Что такое стабилитрон, как он работает и для чего используется | Энергофиксик

Стабильное напряжение питания в электронике — это, пожалуй, самый главный параметр, который проверяется в обязательном порядке. К сожалению, напряжение в наших электросетях может изменяться от заданной величины довольно часто, а вот для того, чтобы электронные устройства служили долго, необходимо обеспечить стабильное напряжение питания, то есть исключить всевозможные скачки. Для этих целей как раз и применяются стабилитроны. В данном материале мы познакомимся с ними поближе.

Что такое стабилитрон

Итак, для начала давайте разберемся, что же такое стабилитрон. Стабилитрон (диод Зенера) – это полупроводниковый диод, функционирующий при обратном смещении в режиме пробоя. Звучит непонятно и заумно. Если сказать по-простому, то стабилитрон это полупроводниковый прибор, который стабилизирует напряжение. Так звучит более понятно, давайте теперь разберем, как он это делает.

Как работает стабилитрон

Итак, для того, чтобы понять принцип работы давайте представим следующий сосуд:

Причем в этом сосуде всегда должен поддерживаться один и тот же уровень воды. Для этих целей в сосуде сделана переливная труба, через которую скидывается «лишняя» жидкость, и тем самым поддерживается постоянный уровень воды. И переливная труба начинает работать только тогда, когда через заливную трубу начнет поступать «лишняя» вода.

По точно такому же принципу и работает стабилитрон.

yandex.ru

yandex.ru

Итак, стабилитрон работает исключительно в цепях постоянного тока и пропускает напряжение в прямом направлении анод-катод как обычный диод. Но у него (стабилитрона) есть одна любопытная особенность, при подаче напряжения (катод-анод) ток не будет проходить через стабилитрон только до тех пор, пока величина напряжения не станет выше заданной величины, на которую рассчитан стабилитрон.

yandex.ru

yandex.ru

Как видно из рисунка выше, как только напряжение достигнет рабочей области стабилитрона, внутри него происходит пробой и ток начинает протекать через него.

Внешний вид стабилитронов

Стабилитроны старого образца (советские) выпускались в алюминиевом корпусе с буквенной маркировкой и, чтобы определить его номинал, нужно искать характеристики на данный стабилитрон.

С зарубежными образцами в этом плане гораздо проще, их наминал указывается непосредственно на корпусе изделия и выглядит это так:

Основные параметры стабилитронов

Главными параметрами стабилитронов являются:

1. Напряжение. Этот параметр показывает, при каком значении напряжения стабилитрон станет пропускать ток в обратном направлении.

2. Ток. Этой величиной указывается максимальный ток, который способно пропустить изделие без выхода из строя.

Остальные параметры стабилизаторов представлены в таблице:

yandex.ru

yandex.ru

Стабилитрон в схеме

Теперь давайте соберем простейшую схему, которую еще называют параметрический стабилизатор.

Итак, давайте в схеме применим стабилитрон Д814Б на напряжение стабилизации 8,9 Вольт. Получается, чтобы через наш стабилитрон стал протекать ток в обратном направлении напряжение источника питания должно быть больше напряжения стабилизации. Иначе говоря, источник должен выдавать 9 Вольт и более, чтобы стабилизатор открылся (заработал).

И все лишнее U будет сбрасываться через стабилизатор на минус. То есть стабилитрон — это наша переливная труба, отводит (сбрасывает) лишнее напряжение (воду).

Причем стабилизатор будет корректно работать как при плавном изменении напряжения, так и при его резком скачке.

Если напряжение источника питания снизится ниже 8.9 Вольта, то стабилизатор закроется, а напряжение на его выходе так же будет изменяться. То есть никакой стабилизации не будет в принципе.

Проверка стабилитрона

Проверка стабилизатора ничем не отличается от проверки работоспособности обыкновенного диода и для этого понадобится мультиметр.

Переводим мультиметр в положение прозвонка, красный щуп прислоняем к аноду, а черный к катоду. При этом на экране прибора должно отобразиться паление напряжения прямого P-N перехода. Поменяв щупы местами на дисплее должна отобразиться «1».

Такие параметры скажут о полной исправности стабилитрона.

Проводим эксперимент

Итак, теперь давайте составим схему параметрического стабилизатора с Д814 Б. И начнем плавно увеличивать напряжение на источнике постоянного тока и при достижении порога срабатывания увидим следующее:

Заключение

На сегодняшний день параметрические стабилитроны постепенно уступают свое место специальным интегральным стабилизаторам и стабилизаторам на стабилитронах. Но в простых схемах все так же продолжают применяться.

Статья понравилась или оказалась полезна, не забудьте ее оценить. И спасибо за ваше внимание!

СТАБИЛИТРОН — это… Что такое СТАБИЛИТРОН?

(от лат. stabilis — устойчивый, постоянный) полупроводниковый- полупроводниковый прибор, предназначенный для стабилизации напряженияв электрич. цепях (см. Стабилизация тока и напряжения). Представляетсобой диод, работающий при обратном напряжении; вольт-амперная характеристика(ВАХ) С. (рис.) имеет участок с очень слабой зависимостью напряжения оттока (дифференц. сопротивление мало). Физ. механизмом, обусловливающимвозникновение такого участка, является лавинный либо туннельный пробой р — п-перехода. Конструктивно С. представляет собой -диод, в к-ром приняты меры по повышению однородности пробоя: специальнойконструкцией краевого контура р — n -перехода устранена возможностьпробоя по поверхности, а полупроводниковый материал имеет повыш. однородностьуд. сопротивления .В области малых напряжений «ступенька» тока определяется в осн. генерац. — га-перехода («ток насыщения»). При больших напряжениях определяющей становитсягенерация в области

пространственного заряда (ОПЗ) р —re-перехода, А напряжённость поляОПЗ в области максимума достигает величины, при к-рой рост обратного токауже определяется ударной либо туннельной ионизацией, а в точке В при U = U_np происходит пробой и наклон характеристики резкоменяется. Этот наклон зависит от мн. факторов: от вида пробоя, его однородности, р — n -переходов, В определяющим является туннельный, а при В — лавинный пробой, дающий значительно более крутой наклон ВАХ. Однаколавинный пробой развивается, как правило, неоднородно по площади, а в локальныхучастках — в областях т. н. микроплазмы, где имеются значит. искаженияполя в ОПЗ, происходящие из-за разл. рода дефектов, а также неоднородностейполя, связанных с неоднородностью легирования.

Обратная вольт-амперная характеристика стабилитрона: С — точка стабилизации;R_H — нагрузочная прямая.

ВАХ С. после участка АВ становится практически линейной, посколькупри большом напряжении практически все области микроплазмы находятся встабильном проводящем состоянии и их линейные характеристики суммируются.

Осн. параметрами С. являются: динамич. сопротивление R _Д= dU/dl при I = I _ст; статич. сопротивление R= U _ст/I _ст; коэф. качества Q= R _Д/R;температурный коэф. напряжения ТКН = dU _ст/dT.

Напряжение стабилизации (7 _СТ связано с напряжением пробоя, U _ст задаются некоей определ. величиной тока I = I _ст так, чтобы эта точка была за участком АВ. Отклонение тока от этойвеличины будет приводить к изменению напряжения на диоде; динамич. сопротивление R _Д = dU/df характеризует степень стабилизации. Статич. R характеризует потери в диоде в заданной рабочейточке. Коэф. качества

представляет собой отношение относит. изменения напряжения на С. к относит. Q. Очень важныйпараметр — температурный коэф. напряжения. В случае лавинного пробоя U _пр с темп-рой возрастает; это происходит из-за уменьшения ср. длины свободногопробега носителей вследствие возрастания рассеяния на фононах решётки. энергия, поле, скорость роста довольно велика(ТКН ~ 0,1%/К). При туннельном пробое

U _пр наоборот, уменьшаетсяс ростом темп-ры из-за уменьшения ширины запрещённой зоны; характернаявеличина ТКН ~ 0,030.07%/К. В, когда туннельный и лавинный пробои развиваются одновременно.

У выпускаемых промышленностью С. напряжение стабилизации лежит в диапазоне2,2200 В, токстабилизации — от долей миллиампера до единиц ампер. Осн. полупроводниковымматериалом для С. является кремний, осн. технол. методы изготовления — п- — -структуры- термодиффузия примесей, сплавление, эпитаксия.

Лит.: Федотов Я. А., Основы физики полупроводниковых приборов,2 изд., М., 1970; Грехов И. В., Сережкин Ю. Н.. Лавинный пробой р-n-переходав полупроводниках, Л., 1980. Н. В. Грехов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

Стабилитрон — это… Что такое Стабилитрон?

Условные графические обозначения обычных (вверху) и двуханодных (внизу) стабилитронов на принципиальных схемах

Полупроводнико́вый стабилитро́н

, или диод Зенера — плоскостной кремниевый полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя^[1]. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко^[1]. При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а его дифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом^[1]. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов^[2].

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения^[1][2]. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В

[3]. Интегральные стабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона. Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяются для защиты электроаппаратуры от перенапряжений.

Терминология и классификация

В русскоязычной литературе понятие «стабилитрон» без уточняющего «полупроводниковый» применяется именно к полупроводниковым стабилитронам. Уточнение необходимо, если нужно противопоставить стабилитроны полупроводниковые — устаревшим газонаполненным стабилитронам тлеющего и коронного разряда. Катодом стабилитрона обозначается вывод, в который втекает обратный ток (n-область обратно-смещённого p-n-перехода), анодом — вывод, из которого ток пробоя вытекает (p-область p-n-перехода). Двуханодные (двусторонние) стабилитроны состоят из двух стабилитронов, включенных последовательно во встречных направлениях, «катод к катоду» или «анод к аноду», что с точки зрения пользователя равнозначно.

Полупроводниковые стабилитроны вошли в промышленную практику во второй половине 1950-х годов. В прошлом в номенклатуре стабилитронов выделялись функциональные группы^[4], впоследствии потерявшие своё значение, а современные полупроводиковые стабилитроны классифицируются по функциональному назначению на:

Название «зенеровский диод» (калька с английского zener diode, по имени первооткрывателя туннельного пробоя Кларенса Зенера), согласно ГОСТ 15133—77 «Приборы полупроводниковые. Термины и определения», в технической литературе не допустимо^[2]. В англоязычной литературе словом stabilitron или stabilotron называют стабилотрон — не получивший широкого распространения тип вакуумной генераторной лампы СВЧ-диапазона^[7][8], а понятие zener или zener diode («зенеровский диод») применяется к стабилитронам всех типов независимо от того, какой механизм пробоя (зенеровский или лавинный) преобладает в конкретном приборе

[9]. Английское avalanche diode («лавинный диод») применяется к любым диодам лавинного пробоя, тогда как в русскоязычной литературе лавинный диод, или «ограничительный диод» по ГОСТ 15133—77^[10] — узко определённый подкласс стабилитрона с лавинным механизмом пробоя, предназначенный для защиты электроаппаратуры от перенапряжений. Ограничительные диоды рассчитаны не на непрерывное пропускание относительно малых токов, а на краткосрочное пропускание импульсов тока силой в десятки и сотни А. Так называемые «низковольтные лавинные диоды» (англ. low voltage avalanche, LVA), напротив, предназначены для работы в неперерывном режиме. Это маломощные стабилитроны с необычно низким дифференциальным сопротивлением; в промышленной практике различие между ними и «обычными» стабилитронами стёрлось ^[11].

Некоторые «прецизионные стабилитроны» несут обозначения, характерные для дискретных приборов, но в действительности являются сложными интегральными схемами. Внутренними источниками опорного напряжения таких микросхем могут служить и стабилитроны, и бандгапы. Например, двухвыводной «прецизионный стабилитрон» 2С120 (аналог AD589) — это бандгап Брокау. На структурной схеме микросхемы TL431 изображён стабилитрон, но в действительности TL431 — это бандгап Видлара^[12][13].

Не являются стабилитронами лавинно-пролётные диоды, туннельные диоды и стабисторы. Стабисторы — это маломощные диоды, предназначенные для работы на прямом токе в стабилизаторах напряжения и как датчики температуры. Характеристики стабисторов в обратном включении не нормировались, а подача на стабистор обратного смещения допускалась только «при переходных процессах включения и выключения аппаратуры»

[14]. Обращённые диоды в различных источниках определяются и как подкласс стабилитронов^[15], и как подкласс туннельных диодов^[16]. Концентрация легирующих примесей в этих диодах настолько велика, что туннельный пробой возникает при нулевом обратном напряжении. Из-за особых физических свойств и узкой области применения они обычно рассматриваются отдельно от стабилитронов и обозначаются на схемах особым, отличным от стабилитронов, символом ^[15][17].

Принцип действия

Полупроводниковый стабилитрон — это плоскостной кремниевый диод, предназначенный для работы в режиме пробоя на обратной ветви вольт-амперной характеристики. В диоде, к которому приложено обратное, или запирающее, напряжение, возможны три механизма пробоя: туннельный пробой, лавинный пробой и пробой вследствии тепловой неустойчивости — катастрофического саморазогрева токами утечки. Тепловой пробой наблюдается в выпрямительных диодах, особенно германиевых, а для кремниевых стабилитронов он не критичен. Стабилитроны проектируются и изготавливаются таким образом, что либо туннельный, либо лавинный пробой, либо оба эти явления вместе возникают задолго до того, как в кристалле диода возникнут предпосылки к тепловому пробою^[19].

Первую модель электрического пробоя предложил в 1933 году Кларенс Зенер, в то время работавший в Бристольском университете^[20]. Его «Теория электического пробоя в твёрдых диэлектриках» была опубликована летом 1934 года^[21]. В 1954 году Кеннет Маккей из Bell Labs установил, что предложеный Зенером туннельный механизм действует только при напряжениях пробоя до примерно 5,5 В, а при бо́льших напряжениях преобладает лавинный механизм^[20]. Напряжение пробоя стабилитрона определяется концентрациями акцепторов и доноров и профилем легирования области p-n-перехода. Чем выше концентрации примесей и чем больше их градиент в переходе, тем больше напряжённость электрического поля в области пространственного заряда при равном обратном напряжении, и тем меньше обратное напряжение, при котором возникает пробой:

• Туннельный, или зенеровский, пробой возникает в полупроводнике только тогда, когда напряжённость электрического поля в p-n-переходе достигает уровня в 10⁶ В/см. Такие уровни напряжённости возможны только в высоколегированных диодах (структурах p⁺-n⁺-типа проводимости) с напряжением пробоя не более шестикратной ширины запрещённой зоны (6 E_G ≈ 6,7 В), при этом в диапазоне от 4 E_G до 6 E_G (4,5…6,7 В) туннельный пробой сосуществует с лавинным, а при напряжении пробоя менее 4 E_G (≈4,5 В) полностью вытесняет его. С ростом температуры перехода ширина запрещённой зоны, а вместе с ней и напряжение пробоя, уменьшается: низковольтные стабилитроны с преобладанием туннельного пробоя имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН)^[22].
• В диодах с меньшими уровнями легирования, или меньшими градиентами легирующих примесей, и, как следствие, бо́льшими напряжениями пробоя наблюдается лавинный механизм пробоя. Он возникает при концентрациях примесей, примерно соответствующих напряжению пробоя в 4 E_G (≈4,5 В), а при напряжениях пробоя выше 4 E_G (≈7,2 В) полностью вытесняет туннельный механизм. Напряжение, при котором возникает лавинный пробой, с ростом температуры возрастает, а наибольшая величина ТКН пробоя наблюдается в низколегированных, относительно высоковольтных, переходах^[23].

Механизм пробоя конкретного образца можно определить грубо — по напряжению стабилизации, и точно — по знаку его температурного коэффициента^[24]. В «серой зоне» (см. рисунок), в которой конкурируют оба механизма пробоя, ТКН может быть определён только опытным путём. Источники расходятся в точных оценках ширины этой зоны: С. М. Зи указывает «от 4 E_G до 6 E_G» (4,5…6,7 В), авторы словаря «Электроника» — «от 5 до 7 В»^[8], Линден Харрисон — «от 3 до 8 В»^[25], Ирвинг Готтлиб проводит верхнюю границу по уровню 10 В^[9]. Низковольтные лавинные диоды (LVA) на напряжения от 4 до 10 В — исключение из правила: в них действует только лавинный механизм^[11].

Оптимальная совокупность характеристик стабилитрона достигается в середине «серой зоны», при напряжении стабилизации около 6 В. Дело не столько в том, что благодаря взаимной компенсации ТКН туннельного и лавинного механизмов эти стабилитроны относительно термостабильны, а в том, что они имеют наименьший технологический разброс напряжения стабилизации и наименьшее, при прочих равных условиях, дифференциальное сопротивление^[26]. Наихудшая совокупность характеристик — высокий уровень шума, большой разброс напряжений стабилизации, высокое дифференциальное сопротивление — свойственна низковольтным стабилитронам на 3,3—4,7 В^[27].

Производство

Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в пластиковом (вверху) и стеклянном (внизу) корпусах^[28]

Силовые стабилитроны изготавливают из монокристаллического кремния по диффузионно-сплавной или планарной технологии, маломощные — по планарной, реже меза-технологии. В планарном диодном процессе используется две или три фотолитографии. Первая фотолитография вскрывает на поверхности защитного оксида широкие окна, в которые затем вводится легирующая примесь. В зависимости от требуемого профиля легирования могут применяться процессы ионной имплантации, химическое парофазное осаждение и диффузия из газовой среды или из поверхностной плёнки. После первичного ввода примеси её загоняют из поверхностного слоя вглубь кристалла при температуре 1100—1250 °C. Затем проводят операцию геттерирования — выталкивания поверхностных дефектов в глубину кристалла и пассивацию его поверхности. Геттерирование и пассивация не только снижают шум стабилитрона, но и радикально повышают его надёжность, устраняя основную причину случайных отказов — поверхностные дефекты. Вторая фотолитография вскрывает окна для нанесения первого, тонкого слоя анодной металлизации. После неё, при необходимости, проводится электронно-лучевое осаждение основного слоя анодной металлизации, третья фотолитография и электронно-лучевое осаждение металла со стороны катода^[29].

Пластины перевозят на сборочное производство и там режут на отдельные кристаллы. Сборка стабилитронов в транзисторных (SOT23, TO220 и т. п.) и микросхемных (DIP, SOIC и т. п.) корпусах выполняется по обычным технологиям корпусирования. Массовая сборка диодов, в том числе стабилитронов, в двухвыводных корпусах с гибкими выводами может выполняться двумя способами^[28]:

• Диоды в пластиковых корпусах (Surmetic) собираются в два этапа. Вначале сборочный автомат припаивает кремниевый кристалл («таблетку») диода встык к уширенным торцам выводов. Выводы изготавливаются из меди, а их сечение сопоставимо с площадью кремниевой таблетки или превышает её. Торцы выводов формуются в форме шляпки гвоздя и обычно предварительно облуживаются. После пайки в сборочном автомате полуфабрикаты упаковываются в герметичные пластиковые цилиндры^[28].
• Диоды в стеклянных корпусах DO-35 и DO-41 собираются в один этап. Между кремниевой таблеткой и торцами гибкого вывода из биметаллической проволоки вкладываются две полые, облуженные биметаллические обоймы. На собранную заготовку из кристалла, обойм и выводов одевается стеклянная трубочка — будущий корпус. Сборка нагревается в печи до температуры плавления стекла; при остывании вначале отвердевает стекло, формируя герметичный спай с металлом выводов, а затем — припой^[28].

В более дорогом варианте этой технологии используются три этапа термообработки: кристалл спаивается с молибденовыми или вольфрамовыми обоймами при температурах не менее 700 °С, капсулируется в стекло, и только затем припаиваются выводы^[30]. Во всех случаях выводы дополнительно облуживаются после корпусирования^[28]. Медные выводы предпочтительнее, так как отводят тепло лучше, чем биметаллические^[31]. Присутствие внутри корпуса, по обе стороны тонкой кремниевой таблетки, значительной массы припоя определяет основной механизм отказа стабилитронов: короткое замыкание расплавом припоя, а в планарных интегральных стабилитронах — короткое замыкание расплавом алюминиевой металлизации^[32][33].

