меняется в некоторых пределах, что вообще-то не очень хорошо

При использовании стабилитрона достаточно большим изменениям входного тока соответствуют очень небольшое изменение выходного напряжения. Это следует из вольт-амперной характеристики – видно, что на обратной ветви, при определенном значении напряжения, характеристика круто уходит вниз. То есть при разных значениях тока (в довольно-таки широких пределах) напряжение на стабилитроне практически не изменяется, что нам собственно, и требуется С этим вроде бы все понятно.

У этого способа стабилизации напряжения есть ряд минусов. Во-первых, мы не можем отрегулировать выходное напряжение и установить его на определенное значение, ведь оно определяется характеристикой конкретного стабилитрона. Ну а во-вторых, все-таки стабилитрон не идеален, и в связи с этим пульсации входного напряжения сглаживаются не всегда хорошо.А если через нагрузку ток не течет, то вся мощность должна рассеяться на стабилитроне, то есть при проектировании схем нужно подыскивать стабилитрон с большой мощностью рассеяния. И тут мы возвращаемся к главной теме нашей беседы, то есть к эмиттерному повторителю, который может значительно улучшить схему стабилизации.

Стабилитрон работает так же, как и в предыдущей схеме, то есть стабилизирует напряжение на базе транзистора. Так как это повторитель, то на выходе мы также получаем стабилизированное значение напряжения. А польза такой схемы заключается в том, что теперь ток, протекающий через стабилитрон, не зависит от тока нагрузки (действительно через стабилитрон течет малый ток базы, который потом усиливается транзистором).Ток меньше, а вместе с ним, становится меньше и мощность, рассеиваемая на стабилитроне.

А теперь давайте, вспомним, что мы уже изучили в предыдущих статьях, и прикинем, как бы еще улучшить эту схему. Было бы неплохо (даже очень хорошо!) снизить пульсации тока в стабилитроне. А как можно отфильтровать пульсации? Конечно, же фильтром! Фильтром низких частот (про фильтры уже было раньше – вот тут). Добавляем его в схему:

Вот так и получаются сложные принципиальные схемы – там что-нибудь добавить, тут что-нибудь улучшить, а здесь что-нибудь отфильтровать

Про биполярные транзисторы вообще можно разговаривать практически бесконечно, но читать это потом будет нереально, так, что, пожалуй, на этом сегодня и остановимся. Многое еще надо рассмотреть, так что до скорого, до новых статей!

Оцените статью:

«Разноцветный» чайник




Знакомство с симптомами

По функциональности и по «разноцветности» он превосходит рассмотренный раннее электрический чайник.
Как обычно, первым делом, выслушиваем хозяина прибора (если Вы не являетесь таковым) и анализируем его рассказ о негативном поведении новой, недавно приобретённой им, «чудо-техники».
Также, в этот момент, на «краю уха» виснет длительное повествование о недобросовестных и, жаждущих наживы, производителях, о некачественной бытовой технике, о мучительном ожидании от магазина возврата денег при гарантии изготовителя, о том, как и в какой кастрюле, вода закипает быстрее и т. д…

Оказалось, что при включении в сеть, индикация и дисплей чайника работает и правильно реагирует на нехитрую манипуляцию с помощью кнопок. Появляется уверенность в исправности управления этого прибора и неисправности силовой части, предположительно, нагревающего элемента. Так как от продолжительности и внимательности наблюдения ничего больше не происходит, да и сам по себе чайник уже никогда не забулькает, приступаем к следующему этапу — разборке.

Подробности сборки\разборки излишни. Некоторые нюансы кроются, опять же, в скрытности расположения защёлок и саморезов. Защёлки ручки () открепляем после снятия крышки и откручивания самореза в нижней части чайника (). Шлицы у крепежа фигурные — под «рогатку», так что набор специальных отвёрток будет кстати.

Осмотр и проверка блоков питания,


коммутации и управления

Получая доступ к проводам и элементам электрической схемы, проводим тщательный осмотр мест их пайки.
При визуальном осмотре необходимо обращать внимание на трещины и потемнения печатных плат и элементов.
В ручке чайника расположены элементы управления — две кнопки, элементы индикации и визуального контроля — два светодиода и жк-дисплей (, ).
При осмотре элементов ничего подозрительного обнаружено не было. Под ручкой чайника находятся полости для установки многоцветного светодиода () и датчика температуры воды (). Нижняя часть чайника ничем не отличается от большинства других — такая же система контактов, работающая при установке электроприбора на площадку (). Под контактной группой расположена плата с электронными элементами управления, сигнализации, коммутации и силовой части электрической схемы.

На плате наблюдаем «мозг» прибора в виде продолговатой интегральной микросхемы с 28-тью «лапами», на которой просматриваются буквенные обозначения «A 946 G0704 CRASTAL28»
(, ). Попытки найти в сети «Интернет» схему или хотя бы тех.параметры (datasheet) этой «неведомой зверюшки» не увенчались успехом. Остаётся полагаться на сообразительность, для того чтобы представить себе возможные функции и процесс работы этого элемента.
Воображать работу «CRASTAL»а будем далее, при рассмотрении принципиальной электрической схемы электроприбора, а пока попытаемся сразу найти поломку электроприбора.
Итак, допускаем, что индикация и управление в порядке. Нужно проверить силовую цепь и, в первую очередь, нагревательный элемент.

В результате измерения узнаём, что электрическая цепь ТЭНа имеет небольшое сопротивление, что соответствует рабочему состоянию нагревателя. Значит, искать неисправность следует, в коммутации силовой цепи.
Устройством включения/выключения во многих подобных силовых цепях является реле, которое имеет мощные контакты для коммутации у таких бытовых приборов как утюги, чайники, калориферы и т. д. Проверим, срабатывает ли реле Ph22 при воздействии на элементы управления чайника.

Располагаем разобранный чайник таким образом, чтобы его элементы не касались друг друга. Возьмём изолированный двойной провод со штепсельной вилкой и подсоединим его к клеммам питания (фазный и нулевой, без заземления) и, соблюдая осторожность, включим вилку в сеть.

Засветился дисплей буквами «LO», при нажатии на кнопку «кипячение» ничего не изменяется и должного щелчка срабатывания реле не происходит.
Делаем вывод — или реле вышло из строя (что маловероятно), или не приходит питание на его втягивающую катушку.
Отключив вилку из розетки, припаиваем два конца изолированных проводов на выводы катушки реле, к другим двум подключаем щупы мультиметра. Мультиметр ставим на напряжение постоянного тока с пределом 20 Вольт, так как катушка реле Ph22 — с рабочим напряжением 12 Вольт (). Включаем чайник в сеть и повторяем попытку включения его в работу.
Наблюдаем следующую картину. При нажатии кнопки «кипячение» значение прибора на миг поднимается до 15 Вольт, затем резко падает до значения 6-ти Вольт. Вывод: на катушку реле не подаётся напряжение должной величины.

Для того чтобы дальше было понятней, откуда «ноги растут», рассмотрим принципиальную электрическую схему чайника.

Читаем схему чайника

При включении вилки в розетку из однофазной сети, напряжение, через замкнутые контакты двух термостатов KSD (t=145 гр) (),  подаётся на блок питания электроприбора (см. схему). Основными элементами бестрансформаторного блока питания являются конденсатор С1 и диодный мост D1- D4. Допустим, что при падении напряжения около 205 Вольт на балластном конденсаторе С1, падение напряжения на диодном мосте D1-D4 должно составлять около 220-205=15 Вольт.
После диодного моста включены: сглаживающий конденсатор С2,  цепь питания пьезодинамика АТ107ТР, реле РН12 с защитным диодом D6 и цепь питания управления и индикации «CRASTAL»(через резистор R3).

Работа пьезодинамика АТ107ТР и реле РН12 обеспечивается открытием транзисторов Q2 и Q1, соответственно. Питание напряжением 5 Вольт для «CRASTAL»а создаётся посредством подключения к блоку питания 15 Вольт, через резистор R3, стабилитрона D5 и стабилизатора ST5V. Одновременное использование стабилизатора и стабилитрона обусловлено ограничением прохождения большого тока через стабилизатор, то есть для разгрузки последнего.

Выявление неисправности

Итак, перед нами цепь катушки реле РН12. Измеренное нами напряжение 6 Вольт на катушке может получиться в результате неполного открывания транзистора Q1. Необходимо это проверить.

Припаиваем проводники, соединённые с мультиметром, к коллектору и эмиттеру транзистора Q1. Если дисплей прибора покажет некое напряжение, значит, транзистор полностью не открывается. Тогда как сопротивление перехода коллектор-эмиттер при полном открывании транзистора обычно стремится к нулю и напряжение при этом отсутствует.
Включаем вилку в розетку и нажимаем кнопку — обнаруживаем отсутствие падения напряжения на транзисторе Q2. Транзистор открывается!
Повторяя процесс вкл/выкл чайника от сети, перепаиваем один провод и делаем замер между эмиттером транзистора Q2 (минус питания 12(15) Вольт) и выводом реле РН12 или положительным выводом диодного моста D1-D4.

