Как работает стабилитрон и для чего он нужен?

Что это такое

В литературе дается следующее определение:

Стабилитрон или диод Зенера это прибор, предназначенный для стабилизации напряжения в электрических цепях. Работает при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя имеет высокое сопротивление перехода. Протекающие при этом токи незначительны. Широко используются в электронике и в электротехнике.

Если говорить простыми словами, то стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой pn-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается.

На нижеприведенном рисунке представлена графическая схема для чайников, позволяющая понять принцип действия диода Зенера.

Основными преимуществами является невысокая стоимость и небольшие габариты. Промышленность выпускает устройства с напряжением стабилизации о 1,8 — 400 В в металлических, керамических или корпусах из стекла. Это зависит от мощности, на которую рассчитан стабилитрон и других характеристик.

Для стабилизации высоковольтного напряжения от 0,4 до нескольких десятков кВ, применяются стабилитроны тлеющего разряда. Они имеют стеклянный корпус и до появления полупроводниковых приборов применялись в параметрических стабилизаторах.

Аналогичными свойствами обладают приборы, меняющие свое сопротивление в зависимости от приложенного напряжения – это варисторы. Между стабилитроном и варистором разница заключается в том, что последний обладает двунаправленными симметричными характеристиками. А это значит, что в отличие от диодов, он не имеет полярности. Кратко варистор предназначен для обеспечения защиты от перенапряжения электронных схем.

Для предохранения аппаратуры от скачков напряжения применяют супрессоры. Между стабилитроном и супрессором отличия заключаются в том, что первый постепенно изменяет свое внутреннее сопротивление в зависимости от приложенного напряжения. Второй при достижении определенного порога напряжения открывается сразу. Т.е. его внутреннее сопротивление стремится к нулю. Основное назначение супрессоров — защита аппаратуры от скачков питания.

На рисунке ниже представлено условно графическое обозначение (УГО по ГОСТ) полупроводника и его вольт-амперная характеристика.

На рисунке цифрами указан участок 1-2. Он является рабочим и предназначен для стабилизации напряжения в цепях. Если прибор включить в прямом направлении, то он будет работать как обычный диод.

Рекомендуем посмотреть следующий видеоролик, чтобы подробнее изучить принцип действия стабилитрона, обозначение элементов и область их применения.

Туннельный и лавинный пробой

Пробой p-n-перехода, при котором работают стабилитроны, может быть лавинным или туннельным. Они являются электрическими и носят обратимый характер. То есть при отключении обратного смещения физико-химические свойства полупроводников восстанавливаются, и диод продолжает исполнять свои функции. Однако в случае стабилитронов условия возникновения пробоя создаются и поддерживаются искусственно. В основе лавинного и туннельного пробоя лежат одноименные квантовые эффекты, наблюдаемые в кристаллической структуре полупроводника при возбуждении электрического поля. При разной природе и механизмах данных процессов их последствия одинаковы – электроны приобретают энергию, достаточную для прохождения через p-n-переход. Возникает пробой, и через диод начинает протекать обратный ток. Именно в этом режиме и работает стабилитрон. При этом существует различие между радиокомпонентами, в которых используются разные эффекты. Стабилитроны, функционирующие при лавинном пробое, оперируют разностями потенциалов свыше 7 Вольт. В элементах, рассчитанных на напряжение стабилизации 3-7 Вольт, провоцируется туннельный пробой. Для стабилизации более низких разностей потенциалов применяются стабистор ы , о которых мы расскажем ниже.

Основные характеристики

При проектировании блоков питания, следует уметь правильно произвести расчет и подобрать по значениям необходимый элемент. Неправильно подобранный стабилитрон сразу выйдет из строя или не будет поддерживать напряжение на необходимом уровне.

Основными характеристиками являются:

• напряжение Ucт. стабилизации;
• номинальный ток стабилизации Iст., протекающий через стабилитрон;
• допустимая мощность рассеивания;
• температурный коэффициент стабилизации;
• динамическое сопротивление.

Эти характеристики определены заводом-изготовителем и указываются в справочной литературе.