Области применения

Защитные стабилитроны в «умном» МДП-транзисторе семейства Intelligent Power Switch компании International Rectifier^[34]

Основная область применения стабилитрона — стабилизация постоянного напряжения источников питания. В простейшей схеме линейного параметрического стабилизатора стабилитрон выступает одновременно и источником опорного напряжения, и силовым регулирующим элементом. В более сложных схемах стабилитрону отводится только функция источника опорного напряжения, а регулирующим элементом служит внешний силовой транзистор.

Прецизионные термокомпенсированные стабилитроны и стабилитроны со скрытой структурой широко применяются в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения (ИОН), в том числе в наиболее требовательных к стабильности напряжения схемах измерительных аналого-цифровых преобразователь. C середины 1970-х годов и по сей день (2012 год) стабилитроны со скрытой структурой являются наиболее точными и стабильными твердотельными ИОН^[35]. Точностные показатели лабораторных эталонов напряжения на специально отобранных интегральных стабилитронах приближаются к показателям нормального элемента Вестона^[36].

Особые импульсные лавинные стабилитроны («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяются для защиты электроаппаратуры от перенапряжений, вызываемых разрядами молний и статического электричества, а также от выбросов напряжения на индуктивных нагрузках. Такие приборы номинальной мощностью 1 Вт выдерживают импульсы тока в десятки и сотни ампер намного лучше, чем «обычные» пятидесятиваттные силовые стабилитроны^[37]. Для защиты входов электроизмерительных приборов и затворов полевых транзисторов используются обычные маломощные стабилитроны. В современных «умных» МДП-транзисторах защитные стабилитроны выполняются на одном кристалле с силовым транзистором^[38].

В прошлом стабилитроны выполняли и иные задачи, которые впоследствии потеряли прежнее значение:

• Ограничение, формирование, амплитудная селекция и детектирование импульсов. Ещё в эпоху электронных ламп кремниевые стабилитроны широко применялись для ограничения размаха импульсов и преобразования сигналов произвольной формы в импульсы заданной полярности^[39][40]. С развитием интегральных технологий эту функцию взяли на себя устройства на быстродействующих компараторах, а затем цифровые процессоры сигналов.
• Стабилизация напряжения переменного тока также сводилась к ограничению размаха синусоидального напряжения двусторонним стабилитроном. При изменении входного напряжении амплитуда выходного напряжения поддерживалась постоянной, а его действующее значение лишь незначительно отставало от действующего значения входного напряжения^[41][40].
• Задание напряжений срабатывания реле. При необходимости установить нестандартный порог срабатывания реле последовательно с его обмоткой включали стабилитрон, доводивший порог срабатывания до требуемого значения. С развитием полупроводниковых переключательных схем сфера применения реле сузилась, а функцию управления реле взяли на себя транзисторные и интегральные пороговые схемы^[42][43].
• Задание рабочих точек усилительных каскадов. В ламповых усилителях 1960-х годов стабилитроны использовались как замена RC-цепочек автоматического смещения. На нижних частотах звукового диапазона и на инфразвуковых частотах расчётные ёмкости конденсаторов таких цепей становились неприемлемо велики, поэтому стабилитрон стал экономичной альтернативой дорогому конденсатору^[44][45].
• Межкаскадный сдвиг уровней. Сдвиг уровней в ламповых усилителях постоянного тока обычно осуществлялся с помощью газонаполненных стабилитронов или обычных неоновых ламп. C изобретением полупроводниковых стабилитронов они стали применяться вместо газонаполненных. Аналогичные решения применялись и в транзисторной аппаратуре^[46], но были быстро вытеснены более совершенными схемами сдвига уровней на транзисторах.
• Стабилитроны с высоким ТКН использовались как датчики температуры в мостовых измерительных схемах^[47]. По мере снижения напряжений питания и потребляемых мощностей эту функцию приняли на себя прямо смещённые диоды, транзисторные PTAT-цепи и интегральные схемы на их основе.

В среде моделирования SPICE модель элементарного стабилитрона используется не только по прямому назначению, но и для описания режима пробоя в моделях «реальных» биполярных транзисторов. Стандартная для SPICE модель транзистора Эберса—Молла режим пробоя не рассматривает^[48].

Основные характеристики стабилитрона

Токи и напряжения стабилизации

ГОСТ 25529—82 «Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров» определяет ток стабилизации (I_ст) и напряжение стабилизации (U_ст) стабилитрона как значения постоянных напряжений и токов в режиме стабилизации^[49]. Режим стабилизации возможен в достаточно широкой области токов и напряжений, поэтому в технической документации указываются допустимые минимальные и максимальные значения (I_{ст.макс}, U_{ст.макс}) токов (I_ст.мин, I_{ст.макс}) и напряжений (U_ст.мин, U_{ст.макс}) стабилизации. Внутри этих диапазонов лежат выбранные производителем номинальные значения I_ст и U_ст. Минимальный ток стабилизации обычно приравнивается к току на выходе из зоны перелома обратной ВАХ, максимальный ограничен допустимой рассеиваемой мощностью, а номинальный ток обычно устанавливается на уровне от 25 до 35 % от максимального^[50]. Минимальные токи низковольтных лавинных диодов измеряются единицами и десятками микроампер^[51], минимальные токи «обычных» стабилитронов — единицами миллиампер.

Например, номинальное напряжение советского стабилитрона 2С133В, как следует из его обозначения, равно 3,3 В, а номинальный ток стабилизации — ток, при котором измеряются его паспортные характеристики — равен 5 мА. Минимальный ток стабилизации для всех рабочих температур (—60…+125° С) установлен на уровне 1 мА, максимальный — зависит от температуры и атмосферного давления. При нормальном атмосферном давлении и температуре, не превышающей +35° С, ток не должен превышать 37,5 мА, а при температуре +125° С — 15 мА. При снижении давления до 665 Па (5 мм рт.ст, или 1/150 нормального атмосферного давления) максимальные токи снижаются вдвое из-за худшего теплоотвода в разреженной среде. Паспортный разброс напряжения стабилизации (U_ст.мин…U_{ст.макс}) этого прибора нормируется для тока 5 мА и четырёх различных температур от —60° С до +125° С. При —60° С разброс напряжений составляет 3,1…3,8 В, при +125° С — 2,8…3,5 В^[52].

Дифференциальное сопротивление

Зависимость дифференциального сопротивления стабилитронов одного семейства (Motorola, 1970-е годы) от напряжения стабилизации и тока стабилизации^[53]

Дифференциальное, или динамическое сопротивление стабилитрона равно отношению приращения напряжения стабилизации к приращению тока стабилизации в точке с заданным (обычно номинальным) током стабилизации^[54]. Оно определяет его нестабильность прибора по напряжению питания (по входу) и по току нагрузки (по выходу). Для уменьшения нестабильности по входу стабилитроны запитывают от источников постоянного тока, для уменьшения нестабильности по выходу — включают между стабилитроном и нагрузкой буферный усилитель постоянного тока на эмиттерном повторителе или операционном усилителе, или применяют схему составного стабилитрона^[55]. Теоретически, дифференциальное сопротивление стабилитрона уменьшается с ростом тока стабилизации. Это правило, сформулированное для условия постоянной температуры p-n-перехода, на практике действует только в области малых токов стабилизации. При бо́льших токах неизбежный разогрев кристалла приводит к росту дифференциального сопротивления, и как следствие — к увеличению нестабильности стабилизатора^[56].

Для маломощного стабилитрона 2С133В дифференциальное сопротивление при минимальном токе стабилизации 1 мА равно 680 Ом, а при номинальном токе в 5 мА и температурах от —60 до +125° С не превышает 150 Ом он не превышает 150 мА^[57]. Стабилитроны бо́льшей мощности на то же номинальное напряжение имеют меньшее дифференциальное сопротивление, например, КС433А — 25 Ом при 30 мА. Дифференциальное сопротивление низковольтных лавинных диодов (LVA) примерно на порядок ниже, чем в «обычных» стабилитронах: например, для LVA351 (напряжение 5,1 В, мощность 400 мВт) оно не превышает 10 Ом при токе 10 мА^[58]. Внутри каждого семейства стабилитронов (одной и той же максимальной мощности) наименьшие абсолютные значения дифференциального сопротивления при заданном токе имеют стабилитроны на напряжение 6 В^[26].

Температурный коэффициент напряжения

Точка нулевого ТКН в стабилитроне с нормально положительным ТКН (I_TK0I_ст.ном.)

ГОСТ определяет температурный коэффициент напряжения как «отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды» при заданном постоянном токе стабилизации^[59]. ТКН обычных, не термокомпенсированных диодов, при их номинальных токах составляет для стабилитронов туннельного пробоя (U_ст<4 E_g) от −0,05 до −0,1 %/°C, а для стабилитронов лавинного пробоя (U_ст<4 E_g) — от 0,05 до 0,1 %/°C. Иными словами, при нагреве стабилитрона от +25° С до +125° С сдвиг напряжения стабилизации составит от 5 до 10 % начального значения.

В области малых и средних токов на вольт-амперных характеристиках стабилитронов на напряжение 4,5…6,5 В^[60] можно найти точку (значение тока I_TK0 и напряжения U_TK0), в которой температурный коэффициент близок к нулю. Если стабилизировать ток стабилитрона внешним источником тока на уровне, точно равном I_TK0, то напряжение на стабилитроне, равное U_TK0, будет практически независимым от температуры. Такой подход применяется в интегральных стабилитронных источниках опорного напряжения, но не применим к устройствам на дискретных стабилитронах. Точное значение I_TK0 можно определить только опытным путём, что в условиях серийного производства неприемлемо^[61]. Стабилитроны на напряжение менее 4,5 В также имеют точку нулевого ТКН, но она достигается лишь при запретительно высоких токах^[60]. Стабилитроны на напряжение свыше 6,5 В имеют положительный (ненулевой) ТКН во всём диапазоне токов^[60].

Дрейф и шум

Подробное рассмотрение темы: Дрейф и шум источников опорного напряжения

Дрейф и шум обычных, не прецизионных, стабилитронов нормируются редко. Для прецизионных стабилитронов это, напротив, важнейшие показатели наравне с начальным разбросом и ТКН^[62]. Высокий уровень шума обычных стабилитронов обусловлен высокой концентрацией загрязнений и дефектов кристаллической решётки в области p-n-перехода. Защитная пассивация оксидом или стеклом, при которой эти примеси выталкиваются из приповерхностных слоёв в толщу кристалла, снижает шумы лишь отчасти^[63]. Радикальный способ снижения шума — выталкивание вглубь кристалла не примесей, а самого p-n-перехода — применяется в малошумящих стабилитронах со скрытой структурой. Лучшие образцы таких приборов имеют размах низкочастотных (0,1—10 Гц) шумов не более 3 мкВ при длительном дрейфе не более 6 мкВ за первые 1000 часов эксплуатации^[64][65].

Наибольший уровень шумов стабилитрона наблюдается в области перелома вольт-амперной характеристики. Инструментально снятые кривые высокого разрешения показывают, что ВАХ перелома имеют не гладкий, а ступенчатый характер; случайные сдвиги этих ступеней и случайные переходы тока со ступени на ступень порождают так называемый шум микроплазмы. Этот шум имеет спектр, близкий белому шуму в полосе частот 0—200 кГц. При переходе из области перелома ВАХ в область токов стабилизации уровень этих шумов резко снижается^[66].

Динамические характеристики

Частота переключения стабилитрона общего назначения обычно не превышает 100 кГц^[67]. Пробой не происходит мгновенно, а время срабатывания зависит как от преобладающего механизма пробоя, так и от конструкции стабилитрона. Во время этого процесса напряжение на стабилитроне может превышать его номинальное значение стабилизации. Частотный диапазон переключательных схем на стабилитронах можно расширить, включив последовательно со стабилитроном быстрый импульсный диод. При уменьшении напряжения на цепочке стабилитрон-диод диод закрывается первым, препятствуя разрядке ёмкости стабилитрона. Заряд на этой ёмкости достаточно долго поддерживает на стабилитроне напряжение стабилизации, то есть стабилитрон никогда не закрывается^[67].

Область безопасной работы

Ограничения области безопасной работы стабилитронов серии NZX при непрерывной стабилизации напряжения

«История показала, что главной причиной выхода диодов из строя является превышение допустимых электрических и тепловых нагрузок.»
Руководство по полупроводниковым приборам НАСА^[68]

Область безопасной работы стабилитрона ограничена рядом параметров, важнейшими из которых является максимальные значения постоянного тока, импульсного тока, температуры p-n-перехода (+150 °С для корпуса SOT-23, +175 °С для корпуса DO-35, +200 °С для корпуса DO-41^[69]) и рассеиваемой мощности. Все эти ограничения должны выполняться одновременно, а несоблюдение хотя бы одного из них ведёт к разрушению стабилитрона^[70].

Ограничения по току и мощности очевидны, а ограничение по температуре требует оценки допустимой мощности, при которой расчётная температура p-n-перехода не превысит максимально допустимой. В технической документации такая оценка обычно приводится в форме графика зависимости допустимой мощности P от температуры окружающей среды T_a. Если такого графика нет, следует оценить допустимую мощность по формуле для температуры перехода T_j:

,

где R_ja — тепловое сопротивление между p-n-переходом и окружающей средой (воздухом) для непрерывно рассеиваемой мощности^[71]. Типичное значения этого показателя маломощного стабилитрона, например, серии NZX, равно 380 °С/Вт^[72]. Мощность, при которой расчётная температура не будет превышать установленного предела в +175 °С^[72], ограничена величиной

Для ожидаемой температуры окружающей среды +50 °С расчётная мощность составляет всего 330 мВт — в полтора раза меньше паспортного максимума мощности в 500 мВт^[72].

Характер и причины отказов

Катастрофическое короткое замыкание может быть вызвано не только выходом за пределы области безопасной работы, но и медленной миграцией атомов легирующей примеси в p-n-переходе. В силовых стабилитронах с пружинным крепление одного из выводов к кристаллу наблюдаются механические повреждения кристалла в зоне контакта с пружиной. Если трещина или потёртость кристалла достигает зоны p-n-перехода, то возможно как катастрофическое, так и перемежающееся, «блуждающее» короткое замыкание, а также стабильное уменьшение напряжения стабилизации^[20].

Старение стабилитронов может проявляться в виде повышенного дрейфа токов, напряжений и дифференциального сопротивления. Дрейф тока при длительной эксплуатации объясняется накоплением загрязняющих примесей в зоне p-n-перехода, в слое защитного оксида и на его поверхности. Дрейф тока при испытаниях при высокой влажностью объясняется негерметичностью корпуса стабилитрона. Дрейф выходного сопротивления, обычно сопровождающийся повышенным уровнем шума, связан с ухудшением электрического контакта между кристаллом и выводами^[20].

Прецизионные стабилитроны

Термокомпенсированный стабилитрон

Принцип работы термокомпенсированного стабилитрона. E_g^*, или V_magic — фундаментальная постоянная, равная ширине запрещённой зоны кремния при Т=0 K (1,143 В) плюс поправка на нелинейность температурной характеристики кремния (77 мВ)

Термокомпенсированный стабилитрон — цепочка из последовательно соединённого стабилитрона на номинальное напряжение около 5,6 В и прямосмещённого диода — вошёл в практику разработчиков в конце 1960-х годов^[73]. К 2000-м годам дискретные термокомпенсированные стабилитроны были вытесенены интегральными источникам опорного напряжения, обеспечившими лучшие показатели точности и стабильности при меньших токах и напряжениях питания^[74].

В окрестности напряжения 5,6 В лавинный механизм пробоя преобладает над туннельным, но не подавляет его, а его температурный коэффициент имеет стабильное положительное значение около +2 мВ/°C. ТКН диода в прямом включении при нормальных рабочих температурах и токах равен примерно −2 мВ/°C. При последовательном соединении стабилитрона и диода их температурные коэффициенты взаимно компенсируются: абсолютная нестабильность по температуре такой цепочки может составлять всего 5 мВ в диапазоне −55…+100 °C или 2 мВ в диапазоне 0…+75 °C^[75]. Нормированный ТКН таких приборов может составлять всего лишь 0,0005 %/°C, или 5 ppm/°C^[76]. Диодом термокомпенсированного стабилитрона может служить второй стабилитрон, включенный во встречном направлении. Такие симметричные двуханодные приборы, допускающие работу при любой полярности напряжения, обычно оптимизированы для работы на номинальном токе 10 мА^[77], или для тока, типичного для данного семейства стабилитронов (7,5 мА для двуханодного 1N822 из стандартной серии 1N821−1N829^[78]). Если же диодом термокомпенсированого стабилитрона служит не стабилитрон, а «простой» диод с ненормированным напряжением пробоя, то эксплуатация прибора на прямой ветви вольт-амперной характеристики, как правило, не допускается^[79].

Номинальное напряжение стабилизации типичного термокомпенсированного стабилитрона составляет 6,2 или 6,4 В при разбросе в ±5 % (в особых сериях ±2 % или %±1 %)^[75]. В зарубежной номенклатуре наиболее распространены три шестивольтовые серии на номинальные токи 7,5 мА (1N821−1N829), 1,0 мА (1N4565−1N4569) и 0,5 мА (1N4565−1N4569)^[80]. Номинальные токи этих серий соответствуют току нулевого ТКН. При меньших токах ТКН отрицательный, при бо́льших — положительный. Дифференциальное сопротивление приборов на 7,5 мА составляет не более 10…15 Ом^[78], приборов на 0,5 мА — не более 200 Ом^[81]. В CCCР выпускалась широкая линейка термокомпенсированных приборов на номинальные напряжения до 96 В^[82], например, в серии Д818 на U_ст.ном.=9,0 В использовались один стабилитрон и три диода^[36]. В технической документации эти особенности внутренней структуры обычно не раскрываются: термокомпенсированные стабилитроны перечисляются в справочниках наравне с обычными или выделяются в отдельный подкласс «прецизионных стабилитронов»^[83]. На принципиальных схемах они обозначаются тем же символом, что и обычные стабилитроны^[84].

Стабилитрон со скрытой структурой

Подробное рассмотрение темы: Стабилитрон со скрытой структурой

Поперечный разрез стабилитрона со скрытой структурой. Стрелка — путь тока пробоя. Соотношения вертикального и горизонтального масштаба и толщин слоёв — условные.

Ток пробоя обычного планарного стабилитрона сосредоточен в приповерхностном слое кремния — в слое с максимальной концентрацией дефектов кристаллической решётки и посторонних примесей. Именно эти примеси и дефекты и обуславливают нестабильность и шум стабилитрона. Улучшить его показатели можно, если «загнать» ток пробоя вглубь кристалла, в скрытую структуру p-n-перехода с меньшим, чем в приповерхностном слое, напряжением пробоя. В классической эпитаксиальной технологии на месте будущего стабилитрона формируется глубокий островок p⁺-типа проводимости, а затем проводится обычные диффузии базового (p^—) и эмиттерного (n⁺) слоёв. Эмиттер созданной диодной структуры становится катодом стабилитрона, база — анодом. В приповерхностном слое этот переход имеет профиль проводимости n⁺-p^—, а на дне базовой области — n⁺-p⁺. Высоколегированный n⁺-p⁺ переход имеет меньшее, чем в приповерхностном n⁺-p^—-слое, напряжение пробоя, поэтому весь обратный ток стабилитрона именно на дне базовой области^[85].

Первая интегральная схема на стабилитронах со скрытым слоем, LM199, была выпущена в 1976 году, а абсолютный рекорд по совокупности точностных характеристик принадлежит выпущенной в 1987 году LTZ1000^[35]. Специально отобранные LTZ1000 используются в наиболее точных твердотельных эталонах напряжения компании Fluke, которая декларирует временную нестабильность в 1 ppm/год и ТКН в 0,1 ppm/°C^[86][36]. LM199, LTZ1000 и их аналоги имеют характерную концентрическую топологию. В центре кристалла расположен стабилитрон, непосредственно к нему примыкают транзисторы — датчики температуры, а вокруг них «уложена» спираль подогревателя, также выполненная по планарной технологии. Внешний или встроенный терморегулятор поддерживает стабильно высокую температуру кристалла. Такие ИС имеют рекордно низкие показатели ТКН (LM199 — 0,3 ppm/°C, LTZ1000 — 0,05 ppm/°C^[87]), шума (LTZ1000 — 1,2 мкВ пик-пик^[87]) и длительного дрейфа (LTZ1000 — 2 мкВ/1000ч^[87]). Заявленные показатели достигаются только при тщательном термостатировании и экранировании схемы и жёсткой стабилизации тока стабилитрона.