Оказывается, что при попытке включения, напряжение питания на выходе диодного моста D1-D4  также равно 6-ти Вольтам. Этого напряжения хватает только для нормальной работы элементов управления и сигнализации, что мы и наблюдали при первом знакомстве с электроприбором.
Становится понятно, что блок питания не выдерживает нужную величину напряжения 12 Вольт необходимую для включения реле.

При возникновении такого явления существует только два объяснения — перегрузка (заниженное сопротивление нагрузки) или неисправность в самом блоке питания. При этом, если блок управления и индикации работает нормально, то неисправность в его цепи маловероятна.

Недолго думая, принимаем решение — временно заменить существующий блок питания на посторонний (внешний). Можно взять любой трансформатор с нужным напряжением вторичной обмотки (220/12 Вольт).
Отпаиваем провод и одну ножку резистора R1, которые по схеме соединяются с входом диодного моста.

На вход моста припаиваем концы с вторичной обмотки трансформатора () и включаем его в сеть. Нажимаем кнопку «кипячение». Как будто не желая чудесного воскрешения, с небольшой задержкой щёлкает реле, заработало!
ТЭН начинает свой нагрев. Не дожидаясь, когда сработает один из аварийных термостатов KSD () (воды же в чайнике нет), отключаем трансформатор от сети.
В итоге, мы имеем неисправность в цепи 220 Вольт бестрансформаторного блока питания. Проверяем мультиметром исправность диодов D1-D4 и ограничительного резистора R1 (). Обрывов и пробоев в диодах не наблюдается, сопротивление резистора соответствует номинальному. Остаётся балластный конденсатор С1. Измерение сопротивления конденсатора никакого результата не даёт — утечка не выявилась, пробоя нет. Но необходимо помнить, что неисправность конденсатора таким образом определить не всегда удаётся. Самый лучший способ — это его замена.

Устранение неисправности

Быстро найти другой конденсатор 1мкф Х 270 Вольт не удалось, но попались под руку два на 1мкф Х 250 Вольт (в строчной развёртке или блоке питания телевизора 3УСЦ), после чего было решено поставить оба последовательно (). Таким образом, мы оставляем номинальную ёмкость прежней и выигрываем в запасе по напряжению. Запаяв одни концы конденсаторов, прикладываем их друг к другу так, чтобы другие два конца выходили в одну сторону, и подошли к отверстиям в плате старого конденсатора. Место пайки изолируем (,). После чего, проверяем работу чайника с новыми элементами.
Измеряя напряжение после диодного моста, наблюдаем около 12-ти вольт. Реле срабатывает, ТЭН работает. Остаётся собрать этот чайник, включить, уже с водой, и понаблюдать за иллюминацией (). Но прежде, нужно до конца изучить схему чайника и предполагаемый порядок работы «CRASTAL»a.

Продолжаем читать схему

Схема управления и сигнализации собрана на неизвестной микросхеме «CRASTAL», питание которой осуществляется стабилизированным напряжением 5 Вольт от стабилизатора ST5V. «CRASTAL» контролирует температуру воды посредством датчика t-вода () (для включения и выключения ТЭНа, дисплея и сигнализации) и температуру ТЭНа (датчик t-ВН) для аварийной сигнализации и отключения при перегреве (). В схеме с «CRASTAL»ом присутствует кварцевый резонатор XL ZTT, с его помощью создаётся опорная частота для работы микросхемы.
В процессе работы сигнал, полученный от датчика температуры воды, обрабатывается и выдаётся в виде цифровой информации на дисплей и в виде цветовой подсветки, посредством многоцветного светодиода LED3, в рабочей полости чайника. Транзисторы Q3,Q4,Q5 включают подсветку дисплея и сигнальные светодиоды LED1, LED2.

При сигнализации нажатия кнопок, окончания режима нагрева, кипячения или аварии, «CRASTAL» управляет транзистором Q2, который, в свою очередь, подаёт питание на пьезодинамик для звукового сигнала. Транзистор Q1 включает/выключает катушку реле РН12, силовой контакт (РН) которого, включает/выключает ТЭН.
Управление режимами чайника производится с помощью двух кнопок — SW1 (включение и выбор температуры нагрева) и SW2 (кипячение).
Процесс «разноцветного кипячения» воды можно посмотреть или скачать здесь.

ВНИМАНИЕ!
Если не понятна работа каких-то элементов или участков схемы, то смотрите предыдущие статьи на эту тематику со схожими схемами.


Zdravstvuite Mihail Borisobich!Spasibo za poleznuju ssilku. Napishite pozalujsta model i firmu-proizvoditel etogo chainika. Vash otziv o nem.

Vitek VT-1158 SR

Samij lutshij chainik, iz teh, kotorimi polzovalsja (rabotaet > 10 let) eto diskovij MOULINEX. Nuzen ego analog. Na moj vzgljad, podsvetka — eto «marketingovij hod», a «nachinka» — eto to, chto mne nuzno.

Понятно. Вы хотите начинку вставить в «Moulinex». Будете покупать чайник для разборки?

UTOCHNENIE: Vasha ssilka pro chainik ochen svoevremenna. Ja hochu sdelat podarok svoim blizkim, chto-bi tovar bil kachestvennim i sluzil tak ze dolgo, kak i MOULINEX. Poetomu, mne vazno znat, na chto nuzno obratit vnimanie pri vibore tovara i ego osluzivanii. Blagodarju Vas za informaciju.

Как себя поведёт в эксплуатации чайник именно этой фирмы я не знаю, но для подарка, я думаю, в самый раз. Удачи!

Здравствуйте.Подскажите направление ремонта.Проблема такая-перестал доводить до кипения при нажатии кнопки питания.При выборе темп.85 градусов чайник грел до 70.Если выдернуть датчик температуры воды то чайник кипятит воду.Заменил датчик-до кипения всё равно не доводит при выборе 85град. доводит до 75 отключает и температура на индекаторе постепенно доходит до 85 град.Так же небольшое потемнение платы под стабилитроном-прозванивается как исправный R3 там же выдаёт около 75 ом.

Спасибо за статью! Неописуемо упростили жизнь, хотя уже сам был на пороге решения задачи по ремонту. Удачи и процветания Вам!


Прокомментировать

Необходимо авторизоваться или зарегистрироваться для участия в дискуссии.

Что такое стабилитрон

Стабилитрон широко используется в качестве источника опорного напряжения, где его характеристика обратного пробоя обеспечивает стабильное напряжение на диоде для ряда протекающих через него токов.


Учебное пособие по стабилитронам / эталонным диодам Включает в себя:
Стабилитроны Теория работы стабилитрона Технические характеристики стабилитрона Схемы на стабилитронах

Другие диоды: Типы диодов


Стабилитрон — это разновидность полупроводникового диода, который широко используется в электронных схемах в качестве источника опорного напряжения.

Стабилитрон или диод опорного напряжения — это электронный компонент, который обеспечивает стабильное и заданное напряжение. В результате схемы на стабилитронах часто используются в источниках питания, когда требуются регулируемые выходы. Эти диоды также используются во многих других приложениях, где требуются стабильные заданные источники опорного напряжения. Их также можно использовать для ограничения напряжения в ограничителях напряжения или для устранения скачков напряжения в линиях напряжения.

Стабилитроны

/ опорные диоды напряжения дешевы, они также просты в использовании, и эти электронные компоненты легко доступны для различных напряжений, с различными номинальными мощностями и т. Д.

Стабилитрон работает как обычный диод с PN переходом в прямом направлении, но обеспечивает очень резкий пробой в обратном направлении при определенном напряжении. Именно это напряжение обратного пробоя используется для опорных напряжений или в приложениях ограничения.

История стабилитрона

История стабилитронов

берет свое начало в разработке первых полупроводниковых диодов. Хотя первые детекторы, такие как «кошачий ус» и диоды с точечным контактом, были доступны примерно с 1905 года, большая часть работ по полупроводникам и полупроводниковым диодам была проделана во время и после Второй мировой войны.

Первым человеком, описавшим электрические свойства стабилитрона, был Кларенс Мелвин Зинер (родился 1 декабря 1905 г., умер 15 июля 1993 г.).

Кларенс Зинер был физиком-теоретиком, который работал в Bell Labs, и в результате его работы Белл назвал стабилитрон в его честь. Он впервые постулировал эффект разрушения, носящий его имя, в статье, опубликованной в 1934 году.

Основы стабилитрона

Стабилитроны

иногда называют эталонными диодами, поскольку они могут обеспечивать стабильное эталонное напряжение для многих электронных схем.Сами диоды дешевы и доступны в большом количестве, и их можно купить практически в каждом магазине электронных компонентов.

Стабилитроны

имеют многие из основных свойств обычных полупроводниковых диодов. Они проводят в прямом направлении и имеют такое же напряжение включения, что и обычные диоды. Для кремния это около 0,6 вольт.