Устройство маломощного стабилитрона

с гибкими выводами в пластиковом (вверху) и стеклянном (внизу) корпусах

Рис Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в пластиковом корпусе

Рис. Устройство маломощного стабилитрона с гибкими выводами в стеклянном корпусе

У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой пробой носит лавинный характер. Для обеспечения электрического пробоя при относительно небольших обратных напряжениях напряженность электрического поля в p-n-переходе должна быть значительно выше, чем у обычных диодов, поэтому при изготовлении стабилитронов используют материалы с высокой концентрацией примесей.

Условно графическое обозначение на схемах

Все приборы имеют графическое обозначение. Это необходимо, чтобы не загромождать электрическую схему. Стабилитрон имеет свое условно-графическое обозначение, которое утверждено межгосударственным стандартом единого стандарта конструкторской документации (ЕСКД).

На рисунке снизу представлено как обозначается на схеме по ГОСТ 2.730-73, стабилитрон обозначается практически как диод, так как, в сущности, является одной из его разновидностей.

Для правильного включения следует различать, где плюс, где минус. Если смотреть на приведенный выше рисунок, то на нем плюс (анод) расположен слева, а минус (катод) справа. Согласно ЕСКД размеры УГО диодов должны составлять 5/5 мм. Это иллюстрирует рисунок снизу.

Презиционные и двунаправленные стабилитроны

В прецизионных стабилитронах используют три последовательно соединенных p-n-перехода, один из которых – стабилизирующий, два других – термокомпенсирующие. Если стабилизирующий переход работает в режиме лавинного пробоя, то с увеличением температуры напряжение на нем растет. Одновременно прямое напряжение на двух термокомпенсирующих переходах уменьшается, поэтому общее напряжение на стабилитроне меняется незначительно.

Для обеспечения стабилизации двуполярных напряжений стабилитроны общего назначения включают последовательно, а прецизионные – параллельно.

Двуханодные стабилитроны имеют структуру, формируемую диффузией примесей в пластину n-кремния одновременно с двух сторон. Образующиеся при этом два p-n-перехода включены встречно. Внешние выводы имеют только анодные p-области структуры. При подаче на стабилитрон напряжения любой полярности один переход работает в режиме электрического пробоя, а другой является термокомпенсирующим

Схема подключения

Рассмотрим работу стабилитрона на примере схемы параметрического стабилизатора. Это типовая схема. Приведем формулы для расчета стабилизатора.

Допустим, что имеется 15 Вольт, а на выходе необходимо получить 9 В. По таблице напряжений в справочнике подбираем стабилитрон Д810. Произведем расчет токоограничивающего резистора R1, согласно рисунку ниже. На нем показан токоограничивающий резистор и схема включения. Режим регулирования напряжения отмечен на вольт-амперной характеристике 1,2.

Для того чтобы полупроводник не вышел из строя, необходимо учитывать ток стабилизации и ток нагрузки. Из справочника определяем ток стабилизации.

Он равен 5 мА. На рисунке снизу представлена часть справочника.

Предполагаем, что ток нагрузки равен 100 мА:

R1= (Uвх-Uст)/(Iн+Icт)= (15-9)/(0.1+0.005)=57.14 Ом.

Если нужен мощный стабилизатор, то стоит собирать схему из стабилитрона и транзистора.

Если необходимо изготовить стабилизатор на небольшое напряжение 0,2-1 В, для этого применяется стабистор. Он является разновидностью стабилитрона, но работает в прямой ветви ВАХ и включается в прямом направлении, в чем его уникальная особенность и заключается.

Аналогичным образом можно изготовить блок питания, где стабилизатор изготовлен из диодов. Как и стабистор их включают в прямом направлении. Нужное напряжение набирают прямыми падениями напряжений на диоде, для кремниевых диодов оно находится в пределах 0. 5-0.7В. При отсутствии диодов, можно собрать стабилитрон из транзистора.

На нижеприведенном рисунке представлена схема на транзисторе.

Промышленность выпускает и управляемые стабилитроны. Или, точнее сказать, это микросхема — TL431. Это универсальная микросхема, позволяет регулировать напряжение в пределах от 2,5 до 36 вольт.

Регулировка осуществляется путем подбора делителя сопротивлений. На нижеприведенной схеме представлен стабилизатор на 5 вольт. Делитель собран на резисторах номиналом 2,2 К.