Схемы включения стабилитрона

Базовая схема параллельного стабилизатора

Базовая схема и три наихудших случая её работы: короткое замыкание, обрыв нагрузки и срыв стабилизации

Простейший параллельный стабилизатор состоит из балластного резистора, включенного последовательно между источником питания и нагрузкой, и стабилитрона, шунтирующего нагрузку на общий провод («на землю»). Разница между напряжением питания и напряжением пробоя стабилитрона падает на балластном резисторе, а протекающий через него ток питания разветвляется на ток нагрузки и ток стабилитрона. Cтабилизаторы такого рода называются параметрическими: они стабилизируют напряжение за счёт нелинейности вольт-амперной характеристики стабилитрона, и не используют цепи обратной связи^[88].

Расчёт параметрического стабилизатора на полупроводниковых стабилитронах аналогичен расчёту стабилизатора на газонаполненных приборов, с одним существенным отличием: газонаполненным стабилитронам свойственен гистерезис порогового напряжения. При емкостной нагрузке газонаполненный стабилитрон самовозбуждается, поэтому конструкции таких стабилизаторов обычно не содержат емкостных фильтров, а конструктору не нужно учитывать переходные процессы в этих фильтрах. В стабилизаторах на полупроводниковых стабилитронах гистерезис отсутствует, фильтрующие конденсаторы подключаются непосредственно к выводам стабилитрона и нагрузки — как следствие, конструктор обязан учитывать броски тока заряда (разряда) этих емкостей при включении (выключении) питания. Наихудшими случаями, при которых вероятен выход из строя элементов стабилизатора или срыв стабилизации, являются:

• Подача на вход стабилизатора максимально возможного напряжения питания при коротком замыкании выхода стабилизатора на общий провод — например, на время зарядки разряженного конденсатора, подключенного непосредственно к выходу стабилизатора, или при катастрофическом отказе стабилитрона^[89]. Допустимая мощность рассеивания балластного резистора должна быть достаточной, чтобы выдержать подобное замыкание. В противном случае вероятно разрушение балластного резистора.
• Подача на вход стабилизатора максимально возможного напряжения питания при отключении нагрузки от выхода стабилизатора. Допустимый ток стабилитрона должен превышать расчётный ток через балластный резистор, определяемый по закону Ома. В противном случае при разогреве кристалла стабилитрона свыше +175 °С стабилитрон разрушается. Соблюдение паспортной области безопасной работы так же важно для стабилитронов, как и для транзисторов^[90].
• Отбор нагрузкой максимально возможного тока при подаче на вход стабилизатора минимально возможного напряжения питания. Сопротивление балластного резистора должно быть достаточно мало, чтобы и в этих условиях ток через резистор превышал ток нагрузки на величину, равную минимально допустимому току стабилитрона. В противном случае ток стабилитрона прерывается, стабилизация прекращается.

На практике часто оказывается, что соблюсти все три условия невозможно как по соображениям себестоимости компонентов, так и из-за ограниченного диапазона рабочих токов стабилитрона. В первую очередь можно поступиться условием защиты от короткого замыкания, доверив её плавким предохранителям или тиристорным схемам защиты, или положиться на внутреннее сопротивление источника питания, которое не позводит ему выдать и максимальное напряжение, и максимальный ток одновременно^[91].

Последовательное и параллельное включение

В документации на стабилитроны иностранного производства возможность их последовательного или параллельного включения обычно не рассматривается. В документации на советские стабилитроны встречаются две формулировки:

• для приборов малой и средней мощности «допускается последовательное или параллельное соединение любого числа стабилитронов» [одной серии]^[92];
• для приборов средней и большой мощности «допускается последовательное соединение любого числа стабилитронов [одной серии]. Параллельное соединение допускается при условии, что суммарная рассеиваемая мощность на всех параллельно включенных стабилитронах не превосходит максимально допустимой мощности для одного стабилитрона»^[93].

Последовательное соединение стабилитронов разных серий возможно при условии, что рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой использованной серии. Шунтировать стабилитроны высокоомными выравнивающими резисторами так, как это делается в выпрямительных столбах, не требуется. «Любое число» последовательно соединённых стабилитронов возможно, но на практике ограничено техническими условиями на электробезопасность высоковольтных устройств. При соблюдении этих условий, при подборе стабилитронов по ТКН и их термостатировании возможно построение прецизионных высоковольтных эталонов напряжения. Например, в 1990-е годы лучшие в мире показатели стабильности имел стабилитронный эталон на 1 миллион В, построенный российской компанией «Мегавольт-Метрология» по заказу канадского энергетического института IREQ^[fr]. Основная погрешность этой установки не превышала 20 ppm, а нестабильность по температуре — не более 2,5 ppm во всём рабочем диапазоне температур^[36].

Составной стабилитрон

Составной стабилитрон (слева) и двусторонний («двуханодный») вариант этой схемы

Если схема требует снимать со стабилитрона бо́льшие токи и мощности, чем это допустимо по техническим условиям, то между стабилитроном и нагрузкой включают буферный усилитель постоянного тока. В схеме «составного стабилитрона» коллекторный переход единственного транзистора, усиливающего ток, включен параллельно стабилитрону, а эмиттерный переход — последовательно со стабилитроном. Сопротивление, задающее смещение транзистора, выбирается таким образом, чтобы транзистор плавно окрывался при токе стабилитрона, примерно равном его номинальному току стабилизации. Например, при I_ст.ном.=5 мА и U_бэ.мин.=500 мВ сопротивление R=500 мВ/5 мA=100 Ом, а напряжение на «составном стабилитроне» равно сумме U_ст.ном. и U_бэ.мин.. При бо́льших токах тразистор открывается и шунтирует стабилитрон, а ток стабилитрона прирастает незначительно — на величину, равную току базы транзистора, поэтому в первом приближении дифференциальное сопротивление схемы уменьшается в β раз (β — коэффициент усиления транзистора по току). ТКН схемы равен алгебраической сумме ТКН стабилитрона при I_ст.ном. и ТКН прямо смещённого диода (примерно −2 мВ/°C), а её область безопасной работы на практике ограничена ОБР применяемого транзистора^[94][95].

Схема составного стабилитрона не предназначена для работы на «прямом токе», но легко преобразуется в двустороннюю («двуханодный стабилитрон») с помощью диодного моста^[95].

Базовая схема последовательного стабилизатора

Простейшая схема последовательного стабилизатора и пример её практического воплощения^[96]

Простейшая схема последовательного стабилизатора также содержит только стабилитрон, транзистор и балластное сопротивление, но транзистор в ней включен по схеме с общим коллектором (эмиттерным повторителем). Температурный коэффициент такого стабилизатора равен алгебраической разнице U_ст.ном. стабилитрона и U_бэ.мин. транзистора; для нейтрализации влияния U_бэ.мин. в практических схемах последовательно со стабилитроном включают прямо включенный диод VD2^[97]. Минимальное падение напряжения регулирующем транзисторе можно снизить, заменив балластный резистор на транзисторный источник тока.

Умножение напряжения стабилизации

Схема параллельного стабилизатора на +200 В, 0…25 мА с умножением напряжения низковольтного стабилитрона. Взаимозаменяемые варианты с npn- и с pnp-транзистором

Для стабилизации напряжения, превосходящего максимальное напряжение типовых малогабаритных стабилитронов, можно собрать составной «высоковольтный стабилитрон», например, набрать напряжение 200 В из последовательно соединённых стабилитронов на 90, 90 и 20 В. Однако напряжение шумов и нестабильность такой схемы могут оказаться неприемлемо высоки, а фильтрация шума высоковольтной цепочки потребует дорогих, массивных конденсаторов. Существенно лучшие характеристики имеет схема с умножением напряжения единственного малошумящего низковольтного стабилитрона на напряжение 5…7 В. В этой схеме, также как и в обычном термокомпенсированном стабилитроне, опорное напряжение равно сумме напряжения пробоя стабилитрона и напряжения перехода база-эмиттер биполярного транзистора. Коэффициент умножения опорного напряжения определяется делителем R2-R3. Действительный коэффициент умножения несколько больше расчётного из-за ответвления тока в базу транзистора^[98].

По соображениям безопасности и простоты монтажа в стабилизаторе положительного напряжения удобнее применять pnp-транзистор, в стабилизаторе отрицательного напряжения — npn-транзистор. В таких конфигурациях коллектор силового транзистора электрически соединён с общим проводом и его можно крепить непосредственно к шасси без изолирующих прокладок. По соображениям доступности и себестоимости в стабилизаторах любой полярности проще и дешевле применять npn-транзисторы. При напряжениях и токах, типичных для ламповых усилителей, ёмкость конденсатора, шунтирующего стабилитрон, должна составлять несколько тысяч мкФ. При этом она не только фильтрует низкочастотный шум стабилитрона, но и обеспечивает плавное нарастание напряжения при запуске схемы. Как следствие, при включении питания возрастает тепловая нагрузка на последовательное сопротивление R1^[98].

ИОН на термокомпенсированном стабилитроне

Типичная схема включения термокомпенсированного стабилитрона с источником тока на маломощном МДП-транзисторе со встроенным каналом^[99]

Термокомпенсированные стабилитроны обычно питаются постоянным током от транзисторного или интегрального источника тока. Использование базовой схемы с балластным резистором не имеет смысла, так как даже при питании схемы стабилизированным напряжением нестабильность по току будет неприемлемо велика. Слаботочные стабилитроны на ток 1 мА обычно запитываются от источников тока на биполярных транзисторах, полевых транзисторах с p-n-переходом, стабилитроны на ток 10 мА — от источников тока на МДП-транзисторах со встроенным каналом в режиме обеднения. Интегральные источники тока семейства LM134/LM334 допускают токи до 10 мА, но не рекомендуются к применению в cхемах с током более 1 мА из-за высокой нестабильности по температуре (+0,336 %/°C)^[100].

Высокоомные нагрузки с постоянным, относительно термостабильным, сопротивлением можно подключать непосредственно к выводам стабилитрона. В иных случах между стабилитроном и нагрузкой включается буферный усилитель на прецизионном операционном усилителе или на дискретных биполярных транзисторах. В грамотно спроектированных схемах такого рода, прошедших длительную электротермотренировку, ГОСТ Р 52907-2008, определение 27″>нестабильность при длительной работе составляет порядка 100 ppm в месяц^[101] — существенно выше того же показателя прецизионных интегральных ИОН.

Генератор белого шума на стабилитроне

Генератор шума в полосе до 1 МГц	Генератор шума в полосе 1—100 МГц

Собственные шумы стабилитрона лавинного пробоя имеют спектр, близкий к спектру белого шума. В стабилитронах на напряжение 9…12 В уровень шума достаточно высок для того, чтобы его можно было использовать для целенаправленной генерации шума. Частотный диапазон такого генератора определяется полосой пропускания усилителя напряжения и может простираться до сотен МГц. На приведённых иллюстрациях показаны две возможные конструкции усилителей: в первом случае верхняя граничная частота усилителя (1 МГц) задаётся ёмкостью С2^[102], во втором она определяется полосой пропускания интегральных усилителей (900 Мгц) и качеством монтажа^[103].

Уровень шума конкретного стабилитрона мало предсказуем и может быть определён только опытным путём^[103]. Отдельные ранние серии стабилитронов отличались особо высоким уровнем шума, но по мере совершенствования технологии их вытеснили малошумящие приборы. Поэтому в серийных изделиях более оправдано применение не стабилитронов, а высокочастотных биполярных транзисторов в обратном включении, например, разработанного ещё в 1960-е годы транзистора 2N918 — спектр его шума простирается до 1 ГГц^[104].

Программируемые перемычки на стабилитронах

Стабилитрон на базе обратно-смещённого эмиттерного перехода интегрального планарного npn-транзистора («поверхностный стабилитрон») отличается от дискретных стабилитронов малым предельным током стабилизации. Максимальный обратный ток, допустимый в типовой эмиттерной структуре с металлизацией алюминием, не превышает 100 мкА. При бо́льших токах в приповерхностном слое происходит видимая глазу вспышка и под слоем оксида возникает алюминиевая перемычка, навсегда превращающая погибший стабилитрон в резистор с сопротивлением около 1 Ом^[32][33].

Этот недостаток интегральных стабилитронов широко используется в производстве аналоговых интегральных схем для точной подстройки их параметров. В технологии пережигания стабилитронов (англ. zener zapping) параллельно с коммутируемыми сопротивлениями формируются элементарные стабилитронные ячейки. При необходимости скорректировать величину сопротивления цепи или коэффициент делителя напряжения ненужные стабилитронные ячейки пережигаются импульсами тока длительностью 5 мс и силой 0,3—1,8 A, закорачивая соответствующие им резисторы. Тот же приём может применяться и в цифровых ИС с металлизацией алюминием^[32][33].

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} Зи, 1984, с. 122
2. ↑ ^{1 2 3} ГОСТ 15133—77, 1987, с. 13, определение 91
3. ↑ TVS/Zener Theory and Design, 2005, p. 7
4. ↑ Гершунский и др., 1975, с. 235, 237
5. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, pp. 11, 12
6. ↑ Harrison, 2005, p. 364
7. ↑ Earls, A. R.; Edwards, R. E. Raytheon Company: The First Sixty Years. — Arcadia Publishing, 2005. — P. 84. — 128 p. — ISBN 9780738537474
8. ↑ ^{1 2} Колесников, 1991, с. 520
9. ↑ ^{1 2} Готтлиб, 2002, с. 331
10. ↑ ГОСТ 15133—77, 1987, с. 12, определение 85
11. ↑ ^{1 2} Готтлиб, 2002, с. 332
12. ↑ Микросхемы для линейных источников питания и их применение. — 2-е изд.. — Додэка, 1998. — С. 219, 220, 225-228. — ISBN 5878350211
13. ↑ Полный анализ схемы TL431 см в Basso, C. The TL431 in Switch-Mode Power Supplies loops: part I // ON Semiconductor. — 2009.
14. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 394-398
15. ↑ ^{1 2} Amos, Stanley et al. Newnes Dictionary of electronics. — 4-th ed.. — Oxford: Newnes / Elsevier, 1999. — С. 22. — 389 с.
16. ↑ Колесников, 1991, с. 333
17. ↑ ГОСТ 15133—77, 1987, с. 11, определение 75
18. ↑ Harrison, 2005, p. 372, fig.13.7
19. ↑ Зи, 1984, с. 103-104, 122
20. ↑ ^{1 2 3 4} Bazu, Bajenescu, 2011, chapter 5.3.1.4 Z Diodes
21. ↑ Zener, C. A Theory of Electrical Breakdown in Solid Dielectrics // Proceedings of the Royal Society, London A 2. — 1934. — Vol. 145. — № 855. — P. 523-529. — DOI:0.1098/rspa.1934.0116
22. ↑ Зи, 1984, с. 105-106
23. ↑ Зи, 1984, с. 109-115
24. ↑ Зи, 1984, с. 106
25. ↑ Harrison, 2005, p. 374
26. ↑ ^{1 2} Хоровиц и Хилл, 1986, с. 315-316
27. ↑ Пиз, 2001, с. 113. В переводе ошибка: «малое дифференциальное сопротивление» вместо «большого» (в оригинале «poor impedance specs»)
28. ↑ ^{1 2 3 4 5} TVS/Zener Theory and Design, 2005, p. 10
29. ↑ TVS/Zener Theory and Design, 2005, p. 9
30. ↑ NASA, 1988, p. 4-65
31. ↑ NASA, 1988, p. 4-63
32. ↑ ^{1 2 3} Camenzind, 2005, p. 1-28
33. ↑ ^{1 2 3} Пиз, 2001, с. 115
34. ↑ AUIPS2031R Intelligent power low side switch. International Rectifier (2010). Архивировано из первоисточника 26 ноября 2012. Проверено 22 ноября 2012.
35. ↑ ^{1 2} Harrison, 2005, pp. 417-420
36. ↑ ^{1 2 3 4} Авербух, В. Прецизионные источники опорного напряжения // Додэка. — 2000.
37. ↑ Пиз, 2001, с. 113
38. ↑ Подробный (но изрядно устарелый) обзор «умных» транзисторов см. Hayes, A. An introduction to intelligent power. ST Microelectronics (1999). Проверено 22 ноября 2012.
39. ↑ Гершунский и др., 1975, с. 238, 239
40. ↑ ^{1 2} NASA, 1988, p. 4-58
41. ↑ Гершунский и др., 1975, с. 237, 239
42. ↑ Гершунский и др., 1975, с. 240, 241
43. ↑ NASA, 1988, p. 4-59,4-63
44. ↑ Гершунский и др., 1975, с. 239, 240
45. ↑ NASA, 1988, p. 4-60
46. ↑ Гершунский и др., 1975, с. 240
47. ↑ NASA, 1988, p. 4-61
48. ↑ Camenzind, 2005, p. 2-12
49. ↑ ГОСТ 25529—82, 1986, с. 11, определения 81 и 82
50. ↑ Harrison, 2005, p. 369
51. ↑ PLVA2600A series low-voltage avalanche regulator double diodes. NXP Semiconductors. Архивировано из первоисточника 26 ноября 2012. Проверено 22 ноября 2012.
52. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 290-292 (данные серий 2С133В, 2С133Г)
53. ↑ Хоровиц и Хилл, 1986, с. 315, рис. 5.18
54. ↑ ГОСТ 25529—82, 1986, с. 12, определение 84
55. ↑ Harrison, 2005, pp. 376
56. ↑ NASA, 1988, p. 4-56
57. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 290-292
58. ↑ Low voltage avalanche zener diodes. Knox Semiconductor. Архивировано из первоисточника 26 ноября 2012. Проверено 22 ноября 2012., данные серии 1N6083/LVA347
59. ↑ ГОСТ 25529—82, 1986, с. 12, определение 85
60. ↑ ^{1 2 3} NASA, 1988, p. 4-70
61. ↑ Harrison, 2005, pp. 374-375
62. ↑ Harrison, 2005, pp. 326, 327, 332
63. ↑ Harrison, 2005, p. 368
64. ↑ Harrison, 2005, p. 434
65. ↑ VRE3050: Low Cost Precision Reference. Thaler Corporation (2000-07-01). Архивировано из первоисточника 26 ноября 2012. Проверено 1 ноября 2012.. Данные серии VRE3050J. В 2012 году производится компанией Apex Microtechnology, выделившейся из состава Cirrus Logic и унаследовавшей линейку ИОН Thaler
66. ↑ NASA, 1988, p. 4-72, 4-73
67. ↑ ^{1 2} NASA, 1988, p. 4-71
68. ↑ NASA, 1988, p. 4-75: «History has shown that the largest single cause of diode failure is operating above allowable levels of thermal and electrical stress.»
69. ↑ Harrison, 2005, p. 382
70. ↑ Harrison, 2005, pp. 376-377
71. ↑ Harrison, 2005, pp. 379-380
72. ↑ ^{1 2 3} NZX series. Single zener diodes. Product data sheet. NXP Semiconductors. Архивировано из первоисточника 26 ноября 2012. Проверено 22 ноября 2012.
73. ↑ Harrison, 2005, pp. 393, 394
74. ↑ Harrison, 2005, p. 400
75. ↑ ^{1 2} Harrison, 2005, p. 394
76. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 357
77. ↑ NASA, 1988, p. 4-57
78. ↑ ^{1 2} [www.datasheetcatalog.org/datasheet/microsemi/sa6-3.pdf 1N821 thru 1N829A-1 DO-7 6.2 & 6.55 Volt Temperature Compensated Zener Reference Diodes]. Microsemi Corporation (2003). Проверено 28 ноября 2012.
79. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 349
80. ↑ Harrison, 2005, pp. 398-399
81. ↑ 1N4565 thru 1N4584A-1 DO-7 6.4 Volt Temperature Compensated Zener Reference Diodes. Microsemi Corporation (2003). Проверено 28 ноября 2012.
82. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 357, данные серии КС596
83. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 347
84. ↑ Действующий ГОСТ 2.730-73 «Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые» не предусматривает особого обозначения для прецизионных составных приборов
85. ↑ Mitchell, L. Understanding and Applying Voltage References // Linear Technology. — 1999. — № Application Note 82.
86. ↑ Fluke Corporation A practical approach to maintaining DC reference standards // Fluke Corporation. — 2000. — P. 6.
87. ↑ ^{1 2 3} LTZ1000/LTZ1000A: Ultra Precision Reference. Linear Technology (1987). Архивировано из первоисточника 26 ноября 2012. Проверено 1 ноября 2012.
88. ↑ ГОСТ 23419—79 «Средства вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры». — С учётом изменения 1. — Госстандарт СССР, 1985. — С. 2, определение 11. — 4 с.
89. ↑ Harrison, 2005, p. 378: при отказе стабилитрона, обычно его выводы закорачиваются
90. ↑ Harrison, 2005, pp. 376-379
91. ↑ Harrison, 2005, p. 378
92. ↑ Диоды, стабилитроны, тиристоры, 1988, с. 290-292 (данные серий 2С133В, 2С133Г) или 269 (данные серии Д814) и т.п.
93. ↑ Мощные полупроводниковые диоды, 1985, с. 126 (справочные данные серии Д815) и т.п.
94. ↑ Harrison, 2005, pp. 382-386
95. ↑ ^{1 2} Пиз, 2001, с. 116, рис. 6.4
96. ↑ Harrison, 2005, p. 387, c. 13.15
97. ↑ Harrison, 2005, pp. 386-387
98. ↑ ^{1 2} Broskie, J. Subject: Virtual Zener // Tube CAD Journal. — 1999. — № December 1999. — P. 17.
99. ↑ Harrison, 2005, p. 398, рис. 13.26
100. ↑ Harrison, 2005, pp. 397, 398
101. ↑ Harrison, 2005, pp. 395, 396
102. ↑ Генератор белого шума // Радио. — 1979. — № 9. — С. 58.
103. ↑ ^{1 2} Building a Low-Cost White-Noise Generator // Maxim Integrated Application Notes. — 2005. — № AN 3469.
104. ↑ Hickman, I. Hickman’s Analog and RF Circuits. — Newnes, 1998. — P. 145-150. — 320 p. — ISBN 9780750637428