IV характеристика стабилитрона

В обратном направлении стабилитрон работает иначе, чем обычный диод. При низком напряжении диоды проводят не так, как можно было бы ожидать.Однако при достижении определенного напряжения диод «выходит из строя» и течет ток.

Глядя на кривые стабилитрона, можно увидеть, что напряжение почти постоянно, независимо от протекаемого тока. Это означает, что стабилитрон обеспечивает стабильное и известное опорное напряжение для широкого диапазона уровней тока.

Замечательная стабильность напряжения пробоя в широком диапазоне уровней пропускной способности — вот что делает эталонный стабилитрон таким полезным.Его можно использовать в большом количестве цепей для обеспечения стабильного опорного напряжения, а также во множестве других цепей, где можно использовать его характеристику обратного пробоя.

Условное обозначение цепи стабилитрона

Для стабилитрона существует множество стилей корпусов. Некоторые из них используются для высоких уровней рассеивания мощности, а другие содержатся в форматах для поверхностного монтажа. Для домашнего строительства наиболее распространенный тип заключен в небольшую стеклянную капсулу.У него есть полоса вокруг одного конца, которая отмечает катод.

Видно, что полоса вокруг упаковки соответствует линии на символе диодной цепи, и это может быть простым способом запомнить, какой конец какой. Для стабилитрона, работающего в режиме обратного смещения, полоса является более положительной клеммой в цепи.

Маркировка стабилитронов, символы и контуры упаковки

Чтобы отличить стабилитрон или эталонный диод от других форм диодов в пределах принципиальной схемы, символ цепи стабилитрона помещает две метки на конце полосы: одна направлена ​​вверх, а другая — внизу. нижнее направление, как показано на схеме.

Типовой номер стабилитрона

С точки зрения нумерации типов стабилитроны или опорные диоды напряжения создают небольшую проблему для их типовой нумерации. Может быть общая серия диодов одного и того же семейства, но с разными пробивными или опорными напряжениями.

В результате можно зарезервировать последовательный ряд номеров диодов в системе или добавить суффикс к номеру базового типа для обозначения напряжения.

Один из методов нумерации стабилитронов одного семейства, но с разными напряжениями — это использовать серию в рамках стандартной системы нумерации.Одним из примеров является серия от 1N4728A до 1N4764A с одним номером детали, назначенным для каждого напряжения. Эти диоды представляют собой стабилитроны мощностью 400 мВт с диапазоном напряжений от 3,3 до 100 В с допуском 5% и в диапазоне E24.

Другой используемый метод состоит в том, чтобы указать номер для семейства, а затем добавить к номеру детали напряжение, например BZY88 C5V6 где 5V6 — напряжение, 5,6 вольт.

Стабилитроны или значения опорного диода напряжения обычно разнесены с использованием серии E12, хотя некоторые из них доступны в серии E24, например.g 5V1 используется для ряда логических микросхем, где используется очень простой стабилитрон. Если транзисторный эмиттерный повторитель используется для большего тока, то стабилитрон 5V6 лучше, так как транзистор упадет на 0,6 вольт, и это делает его идеальным.

Хотя лучше всего придерживаться более часто используемой серии E12, а еще лучше E6 или даже E3, часто это невозможно, и доступны значения напряжения стабилитрона из серии E24.


Стандартное напряжение стабилитрона E24 серии
(Примечание: значения E12 выделены жирным шрифтом)
1.0 1,1 1,2
1,3 1,5 1,6
1,8 2,0 2,2
2,4 2,7 3,0
3,3 3,6 3,9
4,3 4,7 5.1
5,6 6,2 6,8
7,5 8,2 9,1

Примечание: Значения E12 выделены жирным шрифтом.

Стабилитроны

обычно не поставляются последовательно выше диапазона E24. Причина этого в том, что производственные допуски недостаточны, и их использование обычно не требует.

Стабилитроны с технологией

Стабилитроны

работают при обратном смещении и используют две формы обратного пробоя. Одна из форм обратного пробоя называется пробоем Зенера, и это дает название, которое часто используется для описания всех форм опорного диода напряжения. Другой тип обратного пробоя можно назвать ударно-ионизационным пробоем.

Обнаружено, что из двух эффектов эффект Зенера преобладает выше примерно 5,5 вольт, тогда как ударная ионизация является основным эффектом ниже этого напряжения.

Поскольку два эффекта имеют температурный коэффициент, который находится в противоположных смыслах, это означает, что диоды с напряжением около 5,5 В являются наиболее термостабильными.


Технические характеристики стабилитронов / диодов опорного напряжения

При выборе стабилитрона или опорного диода напряжения для использования в схеме необходимо учитывать несколько спецификаций, чтобы гарантировать выбор оптимального диода для конкретного применения.

Очевидная спецификация стабилитрона — это обратное напряжение, но другие характеристики, такие как рассеиваемая мощность, обратный ток и т.п., также важны для любой схемы, которая может включать диод.


Цепи стабилитронов

Существует множество способов использования стабилитронов или диодов опорного напряжения. Наиболее широко известны в качестве источника опорного напряжения в некоторой форме регулятора напряжения, но они также могут использоваться в качестве ограничителей формы сигнала для цепей, где может возникнуть необходимость ограничить отклонение формы сигнала для предотвращения перегрузки и т. Д. Они также могут использоваться. в переключателях напряжения.

Соответственно, стабилитроны часто используются в конструкциях электронных схем, и огромное количество их повторно используется в производстве, как в качестве устройств с выводами, так и в форматах для поверхностного монтажа.

Стабилитрон — особенно полезный компонент для проектирования электронных схем. В результате миллионы стабилитронов ежегодно используются при создании электронного оборудования как в виде дискретных компонентов, так и в качестве компонентов, содержащихся в больших интегральных схемах.

Несмотря на то, что доступны интегральные схемы опорного напряжения, которые обеспечивают очень высокую степень точности и температурную стабильность, для большинства применений простой стабилитрон более чем удовлетворительный и обеспечивает гораздо более дешевое решение.Соответственно, это помогает узнать, что такое стабилитрон, как он работает, и основы схемы стабилитрона.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Стабилитрон — определение, VI характеристики и пробой стабилитрона

А нормальный п-п переходной диод пропускает электрический ток только в прямом направлении. предвзятое состояние. Когда прямое смещение приложено к 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, край.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, край.Лавинный пробой происходит в стабилитронах с напряжение стабилитрона (В z ) более 6 В.

Зенера 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 обеднения 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.
  • стабилитрон в стабилитронах происходит пробой, потому что у них очень тонкая область истощения.
  • Разбивка область — нормальная рабочая область для стабилитрона.
  • стабилитрон 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
  • Высокий 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

Стабилитрон — Last Minute Engineers

Обычные кремниевые диоды блокируют любой проходящий через них ток, когда они смещены в обратном направлении, и выходят из строя, когда обратное напряжение слишком велико.Поэтому эти диоды никогда намеренно не эксплуатируются в области пробоя.

Стабилитроны разные. Они специально разработаны для безотказной работы в зоне пробоя. По этой причине стабилитроны иногда называют пробойными диодами .

Стабилитроны являются основой регуляторов напряжения и схем, которые поддерживают почти постоянное напряжение нагрузки, несмотря на большие изменения напряжения сети и сопротивления нагрузки.

На следующих рисунках показаны схематические обозначения стабилитрона.В любом символе линии напоминают « Z », что означает « Zener ».

Рабочий стабилитрон

Стабилитрон может работать в любом из трех регионов: прямой, утечка и пробой. Давайте разберемся в этом через график ВАХ стабилитрона.

Область прямого смещения

При прямом смещении стабилитроны ведут себя так же, как обычные кремниевые диоды, и начинают проводить при напряжении около 0,7 В

Область утечки

Область утечки существует между нулевым током и пробоем.

В области утечки через диод протекает небольшой обратный ток. Этот обратный ток вызван термически образованными неосновными носителями.

Область пробоя

Если вы продолжите увеличивать обратное напряжение, вы в конечном итоге достигнете так называемого напряжения стабилитрона В Z диода.

В этот момент в слое обеднения полупроводников происходит процесс, называемый лавинным пробоем, и диод начинает сильно проводить в обратном направлении.

Из графика видно, что пробой имеет очень резкий изгиб, за которым следует почти вертикальное увеличение тока. Обратите внимание, что напряжение на стабилитроне практически постоянно и примерно равно V Z на большей части области пробоя.

На графике также показан максимальный обратный ток I Z (Макс) . Пока обратный ток меньше I Z (макс.) , диод работает в безопасном диапазоне. Если ток превышает I Z (макс.) , диод выйдет из строя.

Стабилитрон напряжения

Стабилитрон поддерживает постоянное выходное напряжение в области пробоя, даже если ток через него меняется. Это важная особенность стабилитрона, который можно использовать в стабилизаторах напряжения. Поэтому стабилитрон иногда называют диодом-стабилизатором напряжения .