Специалист должен знать, как проверить мультиметром работоспособность стабилитрона. Сразу отметим, что проверить можно только однонаправленный элемент, сдвоенные (двунаправленные) такой проверке не подлежат. Если диод Зенера исправен, то при «прозвонке» тестером в одну сторону он будет показывать обрыв, а во вторую минимальное сопротивление. Неисправный звонится в обе стороны.

Способы маркировки

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

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

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.

Как работает стабилитрон

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. 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 V для питания анодов ламп.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Стабилитрон: подробно простым языком
• Диод и стабилитрон
• Что такое стабилитрон, как он работает и для чего используется
• Что такое стабилитрон, для чего применяется, какой принцип работы?
• Характеристики, маркировка и принцип работы стабилитрона
• Стабилитроны
• Как работает стабилитрон
• Стабилитрон | Принцип работы и маркировка стабилитронов

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как работает стабилитрон

Стабилитрон: подробно простым языком

Стабилитрон относится к одному из применяемых радиоэлектронных элементов. Каждый более-менее качественный блок питания содержит узел стабилизации напряжения, которое может изменяться при изменении сопротивления нагрузки либо при отклонении входного напряжения от номинального значения. Стабилизация напряжения выполняется главным образом с целью обеспечения нормального режима работы остальных радиоэлементов устройства, например микросхем, транзисторов, микроконтроллеров и т.

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

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

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

Условное графическое обозначение стабилитрона на чертежах электрических схем также похоже на обозначение диода, только со стороны катода добавлена короткая горизонтальная черточка, направленная в сторону анода. Рассмотрим принцип работы стабилитрона на примере схемы его включения и вольт-амперной характеристике. Для выполнения своей основной функции стабилитрон VD соединяется последовательно с резистором Rб и вместе они подключаются к источнику входного нестабилизированного напряжения Uвх.

Уже стабилизированное выходное напряжение Uвых снимается только с выводов 2 , 3 VD. Поэтому нагрузка Rн подключается к соответствующим точкам 2 и 3. Как видно из схемы, VD и Rб образуют делитель напряжения. Только сопротивление стабилитрон имеет не постоянно значение и называется динамическим, поскольку зависит от величины электрического тока , протекающего через полупроводниковый прибор.

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

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

Следовательно, прирост входного напряжения упадет или погасится на резисторе Rб. Поэтому Rб называют гасящим или балластным. Теперь, допустим, изменилась нагрузка, например, снизилось сопротивление Rн, соответственно возрастет и ток Iн.

В этом случае снизится ток, протекающий стабилитрон Iст, а Iвх останется практически без изменений.

Прямая ветвь является рабочей для диода, а обратная ветвь характеризует работу стабилитрона, поэтому он включается в электрическую цепь в обратном направлении катодом к плюсу, а анодом к минусу по сравнению с диодом.

Поэтому стабилитрон называю опорным диодом , а источник питания с данным полупроводниковым элементом называют опорным источником напряжения. Такой терминологий будем пользоваться и мы. На обратной ветви вольт-амперной характеристик опорного диода выделим две характерные точки 1 и 3. Точка 1 отвечает минимальному значению тока стабилизации, который находится в пределах единиц миллиампер.

Если ток, протекающий через стабилитрон, будет ниже точки 1 , то он не сможет выполнять свои функции не откроется. В случае превышения тока выше точки 3 опорный диод перегреется и выйдет из строя. Поэтому оптимальной точкой в большинстве случае будет точка посредине обратной ветви ВАХ, то есть точка 2. Тогда при изменении тока в широких пределах смотрите ось Y точка 2 будет изменять свое положение, перемещаясь вверх или вниз по обратной ветви, а напряжение будет изменяться незначительно смотрите ось X.

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

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности. Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно. В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция.

За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться. Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв или буквы.

Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В. Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1NB.

Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец — номинальное значения ток — мА. Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода. Наибольшее распространение получили опорные диоды в стеклянном корпусе и в пластмассовом корпусе с тремя выводами.

Маркировка SMD стабилитрона в стеклянном корпусе состоит из цветного кольца, цвет которого обозначает параметры данного полупроводникового прибора.