Источники

• Готтлиб, И. М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. — Постмаркет, 2002. — 544 с. — ISBN 5901095057
• Гершунский, Б. С. и др. Справочник по основам электронной техники. — Киев: Издательство «Вища школа» при Киевском госуниверситете, 1975. — 352 с. — 86 000 экз.
• ГОСТ 15133—77 «Приборы полупроводниковые. Термины и определения». — С учётом изменений 1-4. — Госстандарт СССР, 1987. — 30 с.
• ГОСТ 25529—82 «Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров». — с учётом изменения 1. — Госстандарт РФ, 1986. — 28 с.
• Зи, С. М. Физика полупроводниковых приборов. — М.: Мир, 1984. — Т. 1. — 456 с. — 16 000 экз.
• Колесников, В. Г. и др. Электроника. Энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1991. — 688 с. — ISBN 5852700622
• Микросхемы для линейных источников питания и их применение. — 2-е изд.. — М.: Додэка, 1998. — ISBN 5878350211
• Мощные полупроводниковые диоды / под ред. А. В. Голомедова. — М.: Радио и связь, 1985. — 400 с. — 50 000 экз.
• Пиз, Р. Практическая электроника аналоговых устройста. — М.: ДМК-Пресс, 2001. — ISBN 5940740049
• Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры / под ред. А. В. Голомедова. — М.: Радио и связь, 1988. — 528 с. — 100 000 экз. — ISBN 5256001450
• Хоровиц, П., Хилл, У. Искусство схемотехники. — 3-е изд.. — М.: Мир, 1986. — Т. 1. — 598 с. — 50 000 экз.
• Bazu, M.; Bajenescu, T. Failure Analysis: A Practical Guide for Manufacturers of Electronic Components and Systems. — Wiley, 2011. — 344 p. — ISBN 9781119990000
• Camenzind, H. Designing Analog Circuits. — Virtualbookworm Publishing, 2005. — 244 p. — ISBN 9781589397187
• Harrison, L. Current Sources & Voltage References. — Newnes, 2005. — 569 p. — (Electronics & Electrical). — ISBN 9780750677523
• NASA parts application handbook. Volume 2: Diodes, transistors, microwave devices (MIL-HDBK-978-B). — NASA, 1988.
• TVS/Zener Theory and Design Considerations. — ON Semiconductor, 2005. — 127 p.

Стабилитрон. Устройство, применение и характеристики

Стабилитрон (или диод Зенера) — сильно легированный полупроводниковый диод, который предназначен для работы в обратном направлении. Другими словами, диод, который специально разработан для оптимизации области пробоя, известен как стабилитрон.

Ниже показано графическое обозначение стабилитрона на электрических схемах:

Устройство стабилитрона

Устройство стабилитрона показано на рисунке ниже. Стабилитрон используется в режиме обратного смещения. Обратное смещение означает, что материал n-типа диода подключен к положительной клемме источника питания, а материал p-типа подключен к отрицательной клемме источника питания. Область истощения (обедненная область) диода очень тонкая, потому что он сделан из сильно легированного полупроводникового материала.

Принцип работы стабилитрона

Стабилитрон изготовлен из сильно легированного полупроводникового материала. Сильно легированный означает, что полупроводниковый материал имеет высокое содержание  примесей и это повышает его проводимость. Область обеднения стабилитрона очень тонкая из-за примесей. Сильно легирующий материал увеличивает напряженность электрического поля в обедненной области элемента даже при небольшом обратном напряжении.

Когда смещение стабилитрона не применяется, электроны остаются в валентной зоне материала р-типа и ток через диод не протекает. Зона, в которой находятся валентные электроны (крайняя электронная орбита), называется электроном валентной зоны. Электроны валентной зоны легко переходят из одной полосы в другую, когда на нее подается внешняя энергия.

Когда обратное смещение применяется к диоду и напряжение питания равно напряжению стабилитрона, оно начинает проводить в обратном направлении смещения. Напряжение стабилитрона — это напряжение, при котором область обеднения полностью исчезает.

Обратное смещение через диод увеличивает напряженность электрического поля в области истощения. Таким образом, это позволяет электронам перемещаться из валентной зоны материала p-типа в зону проводимости материала n-типа. Эта передача электронов валентной зоны в зону проводимости уменьшает барьер между материалом p и n-типа. Когда область истощения исчезает практически полностью, диод начинает проводить в обратном направлении.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Вольт-амперная характеристика стабилитрона (диода Зенера) показана на рисунке ниже. Эта кривая показывает, что стабилитрон, когда подключен напрямую, ведет себя как обычный диод. Но когда на него подается обратное напряжение и обратное напряжение выходит за пределы заданного значения, в диоде происходит пробой и он начинает работать как стабилитрон.

При пробое диода Зенера ток начинает течь в обратном направлении. График пробоя стабилитрона не совсем вертикальный, как показано выше, который показывает, что стабилитрон имеет сопротивление. Напряжение на диоде Зенера представлено уравнением, показанным ниже.

Применение стабилитрона

Диод Зенера в основном используется в коммерческих и промышленных применениях. Ниже приведены основные применения стабилитрона:

В качестве стабилизатора напряжения — стабилитрон используется для регулирования напряжения. Он обеспечивает постоянное напряжение от источника напряжения к нагрузке. Стабилитрон подключается параллельно нагрузке и поддерживает постоянное напряжение U_Z и, следовательно, стабилизирует напряжение.

Для защиты измерителя — стабилитрон обычно используется в мультиметрах для защиты измерителя от случайных перегрузок. Измерительный элемент подключен параллельно с диодом Зенера. Когда в цепи происходит перегрузка, большая часть тока проходит через стабилитрон. Таким образом, измерительный элемент защищается от повреждений.

Для формирования сигнала — стабилитрон используется для преобразования синусоидальной волны в прямоугольную. Это можно сделать, подключив два стабилитрона встречно последовательно с сопротивлением.

Когда напряжение, подаваемое на нагрузку, меньше напряжения пробоя стабилитрона, диод Зенера имеет высокое внутреннее сопротивление, что эквивалентно разрыву электрической сети (разомкнутый контакт) и ток протекает только через нагрузку. Когда напряжение становится больше напряжения пробоя стабилитрона, сопротивление стабилитрона резко снижается, что является аналогом короткого замыкания (контакт замкнут) и ток протекает через стабилитрон, а не через нагрузку. Из-за чего происходит сильное падение напряжения в цепи, после падения напряжения в цепи ниже напряжения пробоя стабилитрона, сопротивление диода Зенера восстанавливается и ток перестает протекать через него. Таким образом, осуществляется защита чувствительных элементов электрической цепи от перенапряжения.

принцип работы, схема и т.д.

Стабилитрон — специальный диод, который способен работать в условиях обратного смещения в зоне пробоя без какого-либо ущерба для себя.

Схема стабилитрона

Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

Принцип действия стабилитрона

График напряжение-ток для стабилитрона похож на график напряжение-ток для P-N перехода обычного диода.

Когда стабилитрон имеет прямое смещение, то, также, как и в любом обычном диоде, ток, проходящий через него, возрастает при увеличении подаваемого напряжения. Когда же стабилитрон имеет обратное смещение, то ток бывает минимальным до того момента, пока подаваемое напряжение не достигнет значения напряжения пробоя для данного диода. Когда такое напряжение достигается, то происходит значительное увеличение протекающего тока. Однако, в отличие от обычного диода, стабилитрон предназначен для работы в условиях обратного смещения в зоне пробоя.

График напряжение-ток для стабилитрона

Напряжение стабилитрона

Необходимое напряжение стабилитрона — это то напряжение, при котором происходит пробой. В процессе изготовления стабилитрона, к основным исходным материалам добавляют определенное количество других материалов, присадок, так что во время работы данного прибора пробой происходит при совершенно конкретном значении напряжения.

Если подаваемое на стабилитрон напряжение превышает установленное для него напряжение пробоя на достаточно большую величину, то тепло, которое сопровождает прохождение через стабилитрон чрезмерного тока, может вызывать серьезные повреждения. Для того, чтобы предотвратить подобные неприятности, цепи со стабилитроном обычно имеют установленный последовательно резистор, который должен ограничивать величину тока, протекающего через стабилитрон. Если выбрано правильное значение сопротивления, то ток в цепи не будет превышать максимальное значение тока для стабилитрона.

Если же подаваемое напряжение меньше, того, на которое рассчитан стабилитрон, то сопротивление протеканию тока будет значительным и этот диод будет оставаться в основном в разомкнутом состоянии, однако, когда подаваемое напряжение станет равно или превысит расчетное напряжение стабилитрона, то сопротивление тока окажется преодоленным, и ток потечет через стабилитрон и по цепи.

При различных значениях напряжения выше напряжения стабилитрона, изменение внутреннего сопротивления возникает в результате изменений обедненной области прибора. В результате этого падение напряжения на стабилитроне будет относительно постоянным. Падение напряжения должно поддерживаться на уровне, близком к значению напряжения стабилитрона. Остальное напряжение источника электропитания понижается на последовательно подключенном резисторе.

Поскольку напряжение на стабилитроне значительно превышает напряжения стабилитрона, то цепь, которую мы только что описали, может быть использована для обеспечения подачи регулируемого напряжения на нагрузку. Если нагрузка включена параллельно со стабилитроном, то падение напряжение на нагрузке будет равно падению напряжения на стабилитроне.

Простая цепь с нагрузкой, соединенной параллельно с стабилитроном

это что такое и для чего он нужен? Как работает стабилитрон Стабилитрон на 30 вольт отечественные

Стабилитрон — это полупроводниковый диод с уникальными свойствами. Если обычный полупроводник при обратном включении является изолятором, то он выполняет эту функцию до определенного роста величины приложенного напряжения, после чего происходит лавинообразный обратимый пробой. При дальнейшем увеличении протекающего через стабилитрон обратного тока напряжение продолжает оставаться постоянным за счет пропорционального уменьшения сопротивления. Таким путем удается добиться режима стабилизации.

В закрытом состоянии через стабилитрон сначала проходит небольшой ток утечки. Элемент ведет себя как резистор, величина сопротивления которого велика. При пробое сопротивление стабилитрона становится незначительным. Если дальше продолжать повышать напряжение на входе, элемент начинает греться и при превышении током допустимой величины происходит необратимый тепловой пробой. Если дело не доводить до него, при изменении напряжения от нуля до верхнего предела рабочей области свойства стабилитрона сохраняются.

Когда напрямую включается стабилитрон, характеристики не отличаются от диода. При подключении плюса к p-области, а минуса — к n-области сопротивление перехода мало и ток через него свободно протекает. Он нарастает с увеличением входного напряжения.

Стабилитрон — это особый диод, подключаемый большей частью в обратном направлении. Элемент сначала находится в закрытом состоянии. При возникновении электрического пробоя стабилитрон напряжения поддерживает его постоянным в большом диапазоне тока.

На анод подается минус, а на катод — плюс. За пределами стабилизации (ниже точки 2) происходит перегрев и повышается вероятность выхода элемента из строя.

Характеристики

Параметры стабилитронов следующие:

• U ст — напряжение стабилизации при номинальном токе I ст;
• I ст min — минимальный ток начала электрического пробоя;
• I ст max — максимальный допустимый ток;
• ТКН — температурный коэффициент.

В отличие от обычного диода, стабилитрон — это полупроводниковое устройство, у которого на вольт-амперной характеристике области электрического и теплового пробоя достаточно далеко расположены друг от друга.

С максимально допустимым током связан параметр, часто указываемый в таблицах — мощность рассеивания:

P max = I ст max ∙ U ст.

Зависимость работы стабилитрона от температуры может быть как с положительным ТКН, так и отрицательным. При последовательном подключении элементов с разными по знакам коэффициентами создаются прецизионные стабилитроны, не зависящие от нагрева или охлаждения.

Схемы включения

Типовая схема простого стабилизатора, состоит из балластного сопротивления R б и стабилитрона, шунтирующего нагрузку.

В некоторых случаях происходит нарушение стабилизации.

1. Подача на стабилизатор большого напряжения от источника питания при наличии на выходе фильтрующего конденсатора. Броски тока при его зарядке могут вызвать выход из строя стабилитрона или разрушение резистора R б.
2. Отключение нагрузки. При подаче на вход максимального напряжения ток стабилитрона может превысить допустимый, что приведет к его разогреву и разрушению. Здесь важно соблюдать паспортную область безопасной работы.
3. Сопротивление R б подбирается небольшим, чтобы при минимально возможной величине напряжения питания и максимально допустимом токе на нагрузке стабилитрон находился в рабочей зоне регулирования.

Для защиты стабилизатора применяются тиристорные схемы защиты или

Резистор R б рассчитывается по формуле:

R б = (U пит — U ном)(I ст + I н).

Ток стабилитрона I ст выбирается между допустимыми максимальным и минимальным значениями, в зависимости от напряжения на входе U пит и тока нагрузки I н.

Выбор стабилитронов

Элементы имеют большой разброс по напряжению стабилизации. Чтобы получить точное значение U н, стабилитроны подбираются из одной партии. Есть типы с более узким диапазоном параметров. При большой мощности рассеивания элементы устанавливают на радиаторы.

Для расчета параметров стабилитрона необходимы исходные данные, например, такие:

• U пит = 12-15 В — напряжение входа;
• U ст = 9 В — стабилизированное напряжение;

Параметры характерны для устройств с небольшим потреблением энергии.

Для минимального входного напряжения 12 В ток на нагрузке выбирается по максимуму — 100 мА. По закону Ома можно найти суммарную нагрузку цепи:

R ∑ = 12 В / 0,1 А = 120 Ом.

На стабилитроне падение напряжения составляет 9 В. Для тока 0,1 А эквивалентная нагрузка составит:

R экв = 9 В / 0,1 А = 90 Ом.

Теперь можно определить сопротивление балласта:

R б = 120 Ом — 90 Ом = 30 Ом.

Оно выбирается из стандартного ряда, где значение совпадает с расчетным.

Максимальный ток через стабилитрон определяется с учетом отключения нагрузки, чтобы он не вышел из строя в случае, если какой-либо провод отпаяется. Падение напряжения на резисторе составит:

U R = 15 — 9 = 6 В.

Затем определяется ток через резистор:

I R = 6/30 = 0,2 А.

Поскольку стабилитрон подключен к нему последовательно, I c = I R = 0,2 А.

Мощность рассеивания составит P = 0,2∙9 = 1,8 Вт.

По полученным параметрам подбирается подходящий стабилитрон Д815В.

Симметричный стабилитрон

Симметричный диодный тиристор представляет собой переключающий прибор, проводящий переменный ток. Особенностью его работы является падение напряжения до нескольких вольт при включении в диапазоне 30-50 В. Его можно заменить двумя встречно включенными обычными стабилитронами. Устройства применяют в качестве переключающих элементов.

Аналог стабилитрона

Когда не удается подобрать подходящий элемент, используют аналог стабилитрона на транзисторах. Их преимуществом является возможность регулирования напряжения. Для этого можно применять усилители постоянного тока с несколькими ступенями.

На входе устанавливают делитель напряжения с R1. Если входное напряжение возрастает, на базе транзистора VT1 оно также увеличивается. При этом растет ток через транзистор VT2, который компенсирует увеличение напряжения, поддерживая тем самым его стабильным на выходе.

Маркировка стабилитронов

Выпускаются стеклянные стабилитроны и стабилитроны в пластиковых корпусах. В первом случае на них наносятся 2 цифры, между которыми располагается буква V. Надпись 9V1 обозначает, что U ст = 9,1 В.

На пластиковом корпусе надписи расшифровываются с помощью даташита, где также можно узнать другие параметры.

Темным кольцом на корпусе обозначается катод, к которому подключается плюс.

Заключение

Стабилитрон — это диод с особыми свойствами. Достоинством стабилитронов является высокий уровень стабилизации напряжения при широком диапазоне изменения рабочего тока, а также простые схемы подключения. Для стабилизации малого напряжения приборы включают в прямом направлении, и они начинают работать как обычные диоды.

Много-много лет тому назад такого слова как стабилитрон не существовало вообще. Тем более в бытовой аппаратуре.

Попробуем представить себе громоздкий ламповый приёмник середины двадцатого века. Многие приносили их в жертву собственному любопытству, когда папа с мамой приобретали что-нибудь новое, а «Рекорд» или «Неман» отдавали на растерзание .

Блок питания лампового приёмника был предельно прост: мощный кубик силового трансформатора , который обыкновенно имел всего две вторичных обмотки, диодный мостик или селеновый выпрямитель, два электролитических конденсатора и резистор на два ватта между ними.

Первая обмотка питала накал всех ламп приёмника переменным током и напряжением 6,3V (вольт), а на примитивный выпрямитель приходило порядка 240V для питания анодов ламп. Ни о какой стабилизации напряжения и речи не шло. Исходя из того, что приём радиостанций вёлся на длинных, средних и коротких волнах с очень узкой полосой и ужасным качеством, наличие или отсутствие стабилизации напряжения питания на это качество совершенно не влияло, а приличной автоподстройки частоты на той элементной базе просто быть не могло.

Стабилизаторы в то время применялись только в военных приёмниках и передатчиках, конечно тоже ламповые. Например: СГ1П – стабилизатор газоразрядный, пальчиковый. Так продолжалось до тех пор, пока не появились транзисторы. И тут выяснилось, что схемы, выполненные на транзисторах очень чувствительны к колебаниям питающего напряжения, и обыкновенным простым выпрямителем уже не обойтись. Используя физический принцип, заложенный в газоразрядных приборах, был создан полупроводниковый стабилитрон реже называемый диод Зенера.

Графическое изображение стабилитрона на принципиальных схемах.

Внешний вид стабилитронов. Первый сверху в корпусе для поверхностного монтажа . Второй сверху – в стеклянном корпусе DO-35 и мощностью 0,5 Вт. Третий, – мощностью 1 Вт (DO-41). Естественно, стабилитроны изготавливают в разнообразных корпусах. Иногда в одном корпусе объединяется два элемента.

Принцип работы стабилитрона.