Например, выход полуволнового, двухполупериодного или мостового выпрямителей состоит из пульсаций, наложенных на напряжение постоянного тока. Подключив простой стабилитрон к выходу выпрямителя, мы можем получить более стабильное выходное напряжение постоянного тока.

На следующем рисунке показан простой стабилизатор напряжения стабилитрона (также известный как стабилизатор напряжения).

Для работы стабилитрона в состоянии пробоя стабилитрон имеет обратное смещение, подключая его катод к положительной клемме входного источника питания.

Последовательный (токоограничивающий) резистор R S включен последовательно с стабилитроном, так что ток, протекающий через диод, меньше его максимального номинального тока. В противном случае стабилитрон перегорит, как и любой прибор, из-за слишком большого рассеивания мощности.

Источник напряжения V S подключен к комбинации. Кроме того, чтобы поддерживать диод в состоянии пробоя, напряжение источника V S должно быть больше, чем напряжение пробоя стабилитрона V Z .

Стабилизированное выходное напряжение V out снимается через стабилитрон.

Работа при пробое

Чтобы проверить, работает ли стабилитрон в области пробоя, нам нужно рассчитать, какое напряжение Тевенина испытывает диод.

Напряжение Thevenin — это напряжение, которое существует, когда стабилитрон отключен от цепи.

Из-за делителя напряжения можно написать:

Когда это напряжение превышает напряжение стабилитрона, происходит пробой.

Последовательный ток

Напряжение на последовательном резисторе равно разнице между напряжением источника и напряжением стабилитрона. Следовательно, согласно закону Ома, ток через последовательный резистор равен:

Последовательный ток остается неизменным независимо от того, есть ли нагрузочный резистор или нет.Это означает, что даже если вы отключите нагрузочный резистор, ток через последовательный резистор будет равен напряжению на резисторе, деленному на сопротивление.

Напряжение нагрузки и ток нагрузки

Поскольку нагрузочный резистор включен параллельно стабилитрону, напряжение нагрузки совпадает с напряжением стабилитрона.

Используя закон Ома, мы можем рассчитать ток нагрузки:

Ток Зенера

Стабилитрон и нагрузочный резистор включены параллельно.Полный ток равен сумме их токов, которая равна току через последовательный резистор.

Это говорит нам о том, что ток стабилитрона равен последовательному току минус ток нагрузки.

Общие напряжения стабилитронов

Стабилитроны производятся со стандартными номинальными напряжениями, указанными в таблице ниже. В таблице указаны стандартные напряжения для деталей 0,3 Вт и 1,3 Вт .

2,7 В 3,0 В 3.3 В 3,6 В 3,9 В 4,3 В 4,7 В
5,1 В 5,6 В 6,2 В 6,8 В 7,5 В 8,2 В 9,1 В
10V 11V 12V 13V 15V 16V 18V
20V 24V 27V 30V
4.7 В 5,1 В 5,6 В 6,2 В 6,8 В 7,5 В 8,2 В
9,1 В 10 В 11 В 12 В 13 В 15 В 16 В
18V 20V 22V 24V 27V 30V 33V
36V 39V 43V 47V 51V 56V 62V
75V 100V 200V

Мощность соответствует мощности, которую диод может рассеивать без повреждений.

Приложения на стабилитронах

До сих пор мы видели, как стабилитроны можно использовать для регулирования постоянного источника постоянного тока. Кроме того, стабилитроны используются в различных приложениях. Вот некоторые из них.

Пререгулятор

Основная идея пререгулятора состоит в том, чтобы обеспечить хорошо регулируемый вход для стабилитрона, чтобы конечный выход был очень хорошо регулируемым.

Ниже приведен пример предварительного регулятора (первый стабилитрон), управляющего стабилитроном (второй стабилитрон).

Waveshaping

В большинстве случаев стабилитроны остаются в области пробоя. Но есть исключения, такие как волновые схемы.

В приведенной выше схеме формирования сигнала два стабилитрона включены друг за другом для генерации прямоугольной волны. Эту схему также в шутку называют « Генератор прямоугольных импульсов для бедняков ».

В положительном полупериоде верхний диод Z1 проводит, а нижний диод Z2 выходит из строя. Следовательно, вывод обрезается.

В отрицательном полупериоде действие меняется на противоположное. Нижний диод Z2 проводит, а верхний диод Z1 выходит из строя. Таким образом, выходной сигнал представляет собой примерно прямоугольную волну.

Уровень ограничения равен напряжению стабилитрона (пробитый диод) плюс 0,7 В (диод с прямым смещением).

Производство нестандартных выходных напряжений

Комбинируя стабилитроны с обычными кремниевыми диодами, мы можем получить несколько нестандартных выходных напряжений постоянного тока, например:

Управление реле

Как вы, возможно, знаете, подключение реле 6 В к системе 12 В может вызвать повреждение реле.Вам нужно немного снизить напряжение. На рисунке ниже показан один из способов сделать это.

В этой цепи стабилитрон 5,6 В последовательно соединен с реле, так что на реле появляется только 6,4 В, что находится в пределах допустимого диапазона напряжения реле.

PREV

Полноволновой мостовой выпрямитель

NEXT

Светоизлучающий диод (LED)

Учебное пособие по стабилитронам

Что такое стабилитрон?

Стабилитрон или пробойный диод — это PN-диод, специально разработанный для работы в области пробоя в условиях обратного смещения.Этот диод работает при пробое стабилитрона или лавинном пробое, однако слово стабилитрон используется для всех компонентов, имеющих характеристики резкого пробоя в обратном направлении.


Физическая конструкция стабилитрона:

В стабилитронах используются сильно легированные полупроводники P и N, эта интенсивность легирования увеличивается за счет добавления примесей в полупроводник.

Символ и эквивалентная схема:

Здесь Vz представляет напряжение стабилитрона, а Rz представляет собой наклон номинально вертикальной области характеристики во время пробоя при обратном смещении.

Вольт-амперные характеристики стабилитрона:

Когда мы подключаем стабилитрон в прямом смещении, то есть + ve к аноду и –ve к клемме катода, стабилитрон будет реагировать как обычный PN-диод, характеристика показывает это.

Когда мы прикладываем обратное смещение, которое является + ve к катоду и –ve к выводу анода, при определенном обратном напряжении происходит пробой, который дает постоянное увеличение тока стабилитрона.

Применение стабилитрона:

Стабилитрон с характеристиками пробоя или характеристиками лавинного пробоя, стабилитрон используется во многих схемах.

Схема стабилитрона

Стабилитрон соединен шунтом с нагрузкой и обратной полярностью к источнику питания, на рынке доступен другой диапазон стабилитронов, вам нужно выбрать подходящий для своей схемы. (пример: 2.2V ZD, 3V3 ZD, 6V ZD, 12V ZD и т. д.)

Схема защиты стабилитрона

Когда мы используем аналоговый вольтметр постоянного тока, мы уделяем больше внимания измеряемому напряжению, если напряжение поднимается за пределы диапазона напряжения измерителя, тогда подвижная катушка в измерителе будет повреждена, чтобы мы не могли разместить стабилитрон на измерителе.(Примечание: выберите значение стабилитрона как максимальный диапазон напряжения измерителя)

Схема формирования сигнала на стабилитроне

Здесь прикладные схемы даны для понимания цели. Если вам нужен точный выход, выберите компоненты в соответствии с вашей конструкцией.

Шунтирующий стабилизатор на стабилитроне

: 4 ступени

Когда вы знаете уровень напряжения питания и у вас небольшая нагрузка, использование стабилитрона в качестве стабилизатора может быть отличным вариантом; однако без соответствующих компонентов эта схема может быть гораздо более неэффективной, чем линейный регулятор.

Поскольку стабилитрон помещен в схему с обратным смещением, он позволяет току течь через него, пока напряжение питания выше напряжения пробоя диода. Последовательный резистор установлен, чтобы сжечь избыточное напряжение. Опять же, эта энергия теряется в резисторе в виде тепла. Причина, по которой эта схема может быть более неэффективной, заключается в том, что через резистор всегда будет протекать ток, пока напряжение питания выше напряжения пробоя диода, даже без подключенной нагрузки.

Значение резистора определяет ток. Например, используя наши предыдущие числа для источника питания 12 В и стабилитрона 3,3 В, на резисторе будет пропадать 8,7 В. Резистор правильного номинала позволит пропускать ровно столько тока, сколько необходимо для питания схемы нагрузки, плюс небольшой бит, потребляемый стабилитроном. Если нагрузка не подключена, то весь ток будет потребляться диодом.

Именно по этой причине очень полезно знать максимальную потребляемую мощность нагрузки.Рассмотрим схему микроконтроллера, которая мигает светодиодом при 20 мА. Максимальный ток, потребляемый микроконтроллером, будет зависеть, помимо прочего, от того, насколько быстро он работает, но вполне может быть менее 100 мкА. В целях безопасности мы скажем, что нам нужен ток 30 мА, подаваемый на всю цепь.