Анод и катод такого экземпляра проще всего определить с помощью мультиметра.

Мощность рассеивания стабилитрона Pст характеризует его способность не перегреваться выше определенной температуры на протяжении длительного времени.

Чем выше значение Pст , тем больше тепла способен рассеять полупроводниковый прибор. Мощность рассеивания рассчитывается для самых неблагоприятных условий работы прибора, поэтому в ниже приведенную формулу подставляют максимально возможное в работе Uвх и наименьшие значения Rб и Iн :.

Существует ряд стандартных номиналом по данному параметру: 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт и т. Чем больше Pст, тем больше габариты полупроводникового прибора. Проверить стабилитрон на предмет исправности довольно просто и быстро можно с помощью простейшего мультиметра. Затем, если положительным щупом мультиметра прикоснуться анода, а отрицательным — катода, то на дисплее измерительного прибора мы увидим некоторое значение падения напряжения на pn-переходе.

Поскольку к полупроводниковому прибору приложено прямое напряжение смотрите прямую ветвь вольт-амперной характеристики , то опорный диод откроется. Теперь, если щупы мультиметра поменять местами, тем самым приложить к выводам полупроводникового прибора обратное напряжение смотрите обратную ветвь ВАХ , то он окажется заперт и не будет проводить ток.

На дисплее измерительного прибора отобразится единица, обозначающая бесконечно высокое сопротивление. Если в обеих случаях мулитиметр покажет единицу или будет звенеть, то стабилитрон непригоден. Ваш e-mail не будет опубликован. Подписаться на получение новых публикаций.

Skip to content. Главная Школа электроники Стабилитрон Принцип работы и маркировка стабилитронов. Помогите проекту. Поделитесь с друзьями. Еще статьи по данной теме. Конденсаторы Принцип работы и маркировка конденсаторов. Proteus Симуляция работы микроконтроллеров. Семисегментный индикатор Программирование микроконтроллеров. Отличная статья, спасибо! Bob Marly. Комментировать Отменить ответ Ваш e-mail не будет опубликован.

Диод и стабилитрон

Стабилитрон, он же диод Зенера, назван в честь первооткрывателя туннельного пробоя Кларенса Зенера и на схемах обозначается следующим образом. Но в отличие от выпрямительного диода ток через него может течь в обоих направлениях. Для лучшего понимания его работы, можно представить его как два диода, включённых встречно-параллельно, но с разным падением напряжения. Для любого стабилитрона, падение напряжение на одном из его диодов равно примерно 0.

Стабилитроны изготавливаются с напряжениями стабилизации в диапазоне от .. Помните, что стабилитроны работают, ограничивая.

Что такое стабилитрон, как он работает и для чего используется

В прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный диод. В области пробоя падение напряжения на стабилитроне практически не изменяется при очень больших изменениях тока. Стабилитроны применяются для параллельной стабилизации и в качестве источников опорного напряжения см. Прямая и обратная вольтамперные характеристики стабилитрона. Переключательный диод. Переключательный диод, или динистор , состоит из четырех чередующих из слоев полупроводниковых материалов, как показано на рис. Когда такой диод смещен в прямом направлении, через него течет очень малый ток, пока не достигается область пробоя рис. Переключательный диод,. Однооперационный триодный тиристор SCR.

Что такое стабилитрон, для чего применяется, какой принцип работы?

Принцип работы стабилитрона основан на подаче на диод через резистор запирающего напряжения, величина которого больше напряжения пробоя диода. У стабилизатора высокое сопротивление, до пробоя через него идут незначительные токи утечки. Когда наступает пробой, величина протекающего тока существенно увеличивается, а сопротивление снижается. В результате напряжение поддерживается достаточно точно в широком диапазоне обратных токов.

Если мы подключим диод и резистор последовательно с источником постоянного напряжения так, чтобы диод был смещен в прямом направлении как показано на рисунке ниже a , падение напряжения на диоде будет оставаться достаточно постоянным в широком диапазоне напряжений источника питания.