Прежде всего, не следует забывать, что стабилитрон работает только в цепях постоянного тока. Напряжение на него подают в обратной полярности, то есть на анод стабилитрона будет подан минус «-«. При таком включении через него протекает обратный ток (I обр ) от выпрямителя. Напряжение с выхода выпрямителя может изменяться, будет изменяться и обратный ток, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке останется неизменным, то есть стабильным. На следующем рисунке показана вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ (Вольт-Амперной Характеристики), как показано на рисунке. К его основным параметрам относятся U ст . (напряжение стабилизации) и I ст . (ток стабилизации). Эти данные указаны в паспорте на конкретный тип стабилитрона. Причём величина максимального и минимального тока учитывается только при расчёте стабилизаторов с прогнозируемым большим изменением напряжения.

Основные параметры стабилитронов.

Для того чтобы подобрать нужный стабилитрон необходимо разбираться в маркировках полупроводниковых приборов. Раньше все типы диодов, включая и стабилитроны, обозначались буквой “Д” и цифрой определяющей, что же это за прибор. Вот пример очень популярного стабилитрона Д814 (А, Б, В, Г). Буква показывала напряжение стабилизации.

Рядом паспортные данные современного стабилитрона (2C147A ), который использовался в стабилизаторах для питания схем на популярных сериях микросхем К155 и К133 выполненных по ТТЛ технологии и имеющих напряжение питания 5V.

Чтобы разбираться в маркировках и основных параметрах современных отечественных полупроводниковых приборов необходимо немного знать условные обозначения. Они выглядят следующим образом: цифра 1 или буква Г – германий, цифра 2 или буква К – кремний, цифра 3 или буква А – арсенид галлия. Это первый знак. Д – диод, Т – транзистор, С – стабилитрон, Л – светодиод. Это второй знак. Третий знак это группа цифр обозначающих сферу применения прибора. Отсюда: ГТ 313 (1Т 313) – высокочастотный германиевый транзистор, 2С147 – кремниевый стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации 4,7 вольта, АЛ307 – арсенид-галлиевый светодиод.

Вот схема простого, но надёжного стабилизатора напряжения.

Между коллектором мощного транзистора и корпусом подается напряжение с выпрямителя и равное 12 – 15 вольт. С эмиттера транзистора мы снимаем 9V стабилизированного напряжения, так как в качестве стабилитрона VD1 мы используем надёжный элемент Д814Б (см. таблицу). Резистор R1 – 1кОм, транзистор КТ819 обеспечивающий ток до 10 ампер.

Транзистор необходимо разместить на радиаторе-теплоотводе. Единственный недостаток данной схемы – это невозможность регулировки выходного напряжения. В более сложных схемах подстроечный резистор, конечно, имеется. Во всех лабораторных и домашних радиолюбительских источниках питания есть возможность регулировки выходного напряжения от 0 и до 20 – 25 вольт.

Интегральные стабилизаторы.

Развитие интегральной микроэлектроники и появление многофункциональных схем средней и большой степени интеграции, конечно, коснулось и проблем связанных со стабилизацией напряжения. Отечественная промышленность напряглась и выпустила на рынок радиоэлектронных компонентов серию К142, которую составляли как раз интегральные стабилизаторы. Полное название изделия было КР142ЕН5А, но так как корпус был маленький и название не убиралось целиком, стали писать КРЕН5А или Б, а в разговоре они назывались просто «кренки».

Сама серия была достаточно большая. В зависимости от буквы варьировалось выходное напряжение. Например, КРЕН3 выдавал от 3 до 30 вольт с возможностью регулировки, а КРЕН15 был пятнадцативольтовым двухполярным источником питания.

Подключение интегральных стабилизаторов серии К142 было крайне простым. Два сглаживающих конденсатора и сам стабилизатор. Взгляните на схему.

Если есть необходимость получить другое стабилизированное напряжение, то поступают следующим образом: допустим, мы используем микросхему КРЕН5А на 5V, а нам нужно другое напряжение. Тогда между вторым выводом и корпусом ставится стабилитрон с таким расчётом, чтобы сложив напряжение стабилизации микросхемы, и стабилитрона мы получили бы нужное напряжение. Если мы добавим стабилитрон КС191 на V = 9,1 + 5V микросхемы, то на выходе мы получим 14.1 вольт.

Простейший блок питания 0-30 Вольт для радиолюбителя.

Схема.

В этой статье мы продолжаем тему схемотехники блоков питания для радиолюбительских лабораторий. На сей раз речь пойдет о самом простом устройстве, собранном из радиодеталей отечественного производства, и с минимальным их количеством.

И так, принципиальная схема блока питания:

Как видите, все просто и доступно, элементная база имеет широкое распространение и не содержит дефицитов.

Начнем с трансформатора. Мощность его должна быть не менее 150 Ватт, напряжение вторичной обмотки — 21…22 Вольта, тогда после диодного моста на емкости С1 вы получите порядка 30 Вольт. Рассчитывайте так, чтобы вторичная обмотка могла обеспечивать ток 5 Ампер.

После понижающего трансформатора стоит диодный мост, собранный на четырех 10-ти амперных диодах Д231. Запас по току конечно хороший, но конструкция получается довольно громоздкая. Наилучшим вариантом будет использование импортной диодной сборки типа RS602, при небольших габаритах она рассчитана на ток 6 Ампер.

Электролитические конденсаторы рассчитаны на рабочее напряжение 50 Вольт. С1 и С3 можно ставить от 2000 до 6800 мкФ.

Стабилитрон Д1 — он задает верхний предел регулировки выходного напряжения. На схеме мы видим надпись Д814Д х 2 , это значит, что Д1 состоит из двух последовательно соединенных стабилитронов Д814Д. Напряжение стабилизации одного такого стабилитрона составляет 13 Вольт, значит два последовательно соединенных дадут нам верхний предел регулировки напряжения 26 вольт минус падение напряжения на переходе транзистора Т1. В результате вы получите плавную регулировку от нуля до 25 вольт.
В качестве регулирующего транзистора в схеме применен КТ819, они выпускаются в пластиковых и металлических корпусах. Расположение выводов, размеры корпусов и параметры этого транзистора смотрите на следующих двух изображениях.

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

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

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

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

Стабилитрон или диод Зенера

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

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

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

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

Напряжение стабилизации

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

Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой…

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

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

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

Маркировка стабилитронов

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

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

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

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

Катод у зарубежных стабилитронов помечается в основном черной полосой

Как проверить стабилитрон

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

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

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

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

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

Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

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

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

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

Теперь внимательно следим за показаниями мультиметра и блока питания:

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

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

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

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

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

где

Iпр – прямой ток, А

Uпр – прямое напряжение, В

Эти два параметра в стабилитроне не используются

Uобр – обратное напряжение, В

Uст – номинальное напряжение стабилизации, В

Iст – номинальный ток стабилизации, А

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

Imax – максимальный ток стабилитрона, А

Imin – минимальный ток стабилитрона, А

Iст, Imax, Imin – это сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.

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

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

Заключение

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

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

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

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

Блок питания 0-30 Вольт своими руками

Сколько всяких интересных радиоустройств собирают радиолюбители, но основа, без которой не будет работать практически ни одна схема — блок питания . .Часто до сборки приличного блока питания просто не доходят руки. Конечно промышленность выпускает достаточно качественных и мощных стабилизаторов напряжения и тока, однако не везде они продаются и не у всех есть возможность их купить. Проще спаять своими руками.

Схема блока питания:

Предлагаемая схема простого (всего 3 транзистора) блока питания выгодно отличается от аналогичных точностью поддержания выходного напряжения — тут применена компенсационная стабилизация, надёжностью запуска, широким диапазоном регулировки и дешёвыми недефицитными деталями.

После правильной сборки работает сразу, только подбираем стабилитрон согласно требуемому значению максимального выходного напряжения БП.

Корпус делаем из того, что под рукой. Классический вариант — металлическая коробочка от компьютерного БП ATX. Уверен, каждый имеет их немало, так как иногда они сгорают, а купить новый проще, чем чинить.

В корпус прекрасно влазит трансформатор на 100 ватт, и плате с деталями найдётся место.

Кулер можно оставить — лишним не будет. А чтоб не шумел, просто питаем его через токоограничительный резистор, который подберёте экспериментально.

Для передней панели не поскупился и купил пластиковую коробочку — в ней очень удобно делать отверстия и прямоугольные окна для индикаторов и регуляторов.

Амперметр берём стрелочный — чтоб хорошо были видны броски тока, а вольтметр поставил цировой — так удобнее и красивее!

После сборки регулируемого блока питания проверяем его в работе — он должен давать почти полный ноль при нижнем (минимальном) положении регулятора и до 30В — при верхнем. Подключив нагрузку пол ампера — смотрим на просадку выходного напряжения. Она должна быть тоже минимальной.

В общем, при всей своей кажущейся простоте, данный блок питания наверное один из лучших по своим параметрам. При необходимости можно добавить в него узел защиты — пару лишних транзисторов.

Стабилитрон. Особенности практического применения. — Радиомастер инфо

Рассказано о назначении и применении стабилитронов, как проверить их исправность и основные параметры, чем и как можно заменить.

Сердцем практически любого стабилизатора напряжения является стабилитрон. Его основная функция поддерживать постоянное напряжение на выходе при изменении напряжения на входе. Информации на эту тему очень много. Я постараюсь ее систематизировать и подать максимально коротко, только то, что нужно для практики.

На схемах обозначаются так:

Выглядят, в основном, вот так:

Стабилитрон — специально изготовленный диод с особой воль-амперной характеристикой. Показать ее и пояснить нужно обязательно, для понимания принципа работы. Вот как она выглядит для обычного стабилитрона, например, Д814:

Когда на анод подают плюс, а на катод минус, то стабилитрон ведет себя как обычный диод. На рисунке прямая ветвь. При возрастании напряжения ток растет. Когда плюс подают на катод, а минус на анод, т.е. включают в обратном направлении, то характеристика стабилитрона, зависимость тока через него от приложенного напряжения, тоже кардинально меняется. Это хорошо видно по форме обратной ветви характеристики. Когда напряжение на стабилитроне достигает напряжения пробоя, cтабилитрон пробивается, но не перегорает, так как ток через него ограничен резистором. Этот резистор называется балластным.  Если не будет этого резистора, или его номинал подобран не правильно, то стабилитрон выйдет из строя. Величина сопротивления этого резистора подбирается таким образом, чтобы в диапазоне изменения входных напряжений ток через стабилитрон не выходил за допустимые для данного стабилитрона пределы Iст min Iст max. При этом напряжение на стабилитроне остается постоянным и равно напряжению стабилизации. Его величина для каждого типа стабилитрона своя. У двуханодных стабилитронов прямая ветвь такая же как и обратная только расположена справа вверху. В схемах двуханодный стабилитрон можно включать независимо от полярности входного напряжения. Это удобно для ограничения переменного напряжения по амплитуде.

Типовая схема включения стабилитрона на конкретном примере:

Параметры стабилитрона КС182 указаны в справочнике:

Напряжение стабилизации стабилитрона 8,2В. При этом ток стабилизации может изменяться от 3мА до 17мА.

Как правило, в расчетах рекомендуют брать минимальное напряжение на входе в 1,5 раза выше напряжения стабилизации. Получаем 12,3 В. Максимальное примем исходя из допустимого разброса напряжения сети 20%. Получаем 14,73 В. Номинал резистора по закону Ома можно посчитать вручную, но в интернете много онлайн калькуляторов для решения таких задач, например, вот этот:

При таких заданных параметрах получим ток в нагрузке от 0 до 12 мА, что соответствует максимальной мощности 0,1 Вт.

Сопротивление балластного резистора 340 Ом, его мощность 0,125 Вт.

Мощность стабилитрона 0,156 Вт.

Мощность, рассеиваемая на резисторе и стабилитроне, составляет в сумме 0,28 Вт. При этом мощность в нагрузке 0,1 Вт. КПД получается 36%. При больших мощностях это не рационально.

Теперь основные моменты из практики.

1. Как проверить исправность стабилитрона? Обычный стабилитрон проверяется как диод, т.е. прозванивается мультиметром и должен обладать односторонне проводимостью. Другое дело, стабилитрон двухстронний (или двуханодный) или стабилитрон с защитным диодом. Их прозвонить как диод не удастся. Они показывают обрыв в обе стороны. Проверяются только по методике, указанной в следующем пункте.
2. Проверка напряжения стабилизации. Перед проверкой нужно определиться с мощностью стабилитрона. Это можно сделать по внешнему виду. Если стабилитрон малых размеров и выводы тонкие, то это малая мощность с током стабилизации от 3 до 20 мА. Если корпус чуть больше и выводы толще, то это средняя мощность и ток стабилизации до 90 мА. Ну а мощный стабилитрон имеет большие размеры и возможность установки на радиатор. У него ток стабилизации до ампера и выше.

Есть еще одна особенность. Чем выше напряжение стабилизации стабилитрона, тем меньше ток стабилизации, так как определяющей в этом случае является рассеиваемая стабилитроном мощность. Так что для стабилитронов малой и средней мощности при проверке достаточно тока 10 мА, для большой мощности 20-30мА. Поэтому для большинства проверок стабилитронов с напряжением стабилизации до 30В  берем резистор 1-2 кОм и через него подключаем катод стабилитрона к плюсу регулируемого блока питания, анод соответственно к минусу.

Параллельно стабилитрону подключаем вольтметр. От нуля плавно повышаем напряжение и следим за показаниями вольтметра. Как только они перестали расти при увеличении напряжения блока питания снимаем показания вольтметра. Если напряжение перестало расти при значениях около 1В, значит перепутан анод и катод стабилитрона. Нужно их поменять местами и повторить процедуру. Значение напряжения, при котором прекратились увеличиваться показания вольтметра, и есть напряжение стабилизации. У двуханодных оно будет одинаковым при смене полярности подключения. У стабилитрона с диодом напряжение стабилизации при неправильном включении будет достаточно высоким, на практике выше напряжения блока питания. Теоретически оно будет равно обратному напряжению диода. Можно применять для проверки и нерегулируемый блок питания напряжением выше предполагаемого напряжения стабилизации стабилитрона. При подключении, как на схеме, измеренное напряжение на стабилитроне будет равно напряжению стабилизации стабилитрона. Если показания вольтметра равны напряжению блока питания, значит стабилитрон включен наоборот или имеет напряжение стабилизации выше напряжения блока питания.

3. 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.

4. 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.

5. 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

Преимущества для функциональности схемы

Отправлено 17 сентября, 2020

Стабилитрон — это тип выпрямительного полупроводникового диода, который используется для регулирования напряжения в цепи и работает в режиме обратного смещения, чтобы избежать отказа. Полупроводниковые диоды позволяют току течь только в одном направлении, но стабилитроны позволяют току течь и в противоположном направлении при воздействии достаточного напряжения.Стабилитроны обеспечивают отличное решение для нескольких общих схем.

Ниже компания Solid State Inc. рассматривает применение, работу и преимущества стабилитронов.

В чем разница между диодом и стабилитроном?

Как уже отмечалось, диод — это полупроводник, который проводит только в одном направлении, тогда как стабилитрон проводит как в прямом, так и в обратном направлениях смещения. Если бы нормальный диод работал в обратном направлении, он бы вышел из строя, хотя стабилитрон не повредит.Вместо этого стабилитроны в полной мере используют количество приложенного обратного напряжения.

Стабилитрон

: основные операции и приложения

Стабилитрон

работает так же, как диод с PN-переходом, когда работает в прямом направлении смещения, но в своих приложениях обычно используется для обратного режима. Тем не менее, стабилитроны также регулируют напряжение в одном направлении (обычном) или в обоих направлениях (двунаправленном). Он имеет широкий диапазон напряжений, и, когда обратное напряжение увеличивается до напряжения пробоя, через диод начинает течь ток.Поскольку напряжение остается довольно постоянным в широком диапазоне источников питания, они используются для регулирования напряжения, ограничителей перенапряжения, схем ограничения и в качестве опорных элементов в различных приложениях.

Если вы собираете диоды или используете их в цепи, важно определить, в какую сторону направлять диод. Два вывода диода называются анодом к корпусу (AK) и катодом к корпусу (KK). Анод — это электрод, через который в устройство поступает положительный заряд от внешней цепи; Катод — это электрод, который направляет ток, выходящий из устройства.

Преимущества стабилитронов

Использование стабилитронов в схемах дает ряд преимуществ, включая следующие:

• Дешевле, чем другие диоды
• Возможность переключения напряжения
• Легко совместим и доступен для всех систем
• Стандарт высокой производительности
• Защита от перенапряжения
• Возможность регулирования и стабилизации напряжения цепи
• Больше контроля над током переполнения
• Используется в схемах меньшего размера

Итак, стабилитроны предназначены для работы в режиме обратного смещения, при котором они начинают проводить значительный ток.Он может работать как регулятор напряжения, потребляя меньше тока, если напряжение слишком низкое, или, поочередно, потребляя больше, если напряжение слишком высокое.

Свяжитесь со специалистами Solid State Inc.

Solid State Inc. — известный производитель электронных компонентов. Помимо стабилитронов и диодов, мы предлагаем транзисторы, светодиоды, выпрямители, симисторы, диоды и многое другое. Чтобы поговорить с нашей командой, свяжитесь с Solid State Inc. сегодня.

Ток на стабилитроне

vs.кривые напряжения [Analog Devices Wiki]

Цель:

Целью данной работы является исследование вольт-амперных характеристик области обратного пробоя стабилитронов.

Ноты:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования.Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока –V добавляется, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.

Следы осциллографа аналогично обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Диод с PN-переходом — это устройство, которое обычно используется в схемных приложениях, таких как выпрямление, где ток может течь только в одном направлении. Когда диод изготовлен из кремния, прямое падение напряжения обычно составляет 0,7 В , а характеристика В _D по сравнению с I _D , связывающая напряжение и ток диода, может быть описана экспоненциальной зависимостью:

alm-lab2-e1.png

где I _S и n — масштабные коэффициенты, а kT / q (≈ 25.4 мВ при комнатной температуре) — это так называемое тепловое напряжение В _Т .

Условные обозначения на схеме диодов:

Каждый тип диода имеет определенный схематический символ, который является вариациями обычного символа диода, показанного слева на рисунке 1. Катод в форме буквы Z обозначает стабилитрон, как и второй символ на рисунке 1. Буква «S». Катод в форме катода обозначает диод Шоттки, как в следующем символе. Стрелки, указывающие от диода, обозначают светодиод, как в символе справа.Стрелки, указывающие на диод, будут представлять фотодиодный детектор света.

Рисунок 1, условные обозначения диодов

Основы стабилитрона:

Стабилитрон похож по конструкции и работе на обычный диод. В отличие от обычного диода, предназначенного для предотвращения тока в обратном направлении, стабилитрон в основном используется в обратной области выше напряжения пробоя. Характеристика I vs V аналогична кривой обычного диода.Регулируя легирование P- и N-сторон перехода, можно создать стабилитрон, который выходит из строя при напряжении от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. См. Рис. 2. В этой области пробоя или стабилитрона напряжение на диоде будет оставаться примерно постоянным в широком диапазоне токов. Максимальный потенциал обратного смещения, который может быть приложен до входа в область стабилитрона, называется пиковым обратным напряжением (PIV) или пиковым обратным напряжением (PRV).

Рисунок 2, Характеристики прямого и обратного стабилитрона I / В

При напряжениях выше начала пробоя увеличение приложенного напряжения вызовет прохождение большего тока через диод, но напряжение на диоде будет оставаться почти на уровне В _Z .Стабилитрон, работающий в режиме обратного пробоя, может обеспечивать опорное напряжение для таких систем, как регуляторы напряжения или компараторы напряжения.

Измерения напряжения пробоя стабилитрона:

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Макетная плата без пайки
Перемычки
1 — Резистор (100 Ом или любое аналогичное значение от 100 Ом до 1 кОм)
1 — 470 кОм Резистор
1 — 1 МОм Резистор
1 — 1N4735 Стабилитрон 6,2 В
2 — последовательные элементы на 1,5 В (например, элементы AA)
или
1 — Преобразователь напряжения LT1054
1 — 10 кОм Резистор
1 — 20 кОм Резистор
1 — Потенциометр 50 кОм
1 — 0.01 мкФ конденсатор
1 — 10 мкФ конденсатор
1 — 47 мкФ конденсатор

Направления:

Чтобы измерить напряжение обратного пробоя стабилитрона, нам нужно получить разность напряжений, большую, чем напряжение пробоя 6,2 В 1N4735 диода. Аппаратное обеспечение ADALM1000 может создавать (и измерять) напряжения только до 5 В максимум. Мы можем добавить внешний источник отрицательного напряжения, чтобы в сочетании с положительным внутренним напряжением получить общее напряжение, достаточно высокое для этого эксперимента.Самый простой способ — добавить фиксированное отрицательное напряжение от внешней батареи (3 В, ), как показано на рисунке 3. При использовании разного количества ячеек 1,5 В , отрицательные напряжения могут составлять -1,5, -3 и -4,5. . Полное обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, будет отрицательным напряжением, вычтенным из положительного напряжения, генерируемого каналом A AWG.