Чтобы определить необходимое последовательное сопротивление, вычтите выходное напряжение из напряжения питания и разделите его на желаемый ток: (12 В — 3,3 В) / 30 мА = 290 Ом. Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это рассеяние мощности.Резистор упадет на 8,7 В при 30 мА, рассеивая 0,261 Вт мощности. Следует использовать резистор 0,5 Вт. Если нагрузка не подключена, стабилитрон будет потреблять все 30 мА, рассеивая 0,099 Вт мощности. Следует использовать диод мощностью 0,2 Вт или больше. Даже с подключенной нагрузкой в ​​нашем примере стабилитрон будет потреблять большую часть тока, когда светодиод не горит. Вот почему эта схема может быть очень неэффективной.

Стабилитроны

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • • Опишите типичную конструкцию стабилитрона.
  • • Опишите эффект Зенера.
  • • Опишите эффект лавины в стабилитронах.
  • • Опишите типичные применения стабилитронов.
  • • Регулировка напряжения шунта.
  • • Последовательное регулирование напряжения.
  • • Рассчитайте соответствующие значения для токоограничивающих резисторов для стабилитронов.

Рисунок 2.4.1. Конструкция стабилитрона

Конструкция стабилитрона

Стабилитрон

представляет собой модифицированную форму кремниевого диода PN, широко используемого для регулирования напряжения. Используемый кремний P-типа и N-типа имеет более сильное легирование, чем стандартный PN-диод. Как показано на рис. 2.4.1, это приводит к относительно тонкому слою перехода и, следовательно, к обратному напряжению пробоя, которое может быть намного ниже, чем в обычном диоде. Фактическое напряжение пробоя контролируется во время производства путем регулирования количества используемого легирования.Таким образом, можно выбрать напряжения пробоя, которые будут иметь точные заданные значения в диапазоне от 3 до 300 В. Стабилитроны также могут выдерживать более высокий обратный ток, чем сопоставимые PN-диоды, и доступны с различными номинальными мощностями, обычно от 500 мВт до 50 Вт.

Когда стабилитроны смещены в прямом направлении, при анодном напряжении выше, чем на катоде, они ведут себя так же, как обычный кремниевый диод. Когда они смещены в обратном направлении, они демонстрируют очень высокое сопротивление и, следовательно, низкое значение обратного тока утечки.Однако, когда обратное смещение достигает значения обратного напряжения пробоя диода (напряжения стабилитрона), происходит быстрое падение сопротивления и увеличение тока. Чтобы предотвратить увеличение этого тока до значения, которое может превысить номинальную мощность диода и разрушить его, стабилитрон использует резистор, подключенный последовательно с диодом, чтобы ограничить обратный ток до безопасного значения.

Рисунок 2.4.2. Альтернативные символы стабилитрона


Работа диода в этом состоянии означает, что из-за очень крутого наклона обратной характеристики диода любое небольшое изменение напряжения на диоде вызовет большое изменение тока через диод.Этот эффект очень полезен в схемах регуляторов напряжения, как описано в наших модулях источников питания 2.1 (шунтирующие регуляторы напряжения) и 2.2 (последовательные регуляторы напряжения). Стабилитроны также полезны для обеспечения точного опорного напряжения для таких целей, как фиксация формы сигнала. Такое быстрое увеличение обратного тока при работе стабилитрона происходит из-за одного или обоих из двух эффектов:

Рисунок 2.4.3. Зенеровские и лавинные эффекты

1. Эффект Зенера

Из-за сильно легированных материалов P и N по обе стороны от перехода, которые, следовательно, являются хорошими проводниками, и очень тонкого обедненного слоя, напряженность электрического поля через обедненный слой очень высока, и становится относительно легко даже при низкие напряжения, чтобы дырки и электроны пересекали обедненный слой и объединялись, чтобы создать обратный ток.Этот эффект чаще всего происходит в стабилитронах с низким обратным напряжением пробоя, обычно от 5 до 6 В или меньше, и приводит к постепенному, а не к внезапному увеличению обратного тока.

2. Эффект лавины

В стабилитронах с более широкими обедненными слоями и, следовательно, с более высокими напряжениями пробоя, увеличение тока при напряжении пробоя происходит гораздо более внезапно, что приводит к резкому снижению обратного сопротивления диода и почти вертикальной области к обратному току диода. характерная черта.Этот эффект наблюдается в основном в диодах с более высоким напряжением обратного пробоя (выше примерно 5 В) и менее легированными областями P и N. Ниже напряжения обратного пробоя, хотя протекает только небольшой обратный ток утечки, некоторый ток все же течет, и поэтому электроны и дырки попадают в обедненный слой. Когда обратное напряжение приближается к обратному напряжению пробоя, электроны и дырки, попадающие в обедненный слой, попадают под действие сильного электрического поля и быстро ускоряются.В этом ускоренном состоянии они начинают сталкиваться с другими атомами и выбивать электроны из их атомных связей в процессе, называемом «ударной ионизацией», таким образом создавая больше пар электрон / дырка, которые также значительно ускоряются электрическим полем. Эти вторичные носители тока, в свою очередь, ионизируют другие атомы, создавая очень быстрое увеличение обратного тока через диод. Этот процесс называется «Лавина»

.

Практические стабилитроны

Практические стабилитроны могут использовать либо стабилитрон, либо лавинный эффект, а в некоторых диодах оба эффекта также могут возникать одновременно, но принято называть все эти диоды стабилитронами.Как стабилитрон, так и лавинный эффект также в некоторой степени зависят от температуры перехода диода. Однако в то время как ток в чисто стабилитроне имеет отрицательный температурный коэффициент, то есть ток уменьшается с повышением температуры, противоположный эффект происходит в диоде, использующем лавинный эффект. Следовательно, можно изготавливать стабилитроны, которые используют оба эффекта, и поэтому эти температурные эффекты имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, производя диоды с очень минимальным изменением тока из-за температуры.

Стабилитроны

широко используются в цепях питания как для регулирования напряжения, так и для защиты от перенапряжения, их использование более подробно обсуждается в нашем модуле источников питания 2.1.

Начало страницы

Каков принцип стабилитрона?

Введение

В этом видеоуроке по электронике представлены базовые сведения о стабилитронах , которые используются в качестве стабилизаторов напряжения в цепях постоянного тока.

Каталог


1.1 Терминология

Стабилитрон является активным устройством. Он использует состояние обратного пробоя pn-перехода, чтобы обеспечить возможность изменения тока в широком диапазоне, а напряжение в основном постоянное, то есть диод имеет эффект регулирования напряжения. Этот диод представляет собой полупроводниковое устройство, которое имеет очень высокое сопротивление до тех пор, пока не будет достигнуто критическое обратное напряжение пробоя. В этой критической точке пробоя обратное сопротивление снижается до небольшого значения, в этой области низкого сопротивления ток увеличивается, а напряжение остается постоянным.Так что стабилитрон используется в первую очередь как регулятор напряжения или компонент опорного напряжения.

Когда обратное напряжение стабилитрона достигает определенного значения, обратный ток внезапно увеличивается, и стабилитрон входит в область пробоя, но он не повреждает, а работает в нормальном состоянии, которое является самым большим. отличие от обычного диода.

После перехода в это рабочее состояние, даже если обратный ток изменяется в широком диапазоне, обратное напряжение на стабилитроне может оставаться практически неизменным.С другой стороны, если обратный ток продолжает увеличиваться до определенного значения, стабилитрон полностью выйдет из строя и повредится.

Следовательно, когда используется стабилитрон, он должен быть подключен последовательно с токоограничивающим резистором . В противном случае его потребляемая мощность превышает указанное значение, что может привести к повреждению устройства.

1.2 Расчет сопротивления стабилизации напряжения

Характеристики схемы стабилитрона связаны с динамическим сопротивлением в состоянии пробоя, а также со значением сопротивления резистора регулятора напряжения R.Чем меньше динамическое сопротивление стабилитрона, тем больше регулятор напряжения R и тем лучше характеристики регулирования напряжения.

Динамическое сопротивление стабилитрона зависит от рабочего тока. Чем больше рабочий ток, тем меньше динамическое сопротивление. Следовательно, чтобы обеспечить хороший эффект регулирования напряжения, рабочий ток должен быть выбран правильно. Рабочий ток больше, чем можно эффективно уменьшить динамическое сопротивление, но не превышает максимально допустимый ток (или максимальную рассеиваемую мощность) диода.А рабочий ток и максимально допустимый ток для различных типов диодов можно найти в инструкции.

Стабильность стабилитрона также зависит от температуры. При изменении температуры изменяется и его стабильное напряжение, которое обычно выражается температурным коэффициентом стабильного напряжения.

а. Когда входное напряжение наименьшее, а ток нагрузки максимален, ток, протекающий через стабилитрон, минимален.При этом IZ не должно быть меньше IZmin, тем самым рассчитывается максимальное значение резистора стабилизации напряжения, а фактически выбранное сопротивление стабилизации напряжения должно быть меньше максимального значения, которое составляет

.