Характеристики, маркировка и принцип работы стабилитрона

Полупроводниковый стабилитрон. Как работает, расчет простейшей схемы стабилизации на стабилитроне. Полупроводниковый стабилитрон он же диод Зенера — это тот же полупроводниковый диод, в котором происходит контролируемый механизм пробоя при обратном смещении диода. До момента пробоя, через обратносмещенный диод протекают незначительные токи микроамперы. При наступлении пробоя, ток через обратносмещенный диод резко и на порядки возрастает. Вся прелесть в том, что при этом напряжение на стабилитроне меняется очень незначительно по сравнению с током.

Стабилитроны

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 oм [1]. Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов [2]. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 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. Полупроводниковые стабилитроны вошли в промышленную практику во второй половине х годов.

В отличие от обычного диода стабилитрон работает в области обратной В прямом направлении стабилитрон ведет себя как обычный диод.

Как работает стабилитрон

Стабилитрон , это диод , имеющий пороговое значение напряжения обратного смещения, при котором происходит обратимый пробой p-n перехода. Что это значит? При прямом включении стабилитрон работает как обычный диод, то есть открывается, проводя электрический ток. При обратном включении до определённого значения напряжения стабилитрон заперт, как обычный диод, а при достижении и превышении этого порогового значения в некоторых пределах происходит обратимый пробой p-n перехода, через стабилитрон начинает протекать ток, сильно зависящий от величины превышения напряжения пробоя.

Стабилитрон | Принцип работы и маркировка стабилитронов

Стабилитрон, как я уже говорил в его описании , является разновидностью диода, но имеет уникальное свойство — при обратном включении он открывается при определенном, строго заданном напряжении и начинает пропускать ток. Пока этот ток лежит в определенном пределе, на стабилитроне устанавливается постоянное напряжение. Это позволяет использовать стабилитроны для получения стабильного напряжения, которое необходимо для питания очень многих электронных устройств. Итак, в нашем распоряжении стабилитрон, к примеру, КС, набор резисторов и источник постоянного напряжения, величину которого можно регулировать в диапазоне 0…12 В.

Стабилитрон имеет такую характеристику, как напряжение стабилизации. Это величина напряжения, приложенная к стабилитрону при обратном включении, при которой происходит пробой p-n перехода, и стабилитрон начинает проводить электрический ток в обратном направлении.

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. Итак, для начала давайте разберемся, что же такое стабилитрон. Стабилитрон диод Зенера — это полупроводниковый диод, функционирующий при обратном смещении в режиме пробоя.

Полупроводниковый стабилитрон , на языке специалистов — диод Зенера — плоскостной кремниевый полупроводниковый диод. Как он работает — под действием приложенного обратного напряжения при обратном смещении в стабилитроне происходит режиме пробоя. Как объяснить режим пробоя доходчиво. Полупроводник как материал, применяемый для изготовления стабилитронов, по своим физическим свойствам расположен между диэлектриком и проводником и в зависимости от своего состояния может обладать, как свойствами диэлектрика когда связи электронов устойчивы и они не могут переносить заряд , так и свойствами проводника когда электроны свободно перемещаются в проводнике и переносят заряд.

Понимание основ стабилитронов

Понимание основ стабилитронов | Эффективность побеждает

Диоды Автомобильный промышленный Потребитель Компьютеры

25 января 2022 г. Автор: Реза Бехташ

Один из основных строительных блоков электронных схем, стабилитроны позволяют значительному току течь в обратном направлении при достижении определенного заданного обратного напряжения, известного как напряжение Зенера. При этом напряжении пробоя или выше они работают как опорное постоянное напряжение. Часто используемые для создания стабилизированного напряжения, стабилитроны могут использоваться во всех видах приложений, где уровни напряжения должны быть ограничены или удержаны ниже предела. Еще одной важной областью применения стабилитронов является подавление нежелательных перенапряжений для защиты МОП-транзисторов.

Эффекты Зенера и Лавины

При напряжении до 5 В электрический пробой происходит из-за туннелирования электронов из валентной зоны в зону проводимости через зону обеднения перехода обратного смещения. Как только напряженность поля становится достаточно высокой, свободные носители заряда внезапно увеличивают обратный ток. Этот эффект был впервые обнаружен в 1934 году Кларенсом Мелвином Зенером, отсюда и название этого типа диода.

При напряжении выше 5 В преобладает другой эффект. Электрическое поле на p-n переходе ускоряет электроны в области перехода, создавая электронно-дырочные пары. Дырки движутся к отрицательному электроду и заполняются, а электроны движутся к положительному электроду. Подвижные дырки и электроны могут генерировать больше носителей заряда с высокой напряженностью поля, освобождая соседние связанные электроны. Этот процесс генерации большего количества носителей заряда может быстро стать лавинным, так что при превышении определенного обратного напряжения начинает течь большой ток.

ВАХ стабилитронов

Оба эффекта, стабилитрон и лавинный, не различаются при наименовании стабилитронов. Независимо от того, какой физический эффект преобладает при пробое p-n перехода, все диоды опорного напряжения называются стабилитронами.

 

Стабилизатор напряжения со стабилитроном

Допуски по напряжению

Производители Nexperia Стабилитроны для различных напряжений в диапазоне от 1,8 В до 75 В, с гарантированными допусками, испытанными при определенном обратном токе. Стандартные допуски характеризуются как B-выбор для ±2% и C-выбор около ±5%. Чтобы удовлетворить потребность в более высокой точности, Nexperia недавно представила широкий ассортимент стабилитронов A-отбора с допуском ±1%.

Чтобы узнать больше о стабилитронах в целом, вы можете загрузить и прочитать примечания по применению AN Стабилитроны — физические основы, параметры и примеры применения.

 

 

 

Об авторе

Реза Бехташ

Реза получил диплом инженера-электрика в 1999 году в Гамбургском техническом университете. Затем он провел четыре года в качестве научного сотрудника в исследовательском институте DaimlerChrysler в Ульме, работая над GaN HEMT и MMIC, и впоследствии получил докторскую степень в Ульмском университете. Реза продолжал работать над технологиями GaN для усилителей мощности, работая в Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik в Берлине и во время работы в United Monolithic Semiconductors (UMS). В течение последних восьми лет в составе команды по маркетингу приложений компании Nexperia в Гамбурге его основное внимание уделялось дискретным планарным и траншейным выпрямителям Шоттки в автомобильных приложениях.

Ссылки на статьи

• Примечание по применению: стабилитроны — физические основы, параметры и примеры применения
• Страница продукта: Стабилитроны A-выбора
• Страница продукта: Стабилитроны 50 мкА

Похожие материалы

16 декабря 2022 г.

Как медный зажим создает идеальные корпуса для будущего энергетики

МОП-транзисторы Мощность

15 декабря 2022 г.

Максимизируйте эффективность SMPS с помощью выпрямителей со сверхбыстрым восстановлением на 200 В

Диоды Сила Промышленный

18 июля 2022 г.

Дискретные МОП-транзисторы наконец-то получили достойные модели

МОП-транзисторы Автомобильный промышленный Портативные и носимые устройства

13 июля 2022 г.

CFP – эффективный выбор для SMx

Диоды Сила Автомобильный Промышленный

Стабилитрон — PAL3_Electronics — ~Confluence~Institute~Creative~Technologies

Перейти к концу метаданных

Зенеровский диод действует как обычный диод, пропуская ток только в одном направлении, но с исключением. Если напряжение в направлении обратного смещения превышает определенное значение, называемое напряжением пробоя, то стабилитрон пропускает ток. Стабилитроны часто используются для регулирования напряжения, когда нестабильный или изменяющийся во времени сигнал преобразуется в почти постоянное напряжение. Стабилитроны хорошо работают для этой цели при обратном смещении, поскольку они пропускают ток только тогда, когда напряжение выше напряжения пробоя.

Как и обычный диод с P-N переходом, стабилитрон имеет две клеммы, называемые анодом и катодом. Вот схематический символ:

      

Чтобы помочь запомнить, какая клемма какая, обратите внимание, что «A» анода выглядит как треугольник, а катод выглядит как вертикальная полоса (также называемая полосой «k» или полоса «т»). Этот символ отличается от обычного диода тем, что линия на конце стрелки слегка изогнута с каждой стороны.

Зенеровский диод имеет три основных режима: прямое смещение, обратное смещение и пробой/лавинный режим при обратном смещении.

Прямое смещение: Когда напряжение на аноде выше, чем пороговое «напряжение колена» на катоде (~0,7 В для кремниевого диода), тогда диод смещен в прямом направлении и проводит ток. Когда диод смещен в прямом направлении, ток течет в направлении треугольника: от анода к катоду. Хотя диоды можно считать короткозамкнутыми при прямом смещении и разомкнутыми при обратном смещении, это идеальный вариант. На самом деле, когда диод смещен в прямом направлении, он проводит столько тока, сколько требует внешняя схема, и регулирует свое внутреннее сопротивление так, чтобы падение напряжения на нем всегда составляло 0,7 вольта, напряжение колена.

Обратное смещение (до пробоя): Когда диод смещен в обратном направлении и ниже напряжения пробоя, он имеет очень высокое сопротивление, поэтому он почти не проводит ток.

Пробой/лавина:  После напряжения пробоя стабилитрон легко проводит ток. Когда напряжение на аноде более отрицательное, чем напряжение на катоде, и разница больше, чем напряжение пробоя, стабилитрон проводит столько тока, сколько требует внешняя схема, и регулирует свое внутреннее сопротивление так, чтобы падение напряжения на нем всегда напряжение пробоя. Этот режим работы уникален для стабилитронов и называется лавинным режимом или режимом пробоя. В отличие от обычного диода, стабилитроны предназначены для работы за пределами напряжения пробоя и не повреждаются до тех пор, пока не будут достигнуты гораздо более высокие напряжения. Стабилитроны рассчитаны на определенные значения напряжения пробоя, часто в диапазоне 5,6 В, но часто могут быть намного выше, когда стабилитроны используются как часть высоковольтного регулятора.

Основными параметрами диода являются его пороговое напряжение (также известное как напряжение колена ) и напряжение пробоя . Напряжение колена для кремниевых диодов составляет около 0,7 вольта, что связано со свойствами кремния при легировании с образованием PN-переходов. Почти все диоды изготовлены из кремния, за исключением случаев, когда требуются определенные другие характеристики (например, германиевые диоды имеют более низкое пороговое напряжение около 0,3 вольта).

Напряжение пробоя стабилитрона — второй важный параметр. В отличие от обычных диодов, этот параметр точно контролируется и важен для практического функционирования диода.

Эти параметры можно понять, рассмотрев кривую отклика напряжение-ток, показанную ниже. При пробое ток внезапно течет после того, как его почти нет. Точно так же при напряжении колена ток начинает течь легко, с небольшим сопротивлением.

Стабилитроны сконструированы так же, как обычные диоды, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как и обычный диод, стабилитрон изготовлен из материалов P и N с переходом между ними. Материал P соединен с анодом, а материал N соединен с катодом. Они образуют «область истощения», которая работает как односторонний клапан: ток довольно легко течет в одном направлении, но действует как барьер для тока при обратном смещении. Однако диоды Зенера могут проводить ток при обратном смещении, используя два механизма: эффект Зенера и лавинный пробой.

Прямое смещение: Когда положительное напряжение подключено к материалу P, а отрицательное напряжение подключено к материалу N, напряжения подталкивают основные носители материала (дырки для P; электроны для N) к соединению. Этот толчок сжимает область истощения до тех пор, пока она не исчезнет, ​​после чего может протекать ток. Когда толчок достаточно сильный, а именно больше, чем пороговое значение напряжения колена, диод смещается в прямом направлении и течет ток.

Обратное смещение (ниже разбивки):  Когда к диоду Зенера приложено отрицательное напряжение, приложенное к материалу P, и положительное напряжение, приложенное к материалу N, напряжения оттягивают основные носители от перехода. Если напряжения слабые, то большинство носителей не уйдут далеко, потому что они притягиваются друг к другу и хотят оставаться вблизи перехода. При этом область истощения расширяется вокруг соединения, но не разрывается.

Пробой (Лавина):  Когда напряжения достаточно велики, а именно превышают напряжение пробоя, они преодолевают взаимное притяжение, которое тянет их к соединению, и вырываются на свободу. Лавинный пробой происходит, когда присутствует достаточное напряжение, чтобы свободные электроны имели достаточно энергии, чтобы их столкновения разрушали электронно-дырочные пары.