Рисунок 3, стабилитрон I в сравнении с настройкой В и

В качестве альтернативы преобразователь отрицательного напряжения постоянного тока в постоянный ток LT1054 из комплекта деталей может быть сконфигурирован для создания отрицательного напряжения от постоянного положительного источника питания 5 В ADALM1000.Как показано на рисунке 4, отрицательное выходное напряжение LT1054 можно отрегулировать примерно от 0 до –5 В , добавив цепь потенциометра. Резистор R ₁ — 10 кОм, резистор R ₂ — 20 кОм и потенциометр R _POT — 50 кОм. Конденсатор C ₁ — 10 мкФ, C ₂ — 47 мкФ и конденсатор фильтра шумов C ₃ — 0,01 мкФ.

Рис. 4. Регулируемый источник отрицательного напряжения.

Чтобы измерить отрицательное напряжение, приложенное к нижнему концу стабилитрона, нам нужно включить следующую схему делителя напряжения на вход канала B в режиме Hi-Z.Для калибровки настроек усиления и смещения делителя напряжения подключите R ₁ поочередно к GND и фиксированному источнику питания +5 В. Изменяйте настройки постоянного тока до тех пор, пока среднее значение измерения напряжения для CH-B не будет правильным. Теперь, подключив к нему R ₁ , вы можете измерить отрицательное напряжение на нижнем конце стабилитрона.

Рисунок 5, Делитель входного напряжения

Используя значения, показанные на рисунке 5, диапазон входного напряжения канала B должен теперь быть больше +10 до -10 вольт.Более подробную информацию об использовании этих делителей напряжения можно найти в Приложении ниже.

Настройка оборудования:

Генератор канала А должен быть настроен на треугольную волну 100 Гц с максимальным напряжением 5 вольт и минимальным напряжением 0 вольт таким образом, чтобы он колебался от 0 вольт до +5 вольт. Этот размах, добавленный к отрицательному смещению от LT1054 или внешней батареи, должен быть достаточно большим, чем напряжение пробоя стабилитрона 6,2 В 1N4735 для измерения напряжения пробоя. Перед измерением обязательно подключите внешнее отрицательное напряжение.Измерением тока в канале А будет ток в стабилитроне. Если вы используете одну из более поздних моделей плат ADALM1000 с 8-контактным аналоговым разъемом, вы можете использовать режим Split I / O на канале A, чтобы направить треугольную волну на конец резистора R ₁ на рисунке 3, используя CHA. при измерении напряжения на положительном конце стабилитрона с помощью вывода AIN. Теперь вы можете использовать математическую кривую CAV — CBV, чтобы построить полное напряжение на стабилитроне.

Процедура:

Загрузите необработанные захваченные данные для каждого примера стабилитрона в программу анализа данных, такую ​​как MATLAB или электронную таблицу (Excel), и вычислите ток диода I _D .Обязательно примите во внимание отрицательное смещение напряжения к измерениям для канала B, чтобы получить истинное напряжение на стабилитроне. Если вы используете внешнюю батарею, вам, вероятно, следует измерить фактическое напряжение для точных измерений напряжения пробоя. Постройте график зависимости тока от рассчитанного напряжения обратного смещения на диоде.

Вопросы:

Каков наклон (эффективное сопротивление) кривой выше напряжения пробоя?
Насколько изменяется напряжение при изменении тока от 100 мкА до 10 мА ?

Приложение:

Измерение напряжения за пределами диапазона 0-5 В:

Чтобы сохранить низкую стоимость производства платы ADALM1000, пришлось пойти на определенные компромиссы.Один из них заключался в отказе от программируемых диапазонов входного усиления, в которых используются резистивные делители и, возможно, конденсаторы с регулируемой частотной компенсацией. Это проблематичное ограничение ADALM1000, ограничивающее диапазон входного напряжения от 0 до +5 В .

Перед созданием каких-либо схем, которые работают от источников питания за пределами собственного диапазона 0–5 В ADALM1000, нам необходимо защитить аналоговые входы в режиме Hi-Z и расширить используемый диапазон напряжений. Между выводами аналогового ввода / вывода и землей и внутренним источником питания +5 В установлены большие защитные диоды, которые обычно имеют обратное смещение, когда напряжение на выводах находится в диапазоне от 0 до 5 В .Если напряжение на выводе будет превышать прямое напряжение диода за пределами этого диапазона, диоды, возможно, будут проводить большие токи.

Ограничение допустимых напряжений, которые могут быть измерены напрямую, можно расширить за счет использования внешнего делителя напряжения. Входная емкость, C _INT , аналоговых входов в режиме высокого Z составляет приблизительно 390 пФ (для конструкции rev D и немного выше для конструкции rev F). Эта относительно большая емкость вместе с относительно высокими резистивными делителями может значительно снизить частотную характеристику.На рисунке A1 мы еще раз возвращаемся к входной структуре ADALM1000 и подключению внешнего резистивного делителя напряжения R ₁ и R _2,3 . Содержимое синего поля представляет вход ADALM1000 в режиме Hi-Z. Чтобы ввести дополнительное смещение постоянного тока для измерения отрицательного напряжения, в комплект входит резистор R ₂ , который может быть подключен к фиксированным источникам 2,5 В или 5 В на ADALM1000. C _INT и эффективное сопротивление цепи делителя образуют полюс нижних частот в АЧХ.Чтобы дать вам общее представление, давайте возьмем 400 пФ для C _INT и 1 МОм для резистивного делителя. Это приведет к низкочастотному отклику со спадом 3 дБ , начинающимся примерно с 400 Гц. Обычно требуется конденсатор на входном резисторе R ₁ для компенсации частоты делителя. Такое аппаратное решение обычно требует, чтобы конденсатор (или, альтернативно, резисторы делителя) был регулируемым.

Рисунок A1, Варианты внешнего делителя напряжения.

Было бы неплохо не использовать компенсационный конденсатор, регулируемый или какой-либо другой. ALICE Desktop может регулировать усиление и смещение по постоянному току при использовании внешнего делителя. Функция цифровой (программной) частотной компенсации также включена в программный пакет ALICE 1.2 Desktop (загрузите последнюю версию с GitHub).

Программная частотная компенсация для каждого канала состоит из каскада двух настраиваемых фильтров верхних частот первого порядка. Постоянная времени и усиление каждого каскада можно регулировать.Обычные фильтры верхних частот первого порядка не пропускают постоянный ток, поэтому коэффициент усиления постоянного тока 1 тракта добавляется к общему фильтру программной компенсации верхних частот второго порядка. Эту структуру часто называют полочным фильтром из-за формы ее частотной характеристики.

На рисунке A2 показаны элементы управления компенсацией входной частоты. Для включения и выключения компенсации для каналов A и B в раскрывающемся меню «Кривые» добавлены флажки. Включение компенсации применяется как к инструментам «Осциллограф», так и к инструментам «Спектр» (измерения времени и частоты).Постоянную времени фильтра и настройки усиления можно установить с помощью новых слотов ввода на экране «Элементы управления настройками». Регуляторы регулировки усиления и смещения постоянного тока не изменились.

Рисунок A2, Элементы управления программной компенсацией

Прямоугольный сигнал 500 Гц от 0 до 5 В с выхода AWG канала A используется для наблюдения за переходной характеристикой резистивного делителя и регулировки настроек компенсационного фильтра для плоского отклика.

Для дальнейшего чтения:

Диоды

Вернуться в ALM Lab Activity Содержание

стабилитрон | Инжиниринг | Фэндом

Обозначение стабилитрона.

Диод обычно рассматривается как устройство, позволяющее току течь через него только в одном направлении; однако стабилитроны позволяют току течь и в обратном направлении, если напряжение больше номинального пробоя или «напряжения стабилитрона».

Обычный твердотельный диод не пропускает ток, если он смещен в обратном направлении ниже его напряжения обратного пробоя. При превышении напряжения пробоя обычный диод разрушается при пробое из-за избыточного тока, что приводит к перегреву.Однако процесс обратим, если устройство работает в определенных пределах. В случае прямого смещения (в направлении стрелки) на диоде наблюдается падение напряжения примерно 0,6 В для типичного кремниевого диода. Падение напряжения зависит от типа диода.

Стабилитрон демонстрирует почти те же свойства, за исключением того, что устройство специально спроектировано так, чтобы иметь значительно пониженное напряжение пробоя, так называемое напряжение Зенера . Стабилитрон содержит сильно легированный p-n-переход, позволяющий электронам туннелировать из валентной зоны материала p-типа в зону проводимости материала n-типа.Стабилитрон с обратным смещением будет демонстрировать управляемый пробой и пропускать ток, чтобы поддерживать напряжение на стабилитроне на уровне напряжения Зенера. Например, стабилитрон на 3,2 В будет демонстрировать падение напряжения на 3,2 В при обратном смещении. Однако ток не безграничен, поэтому стабилитрон обычно используется для генерации опорного напряжения для каскада усилителя или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных приложений.

Напряжение пробоя можно довольно точно контролировать в процессе легирования.Доступны допуски с точностью до 0,05%, хотя наиболее широко используемые допуски составляют 5% и 10%.

Эффект открыл американский физик Кларенс Мелвин Зинер.

Другой механизм, производящий аналогичный эффект, — это лавинный эффект, как в лавинном диоде. На самом деле два типа диодов сконструированы одинаково, и в диодах этого типа присутствуют оба эффекта. В кремниевых диодах напряжением до 5,6 вольт эффект стабилитрона является преобладающим эффектом и показывает заметный отрицательный температурный коэффициент.При напряжении выше 5,6 вольт лавинный эффект становится преобладающим и имеет положительный температурный коэффициент.

В диоде на 5,6 В эти два эффекта возникают вместе, и их температурные коэффициенты аккуратно компенсируют друг друга, поэтому диод на 5,6 В является предпочтительным элементом в критичных к температуре приложениях.

Современные технологии производства позволяют производить устройства с напряжением ниже 5,6 В с незначительными температурными коэффициентами, но по мере того, как встречаются устройства с более высоким напряжением, температурный коэффициент резко возрастает.Диод на 75 В имеет в 10 раз больший коэффициент, чем у диода на 12 В.

Все такие диоды, независимо от напряжения пробоя, обычно продаются под общим термином «стабилитрон».

Стабилитроны

широко используются в электронных схемах. Их основная функция — регулировать напряжение в цепи. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения, так что он имеет обратное смещение, стабилитрон действует как короткое замыкание, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода, и, следовательно, ограничивает напряжение до известного значения.Стабилитрон, используемый таким образом, известен как шунтирующий стабилизатор напряжения (шунт , означает параллельное соединение, а стабилизатор напряжения представляет собой класс цепей, которые вырабатывают фиксированное напряжение).

• b: стабилитрон | Викиучебники: стабилитроны [1]

Что такое стабилитрон? Принцип работы и пример использования

Мы часто используем стабилитрон во многих электронных схемах. Например, блоки питания, датчики напряжения и т. Д.

Это очень полезный прибор в электронике. Но … Вы достаточно хорошо понимаете?

Сегодня мы познакомимся с принципом работы стабилитронов и примерами приложений.

Позвольте мне объяснить, почему мы должны их изучать.

Что такое стабилитрон

Стабилитрон — двухконтактный прибор. Один тип полупроводника. Он имеет свойства, отличные от обычного диода.

Посмотрите на изображение ниже, где показан символ стабилитрона (справа) в электронной схеме.А форма настоящего выглядит как обычный диод (слева).

Есть много размеров от, в зависимости от мощности. Большой размер также больше ватт мощности. Картинка составляет всего полватта (1 Вт).

Кредитное фото Стабилитрон от TeOhk

Основы работы стабилитрона

Когда я был новичком. Я давно понял, как это работает. Ты лучше чем я. Я так рад видеть, что вы быстрее освоите стабилитрон.

Смотрите много изображений, может вам помочь.

Посмотрите на блок-схему ниже.

Сравнение смещения между диодом и стабилитроном

И диод, и стабилитрон имеют разные функции и базовое смещение.

• Слева: для работы выпрямительного диода требуется прямое смещение.
• Справа: для работы стабилитрона требуется смещение вознаграждения.

Что еще?

Внутренний виртуальный канал

Посмотрите на внутренний виртуальный канал ниже.

Стабилитрон работает с использованием напряжения пробоя или напряжения, называемого стабилитроном.Когда работает при обратном смещении.

Обучение: взаимосвязь между током и напряжением

Во время этого пробоя падение напряжения на стабилитроне будет постоянным. Исходя из этого принципа, мы можем использовать стабилитрон для поддержания постоянного напряжения.

Затем см. График свойств стабилитрона

Стабилитрон имеет тот же график свойств, что и обычный диод. Но другое при напряжении пробоя. В диоде напряжение пробоя имеет высокое значение.

Например, диод 1N4001 имеет напряжение пробоя 50 В и т. Д. Но стабилитрон имеет этот низкий уровень напряжения, в зависимости от свойств стабилитрона.

С учетом обратного смещения на графике. В нижнем диапазоне уровня напряжения пробоя. Через него будет протекать небольшое количество напряжения и тока.

А, из-за тока утечки в стабилитроне. Но этого тока очень мало. Так что на работу стабилитрона это никак не влияет.

Вы поняли основную идею?

Давайте посмотрим на примеры принципиальных схем, в которых мы используем эту идею. Мы используем его как детектор напряжения, это очень просто, но полезно.

С чем можно сравнить стабилитрон?

Впервые не понял, как работает. Но когда я увидел изображение ниже. Я прекрасно понимаю. Ты такой же, как я?

Представьте себе стабилитрон, который выглядит так, как будто банка пробита. Посмотрите на блок-схему ниже.

Стабилитрон, похожий на банку, пробит

Тот, кто знал, сказал, картинку, объясняющую сложные вещи, легче понять, чем текст.Это правда?

Разрешите вам объяснить.

• Смесители сравнивают с блоком питания.
• Вода подобна электричеству.
• Уровень воды в банке сопоставим с напряжением стабилитрона. Который будет на том же уровне, что и отверстие, просверленное на стороне банки.

Вот пошаговый процесс.

• Когда открываем кран. Вода потечет из-под крана в банку. Которая проткнула край банки.
• Когда уровень воды достигнет просверленного отверстия, вода вытечет наружу.
• Уровень воды постоянный, не может быть выше уровня отверстия. Так что это то же самое, что и стабилитрон.

При подаче тока через R1 на стабилитрон через K, катод и вывод A анод заземлен.

Допустим, это стабилитрон № 1N5225 или BZX55C3V0 (3 В) 0,5 Вт. Напряжение на стабилитроне равно 3 В. (См. Таблицу 1).

• BZX55C2V0 (2 В)
• BZX55C2V2 (2,2 В)
• BZX55C2V4 (2,4 В)
• BZX55C2V7 (2.7 В)
• BZX55C3V0 (3 В)
• BZX55C3V3 (3,3 В)
• BZX55C3V6 (3,6 В)
• BZX55C3V9 (3,9 В)
• BZX55C4V3 (4,3 В)
• BZX55VC4V3 (4,3 В)
• BZX55VC4V7 (4,3 В)
• BZX55VC4V7
• BZX55C5V6 (5,6 В)
• BZX55C6V2 (6,2 В)
• BZX55C6V8 (6,8 В)
• BZX55C7V5 (7,5 В)
• BZX55C8V2 (8,2 В 26)
• BZX55C9V2 (8,2 В 26)
• BZX55C9V1 (9,125 В
• )
• BZX55C11 (11 В)
• BZX55C12 (12 В)
• BZX55C13 (13 В)
• BZX55C15 (15 В)
• BZX55C16 (16 В)
• BZX55C18 (18 В)
• BZX55C20 (20 В 24)
• C20 (20 В 24)
• C 24V)
• BZX55C27 (27V)
• BZX55C30 (30V)
• BZX55C33 (33V)
• BZX55C36 (36V)
• BZX55C39 (39V)
• BZX55C43 (43V000)

BZX55C26 Следовательно, Источник питания имеет более высокое напряжение, чем напряжение на стабилитроне.

Базовый стабилитрон прямого смещения и обратного смещения

Стабилитрон всегда поддерживает падение напряжения на нем на уровне 3 В. Оставшееся напряжение упадет на резисторе.

Не только это, см. Следующие электрические схемы.

См. Пример базового стабилитрона между прямым смещением (A) и обратным смещением (B).

• Посмотрите на схему A.
  Когда мы вводим напряжение прямого смещения. (На анодном штыре больше напряжения, чем на катоде).Положительный ток поступает на анод стабилитрона (ZD1) через резистор (R1).

  Стабилитрон работает как обычный диод. Это позволит току течь через него. И есть падение напряжения около 0,6 В. Остальное напряжение подается на резистор.

  Когда напряжение стабилитрона складывается с резистором, мы получаем напряжение, равное напряжению источника питания.
  

• Посмотрите на схему B.
  Напротив, когда мы вводим обратное смещение (катодный вывод имеет большее напряжение, чем анодный вывод) на стабилитрон.

  На этот раз стабилитрон будет иметь другие функции, чем обычные диоды.

  Общие диоды не пропускают через себя токи.

  Но в этом стабилитрон пропускает через себя ток. Только когда напряжение на обратном смещении больше напряжения стабилитрона.

  В этом все работает. Потому что блок питания 6 В. А напряжение стабилитрона 3В. И напряжение на стабилитроне постоянно. Это уровень напряжения пробоя, как указано выше.

Мы можем изменить этот уровень напряжения (Vz). Изменив количество стабилитронов, указанное производителем, мы получим много чисел и много размеров, как указано выше.

Что еще? Мы изучим их на многих примерах схем ниже.

Как использовать стабилитрон

Обычно стабилитрон используется в качестве цепи стабилизатора. Есть много следующих форм.

Простой регулятор тока и постоянного напряжения

Посмотрите на базовую схему ниже.
Это схема регулятора низкого тока. Что определяется резистором R1. А выходное напряжение имеет постоянное значение, равное напряжению стабилитрона при любых нагрузках.

Соответствующее сопротивление R1 можно рассчитать по формуле:

R1 = (Vin — Vz) / (IL + Iz)

На практике. Ток-Из, пока нагрузка подключена. Обычно мы устанавливаем его на 5 мА. Итак, мы получаем новую формулу.

R1 = (Vin -Vz) / (IL + 5mA)

Итак, выбор сопротивления зависит только от тока, протекающего через нагрузку.Но при желании рассчитать для использования в реальной работе.

Мы должны компенсировать ток IZ. Пока тоже нет нагрузки.

Потому что, пока нет продолжения нагрузки, ток будет течь через все стабилитроны. Это должно позволить выдерживать мощность стабилитрона даже без нагрузки.

Хотите увидеть реальные расчеты, чтобы найти R1?

Читайте также: Стабилитрон 5 В, низкий ток

Помните:

Выбор стабилитрона.Нам нужно посмотреть на мощность, которую может выдержать стабилитрон.

Что рассчитывается следующим образом:
Мощность, потерянная в стабилитроне (P), равна напряжению стабилитрона (Vz), умноженному на ток, проходящий через стабилитрон (Iz).

P = Vz x Iz

Примечание: Iz получается из напряжения на резисторе, деленного на сопротивление этого резистора (R).

У вас есть идея?

Basic Стабилитрон с большим током и транзисторный стабилизатор

Посмотрите на схему ниже.Он похож на предыдущую схему. Но он может обеспечить более высокий ток. Потому что транзистор помогает увеличить ток.

Подключаем последовательно перед выводом. Затем используйте напряжение стабилитрона в качестве напряжения смещения для транзистора. Выходное напряжение этой схемы меньше стабилитрона около 0,6 В.

Потому что напряжение стабилитрона между базой и эмиттером транзистора будет падать примерно на 0,6 вольт.

Максимальный ток, который может подавать схема, зависит от мощности транзистора.

Если транзистор сильно выдерживает ток. Он может подавать много токов. А с другой стороны, если мало сопротивления. он будет обеспечивать более низкий ток.

Перечень деталей

• Q1: 2N3053, 0,7 А 40 В NPN транзистор
• ZD1: 12 В 0,5 Вт стабилитрон
• C1: 10 мкФ 16 В электролитический конденсатор
• R1: 1,2 кОм 0,25 Вт 5% резистор
• R2: 4,7 кОм 0,25 Вт 5% Резистор

Также проверьте эти связанные схемы:

Вы наблюдаете? Выход 11.Только 4 В, но нам нужно 12 В. Как дела?

Тогда решение проблемы — сделать выходное напряжение равным напряжению на стабилитроне.

Посмотрите на электрическую схему. Добавьте диод для смещения напряжения транзистора B-E.

Добавить диод для смещения напряжения транзистора B-E

Посредством объединения выпрямительного диода с диодом Зенера. Из-за напряжения на диоде он просто смещает напряжение на контакте B-E транзистора.

Таким образом, выходное напряжение равно напряжению стабилитрона.

Сделать стабилизатор 3 В постоянного тока на стабилитроне и транзисторе

Это проще? Если использовать подходящий стабилитрон.

Посмотрите на настоящую схему.

Мы используем стабилитрон № 1N5227 или BZX55C3V6. Он имеет напряжение на стабилитроне 3,6 В.

Когда ток течет через базу к эмиттеру. Напряжение на базе и эмиттере будет около 0,6 В.

Поэтому нужно зарезервировать еще 0,6В. Выходное напряжение составляет примерно 3 В

Для других устройств принцип питания постоянного тока такой же.

Когда трансформатор понижает напряжение до 9 В, он передает на диоды выпрямителя D1 и D2 (двухполупериодный выпрямитель) напряжение постоянного тока.

Тогда C1 сделает постоянный ток более плавным. Он передает резистор R1 на катод стабилитрона.

Далее, C2 — конденсатор фильтра для поддержания стабильного напряжения стабилитрона. А C3 также является фильтрующим конденсатором для уменьшения пульсации.

Эта схема может выдавать выход 3 В при макс. 800 мА.

См. Список деталей ниже

• Q1: 2SC1061, 4A 40V NPN транзистор
• ZD1: 3.Стабилитрон 6 В 0,5 Вт, 1N5227 или BZX55C3V6
• D1, D2: 1N4001, 1A Диод 50 В
• R1: 5 кОм 0,25 Вт 5% резистор
• C1, C3: 1000 мкФ 16 В электролитические конденсаторы 26
• C2: 1 мкФ конденсатор 16 В электролитический
• T1: от первичной обмотки 117/230 В перем. Тока до трансформатора вторичной обмотки 9–0–9 В, 1 А

Что еще?

Компаратор напряжения Стабилизатор ОУ на стабилитроне

Какая схема лучше?

В дополнение к этому методу у нас также есть способ сравнить выходное напряжение с напряжением стабилитрона.Используя операционный усилитель в качестве компаратора. Как показано на рисунке ниже.

Компаратор напряжения, схема стабилитронного стабилизатора на операционном усилителе

Когда на вход подается питание, на стабилитроне 12 В появляется напряжение. Следовательно, на выводе 3 операционного усилителя (CA3140) также есть напряжение 12 В.

Когда питание поступает на вход, на стабилитроне 12 В присутствует напряжение. Следовательно, на выводе 3 операционного усилителя также есть напряжение, равное 12 В.

Это вызывает положительное напряжение на выходном контакте 6 операционного усилителя.На предвзятость Q1 работает. Итак, ток протекает через контакты C-E и R3.

Если контакты 2 и 3 выше, то напряжение будет выходить на контакт 6. Для смещения Q1 протекает больше тока. Пока напряжение на выводах 2 и 3 не станет равным.

Мы увидим, что эта схема имеет более высокую стабильность, чем только один транзистор.

Детали, которые вам понадобятся

• IC1: CA3140, 4,5 МГц, операционный усилитель Bimos с входом MOSFET / биполярным выходом
• Q1: 2N3053, 0,7A 40 В NPN-транзистор
• ZD1: 12 В 0.Стабилитрон 5 Вт
• C1: 10 мкФ 25 В Электролитический конденсатор
  0,25 Вт Резисторы, допуск: 5%
• R1, R3: 1,2 кОм
• R2: 4,7 кОм

Заключение

Мы видим, что стабилитрон используется в различных схемах.

Вот несколько связанных сообщений, которые вы, возможно, захотите прочитать:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Стабилитрон — обзор

Пример 3.4

Желательно поддерживать сопротивление нагрузки R _L при постоянном напряжении 100 В, поскольку входное напряжение изменяется от 120 до 110 В. Если стабилизатор напряжения типа, показанного на рис. 3.10a, должен Для достижения этой цели найдите наилучшее значение R _s , учитывая, что R _L = 10 кОм.

Сначала мы выбираем стабилитрон с напряжением В _z = 100 В. Во-вторых, мы должны определить максимальный ток через стабилитрон при нормальной работе и убедиться, что он не превышает максимально допустимый ток стабилитрона.Затем определяем R _s .

Для начала предположим, что входное напряжение зафиксировано на уровне В _мин = 110 В; тогда падение напряжения 10 В на последовательном сопротивлении R _s оставит R _L с падением напряжения 100 В — желаемое состояние. Чтобы это произошло, ток 10 мА должен протекать через R _L и R _с , что определило бы последовательное сопротивление как R _с = 10 В / 10 мА = 1 кОм. .Если бы напряжение оставалось на уровне 110 В, стабилитрон не понадобился бы, так как стабилитрон не протекал бы, даже если бы стабилитрон присутствовал. Однако входное напряжение изменяется, как показано на рис. 3.10b. Переключение с 110 В на 120 В обычно происходит не быстро, но может происходить за секунды, минуты или даже часы.

При повышении входного напряжения до 120 В ток через R _s будет увеличиваться пропорционально. Чтобы поддерживать R _L при 100 В, ток через R _L должен оставаться на уровне 10 мА, а любой избыточный ток должен проходить через стабилитрон.Когда входное напряжение составляет В _макс = 120 В, 20 В падает на R _с и 20 мА проходит через R _с (от 10 мА до R _L и 10 мА через стабилитрон). Следовательно, как показано на рис. 3.10b, ток стабилитрона изменяется между I _{z , мин.} = 0 и I _{z , макс.} = 10 мА в ответ на изменения входного напряжения, в то время как нагрузка напряжение остается постоянным на уровне 100 В.

Условие I _{z , min} = 0 может использоваться для определения оптимального значения для R _s , т. Е.

Rs, оптимальный = Vmin − VzIL

, который для нашего примера дает R _{с , opt} = (110 В — 100 В ) / 10 мА = 1 кОм.

Если мы знаем максимальный ток I _{z , max} , который может выдержать стабилитрон, мы можем указать минимальное значение R _s , которое можно использовать в цепи стабилизатора напряжения на стабилитроне. as

Rs, min = Vmax − VzIz, max + IL

Если предположить, что I _{z , max} = 30 мА, то для R _s = (120 — 100 ) / (30 + 10) = 0.5 кОм = 500 Ом. Преимущество использования меньшего сопротивления для R _s заключается в том, что если входное напряжение падает ниже 110 В, действие регулятора все еще может иметь место. Недостатком является то, что (i) R _{s , min} рассеивает больше мощности, чем R _{s , opt} , (ii) ток стабилитрона изменяется в пределах I _{z , min} = 10 мА и I _{z , макс} = 30 мА, тогда как для R _{s , opt} ток Зенера изменяется только от 0 до 10 мА, и (iii) если входное напряжение превышает 120 В, ток стабилитрона превысит максимально допустимый ток I _{z , max} и, скорее всего, повредит диод.

Всегда существует некоторая опасность превышения максимального тока диода либо из-за неожиданного восходящего колебания входного напряжения, либо из-за внезапного отключения нагрузки, в результате чего весь входной ток будет протекать через диод. Последний случай, случай внезапной разомкнутой нагрузки ( R _L = ∞), обычно приводит к выходу из строя стабилитрона, поскольку наиболее вероятно, что I _{z , max} будет превышено.

Как использовать стабилитроны

AN008 — Как использовать стабилитроны

Elliott Sound Products

АН-008

Род Эллиотт (ESP)

---

Прил.Индекс банкнот
Основной индекс

---

О стабилитронах Стабилитроны
очень часто используются для базовых задач регулирования напряжения. Они используются как дискретные компоненты, а также в ИС, которым требуется опорное напряжение. Стабилитроны (также иногда называемые диодами опорного напряжения) действуют как обычный кремниевый диод в прямом направлении, но предназначены для пробоя при определенном напряжении при воздействии обратного напряжения.

Все диоды делают это, но обычно при напряжениях, которые непредсказуемы и слишком высоки для обычных задач регулирования напряжения.В стабилитронах используются два разных эффекта …

• Ударная ионизация (также называемая лавинным пробоем) — положительный температурный коэффициент
• Пробой стабилитрона — отрицательный температурный коэффициент

Ниже 5,5 В преобладает стабилитрон, а при напряжениях 8 В и выше — лавинный пробой. Хотя у меня нет намерения вдаваться в подробности, в сети есть много информации (см. Ссылки) для тех, кто хочет знать больше.Поскольку эти два эффекта имеют противоположные тепловые характеристики, стабилитроны при напряжении около 6 В обычно имеют очень стабильные характеристики в отношении температуры, поскольку положительный и отрицательный температурные коэффициенты компенсируются.

Очень высокая термическая стабильность может быть получена путем последовательного включения стабилитрона с обычным диодом. Здесь нет жестких правил, и обычно требуется выбор устройства, чтобы комбинация была как можно более стабильной. Можно выбрать стабилитрон около 7-8 В для работы с диодом, чтобы компенсировать температурный дрейф.Излишне говорить, что диодный и стабилитронный переходы должны находиться в тесном тепловом контакте, иначе температурная компенсация не увенчается успехом.

Стабилитрон — это уникальный полупроводниковый прибор, который выполняет множество различных задач, в отличие от любого другого компонента. Похожее устройство (которое, по сути, является самим специализированным стабилитроном) — это диод TVS (ограничитель переходного напряжения). Однако есть несколько альтернатив TVS-диодам, в отличие от стабилитронов. ИС прецизионного опорного напряжения можно рассматривать как аналог стабилитронов, но это не так — это ИС, которые используют опорную ширину запрещенной зоны (обычно около 1.25 В). Это ИС, содержащие множество внутренних деталей. Стабилитрон — это цельная деталь с одним P-N переходом.

---

Использование стабилитронов
По непонятным мне причинам в сети почти нет информации о том, как именно использовать стабилитрон. Вопреки тому, что можно было ожидать, существуют ограничения для правильного использования, и если они не будут соблюдены, производительность будет намного хуже, чем ожидалось. На Рисунке 1 показаны стандартные характеристики стабилитрона, но, как и почти все подобные диаграммы, упускается важная информация.

Рисунок 1 — Проводимость стабилитрона

Итак, чего не хватает? Важная часть, которую легко упустить, — это то, что наклон секции разбивки составляет , а не прямую . Стабилитроны обладают так называемым «динамическим сопротивлением» (или импедансом), и это следует учитывать при проектировании схемы с использованием стабилитрона.

Фактическое напряжение, при котором начинается пробой, называется изломом кривой, и в этой области напряжение довольно нестабильно.Он довольно сильно меняется в зависимости от тока, поэтому важно, чтобы стабилитрон работал выше колена, где наклон является наиболее линейным.

В некоторых технических паспортах приводится значение динамического сопротивления, которое обычно составляет около 0,25 от максимального номинального тока. Динамическое сопротивление при таком токе может составлять всего пару Ом, а напряжение стабилитрона около 5-6 В дает лучший результат. Обратите внимание, что это также соответствует лучшим тепловым характеристикам.

Это все хорошо, но что такое динамическое сопротивление? Это просто «кажущееся» сопротивление, которое можно измерить, изменив силу тока.Лучше всего это пояснить на примере. Предположим, что динамическое сопротивление для конкретного стабилитрона составляет 10 Ом. Если изменить ток на 10 мА, напряжение на стабилитроне изменится на …

.

В = R × I = 10 Ом * 10 мА = 0,1 В (или 100 мВ)

Таким образом, напряжение на стабилитроне изменится на 100 мВ при изменении тока на 10 мА. Хотя, например, для стабилитрона 15 В это может показаться не очень большим, это все же представляет собой значительную ошибку. По этой причине стабилитроны в схемах регуляторов обычно питаются от источника постоянного тока или через резистор от регулируемого выхода.Это минимизирует колебания тока и улучшает регулирование.

В технических паспортах производителей часто указывается динамическое сопротивление как в колене, так и при заданном токе. Стоит отметить, что, хотя динамическое сопротивление стабилитрона может составлять всего 2-15 Ом при 25% максимального тока (в зависимости от номинального напряжения и мощности), оно может быть более 500 Ом на уровне колена, так же как и стабилитрон начинает выходить из строя. Фактические цифры меняются в зависимости от напряжения пробоя, при этом стабилитроны высокого напряжения имеют намного более высокое динамическое сопротивление (на всех участках кривой пробоя), чем блоки низкого напряжения.Точно так же детали с более высокой мощностью будут иметь более низкое динамическое сопротивление, чем версии с низким энергопотреблением (но для достижения стабильной рабочей точки требуется больший ток).

Наконец, полезно посмотреть, как определить максимальный ток стабилитрона, и установить практическое правило для оптимизации тока для достижения наилучших характеристик. В технических паспортах стабилитронов обычно указывается максимальный ток для различных напряжений, но это может быть легко решено, если у вас нет таблицы данных под рукой …

I = P / V , где I = ток, P = номинальная мощность стабилитрона и V = номинальное напряжение стабилитрона.

Например, стабилитрон 27 В 2 Вт может выдерживать максимальный непрерывный ток …

I = 2/27 = 0,074 A = 74 мА (при 25 ° C)

Как указано в примечании к приложению «стабилитрон с использованием транзисторов» (AN-007), для оптимальной работы стабилитрона лучше всего поддерживать ток на уровне максимум 0,7 номинального тока, поэтому стабилитрон 27 В / 2 Вт не должен работать с током более 47 мА. Идеальное значение составляет 20-30% от максимума, так как это сводит к минимуму потери энергии, поддерживает приемлемую температуру стабилитрона и гарантирует, что стабилитрон работает в пределах наиболее линейной части кривой.Если вы посмотрите на приведенную ниже таблицу данных стабилитрона, вы увидите, что испытательный ток обычно составляет от 25% до 36% от максимального продолжительного тока. Мудрый читатель поймет, что этот диапазон был выбран, чтобы показать диод в наилучшем свете, и, следовательно, это рекомендуемый рабочий ток.

Хотя все это не является сложным, это показывает, что в скромном стабилитроне (не очень) есть нечто большее, чем склонны осознавать новички (и многие профессионалы в том числе). Только поняв, какой компонент вы используете, вы сможете добиться от него максимальной производительности.Конечно, это относится не только к стабилитронам — большинство (так называемых) простых компонентов имеют характеристики, о которых многие не подозревают.

Помните, что стабилитрон очень похож на обычный диод, за исключением того, что он имеет определенное обратное напряжение пробоя, которое намного ниже, чем у любого стандартного выпрямительного диода. Стабилитроны всегда подключены с обратной полярностью по сравнению с выпрямительным диодом, поэтому катод (клемма с полосой на корпусе) подключается к самой положительной точке в цепи.

---

Зажимы Зенера

Часто необходимо применять зажим, чтобы напряжение переменного тока не превышало заданное значение. На рис. 2 показаны два способа сделать это. Первый явно неверен — хотя он будет работать как фиксатор, пиковое выходное напряжение (на стабилитронах) будет всего 0,65 В. Стабилитроны действуют как обычные диоды с примененной обратной полярностью, поэтому первая цифра идентична паре обычных диодов.

Рисунок 2 — Зажим для переменного тока на стабилитроне

В первом случае оба стабилитрона будут проводить как обычные диоды, потому что напряжение стабилитрона никогда не будет достигнуто.Во втором случае фактическое зафиксированное напряжение будет на 0,65 В выше напряжения стабилитрона из-за последовательного диода. Таким образом, стабилитроны на 12 В будут фиксировать напряжение около 12,65 В — R1 предназначен для ограничения тока до безопасного значения для стабилитронов, как описано выше.

Важно помнить, что стабилитроны идентичны стандартным диодам при напряжении ниже своего стабилитрона — фактически, обычные диоды могут использоваться как стабилитроны. Фактическое напряжение пробоя обычно намного выше, чем обычно используется, и каждый диод (даже из одного производственного цикла) будет иметь другое напряжение пробоя, которое обычно слишком велико, чтобы быть полезным.

---

Данные стабилитрона

Приведенные ниже данные довольно типичны для стабилитронов мощностью 1 Вт в целом и показывают напряжение стабилитрона и одно из наиболее важных значений — динамическое сопротивление. Это полезно, потому что показывает, насколько хорошо стабилитрон будет регулировать и (с небольшими вычислениями), сколько пульсаций вы получите, когда стабилитрон будет питаться от типичного источника питания. Пример расчета показан ниже.

Если вы хотите самостоятельно измерить динамическое сопротивление, это довольно просто сделать.Во-первых, используйте ток около 20% от номинального максимума от регулируемого источника питания через подходящий резистор. Измерьте и запишите напряжение на стабилитроне. Теперь увеличьте ток (скажем) на 10 мА для стабилитронов менее 33 В. Вам нужно будет использовать меньшее увеличение тока для типов с более высоким напряжением. Снова измерьте напряжение стабилитрона и отметьте точное увеличение тока.

Например, вы можете измерить следующее …

Напряжение стабилитрона = 11,97 В при 20 мА
Напряжение стабилитрона = 12.06 В при 30 мА
ΔV = 90 мВ, ΔI = 10 мА
R = ΔV / ΔI = 0,09 / 0,01 = 9 Ом

Этот процесс можно использовать с любым стабилитроном. Вам просто нужно отрегулировать ток в соответствии с требованиями, убедившись, что начальный и конечный испытательные токи находятся в пределах линейной части характеристик стабилитрона. Точность зависит от точности вашего испытательного оборудования, и важно убедиться, что температура стабилитрона остается стабильной во время теста, иначе вы получите неправильный ответ из-за теплового коэффициента стабилитрона.По возможности, испытания должны быть очень короткими с использованием импульсов, но это очень сложно без специального оборудования.

Следующие данные представляют собой полезный краткий справочник для стандартных стабилитронов мощностью 1 Вт. Основная информация взята из таблицы данных Semtech Electronics для стабилитронов серии 1N47xx. Обратите внимание, что суффикс «A» (например, 1N4747A) означает, что допуск составляет 5%, а стандартный допуск обычно составляет 10%. Напряжение стабилитрона измеряется в условиях теплового равновесия и испытания на постоянном токе при показанном испытательном токе (I _zt ).

Обратите внимание, что стабилитрон 6,2 В (1N4735) имеет самое низкое динамическое сопротивление из всех показанных, и, как правило, также имеет температурный коэффициент, близкий к нулю. Это означает, что это одно из лучших значений для использования там, где требуется достаточно стабильное опорное напряжение. Поскольку это очень полезное значение, оно выделено в таблице. Если вам нужен стабильный источник опорного напряжения или , тогда не используйте стабилитрон, а используйте вместо него специализированную ИС прецизионного опорного напряжения.

Тип	V Z (ном.)	I Zt мА	R Zt Ом	R Z Ом при …	Колено Ток (мА)	Утечка мкА	Утечка Напряжение	Пик Ток (мА)	Продолж. Ток (мА)
1N4728	3,3	76	10	400	1	150	1	1375	275

16 69 10 400 1 100 1 1260 252 1N4730 3,9 64 3,9 64 1 1190 234 1N4731 4,3 58 9,0 400 1 50 1 1070 1 9357 53 8,0 500 1 10 1 970 193 1N4733 5,1 49 5,1 49 934 1 890 178 1N4734 5,6 45 5,0 600 1 10 2 810 935 2 810 9352 41 2,0 ​​ 700 1 10 3 730 146 1N4736 3,5 37 3,5 37 3,5 37 4 660 133 1N4737 7,5 34 4,0 700 0,5 10 5 605 1212 31 4,5 700 0,5 10 6 550 110 1N4739 9,1 28 9,1 289 5,0 7 500 100 1N4740 10 25 7,0 700 0,25 10 7,6 454 7,6 454 909 8.0 700 0,25 5 8,4 414 83 1N4742 12 21 9,0 700

935 934 76 1N4743 13 19 10 700 0,25 5 9,9 344 69 1 0.25 5 11,4 304 61 1N4745 16 15,5 16 700 0,25 5 0,25 5 18 14 20 750 0,25 5 13,7 250 50 1N4747 20 12.5 22 750 0,25 5 15,2 225 45 1N4748 22 11,5 23 11,5 23 205 41 1N4749 24 10,5 25 750 0,25 5 18,2 190 38 1N47495 35 750 0,25 5 20,6 170 34 1N4751 30 8,5 40 8,5 40 150 30 1N4752 33 7,5 45 1000 0,25 5 25,1 135 270 50 1000 0,25 5 27,4 125 25 1N4754 39 6,5 60 6,5 60 115 23 1N4755 43 6.0 70 1500 0,25 5 32,7 110 226 15 80 1500 0,25 5 35,8 95 19 1N4757 51 5,0 1500 5,0 1500 90 18 1N4758 56 4,5 110 2000 0,25 5 42,6 80 160 125 2000 0,25 5 47,1 70 14 1N4760 68 3,7 150 3,7 150 2000 65 13 1N4761 75 3,3 175 2000 0,25 5 56,0 60 12

35 10 200 3000 0,25 5 62,2 55 11 1N4763 91 2,8 250 2,8 250 3000 50 10 1N4764 100 2,5 350 3000 0,25 5 76,0 45 9 Таблица 1 Характеристики

1. I _Zt = испытательный ток стабилитрона
2. R _Zt = динамическое сопротивление при заявленном испытательном токе
3. R _Z = динамическое сопротивление при токе, показанном в следующем столбце (Ток в колене (мА))
4. Ток утечки = ток через стабилитрон ниже изгиба кривой проводимости стабилитрона при напряжении, указанном в следующем столбце (Напряжение утечки)
5. Пиковый ток = максимальный неповторяющийся кратковременный ток (обычно <1 мс)
6. Непрерывный ток = максимальный непрерывный ток, при условии, что провода на расстоянии 10 мм от тела имеют температуру 25 ° C (на практике маловероятно)

Рисунок 3 — Температурное снижение номинальных характеристик стабилитрона

Как и все полупроводники, стабилитроны должны быть снижены, если их температура превышает 25 ° C.Это всегда случай при нормальном использовании, и если вы используете приведенные выше рекомендации, вам обычно не нужно беспокоиться. На приведенном выше графике показана типичная кривая снижения номинальных характеристик стабилитронов, которую необходимо соблюдать для обеспечения надежности. Как и любой другой полупроводник, если стабилитрон слишком горячий, чтобы прикасаться к нему, он горячее, чем должен быть. Уменьшите ток или используйте усиленный стабилитрон, описанный в AN-007.

Стабилитроны можно использовать последовательно, либо для увеличения мощности, либо для получения напряжения, недоступного иным образом. Не используйте стабилитроны параллельно, так как они не будут делить ток поровну (помните, что большинство из них имеют допуск 10%). Стабилитрон с более низким напряжением «перехватит» ток, перегреется и выйдет из строя. При последовательном использовании старайтесь поддерживать отдельные напряжения стабилитрона близкими к одинаковым, так как это гарантирует, что оптимальный ток через каждый из них находится в оптимальном диапазоне. Например, использование стабилитрона на 27 В последовательно с стабилитроном на 5,1 В было бы плохой идеей, потому что невозможно легко достичь оптимального тока через оба.

---

Использование стабилитронов

Использовать стабилитроны в качестве стабилизаторов достаточно просто, но есть некоторые вещи, которые вам нужно знать, прежде чем все подключать. Типовая схема показана ниже для справки и не предназначена для того, чтобы быть чем-то конкретным — это просто пример. Обратите внимание, что если вам нужен двойной источник питания (например, ± 15 В), тогда цепь просто дублируется для отрицательного источника питания, меняя полярность стабилитрона и C1 по мере необходимости. Мы будем использовать стабилитрон 1 Вт, в данном случае 1N4744, диод 15 В.Максимальный ток, который мы хотели бы использовать, составляет примерно половину расчетного максимума (не более 33 мА). Минимально допустимый ток составляет около 10% (достаточно близко к 7 мА).

Рисунок 4 — Типовая схема стабилитрона

Во-первых, вам необходимо знать следующие подробности о предполагаемой схеме …

1. Источник напряжения — например, от источника питания усилителя мощности (включая любые пульсации напряжения)
2. Максимальное и минимальное значения напряжения источника — оно будет меняться в зависимости от напряжения сети, тока нагрузки и пульсаций
3. Желаемое регулируемое напряжение — предпочтительно с использованием стабилитрона стандартного значения.Мы будем использовать 15V
4. Ток нагрузки — ожидаемый ток потребления схемы, питаемой от стабилизированного источника питания.

Когда у вас есть эта информация, вы можете определить последовательное сопротивление, необходимое для стабилитрона и нагрузки. Резистор должен пропускать достаточный ток, чтобы стабилитрон находился в пределах своей линейной области, но значительно ниже максимального значения, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность. Если напряжение источника изменяется в широком диапазоне, может оказаться невозможным успешно использовать простой стабилитрон.

Предположим, что напряжение источника поступает от источника питания 35 В, используемого для усилителя мощности. Максимальное напряжение может достигать 38 В и падать до 30 В, когда усилитель мощности работает на полную мощность при низком сетевом напряжении. Между тем, предусилитель, которому требуется регулируемое питание, использует пару операционных усилителей и потребляет 10 мА. Вы хотите использовать источник питания 15 В. для операционных усилителей. Это вся необходимая информация, поэтому мы можем провести расчеты. Vs — напряжение источника, Is — ток источника, Iz — ток стабилитрона, I , L — ток нагрузки, Rs — сопротивление источника.

Iz (макс.) = 30 мА (наихудший случай, отсутствие нагрузки на сетевое питание и максимальное сетевое напряжение)
I L = 10 мА (ток, потребляемый операционными усилителями)
Is (макс.) = 40 мА (опять же, полный ток от источника в наихудшем случае)

Из этого мы можем рассчитать сопротивление Rs. Напряжение на Rs составляет 23 В, когда напряжение источника максимально, поэтому Rs должно быть …

.

Rs = Vs / I = 23 / 40м = 575 Ом

Когда напряжение источника минимально, на Rs будет только 15 В, поэтому нам нужно убедиться, что ток стабилитрона по-прежнему будет достаточным…

Is = V / R = 15/575 Ом = 26 мА
Iz = Is — I L = 26 мА — 10 мА = 16 мА

Когда мы убираем ток нагрузки (10 мА для операционных усилителей), у нас все еще остается доступный ток стабилитрона 16 мА, поэтому регулирование будет вполне приемлемым, и стабилитрон не будет нагружен. 575 Ом — нестандартное значение, поэтому вместо него мы будем использовать резистор 560 Ом. Нет необходимости заново рассчитывать все, потому что изменение небольшое, и мы позаботились о том, чтобы дизайн был консервативным с самого начала.Следующим шагом является определение мощности, рассеиваемой в истоковом резисторе Rs …

для наихудшего случая.

Is = 23 В / 560 Ом = 41 мА P = Is² × R = 41 мА² * 560 Ом = 941 мВт

В этом случае было бы неразумно использовать резистор менее 2 Вт, но лучше с проволочной обмоткой 5 Вт. Точно так же, как рассчитывалась мощность резистора, неплохо дважды проверить рассеивание стабилитрона в худшем случае. Возможно, удастся отключить операционные усилители, и в этом случае стабилитрон должен будет полностью поглотить 41 мА, поэтому рассеиваемая мощность составит 615 мВт.Это выше, чем цель, установленная в начале этого упражнения, но находится в пределах рейтинга стабилитрона 1W и никогда не будет проблемой в долгосрочной перспективе. Нормальное рассеивание в худшем случае составляет всего 465 мВт при подключенных операционных усилителях, и это вполне приемлемо.

На рисунке 4 показан конденсатор 220 мкФ, подключенный параллельно стабилитрону. Это не влияет на выходной шум , а не , потому что импеданс (он же динамическое сопротивление) стабилитрона очень низок. Мы использовали пример стабилитрона 15 В, поэтому мы ожидаем, что его сопротивление будет около 14 Ом (из таблицы).Чтобы быть полезным для снижения шума, C1 должен быть не менее 1000 мкФ, но в большинстве случаев используются гораздо более низкие значения (обычно 100–220 мкФ). Цель состоит в том, чтобы подавать мгновенный (импульсный) ток, который может потребоваться для схемы или в случае операционных усилителей, чтобы гарантировать, что полное сопротивление источника питания останется низким, по крайней мере, до 2 МГц или около того.

Поскольку стабилитроны обладают динамическим сопротивлением, на выходе будет некоторая пульсация. Его можно рассчитать на основе входной пульсации, изменения тока источника и динамического сопротивления стабилитрона.Предположим, что на источнике есть пульсации 2V P-P. Это означает, что ток через Rs будет изменяться на 3,57 мА (I = V / R). Стабилитрон имеет динамическое сопротивление 14 Ом, поэтому изменение напряжения на стабилитроне должно быть …

.

V = R × I = 14 × 3,57 м = 50 мВ пик-пик (менее 20 мВ RMS)

При условии, что активная схема имеет хороший коэффициент подавления подачи питания (PSRR), пульсация 20 мВ на частоте 100 Гц (или 120 Гц) не будет проблемой. Если по какой-то причине это недопустимо, то дешевле использовать трехконтактный регулятор, чем использовать любой из известных методов уменьшения пульсаций.Наиболее распространенным из них является использование двух резисторов вместо резисторов Rs и установка конденсатора высокого номинала (не менее 470 мкФ) от соединения резисторов с землей. Это снизит пульсации до уровня ниже 1 мВ, в зависимости от размера дополнительного конденсатора.

---

Повышение стабильности (опорное напряжение)

Стандартный резистор стабилитрона подвержен большим колебаниям тока и рассеиваемой мощности при изменении входного напряжения. Простая схема обратной связи может помочь поддерживать очень стабильный ток через стабилитрон и, следовательно, обеспечить более стабильное опорное напряжение.Как обсуждалось ранее, стабилитрон 6,2 В имеет очень низкий тепловой коэффициент напряжения, и если мы сможем обеспечить стабильный ток, это еще больше улучшит регулирование напряжения. Питание стабилитрона источником тока является стандартной практикой при изготовлении ИС, и это достаточно просто сделать и в дискретных конструкциях.

Схема, показанная ниже, не предназначена для использования в качестве источника питания, а предназначена для обеспечения фиксированного опорного напряжения для других схем, которым может потребоваться стабильное напряжение для компараторов (например).Схема не может конкурировать со специальным прецизионным источником опорного напряжения, но она будет на удивление хороша для многих приложений общего назначения. Токовое зеркало (Q2b и Q3b) питается от источника тока (Q1b), опорная точка которого поступает от стабилитрона, поэтому существует замкнутый контур, и изменение тока через сам стабилитрон может быть очень небольшим. При указанных значениях ток стабилитрона составляет всего 2,5 мА, что, похоже, противоречит приведенным ранее рекомендациям. Однако увеличение тока стабилитрона не очень помогает, но увеличивает рассеяние в транзисторах.Например, если R1b уменьшается до 1 кОм, ток стабилитрона увеличивается до 5,4 мА, рассеивание в Q1b и Q3b удваивается, но регулирование улучшается лишь незначительно.

Рисунок 5 — «Обычные» и «Обычные». Схема прецизионного стабилитрона

Сравните (a) и (b) в схемах на Рисунке 5, и сразу станет очевидно, что напряжение стабилизированной версии (b) действительно должно быть очень стабильным, даже при большом изменении входного напряжения. При моделировании в диапазоне напряжений от 10 В до 30 В изменение напряжения на стабилитроне составляет менее 3 мВ, из чего следует, что ток стабилитрона и рассеиваемая мощность стабилитрона практически не изменяются во всем диапазоне напряжений.Это также означает, что подавление пульсаций чрезвычайно велико, поэтому с добавлением трех дешевых транзисторов и четырех резисторов мы можем приблизиться к реальной прецизионной схеме опорного напряжения. R4b необходим, чтобы схема могла запускаться при подаче напряжения, но, к сожалению, это отрицательно влияет на производительность. Более высокое сопротивление снижает эффекты, но может вызвать ненадежный запуск.

Стандартный стабилизатор стабилитрона (а) показывает типичное изменение напряжения около 110 мВ от входного напряжения 10-30 В, при изменении тока стабилитрона от 1.От 7 мА до более 15 мА. Это значительно хуже, чем у стабилизированной версии, но может вообще не представлять проблемы, если входное напряжение достаточно стабильно. В действительности маловероятно, что вам когда-нибудь понадобится использовать более сложный стабилизированный стабилитрон, и он включен сюда исключительно в интересах полноты картины.

---

Список литературы

1 Обратное смещение / пробой — Обсуждение явления, когда диод имеет обратное смещение / пробой. Билл Уилсон
2 Радиоэлектроника.com — Обзор стабилитрона
3 Архив технических данных — Коммерческие микрокомпоненты BZX2C16V Стабилитрон 2 Вт, от 3,6 до 200 В.
4 Теория стабилитронов — Руководство OnSemi HBD854 / D (Больше не выпускается в OnSemi.)

---

---

Прил. Индекс банкнот
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 2004.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещено международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница создана, авторские права © Род Эллиотт 30 июня 2005 г./ Июль 2015 — Обновленная информация, добавлен рисунок 4.

Общие сведения о стабилитронах — Электротехнический стек Exchange

Я буду краток. (Я предполагаю, что вы спрашиваете просто в целом, а не о конкретном приложении. Написание книги по всем видам использования стабилитрона выходит за рамки здесь.)

Напряжение стабилитрона , вероятно, лучше рассматривать как «напряжение пробоя» для обратного смещения стабилитрона. Если вы подадите на него более высокое напряжение, оно исчезнет из-за приложенного напряжения и позволит протекать огромным токам, если нет чего-то еще, чтобы ограничить эти токи.

Так что, если вы возьмете 6V2 и подключите к нему блок питания \ $ 10 \: \ text {V} \ $, вы в значительной степени разрушите стабилитрон.

Однако, если вы поместите резистор \ $ 680 \: \ Omega \ $ последовательно с стабилитроном и тем же источником питания \ $ 10 \: \ text {V} \ $, то сначала не будет тока (во всех смыслах ), а падение напряжения на резисторе начинается с \ $ 0 \: \ text {V} \ $ (на самый крошечный момент). Это влияет на все \ $ 10 \: \ text {V} \ $ на стабилитроне, что немедленно начинает схлопываться и начинает течь ток.Ток быстро нарастает, и при этом увеличивается падение напряжения на резисторе \ $ 680 \: \ Omega \ $, тем самым уменьшая разность напряжений на стабилитроне (хорошо). В конце концов, весь процесс стабилизируется, когда напряжение на этом резисторе падает. примерно \ $ 3.8 \: \ text {V} \ $, оставляя желаемый \ $ 6.2 \: \ text {V} \ $ через сам стабилитрон. В этот момент стабилитрон перестает увеличивать ток и просто позволяет приложенному к нему напряжению оставаться стабильным на этом значении.

Для достижения этой стабильной точки при разных напряжениях будут разработаны разные стабилитроны.Ваша задача как дизайнера — убедиться, что ток, который приводит к стабилитрону, соответствует номинальному значению (приблизительно). В вашем примере таблицы этот ток равен \ $ 5 \: \ text {mA} \ $. Итак, с резистором \ $ 680 \: \ Omega \ $, о котором я упоминал, можно ожидать примерно \ $ \ frac {3.8 \: \ text {V}} {680 \: \ Omega} \ приблизительно 5.6 \: \ text {mA } \ $. И это достаточно близко к спецификации, чтобы вы могли ожидать правильного напряжения на стабилитроне 6V2.

Из этого обсуждения у вас есть ответ по поводу \ $ I_Z \ $.

Обратите также внимание на то, что это техническое описание включает максимумы и минимумы напряжения стабилитрона.Это означает, что вы не можете ожидать точного \ $ 6.2 \: \ text {V} \ $ от 6V2, а вместо этого \ $ 6.2 \ pm 0.4 \: \ text {V} \ $. Это касается всего диапазона деталей, которые вы можете найти в коробке или в нескольких разных коробках, купленных в разное время. Они говорят вам, что от этих устройств нельзя ожидать слишком большой точности.

---

Значение \ $ Z_Z \ $ можно использовать для оценки наихудшего изменения напряжения на стабилитроне, если вы знаете изменения тока. Итак, продолжим с 6V2 с \ $ Z_Z = 10 \: \ Omega \ $.Мы только что вычислили оценку \ $ 5.6 \: \ text {mA} \ $, используя резистор \ $ 680 \: \ Omega \ $ и предполагая точное напряжение стабилитрона (в котором, как мы теперь знаем, мы не можем быть полностью уверены).

Давайте посмотрим, к чему это нас приведет. Напряжение стабилитрона для 6V2 должно быть \ $ 6.2 \ pm 0.4 \: \ text {V} \ $. Предполагая, что резистор 1% равен \ $ 680 \: \ Omega \ $, мы можем иметь ток в диапазоне от \ $ \ frac {10 \: \ text {V} -6.6 \: \ text {V}} {680 \: \ Омега + 1 \%} \ приблизительно 4.95 \: \ text {mA} \ $ to \ $ \ frac {10 \: \ text {V} -5.8 \: \ text {V}} {680 \: \ Omega-1 \%} \ примерно 6.24 \: \ text {mA} \ $. Разница примерно в \ $ 1.25 \: \ text {mA} \ $. Хотя мы не знаем точное напряжение для какого-то конкретного стабилитрона, мы все же можем оценить, что будет дополнительная вариация примерно \ $ 1,25 \: \ text {мА} \ cdot 10 \: \ Omega \ приблизительно 12,5 \: \ текст {mV} \ $ из-за \ $ Z_Z \ $.

Но на самом деле это не так важно. На самом деле это просто математическое искажение чисел. Вместо этого это становится важным, когда вы добавляете схему, которая использует напряжение стабилитрона. Часто это эмиттерный повторитель BJT.(См. Этот вопрос: объясните логику преобразования 12 В в 9 В.) Для базы BJT потребуется некоторый базовый ток, и этот базовый ток будет варьироваться в зависимости от требований нагрузки.

Итак, дело здесь в том, что разработчик может оценить изменение тока нагрузки для некоторой более крупной схемы, в которой используется стабилитрон. И по этому изменению тока нагрузки оцените изменение тока базы. И по этому изменению базового тока и \ $ Z_Z \ $ оцените, насколько напряжение стабилитрона изменится из-за изменения тока нагрузки.

Это может быть важным (или нет). Но это дает вам отправную точку для оценки того, насколько плохо это может быть, когда вы откалибруете свою схему и начнете прикладывать реалистичную нагрузку прямо сейчас.

---

Значение \ $ I_R \ $ включает указанное в таблице напряжение. Это в основном помогает вам понять, сколько утечек до вы можете ожидать от стабилитрона, если подаваемое обратное напряжение МЕНЬШЕ номинального значения. Итак, если у вас есть 6V2, вы можете видеть, что они указывают его для \ $ 4 \: \ text {V} \ $, что намного ниже их минимального значения \ $ 5.8 \: \ text {V} \ $. (Но он также должен быть как можно большим, если не считать этого, так что ток утечки будет «наихудшим» сценарием.) Итак, если вы не использовали источник питания \ $ 10 \: \ text {V} \ $ но вместо этого применен \ $ 4 \: \ text {V} \ $, тогда это значение \ $ I_R \ $ — худшее, что вы ожидаете увидеть (около \ $ 3 \: \ mu \ text {A} \ $.) будет производить только около \ $ 2 \: \ text {mV} \ $ через резистор \ $ 680 \: \ Omega \ $ в примере, который я здесь обсуждал. Но есть и другие обстоятельства, о которых может быть важнее знать об этой утечке.

.