г. Когда входное напряжение наибольшее, а ток нагрузки наименьший, наименьший, ток, протекающий через стабилитрон, является наибольшим. В это время IZ не должно превышать IZmax , тем самым вычисляя минимальное значение сопротивления стабилизации напряжения.что

(R min max )

1,3 Символ стабилитрона

1,4 Вольт-амперная характеристика

Рисунок 1. Вольт-амперная характеристика

Вольт-амперные характеристики стабилитрона аналогичны характеристикам обычного диода, за исключением того, что

(1) крутая кривая обратного пробоя

(2) работает при обратном пробое

Обычно используемые значения регулирования напряжения: 3.3 В, 3,6 В, 3,9 В, 4,7 В, 5,1 В, 5,6 В, 6,2 В, 15 В, 27 В, 30 В, 75 В

1.5 Типовая схема регулирования напряжения

Рисунок 2. Типовая схема регулирования

1.6 Влияние положительной и отрицательной серии

1. В схеме усилителя мощности затвор G и источник S силовой лампы всегда последовательно соединены с стабилитроном, который защищает GS путем ограничения напряжение и предотвращает пробой изоляционного слоя между GS из-за слишком высокого напряжения.

2. Когда два диода соединены последовательно в обратном порядке, цепь, соединенная параллельно, может обеспечить защиту от перенапряжения. Когда в цепи повышено напряжение, сначала пробивается диод, что приводит к короткому замыканию.

Основная функция стабилитрона — стабилизация напряжения. Необходимо следить за тем, чтобы ток через резистор ограничения последовательного тока не превышал установленный предел. Если нет токоограничивающего резистора, он может обеспечить только единственную защиту от перенапряжения, и легко вызвать постоянный отказ в лавинном пробое, что приведет к короткому замыканию.Как правило, источник питания процессора можно подключить параллельно с стабилитроном, напряжение которого на 20% выше, чем его рабочее напряжение. Когда источник питания вызывает слишком высокое напряжение, стабилитрон имеет обратную проводимость, чтобы защитить ЦП от сгорания. Для нормальной работы достаточно только проверить блок питания и заменить стабилитрон.

Из вышеизложенного видно, что стабилитрон находится в пробое обратного тока, в пределах определенного диапазона тока (или в пределах определенного диапазона потерь мощности), напряжение на клеммах почти постоянно, что свидетельствует о характеристиках регулирования напряжения.Это предложение имеет два значения:

1) Диод стабилизации напряжения должен быть обратно включен в цепь.

2) Стабилитрон должен работать в определенном диапазоне (до стабильного текущего состояния) для стабилизации.

Ⅱ Принцип регулирования напряжения

Чтобы понять, как работает стабилитрон, достаточно взглянуть на его обратную характеристику . Основная характеристика всех кристаллических диодов — однонаправленная проводимость.То есть добавление прямого напряжения включается, а обратное напряжение блокируется. Кроме того, добавляемое обратное напряжение не превышает обратного выдерживаемого напряжения диода, иначе стабилитрон сгорит. Но это еще не окончательный результат. Тест показал, что до тех пор, пока значение обратного тока ограничено (например, резистор установлен последовательно между диодом и источником питания), он не сгорит, хотя и сломан. Более того, было обнаружено, что после обратного пробоя диода ток резко уменьшился, а напряжение упало незначительно.Напряжение резко падало при уменьшении силы тока до определенного значения. Именно по этому принципу используется стабилитрон. И наиболее важным моментом при использовании стабилитрона является расчет его текущего значения.

Стабилитрон отличается тем, что после пробоя напряжение на нем остается практически неизменным. Таким образом, когда регулятор напряжения подключен к схеме, если напряжение в каждой точке схемы колеблется из-за колебаний напряжения источника питания или по другим причинам, напряжение на нагрузке останется практически неизменным.

Ⅲ Прикладная схема стабилитрона

3.1 Характеристики стабилитрона

Обычно нормальный диод имеет прямую проводимость и обратную отсечку. Когда обратное напряжение, приложенное к диоду, превышает возможности диода, диод выходит из строя. Однако есть диод, прямая характеристика которого такая же, как у обычного диода, но обратная характеристика особенная: когда обратное напряжение прикладывается до определенной степени, хотя диод демонстрирует состояние пробоя, пропускается большой ток. , но он не поврежден, и это явление очень воспроизводимо.Напротив, пока диод находится в состоянии пробоя, хотя электричество, протекающее через трубку, сильно меняется, напряжение на диоде изменяется очень мало, чтобы стабилизировать напряжение. Это стабилитрон.

Типы стабилитронов: 2CW, 2DW и т. Д. Символ цепи показан ниже.

Характеристики стабилизации напряжения стабилитрона могут быть четко выражены кривой вольт-амперной характеристики, показанной на рисунке ниже.

Рисунок 3. Вольт-амперная характеристика

Стабилитрон работает, используя характеристику регулирования напряжения обратного пробоя. Поэтому стабилитрон включен в схему в обратном порядке. Напряжение обратного пробоя стабилитрона называется стабильным напряжением, и стабильное напряжение разных типов стабилитронов также отличается. Величина регулирования напряжения определенного типа стабилитрона фиксируется в определенном диапазоне.Например, значение регулирования 2CW11 составляет от 3,2 до 4,5 вольт, где один диод может иметь регулирование напряжения 3,5 В, а другой — 4,2 В.

В практических приложениях , если стабилитрон не выбран для соответствия требуемому требованию регулирования напряжения, можно выбрать стабилитрон с более низким напряжением регулирования. А затем один или несколько кремниевых диодов в качестве «подушек» могут быть подключены последовательно, чтобы повысить стабильность напряжения до требуемого значения. Это достигается за счет использования кремниевого диода с прямым падением напряжения 0.От 6 В до 0,7 В. Следовательно, диод должен быть подключен в прямом направлении цепи, что отличается от стабилитрона.

Стабилизация напряжения стабилитрона может быть выражена его динамическим сопротивлением r:

Рис. 4. Простая схема регулирования

Очевидно, что для того же изменения тока ΔI, чем меньше изменение напряжения ΔU на стабилитроне, тем меньше динамическое сопротивление и тем лучше рабочие характеристики стабилитрона.

Рисунок 5. Цепь регулирования

3.2 Колебания напряжения сети и колебания нагрузки

Для любой схемы регулирования характеристики регулирования напряжения следует исследовать с двух сторон:

а. колебания напряжения сети

г. изменение нагрузки

Стабилитрон

Когда напряжение сети увеличивается, входное напряжение Ui схемы регулирования напряжения увеличивается, а выходное напряжение Uo также увеличивается пропорционально.Поскольку Uo = Uz, согласно вольт-амперной характеристике стабилитрона, увеличение Uz приведет к резкому увеличению Idz, как и Ir, Ur резко возрастет с Ir одновременно, и увеличение Ur обязательно будет уменьшить выходное напряжение Uo. Следовательно, пока параметры выбраны правильно, приращение напряжения на R может быть приблизительно равно приращению Ui, так что Uo по существу не изменяется. Краткое описание выглядит следующим образом:

Когда напряжение сети падает, изменение каждого значения противоположно описанному выше процессу.

Видно, что при изменении напряжения сети схема регулирования напряжения компенсирует изменение Ui изменением напряжения на токоограничивающем резисторе R, то есть ΔUr ≈ ΔUi, так что Uo не изменяется.

Когда сопротивление нагрузки RL уменьшается, то есть ток нагрузки IL увеличивается, Ir увеличивается, Ur также увеличивается, Uo неизбежно уменьшается, а Uz уменьшается. Согласно вольтамперным характеристикам стабилитрона падение Uz вызывает резкое уменьшение Idz.В результате Ir резко снижается. Если параметры выбраны правильно, ΔIdz≈-ΔIL можно сделать так, чтобы Ir по существу не изменился, так что Uo по существу не изменится. Краткое описание выглядит следующим образом:

Очевидно, что пока ΔIz ≈ — ΔIL сделано в цепи, Ir можно сделать практически неизменным, тем самым гарантируя, что Uo практически не изменится.

Таким образом, в цепи стабилизации напряжения, состоящей из стабилитрона, функция стабилизации тока стабилитрона используется для компенсации изменения напряжения или тока токоограничивающего резистора R для достижения цели стабилизации напряжения.Токоограничивающий резистор R не только ограничивает ток в стабилитроне до нормального режима работы, но также взаимодействует с стабилитроном для достижения цели регулирования напряжения.

3.3 Основные параметры

После понимания принципа регулирования напряжения стабилитрона , вы должны понять его основные параметры:

Vz — ровное напряжение: это стабильное значение напряжения, генерируемое двумя концами стабилитрона при прохождении номинального тока.Это значение незначительно меняется в зависимости от рабочего тока и температуры. Из-за различий в производственном процессе значения стабилизации напряжения для одного и того же типа стабилитронов не совсем одинаковы.

Iz — постоянный ток: это значение тока, проходящего через диод, когда стабилитрон генерирует стабильное напряжение. Ниже этого значения, хотя стабилитрон может регулировать напряжение, эффект регулирования напряжения будет хуже; выше этого значения, пока не превышаются номинальные потери мощности, это разрешено, и характеристики регулирования напряжения будут лучше, но потребляется больше мощности.

Rz — динамическое сопротивление: это отношение изменения напряжения на диоде к изменению тока, и это соотношение зависит от рабочего тока. Как правило, чем больше ток, тем меньше динамическое сопротивление. Например, когда рабочий ток регулятора 2CW7C составляет 5 мА, Rz составляет 18 Ом; при рабочем токе 10 мА Rz составляет 8 Ом; когда он составляет 20 мА, Rz составляет 2 Ом, рабочий ток превышает 20 мА.

Pz — номинальная мощность: определяется допустимым превышением температуры микросхемы, и ее значение является произведением стабильного напряжения Vz и максимально допустимого тока Izm.

Ctv — температурный коэффициент напряжения: это параметр, показывающий, что стабильное значение напряжения зависит от температуры.

IR — обратный ток утечки. Он относится к току утечки, создаваемому стабилитроном при заданном обратном напряжении.

S ilicon Zener D iode

На следующем рисунке представлена ​​простая схема регулирования напряжения, состоящая из кремниевого стабилитрона: кремниевый стабилизатор напряжения DW и нагрузка Rfz включены параллельно, а R1 — токоограничивающий резистор.

Рис. 6. Схема кремниевого стабилизирующего диода (a)

Схема кремниевого стабилитрона регулируется обратной пробойной характеристикой стабилитрона. Из-за крутой обратной характеристической кривой большое изменение тока вызовет только небольшое изменение напряжения.

Рис. 7. Схема кремниевого стабилизирующего диода (b)

Как регулируется эта схема? Если напряжение сети повышается, выходное напряжение Usr схемы выпрямителя также повышается, вызывая повышение напряжения нагрузки Usc .Поскольку стабилитрон DW подключен параллельно нагрузке Rfz , до тех пор, пока корень немного увеличивается, ток, протекающий через стабилитрон, резко увеличивается, так что I1 также увеличивается, и падение напряжения на токоограничивающий резистор R1 увеличивается, тем самым компенсируя рост Usr, сохраняет напряжение нагрузки Usc практически неизменным. И наоборот, если напряжение в сети падает, вызывая падение Usr , то же самое происходит и с Usc , ток в стабилитроне резко уменьшается, что приводит к уменьшению I1 и падению напряжения на R1 , тем самым смещая падение уср и поддержание нагрузки.Напряжение Usc практически не изменилось.

Если Usr является постоянным и ток нагрузки увеличивается, падение напряжения на R1 увеличивается, вызывая падение напряжения нагрузки Usc . Как только Usc немного падает, ток в стабилитроне быстро уменьшается, уменьшая падение напряжения на R1 и сохраняя падение напряжения на R1 практически постоянным, что стабилизирует напряжение нагрузки Usc .

Таким образом, стабилитрон действует как автоматическая регулировка тока. Чем меньше динамическое сопротивление стабилитрона, тем больше токоограничивающее сопротивление и лучше стабильность выходного напряжения.

Пример анализа

При использовании стабилитронов они не могут ограничить потенциал до идеального значения на основе ваших фактических требований. Например, такая цифра:

Рисунок 8.Схема регулирования

После того, как внешний интерфейс получает сигнал, он усиливается операционным усилителем и затем вводится в АЦП микроконтроллера, и видна только выходная цепь:

Рис. 9. Схема цепи регулирования (часть)

Конденсатор C17 является конденсатором выборки и хранения, а резистор R31 и стабилитрон D9 образуют цепь регулирования напряжения. Если выходное напряжение больше 3.3 В, стабилитрон будет ограничивать его до 3,3 В. Однако это не так, у такого диода есть своя характеристическая кривая. Обратитесь к регулятору BZT52C3V3 на Kynix Semiconductor для замены регулятора 1N4728 в цепи на BZT52C3V3 :

Рисунок 10. Характеристики пробоя стабилитрона (а)

Рисунок 11. Характеристики пробоя стабилитрона (б)

Глядя на кривую C3V3 , можно увидеть, что когда ток стабилитрона равен 0, его напряжение составляет примерно 1.8 В, что означает, что когда сопротивление токоограничивающего резистора R31 в цепи бесконечно, ток, протекающий через стабилитрон, почти равен нулю, а выходное напряжение составляет около 1,8 В. Когда сопротивление резистора R31 невелико, ток, протекающий через диод, очень велик независимо от внутреннего сопротивления переднего выхода, а выходное напряжение может достигать от 3,5 В до 4,0 В. Очевидно, что в обоих случаях стабилитрон диоды не очень хорошо выполняют свои обязанности.

Когда входное напряжение меньше 3.3 В, выход и вход входного каскада стабилитрона остаются прежними. Когда входное напряжение внешнего интерфейса больше 3,3 В, стабилитрон выдает 3,3 В. Но на самом деле такого стабилитрона нет.

Предположим, что входное напряжение на приведенной выше принципиальной схеме равно Uo, напряжение стабилитрона равно Ui, сопротивление R31 равно R, а ток через диод равен i, можно получить формулу:

i = (Uo — Ui) / R

Измените формулу на:

i = (-1 / R) * Ui + Uo / R

Это уравнение нанесено на характеристическую кривую стабилитрона:

Рисунок 12.Характеристики пробоя стабилитрона (в)

Перехватчик уравнения равен Uo / R , который представляет собой ток при коротком замыкании регулятора напряжения. Пересечение уравнения и оси X составляет Ui = Uo . Фокус этой линии и кривой C3V3 является рабочей точкой стабилитрона. Но это уравнение не было определено, потому что значения Uo и R не фиксированы. Мы знаем, что с входным напряжением внешнего интерфейса работает операционный усилитель. Рабочее напряжение операционного усилителя составляет 5 В, поэтому выходное напряжение операционного усилителя не превышает 5 В, поэтому мы предполагаем, что диапазон Uo находится в пределах от 0 до 5 В.

Потому что опорное напряжение AD части системы микроконтроллера составляет 3,3 В. Если вы надеетесь, что выходное напряжение стабилитрона не превышает 3,3 В, необходимо сохранить пересечение приведенного выше уравнения и характеристической кривой не более 3,3 В, предполагая, что напряжение в точке пересечения составляет 3,3 В. В настоящее время ток через стабилитрон составляет 5 мА, когда наше уравнение просто проходит через эту точку:

Рисунок 13. Характеристики пробоя стабилитрона (г)

Выходное напряжение стабилитрона равно 3.3V, и мы называем эту точку точкой отсчета. Если пересечение уравнения и кривой находится ниже контрольной точки, выходное напряжение стабилитрона меньше 3,3 В. Если пересечение уравнения и кривой находится выше контрольной точки, выходное напряжение стабилитрона больше 3,3 В, что повлияет на микроконтроллер и даже сгорит.

Рисунок 14. Характеристики пробоя стабилитрона (д)

Выходное напряжение выше 3.3В ненормально. В нормальном состоянии напряжение, передаваемое операционным усилителем, меньше или равно 3,3 В, и нам нужно, чтобы выходное напряжение Uo операционного усилителя и выходное напряжение стабилитрона были меньше 3,3 В, то есть Uo = Ui. Когда входное напряжение операционного усилителя меньше или равно 3,3 В, пересечение уравнения и оси X составляет Ui≤3,3 В. В это время пересечение уравнения и кривой всегда меньше контрольной точки, потому что уравнение не может быть вертикальным.Ui на перекрестке меньше 3,3 В, что означает, что выход нашего операционного усилителя составляет 3,3 В, а выходное напряжение стабилитрона меньше 3,3 В. Это вызывает искажение сигнала, то есть входной и выходной сигнал несовместимы. Это абсолютно недопустимо в системе, потому что различное напряжение указывает на изменение соответствующего измеренного значения.

Итак, что нам делать, если возникла эта проблема? Мы только что обнаружили, что пересечение характеристической кривой и оси X составляет не Ui = 0 , а Ui = 1.8В . В это время, когда напряжение, передаваемое нашим операционным усилителем, меньше 1,8 В, значения Uo и Ui одинаковы. Другими словами, искажения сигнала не происходит:

Рисунок 15. Характеристики пробоя стабилитрона (f)

Видно, что пересечение уравнения и кривой всегда находится на оси X, что составляет Ui = Uo . Но диапазон уменьшен, с 0 до 3,3В до 1,8В, снижена точность обнаружения АД, для устойчивости системы нужен стабилитрон.Конечно, если вы выберете стабилитрон с лучшей характеристической кривой (более дорогой). В это время пересечение характеристической кривой стабилитрона и оси X может составлять 2,0 В или более.

Мы можем наблюдать характеристическую кривую, чтобы увидеть характеристическую кривую C3V9 лампы Зенера на 3,9 В. Ui на пересечении с осью X составляет около 3 В. Когда ток стабилитрона составляет около 1 мА, Ui составляет около 3,3 В, для регулирования напряжения можно использовать регулятор напряжения 3,9 В.Уравнение выглядит следующим образом:

Рисунок 16. Характеристики пробоя стабилитрона (г)

При нормальных условиях , выходное напряжение операционного усилителя находится в диапазоне 3,3 В, а пересечение уравнения и кривой находится на оси X, как показано на красной линии ниже. Когда значение превышает 3,3 В, чтобы гарантировать, что пересечение уравнения и кривой находится ниже контрольной точки, нам нужно уменьшить наклон уравнения так, чтобы пересечение уравнения и кривой удовлетворяло Ui ≤ 3.3V, а наклон уравнения равен (-1 / R). Чтобы уменьшить наклон, нужно увеличить значение R, то есть мы можем использовать трубку регулятора 3,9 В для увеличения сопротивления R31. Примерно мы можем видеть, что когда Ui = 3,3 В, i составляет около 1 мА, мы вносим эту точку в уравнение:

1 мА = -3,3 / R + Uo / R

Когда Uo принимает максимальное значение 5 В, рассчитывается R = 1700 Ом. То есть, когда R больше или равно 1700 Ом, а Uo меньше или равно 5 В, пересечение уравнения и кривой всегда меньше контрольной точки.В то же время наш неискаженный диапазон напряжения составляет от 0 до 3 В, что намного больше, чем от 0 до 1,8 В при использовании стабилитрона на 3,3 В.

Внимание к применению

1. Обратите внимание на разницу между обычным диодом и стабилитроном. Многие обычные диоды, особенно стеклянные трубки, имеют схожий цвет или форму по сравнению с диодами Зенера. Если вы не будете их различать внимательно, вы воспользуетесь ими неправильно.Разница заключается в следующем: судя по форме, многие стабилитроны имеют цилиндрическую форму, короткие и толстые, а общий диод — тонкий; Глядя на знак, внешняя поверхность стабилитрона отмечена значением регулятора напряжения, например 5V6, что указывает на то, что значение стабилизации напряжения составляет 5,6 В. Используйте мультиметр для измерения напряжения в соответствии с однонаправленной проводимостью, используя блок X1K для определения положительной и отрицательной полярности проверяемого диода, затем с помощью блока X10K, черную ручку для подключения к отрицательному полюсу диода и красная ручка подключена к положительному полюсу диода.Если значение обратного сопротивления велико, можно использовать обычный диод. Если значение обратного сопротивления становится небольшим, это стабилитрон.

2. Обратите внимание на разницу между прямой и обратной проводимостью стабилитронов. Когда стабилитрон используется для прямой проводимости, он в основном такой же, как и нормальный диод, и напряжение на обоих концах после прямой проводимости в основном постоянное, около 0,7 В. Теоретически стабилитрон также можно использовать в прямом направлении, но его значение регулирования напряжения будет ниже 1 В, а характеристики регулирования напряжения будут плохими.Как правило, характеристика прямой проводимости стабилитрона используется не только для стабилизации, но и с характеристиками обратного пробоя для регулирования. Значение обратного напряжения пробоя — это регулируемое значение. Иногда два стабилитрона используются последовательно, один использует свою прямую характеристику, а другой использует обратную характеристику для регулирования и температурной компенсации, чтобы улучшить регулирование напряжения.

3. Обратите внимание на эффект токоограничивающего резистора и влияние сопротивления.В схеме стабилизатора напряжения на стабилитроне резистор R обычно включен последовательно. Этот резистор действует как ограничитель тока в цепи и улучшает эффект регулирования напряжения. Если резистор не применяется, когда R = 0, стабилитрон легко выгорит, что приведет к очень плохому эффекту регулирования напряжения. Чем больше сопротивление токоограничивающего резистора, тем лучше характеристики регулирования напряжения схемы, но разница входного и выходного напряжения будет слишком большой, а потребляемая мощность будет больше.

4. Обратите внимание на разницу напряжения между входом и выходом. При нормальном использовании выходное напряжение схемы стабилизатора напряжения на стабилитроне равно значению стабилизации напряжения на обоих концах после обратного пробоя. Если значение напряжения, входящее в схему регулятора напряжения, меньше, чем напряжение регулятора напряжения, схема потеряет регулирование напряжения, только когда оно больше номинального значения, будет действовать эффект регулирования напряжения, и чем больше разница напряжений , тем больше должно быть сопротивление токоограничивающего резистора, иначе трубка регулятора напряжения будет повреждена.

5. Стабилитроны можно использовать в серии . После последовательного соединения нескольких серий регуляторов напряжения можно получить множество различных значений регулирования напряжения, так что последовательное соединение является более распространенным. В следующем примере показано, как получить значение стабилизации напряжения после того, как они используются последовательно. Если значение стабилизации напряжения стабилитрона составляет 5,6 В, другое значение стабилизации напряжения составляет 3,6 В, а напряжение стабилитрона напряжения равно 0.7 В, после последовательного подключения есть четыре различных значения регулирования напряжения.

6. Стабилитроны обычно не используются параллельно . После того, как несколько стабилитронов подключены параллельно, значение регулирования будет определяться самым низким из них (включая значение напряжения после прямой проводимости). В качестве примера возьмем два регулятора напряжения, чтобы проиллюстрировать метод расчета значения регулирования напряжения. После двух параллельных подключений есть четыре случая, а значение регулирования напряжения равно только двум.Стабилитроны не используются параллельно, если не указано иное.

Часто задаваемые вопросы о принципе работы стабилитрона

1. Для чего нужен стабилитрон? Стабилитроны
используются для регулирования напряжения, в качестве опорных элементов, ограничителей перенапряжения, а также в коммутационных устройствах и схемах ограничителей. Напряжение нагрузки равно напряжению пробоя VZ диода. Последовательный резистор ограничивает ток через диод и снижает избыточное напряжение, когда диод проводит.

2. Каковы характеристики стабилитрона? Стабилитроны
более легированы, чем обычные диоды. У них очень тонкая область истощения. Когда мы прикладываем напряжение, превышающее напряжение пробоя стабилитрона (может варьироваться от 1,2 до 200 вольт), область обеднения исчезает, и через переход начинает течь большой ток.

3. Почему стабилитрон имеет обратное смещение?
При параллельном подключении к источнику переменного напряжения с обратным смещением стабилитрон становится проводящим, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода.С этого момента низкий импеданс диода поддерживает напряжение на диоде на этом значении.

4. Что такое эффект Зенера и эффект лавины?
Зенера и лавинный эффект могут возникать одновременно или независимо друг от друга. Обычно пробои диодного перехода при напряжении ниже 5 вольт вызваны эффектом стабилитрона, тогда как пробои при напряжении более 5 вольт вызываются лавинным эффектом.

5. Что такое лавинный пробой и пробой Зенера?
Пробой, который происходит из-за столкновения электронов внутри PN-перехода, называется лавинным пробоем, тогда как пробой Зенера происходит, когда сильное электрическое поле прикладывается к PN-переходу…. Потому что механизм пробоя стабилитрона происходит в сильно легированной области.

6. Что произойдет, если стабилитрон смещен в прямом направлении?
Стабилитрон похож на сигнальный диод общего назначения. При смещении в прямом направлении он ведет себя так же, как обычный сигнальный диод, но когда на него подается обратное напряжение, напряжение остается постоянным для широкого диапазона токов. … Обратное напряжение может увеличиваться до тех пор, пока не достигнет напряжения пробоя диода.

7.Как рассчитать ток стабилитрона?
3SMAJ5927B — стабилитрон 12 В в корпусе 3 Вт. Это ток колена, ток пробоя или минимальный ток 0,25 мА. Максимальный ток рассчитывается путем деления номинальной мощности на напряжение стабилитрона: I = P / V = ​​3 Вт / 12 В = 0,25 А.

8. Обратим ли пробой стабилитрона?
Лавинный пробой необратим, а пробой Зенера обратим. Лавинный пробой происходит из-за столкновения ускоренных носителей заряда с соседними атомами и из-за размножения носителей.

9. Можно ли использовать стабилитрон в качестве выпрямителя?
Стабилитрон состоит из p-n-перехода, но сильно легирован по сравнению с обычным диодом. В результате он может выйти из строя, не повредившись. И только благодаря этому свойству стабилитрон используется как регулятор напряжения в электронных схемах. Фактически, стабилитроны никогда не используются для выпрямления.

10. Что такое идеальный стабилитрон?
Для идеального диода ток вообще не проходит, когда напряжение меньше нуля: диод полностью предотвращает обратный ток.Для небольшого положительного напряжения («прямое смещение» или иногда «прямое напряжение») может протекать крошечный ток, а очень большой ток будет превышать заданный порог.

Вам также может понравиться

Лавинный фотодиод

Физические карты и символы диодов

Учебное пособие по основам работы со светодиодами

Функция и принцип действия диода

Принцип работы стабилитрона и определение положительного и отрицательного полюсов

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *