Site Loader

Содержание

Как работает стабилитрон | Характеристика стабилитрона.

Немного теории

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 другие его характеристики. 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…

стакан с 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.

принцип работы стабилитрона

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:

Д814В

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

Как работает стабилитрон

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

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:

схема параметрического стабилизатора

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:

вах стабилитрона

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, Iminэто  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.

рабочая область стабилитрона

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).

рабочая точка стабилитрона

Заключение

Раньше, во времена дефицитных деталей и начала расцвета электроники, стабилитрон часто использовался, как ни странно, для стабилизации выходного напряжения блока питания. 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.стабилизатор LM7805

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

набор стабилитронов

Диод. Светодиод. Стабилитрон / Habr

Не влезай. Убьет! (с)

Постараюсь объяснить работу с диодами, светодиодами, а также стабилитронами на пальцах. Опытные электронщики могут пропустить статью, поскольку ничего нового для себя не обнаружат. Не буду вдаваться в теорию электронно-дырочной проводимости pn-перехода. Я считаю, что такой подход обучения только запутает начинающих. Это голая теория, почти не имеющая отношения к практике. Впрочем, интересующимся теорией предлагаю эту статью. Всем желающим добро пожаловать под кат.

Это вторая статья из цикла электроники. Рекомендую к прочтению также первую, которая повествует о том, что такое электрический ток и напряжение.

Диод – полупроводниковый прибор, имеющий 2 вывода для подключения. Изготавливается, упрощенно говоря, путем соединения 2х полупроводников с разным типом примеси, их называют донорной и акцепторной, n и p соответственно, поэтому диод содержит внутри pn-переход. Выводы, обычно состоящие из луженой меди, называют анод (А) и катод (К). Эти термины пошли еще со времен электронных ламп и используются в письменном виде, для обозначения направленности диода. Гораздо проще графическое обозначение. Названия выводов диода запомнятся сами собой при применении на практике.


Как я уже писал, мы не будем использовать теорию электронно-дырочной проводимости диода. Просто инкапсулируем эту теорию до черного ящика с двумя зажимами для подключения. Примерно так же программисты инкапсулируют работу со сторонними библиотеками, не вдаваясь в е… подробности их работы. Или, например, когда, пользуясь пылесосом, мы не вдаёмся в подробности, как он устроен внутри, он просто работает и нам важно одно из свойств пылесоса – сосать пыль.

Рассмотрим свойства диода, самые очевидные:

  • От анода к катоду, такое направление называется прямым, диод пропускает ток.
  • От катода к аноду, в обратном направлении, диод ток не пропускает. (Вообще-то нет. Но об этом позже.)
  • При протекании тока, в прямом направлении, на диоде падает некоторое напряжение.


Возможно эти свойства вам и так хорошо известны. Но есть некоторые дополнения. Что же считать прямым, а что обратным направлением? Прямым называют такое включение, когда на аноде напряжение больше, чем на катоде. Обратное, наоборот. Прямое и обратное включение – это условность. В реальных схемах напряжение на одном и том же диоде может меняться с прямого на обратное и наоборот.

Кремниевый диод начинает пропускать хоть какой-либо значимый ток только тогда, когда на аноде напряжение будет больше примерно на 0,65 В, чем на катоде. Нет, не так. При протекании хоть какого-либо тока, на диоде образуется падение напряжения, примерно равное 0,65 В и выше.

Напряжение 0,65 В – называют прямым падением напряжения на pn-переходе. Это лишь примерная средняя величина, она зависит от тока, температуры кристалла и технологии изготовления диода. При изменении протекающего тока, она изменяется нелинейно. Чтобы как-то обозначить эту нелинейность графически, производители снимают вольтамперные характеристики диода. В мощных высоковольтных диодах падение напряжения может быть больше в 2, 3 и т.д. раза. Это означает, что внутри диода включено несколько pn-переходов последовательно.

Для определения падения напряжения можно использовать вольтамперную характеристику (ВАХ) диода в виде графика. Иногда эти графики приводятся в дата-листах (datasheets) на реальные модели диода, но чаще их нет. На первом мне попавшемся графике ниже приведены ВАХ КД243А, хотя это не важно, они все примерно похожи.


На графике Uпр – это прямое падение напряжения на диоде. Iпр – протекающий через диод ток. График показывает какое падение напряжения на диоде будет, при протекании n-го тока. Но чаще всего в даталистах не показываются реальные ВАХ, а приводится прямое падение напряжения, указанное при определенном токе. В английской литературе падение напряжения обозначается как forward voltage.

Как применять


Падение напряжения на диоде – для нас плохая характеристика, поскольку это напряжение не совершает полезной работы и рассеивается в виде тепла на корпусе диода. Чем меньше падение, тем лучше. Обычно падение напряжения на диоде определяют исходя из тока, протекающего через диод. Например, включим диод последовательно с нагрузкой. По сути это будет защита схемы от переплюсовки, на случай, если блок питания отсоединяемый. На рисунке ниже в качестве защищаемой схемы взят резистор 47 Ом, хотя в реальности это может быть все, что угодно, например, участок большой схемы. В качестве блока питания – батарея на 12 В.
Допустим, нагрузка без диода потребляет 255 мА. В данном случае это можно посчитать по закону Ома: I= U / R = 12 / 47 = 0,255 А или 255 мА. Хотя обычно потребление сферической схемы в вакууме уже известно, хотя бы по максимальным характеристикам блока питания. Найдем на графике ВАХ, указанный выше, падение напряжения для диода КД243А при 0,255 А протекающего тока, при 25 градусах. Оно равно примерно 0,75 В. Эти 0,75 В упадут на диоде, и для питания схемы останется 12 — 0,75 = 11,25 В — иногда может и не хватить. Как бонус, можно найти мощность, в виде тепла и потерь выделяющуюся на диоде по формуле P = I * U = 0,75 * 0,255 = 0,19 Вт, где I и U – ток через диод и падение напряжения на диоде.

Что же делать, когда график ВАХ недоступен? Например, для популярного диода 1n4007 указано только прямое напряжения forward voltage 1 В при токе 1 А. Нужно и использовать это значение, либо измерить реальное падение. А если для какого-либо диода это значение не указано, то сойдет среднее 0,65 В. В реальности проще это падение напряжения измерить вольтметром в схеме, чем выискивать в графиках. Думаю, не надо объяснять, что вольтметр должен быть включен на постоянное напряжение, если через диод течет постоянный ток, а щупы должны касаться анода и катода диода.

Немного про другие характеристики


В предыдущем примере, если перевернуть батарейку, я имею ввиду поменять полярность, см. нижний рисунок, ток не потечет и падение напряжения на диоде в худшем случае составит 12 В — напряжение батареи. Главное, чтобы это напряжение не превышало напряжение пробоя нашего диода, оно же обратное напряжение, оно же breakdown voltage. А также важно еще одно условие: ток в прямом направлении через диод не превышал номинальный ток диода, он же forward current. Это два основных параметра по которых выбирается диод: прямой ток и обратное напряжение.

Иногда в даталистах также указывается рассеиваемая мощность диодом или номинальная мощность (power dissipation). Если она указана, то ее нельзя превышать. Как ее посчитать, мы уже разобрались на предыдущем примере. Но если мощность не указана, тогда надо ориентироваться по току.

Говорят, что в обратном направлении ток через диод не течет, ну или почти не потечет. На самом деле через него протекает ток утечки, reverse current в английской литературе. Этот ток очень маленький, от нескольких наноампер у маломощных диодов до нескольких сот микроампер, у мощных. Также этот ток зависит от температуры и приложенного напряжения. В большинстве случаем ток утечки не играет никакой роли, например, в как в предыдущем примере, но, когда вы будете работать с наноамперами и поставите какой-либо защитный диод на входе операционного усилителя, тогда может случиться ой… Схема поведет себя совсем не так, как задумывалась.

У диодов так же есть некоторая маленькая паразитная емкость capacitance. Т.е., по сути, это конденсатор, параллельно включенный с диодом. Эту емкость надо учитывать при быстрых процессах при работе диода в схеме с десятками-сотнями мегагерц.

Также несколько слов по поводу термина «номинал». Обычно номинальные ток и напряжение обозначают, что при превышении этих параметров производитель не гарантирует работу изделия, если не сказано другое. И это для всех электронных компонентов, а не только для диода.

Что еще можно сделать


Применений диодов существует множество. Разработчики-радиоэлектронщики обычно выдумывают свои схемы из кусочков других схем, так называемых строительных кирпичиков. Вот несколько вариантов.

Например, схема защиты цифровых или аналоговых входов от перенапряжения:


Диоды в этой схеме при нормальной работе не пропускают ток. Только ток утечки. Но когда по входу возникает перенапряжение с положительной полуволной, т.е. напряжение входа становится больше чем Uпит плюс прямое падение напряжения на диоде, то верхний диод открывается и вход замыкается на шину питания. Если возникает отрицательная полуволна напряжения, то открывается нижний диод и вход замыкается на землю. В этой схеме, кстати, чем меньше утечки и емкость у диодов, тем лучше. Такие схемы защиты уже, как правило, стоят во всех современных цифровых микросхемах внутри кристалла. А внешними мощными сборками TVS-диодов защищают, например, USB порты на материнских платах.

Также из диодов можно собрать выпрямитель. Это очень распространённый тип схем и вряд ли кто-то из читателей про них не слышал. Выпрямители бывают однополупериодные, двухполупериодные и мостовые. С однополупериодным выпрямителем мы уже познакомились в нашем самом первом многострадальном примере, когда рассматривали защиту от переплюсовки. Никакими особыми плюсами не обладает, кроме плюса на батарейке. Один из самых важных минусов, который ограничивает применение схемы однополупериодного выпрямителя на практике: схема работает только с положительной полуволной напряжения. Отрицательное напряжение напрочь отсекает и ток при этом не течет. «Ну и что?», скажете вы, «Такой мощности мне будет достаточно!». Но нет, если такой выпрямитель стоит после трансформатора, то ток будет протекать только в одну сторону через обмотки трансформатора и, таким образом, трансформаторное железо будет дополнительно подмагничиваться. Трансформатор может войти в насыщение и греться намного больше положенного.

Двухполупериодные выпрямители этого недостатка лишены, но им необходим средний вывод обмотки трансформатора. Здесь при положительной полярности переменного напряжения открыт верхний диод, а при отрицательной – нижний. КПД трансформатора используется не полностью.


Мостовые схемы лишены обоих недостатков. Но теперь на пути тока включены два диода в любой момент времени: прямой диод и обратный. Падение напряжения на диодах удваивается и составляет не 0,65-1В, а в среднем 1,3-2В. С учетом этого падения считается выпрямленное напряжение.
Например, нам надо получить 18 вольт выпрямленного напряжения, какой трансформатор для этого выбрать? 18 вольт плюс падение на диодах, возьмем среднее 1,4 В, равно 19,4 В. Мы знаем из предыдущей статьи, что амплитудное значение переменного напряжения в корень из 2 раз больше его действующего значения. Поэтому во вторичной цепи трансформатора переменное действующее напряжение равно 19,4 / 1,41 = 13,75В. С учетом того, что напряжение в сети может гулять на 10%, а также под нагрузкой напряжение немного просядет, выберем трансформатор 230/15 В.

Мощность требуемого нам трансформатора можно посчитать от тока нагрузки. Например, мы собираемся подключать к трансформатору нагрузку в один ампер. Это если с запасом. Всегда оставляйте небольшой запас, в 20-40%. Просто по формуле мощности можно найти P = U * I = 15 * 1 = 15 ВА, где U и I – напряжение и ток вторичной обмотки. Если вторичных обмоток несколько, то их мощности складываются. Плюс потери на трансформацию, плюс запас, поэтому выберем трансформатор 20-40 ВА. Хотя часто трансформаторы продаются с указанием тока вторичных обмоток, но проверить по габаритной мощности не помешает.

После выпрямительного моста необходим сглаживающий конденсатор, на рисунке не показан. Не забывайте про него! Есть умные формулы по расчету этого конденсатора в зависимости от количества пульсаций, но порекомендую такое правило: ставить конденсатор 10000мкФ на один ампер потребления тока. Вольтаж конденсатора не меньше, чем выпрямленное без нагрузки напряжение. В данном примере можно взять конденсатор с номиналом 25В.

Диоды в этой схеме выберем на ток >=1А и обратное напряжение, с запасом, больше 19,4 В, например, 50-1000 В. Можно применить диоды Шоттки. Это те же диоды, только с очень маленьким падением напряжения, которое часто составляет десятки милливольт. Но недостаток диодов Шоттки – их не выпускают на более-менее высокие напряжения, больше 100В. Точнее с недавнего времени выпускают, но их стоимость заоблачная, а плюсы уже не так очевидны.

Светодиод


Внутри устроен совсем по другому, чем диод, но имеет те же самые свойства. Только еще и светится при протекании тока в прямом направлении.
Все отличие от диода в некоторых характеристиках. Самое важное – прямое падение напряжения. Оно гораздо больше, чем 0,65 В у обычного диода и зависит в основном от цвета светодиода. Начиная от красного, падение напряжения которого составляет в среднем 1,8 В, и заканчивая белым или синим светодиодом, падение у которых около 3,5 В. Впрочем, у невидимого спектра эти значения шире.
По сути падение напряжения здесь – минимальное напряжение зажигания диода. При меньшем напряжении, у источника питания, тока не будет и диод просто не загорится. У мощных осветительных светодиодов падение напряжения может составлять десятки вольт, но это значит лишь, что внутри кристалла много последовательно-параллельных сборок диодов.

Но сейчас поговорим об индикаторных светодиодах, как наиболее простых. Их выпускают в различных корпусах, наиболее часто в полуокруглых, диаметром 3, 5, 10 мм.


Любой диод светится в зависимости от протекающего тока. По сути это токовый прибор. Падение напряжения получается автоматически. Ток мы задаем сами. Современные индикаторные диоды более-менее начинают светиться при токе 1 мА, а при 10 мА уже выжигают глаза. Для мощных осветительных диодов надо смотреть документацию.

Применение светодиода


Имея лишь соответствующий резистор можно задать нужный ток через диод. Конечно, понадобится еще и блок питания постоянного напряжения, например, батарейка 4,5 В или любой другой БП.

Например, зададим ток 1мА через красный светодиод с падением напряжения 1,8 В.


На схеме показаны узловые потенциалы, т.е. напряжения относительно нуля. В каком направлении включать светодиод нам подскажет лучше всего мультиметр в режиме прозвонки, поскольку иногда попадаются напрочь китайские светодиоды с перепутанными ногами. При касании щупов мультиметра, в правильном направлении, светодиод должен слабо светиться.

Поскольку применен красный светодиод, то на резисторе упадет 4,5 — 1,8 = 2,7В. Это известно по второму закону Кирхгофа: сумма падений напряжения на последовательных участках схемы равно ЭДС батарейки, т.е. 2,7 + 1,8 = 4,5В. Чтобы ограничить ток в 1мА, резистор по закону Ома должен обладать сопротивлением R = U / I = 2,7 / 0,001 = 2700 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и необходимый нам ток. Не забываем переводить величины в единицы СИ, в амперы и вольты. Поскольку выпускаемые номиналы сопротивлений стандартизованы выберем ближайший стандартный номинал 3,3кОм. Конечно, при этом ток изменится и его можно пересчитать по закону Ома I = U / R. Но зачастую это не принципиально.

В этом примере ток, отдаваемый батарейкой, мал, так что внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.

С осветительными светодиодами все тоже самое, только токи и напряжения выше. Но иногда им уже не требуется резистор, надо смотреть документацию.

Что-то еще про светодиод


По сути, светить – это основное назначение светодиода. Но есть и другое применение. Например, светодиод может выступать в качестве источника опорного напряжения. Они необходимы, например, для получения источников тока. В качестве источников опорного напряжения, как менее шумные, применяют красные светодиоды. Их включают в схему так же, как и в предыдущем примере. Поскольку напряжение батарейки относительно постоянное, ток через резистор и светодиод тоже постоянный, поэтому падение напряжения остается постоянным. От анода светодиода, где 1,8В, делается отвод и используется это опорное напряжение в других участках схемы.

Для более надежной стабилизации тока на светодиоде, при пульсирующем напряжении источника питания, вместо резистора в схему ставят источник тока. Но источники тока и источники опорного напряжения – это тема еще одной статьи. Возможно, когда-нибудь я ее напишу.

Стабилитрон


В английской литературе стабилитрон называется Zener diode. Все тоже самое, что и диод, в прямом включении. Но сейчас поговорим только про обратное включение. В обратном включении под действием определенного напряжения на стабилитроне возникает обратимый пробой, т.е. начинает течь ток. Этот пробой полностью штатный и рабочий режим стабилитрона, в отличие от диода, где при достижении номинального обратного напряжения диод просто выходил из строя. При этом, ток через стабилитрон в режиме пробоя может меняться, а падение напряжение на стабилитроне остается практически неизменным.
Что нам это дает? По сути это маломощный стабилизатор напряжения. Стабилитрон имеет все те же характеристики, что и диод, плюс добавляется так же напряжение стабилизации Uст или nominal zener voltage. Оно указывается при определенном токе стабилизации Iст или test current. Также в документации на стабилитроны указываются минимальный и максимальный ток стабилизации. При изменении тока от минимального до максимального, напряжение стабилизации несколько плавает, но незначительно. См. вольт-амперные характеристики.
Рабочая зона стабилитрона обозначена зеленым цветом. На рисунке видно, что напряжение на рабочей зоне практически неизменно, при широком диапазоне изменения тока через стабилитрон.

Чтобы выйти на рабочую зону, нам надо установить ток стабилитрона между [Iст. min – Iст. max] с помощью резистора точно так же, как это делалось в примере со светодиодом (кстати, можно также с помощью источника тока). Только, в отличие от светодиода, стабилитрон включен в обратном направлении.

При меньшем токе, чем Iст. min стабилитрон не откроется, а при большем, чем Iст. max – возникнет необратимый тепловой пробой, т.е. стабилитрон просто сгорит.

Расчёт стабилитрона


Рассмотрим на примере нашего рассчитанного трансформаторного БП. У нас есть блок питания, выдающий минимум 18 В (по сути там больше, из-за трансформатора 230/15 В, лучше мерить в реальной схеме, но суть сейчас не в этом), способный отдавать ток 1 А. Нужно запитать нагрузку с максимальным потреблением 50 мА стабилизированным напряжением 15 В (например, пусть это будет какой-нибудь абстрактный операционный усилитель – ОУ, у них примерно такое потребление).
Такая слабая нагрузка выбрана неспроста. Стабилитроны довольно маломощные стабилизаторы. Они должны проектироваться так, чтобы через них мог проходить без перегрева весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации Iст. min. Это необходимо, потому что ток после резистора R1 делится между стабилитроном и нагрузкой. В нагрузке ток может быть непостоянным, либо нагрузка может выключаться из схемы совсем. По сути это параллельный стабилизатор, т.е. весь ток, который не уйдет в нагрузку, примет на себя стабилитрон. Это как первый закон Кирхгофа I = I1 + I2, только здесь I = Iнагр + Iст. min.

Итак, выберем стабилитрон с напряжением стабилизации 15 В. Для установки тока через стабилитрон всегда необходим резистор (или источник тока). На резисторе R1 упадет 18 – 15 = 3 В. Через резистор R1 будет протекать ток Iнагр. + Iст. min. Примем Iст. min = 5 мА, это примерно достаточный ток для всех стабилитронов с напряжением стабилизации до 100 В. Выше 100 В можно принимать 1мА и меньше. Можно взять Iст. min и больше, но это только будет бесполезно греть стабилитрон.

Итак, через R1 течет Ir1 = Iнагр. + Iст. min = 50 + 5 = 55 мА. По закону Ома находим сопротивление R1 = U / I = 3 / 0,055 = 54,5 Ом, где U и I – напряжение на резисторе и ток через резистор. Выберем из ближайшего стандартного ряда сопротивление 47 Ом, будет чуть больше ток через стабилитрон, но ничего страшного. Его даже можно посчитать, общий ток: Ir1 = U / R = 3 / 47 = 0,063А, далее минимальный ток стабилитрона: 63 — 50 = 13 мА. Мощность резистора R1: P = U * I = 3 * 0,063 = 0,189 Вт. Выберем стандартный резистор на 0,5 Вт. Советую, кстати, не превышать мощность резисторов примерно Pmax/2, дольше проживут.

На стабилитроне тоже рассеивается мощность в виде тепла, при этом в самом худшем случае она будет равна P = Uст * (Iнагр + Iст.) = 15 * (0,050 + 0,013) = 0,945 Вт. Стабилитроны выпускают на разную мощность, ближайшая 1Вт, но тогда температура корпуса при потреблении около 1Вт будет где-то 125 градусов С, лучше взять с запасом, на 3 Вт. Стабилитроны выпускают на 0,25, 0,5, 1, 3, 5 Вт и т.д.

Первый же запрос в гугле «стабилитрон 3Вт 15В» выдал 1N5929BG. Далее ищем «datasheet 1N5929BG». По даташиту у него минимальный ток стабилизации 0,25 мА, что меньше 13 мА, а максимальный ток 100 мА, что больше 63 мА, т.е. укладывается в его рабочий режим, поэтому он нам подходит.

В общем-то, это весь расчёт. Да, стабилизатор это неидеальный, внутреннее сопротивление у него не нулевое, но он простой и дешевый и работает гарантировано в указанном диапазоне токов. А также поскольку это параллельный стабилизатор, то ток блока питания будет постоянным. Более мощные стабилизаторы можно получить, умощнив стабилитрон транзистором, но это уже тема следующей статьи, про транзисторы.

Проверить стабилитрон на пробой обычным мультиметром, как правило, нельзя. При более-менее высоковольтном стабилитроне просто не хватит напряжения на щупах. Единственное, что удастся сделать, это прозвонить его на наличие обычной диодной проводимости в прямом направлении. Но это косвенно гарантирует работоспособность прибора.

Еще стабилитроны можно использовать как источники опорного напряжения, но они шумные. Для этих целей выпускают специальные малошумящие стабилитроны, но их цена в моем понимании зашкаливает за кусочек кремния, лучше немного добавить и купить интегральный источник с лучшими параметрами.

Также существует много полупроводниковых приборов, похожих на диод: тиристор (управляемый диод), симистор (симметричный тиристор), динистор (открываемый импульсно только по достижении определенного напряжения), варикап (с изменяемой емкостью), что-то еще. Первые вам понадобятся в силовой электронике при постройки управляемых выпрямителей или регуляторов активной нагрузки. А с последними я уже лет 10 не сталкивался, поэтому оставляю эту тему для самостоятельного чтения в вики, хотя бы про тиристор.

Маркировка стабилитронов в стеклянном корпусе

Любая электронная схема вне зависимости от назначения имеет в своем составе большое количество элементов, которые регулируют и контролируют течение электрического тока по проводам. Именно регулирование напряжения играет важную роль в работе большинства модулей, потому что от этого параметра зависит стабильная и долгая работа цепи.

Для стабилизации входного напряжения на схемы был разработан специальный модуль, который является буквально важнейшей частью многих приборов. Импортные и отечественные стабилитроны используются в схемах с разными параметрами, поэтому имеется различная маркировка диодов на корпусе, что помогает определить и подобрать нужный вариант.

Немного подробнее о модуле и принципе его работы

Это полупроводниковый диод, который имеет свойство выдавать определенное значение напряжения вне зависимости от подаваемого на него тока. Это утверждение не является до конца верным абсолютно для всех вариантов, потому что разные модели имеют разные характеристики. Если подать очень сильный ток на не рассчитанный для этого модуль SMD (или любой другой тип), он попросту сгорит. Поэтому подключение выполняется после установки токоограничивающего резистора в качестве предохранителя, значение выходного тока которого равняется максимально возможному значению входного тока на стабилизатор.

Схемы подключения стабилитрона и стабистора в схемуСхемы подключения стабилитрона и стабистора в схему

Он очень похож на обыкновенный полупроводниковый диод, но имеет отличительную черту – его подключение выполняется наоборот. То есть минус от источника питания подается на анод стабилитрона, а плюс – на катод. Таким образом, создается эффект обратной ветви, который и обеспечивает его свойства.

Похожим модулем является стабистор – он подключается напрямую, без предохранителя. Используется в тех случаях, когда параметры входного электричества точно известны и не колеблются, а на выходе получается тоже точное значение.

Указание паспортных характеристик

Они же являются основными показателями отечественных и импортных стабилитронов, которыми необходимо руководствоваться при подборе стабилитрона под конкретную электронную цепь.

  1. UCT – указывает, какое номинальное значение модуль способен стабилизировать.
  2. ΔUCT – используется для указания диапазона возможного отклонения входящего тока в качестве безопасной амортизации.
  3. ICT – параметры тока, который может протекать при подаче номинального напряжения на модуль.
  4. ICT.МИН – показывает самое маленькое значение, которое способно протекать по стабилизатору. При этом протекающее напряжение по диоду будет находиться в диапазоне UCT ± ΔUCT.
  5. ICT.МАКС – модуль не способен выдерживать более высокое напряжение, чем это значение.

На фото ниже представлен классический вариант. Обратите внимание, что прямо на корпусе показано, где у него анод и катод. По кругу нарисована черная (реже встречается серая) полоска, которая располагается со стороны катода. Противоположная сторона – анод. Такой способ используется как для отечественных, так и для импортных диодов.

Маркировка расположения катода и анодаМаркировка расположения катода и анода

Дополнительная маркировка стеклянных моделей

Диоды в стеклянных корпусах имеют свои собственные обозначения, которые мы рассмотрим далее. Они настолько простые (в отличие от вариантов с пластиковыми корпусами), что практически сразу же запоминаются наизусть, нет необходимости каждый раз использовать справочник.

Цветовая маркировка используется для пластиковых диодов, например, для SOT-23. Твердый корпус модуля имеет два гибких вывода. На самом корпусе, рядом с вышеописанной полосочкой, дописываются таким же цветом несколько цифр, разделенных латинской буквой. Обычно запись имеет вид 1V3, 9V0 и так далее, разнообразие позволяет подобрать любые параметры по обозначению, как и в SMD.

Что же значит эта кодовая маркировка? Она показывает напряжение стабилизации, на которое рассчитан данный элемент. К примеру, 1V3 показывает нам, что это значение равно 1.3 В, второй же вариант – 9 вольт. Обычно чем больше сам корпус, тем большим стабилизирующим свойством он обладает. На фото ниже показан стабилитрон в стеклянном корпусе с маркировкой катода 5.1 В

Маркированный стабилитронМаркированный стабилитрон

Заключение

Правильный подбор параметров стабилитрона позволит получить стабильный ток, который из него подается на цепь. Обязательно подбирайте такие параметры предохранителя, используя соответствующий справочник, чтобы входное напряжение не испортило деталь, ему желательно находиться приблизительно в середине диапазона UCT ± ΔUCT.

Диод | Виды, характеристики, параметры диодов

В механике  есть такие устройства, которые пропускают воздух или жидкость только в одном направлении. Вспомните, как вы накачивали колесо велосипеда или автомобиля. Почему, когда вы убирали шланг насоса, воздух не выходил из колеса? Потому что на камере, в пипочке, куда вы вставляете шланг насоса, есть такая интересная штучка – ниппель.  Вот он как раз пропускает воздух только в одном направлении, а в другом направлении блокирует его прохождение.

ниппель

Электроника – эта та же самая гидравлика или пневматика. Но весь прикол заключается в том, что в электронике вместо жидкости или воздуха используется электрический ток.  Если провести аналогию: бачок с водой – это заряженный конденсатор, шланг – это провод, катушка индуктивности – это колесо с лопастями

Диод

которое невозможно сразу разогнать, а потом невозможно резко остановить.

Тогда что такое ниппель в электронике? А ниппелем  мы будем называть радиоэлемент  – диод.  И в этой статье мы познакомимся с ним поближе.

Что такое диод

Полупроводниковый диод представляет из себя элемент, который пропускает электрический ток только в одном направлении и блокирует его прохождение в другом направлении. Это своеобразный ниппель ;-).

Некоторые  диоды выглядят почти также как и резисторы:

диод 1N4007диод

А некоторые выглядят чуточку по другому:

д226б диодд214 диод

Есть также и SMD исполнение диодов:

смд диодsmd диод

Диод имеет два вывода, как и резистор, но у этих выводов, в отличие от резистора, есть определенные названия – анод и катод ( а не плюс и минус, как говорят некоторые неграмотные электронщики). Но как же нам определить, что есть что? Есть два способа:

1) на некоторых диодах катод обозначают полоской, отличающейся от цвета корпуса

катод диодакатод диодакатод смд smd диода

2) можно проверить диод с помощью мультиметра и узнать, где у него катод, а где анод.  Заодно проверить его работоспособность. Этот способ железный ;-). Как проверить диод с помощью мультиметра можно узнать в этой статье.

Если подать на анод плюс, а на катод минус, то у нас диод “откроется” и электрический ток спокойно по нему потечет. А если же  на анод подать минус, а на катод – плюс, то  ток через диод не потечет. Своеобразный ниппель ;-). На схемах  простой диод обозначают вот таким образом:

      

Где находится анод, а где катод очень легко запомнить, если вспомнить воронку для наливания жидкостей в узкие горлышки бутылок. Воронка очень похожа на схему диода. Наливаем в воронку, и жидкость у нас очень хорошо бежит, а если ее перевернуть, то попробуй налей-ка через узкое горлышко воронки ;-).

воронка диод

Характеристики диода

Давайте рассмотрим характеристику диода КД411АМ. Ищем его характеристики в интернете, вбивая в поиск “даташит КД411АМ”

параметры диода КД411

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

вольтамперная характеристика диода

1) Обратное максимальное напряжение Uобр – это  такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток Iобр – сила тока  при обратном подключении диода. При превышении обратного напряжения в диоде возникает так называемый лавинный пробой, в результате этого резко возрастает ток, что может привести  к полному тепловому разрушению диода.  В нашем исследуемом диоде это напряжение равняется 700 Вольт.

2) Максимальный прямой ток Iпр – это  максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении.  В нашем случае это 2 Ампера.

3) Максимальная частота Fd , которую нельзя превышать. В нашем случае максимальная частота диода будет 30 кГц. Если частота будет больше, то наш диод будет работать неправильно.

Виды диодов

Стабилитроны

Стабилитроны  представляют из себя те же самые диоды. Даже из названия понятно, чтоб стабилитроны что-то стабилизируют. А стабилизируют они напряжение.  Но  чтобы стабилитрон выполнял стабилизацию, требуется одно  условие.  Они должны подключатся противоположно, чем диоды. Анод на минус, а катод на плюс. Странно не правда ли? Но почему так? Давайте разберемся.  В Вольт амперной характеристике (ВАХ) диода используется положительная ветвь – прямое направление, а вот в стабилитроне другая часть ветки ВАХ – обратное направление.

Снизу на графике мы видим стабилитрон на 5 Вольт. Сколько бы у нас не изменялась сила тока, мы все равно будем получать 5 Вольт ;-). Круто, не правда ли? Но есть и подводные камни. Сила тока не должны быть больше, чем в описании на диод, иначе он выйдет из строя от высокой температуры – Закон Джоуля-Ленца. Главный параметр стабилитрона – это напряжение стабилизации (Uст). Измеряется в Вольтах. На графике вы видите стабилитрон с напряжением стабилизации 5 Вольт. Также есть диапазон силы тока, при котором будет работать стабилитрон – это минимальный и максимальный ток (Imin, Imax). Измеряется в Амперах.

вах стабилитрона

Выглядят стабилитроны точно также, как и обычные диоды:

ДиодДиод

На схемах обозначаются вот так:

Светодиоды

Светодиоды – особый класс диодов, которые излучают видимый и невидимый свет. Невидимый свет – это свет в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне.  Но для промышленности все таки большую роль играют светодиоды с видимым светом. Они используются для индикации, оформления вывесок, светящихся баннеров, зданий а также для освещения. Светодиоды имеют такие же параметры, как и любые другие диоды, но обычно их максимальный ток значительно ниже.

Предельное обратное напряжение (Uобр) может достигать 10 Вольт. Максимальный ток (Imax) будет ограничиваться для простых светодиодов порядка 50 мА.  Для осветительных больше. Поэтому при подключении обычного диода нужно вместе с ним последовательно подключать резистор. Резистор можно рассчитать по нехитрой формуле, но в идеале лучше использовать переменный резистор, подобрать нужное свечение, замерять  номинал переменного резистора и поставить туда постоянный резистор с таким же номиналом.

светодиодыосветительные светодиоды

Лампы освещения из светодиодов потребляют копейки электроэнергии и стоят дешево.

Диодсветодиодные лампочки

Очень большим спросом пользуются светодиодные ленты, состоящие из множества SMD светодиодов. Смотрятся очень красиво.

светодиодная лента

На схемах светодиоды обозначаются так:

 

Не забываем, что светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды обладают слабым свечением и используются для индикации каких-либо процессов, происходящих в электронной цепи. Для них характерно слабое свечение и малый ток потребления

светодиоды

Ну и осветительные светодиоды – это те, которые используются в ваших китайских фонариках, а также в LED-лампах

Диод

Светодиод – это токовый прибор, то есть для его нормальной работы требуется номинальный ток, а не напряжение. При номинальном токе на светодиоде падает некоторое напряжение, которое зависит от типа светодиода (номинальной мощности, цвета, температуры). Ниже табличка, показывающая какое падение напряжения бывает на светодиодах разных цветов свечения при номинальном токе:

таблица светодиоды напряжение

Как проверить светодиод  можно узнать из этой статьи.

Тиристоры

Тиристоры представляют собой диоды, проводимость которых управляется с помощью третьего вывода – управляющего электрода (УЭ). Основное применение тиристоров – это управление мощной нагрузкой с помощью слабого сигнала, подаваемого на управляющий электрод. Выглядят тиристоры  примерно как диоды или транзисторы. У тиристоров параметров столько, что не хватит статьи для их описания. Главный параметр – Iос,ср. – среднее значение тока, которое должно протекать через тиристор  в прямом направлении без вреда для его здоровья. Немаловажным параметром является напряжение открытия тиристор –  (Uу), которое подается на управляющий электрод  и при котором тиристор полностью открывается.

тиристор Диод

а вот так примерно выглядят силовые тиристоры, то есть тиристоры, которые работают с  большой силой тока:

силовой тиристор

На схемах  триодные тиристоры  выглядят вот таким образом:

Существуют также  разновидности тиристоров – динисторы и симисторы. У динисторов нет управляющего электрода и он выглядит, как обычный диод. Динисторы начинают пропускать через себя электрический ток в прямом включении, когда напряжение на нем превысит какое-то значение. Симисторы – это те же самые триодные тиристоры, но при включении пропускают через себя электрический ток в двух направлениях, поэтому они используются в цепях с переменным током.

Диодный мост и диодные сборки

Производители также  несколько диодов заталкивают в один корпус и соединяют их между собой в определенной последовательности. Таким образом получаются диодные сборки.  Диодные мосты  – одна из разновидностей диодных сборок.

маломощный диодный мостдиодные мосты

 На схемах диодный мост обозначается вот так:

диодный мост обозначение на схеме

Существуют также и другие виды диодов, такие как варикапы, диод Ганна, диод Шоттки  и тд. Для того, чтобы их всех описать, нам не хватит и вечности.

5.2. Классификация и система обозначения стабилитронов

Как и для полупроводниковых диодов, система обозначения стабилитронов определяется стандартом ОСТ 11336.919-81 (шестизначный буквенно-цифровой код).

На первом месте буквой К или цифрой 2 обозначается материал (Si), из которого изготовлен стабилитрон.

На втором месте буквой С обозначен подкласс – стабилитроны.

На третьем месте цифрой обозначен тип стабилитрона:

1 — мощность не более 0,3 Вт, напряжение до 10 В;

2 — мощность не более 0,3 Вт, напряжение от 10 до 100 В;

3 — мощность не более 0,3 Вт, напряжение выше 100 В;

4 — прецизионные, мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение до 10 В;

5 — мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение от 10 до 100 В;

6 — мощность от 0,3 до 5 Вт, напряжение выше 100 В.

Для цифр 1 и 4 напряжение стабилизации указывается в вольтах с десятичным знаком, 33 – это Uст.ном= 3,3 В.

Для цифр 2 и 5 напряжение стабилизации указывается в целых значениях вольт, следовательно 33 – это Uст.ном= 33 В.

Для цифр 3 и 6 напряжение стабилизации указывается в вольтах после 100, то есть к цифрам, указанным в обозначении, необходимо прибавить 100 В.

Например, КС133А – стабилитрон маломощный, напряжение стабилизации 3,3 В; КС620А – стабилитрон средней мощности, Uст.ном= 120 В.

Классификационная литера показывает отличие по электрическим параметрам, например по ТКСН.

Дополнительный элемент указывает на конструктивные отличия (тип корпуса, сборка – два стабилитрона в одном корпусе катодами друг к другу и т.д.).

5.3. Параметрический стабилизатор напряжения

Стабилитроны применяются в схемах стабилизации напряжения. Простейшая схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения представляет собой делитель напряжения из резистора Rогр(его называют также балластным) и стабилитрона VD, параллельно которому подключена нагрузкаRн.

Рис. 5.2. Параметрический стабилизатор напряжения

Расчёт схемы параметрического стабилизатора напряжения начинается с выбора типа стабилитрона из условия Uст.ном=UН. Затем необходимо проверить условие нормальной работы схемы, иначе при изменении тока нагрузки может произойти выход из режима стабилизации, когдаIн=Iн.макс, или перегрузка стабилитрона приIн= 0. Затем рассчитывают величинуRогрпо формуле:

. (5.2)

Качество работы параметрического стабилизатора напряжения оценивается коэффициентом стабилизации. Чем выше коэффициент стабилизации, тем точнее будет поддерживаться напряжение в нагрузке при изменении входного напряжения или тока нагрузки. Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора определяется по формуле:

. (5.3)

5.4. Анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения

Расчётная схема параметрического стабилизатора напряжения представлена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Расчётная схема параметрического стабилизатора напряжения

Проведём графический анализ работы схемы. Для этого построим на ВАХ стабилитрона нагрузочную линию (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Графический анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения

Напряжение источника питания схемы определяется выражением:

; (5.4)

где Iвх=Iст+Iн.

В режиме стабилизации ток нагрузки равен , тогда

. (5.5)

Выражение (5.5) называется уравнением нагрузочной линии (нагрузочной прямой). Нагрузочная линия строится по двум точкам:

1) точке холостого хода, когда Iст= 0,;

2) точке короткого замыкания, когда Uст= 0,.

Координаты рабочей точки О пересечения нагрузочной линии с ВАХ стабилитрона определяют ток (Iст) и напряжение (Uст) стабилитрона при заданных значенияхUвх,RогриRн.

При изменении Uвхнагрузочная линия перемещается параллельно самой себе. Пока рабочая точка О находится в пределах рабочего участка ВАХ стабилитронааб, напряжение в нагрузке стабилизировано.

Если напряжение питания схемы изменится на величину Uвх, напряжение на стабилитроне изменится наUст<<Uвх. ОпределимUстиз уравнения нагрузочной линии, которое преобразуем для приращений напряжений и токов:

, (5.6)

где — динамическое сопротивление стабилитрона.

Выразив Uстиз (5.6) получим:

. (5.7)

Стабилизация напряжения осуществляется и при изменении тока нагрузки:

. (5.8)

Из выражений (5.7) и (5.8) следует, что качество стабилизации напряжения тем лучше, чем больше отношение сопротивлений и, что полностью соответствует выражению (5.3) Однако, при увеличенииRогрвозрастают потери мощности в ограничительном резисторе, из-за чего уменьшается коэффициент полезного действия схемы.

Более подробные сведения о стабилитронах и приведены в литературе [13, 14, 21].

Если ток нагрузки будет больше, чем максимальный ток стабилитрона Iст. макс, параметрический стабилизатор не сможет работать. В этом случае схема параметрического стабилизатора должна быть дополнена схемой усилителя тока, которую выполняют на транзисторе. Транзисторы будут рассмотрены в следующей лекции.

Пример расчёта параметрического стабилизатора напряжения

При изменении напряжения стабилизации от 8 до 8,1 В ток стабилитрона изменился от 2 до 22 мА. Определить дифференциальное сопротивление стабилитрона. Определить коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора на таком стабилитроне, если Uвх= 16 В,Rогр= 500 Ом.

Решение. Дифференциальное (динамическое) сопротивление стабилитрона

кОм или 5 Ом.

Коэффициент стабилизации .

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры полупроводникового стабилитрона.

2. Расшифруйте обозначение КС168А, КС 531В, КС 620 А.

3. Нарисуйте схему параметрического стабилизатора напряжения и объясните назначение деталей.

4. Как рассчитать величину ограничительного резистора в схеме параметрического стабилизатора?

5. Приведите формулу для расчета коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора.

6. При каком соотношении токов стабилитрона и нагрузки возможна нормальная работа параметрического стабилизатора напряжения?

Маркировка стабилитронов в стеклянном корпусе импортные. Стабилитрон. Принцип действия. Маркировка

Программа Color and Code имеет обширный сервис и позволяет решать комплекс задач разнообразного характера в одном приложении: находить номинал или вид радиокомпонентов по кодовой или цветовой маркировке, определять электрические параметры радиокомпонентов; выполнять радиотехнические расчеты; находить тип и выбирать нужные размеры радиокомпонентов; подбирать аналоги радиодеталей; изучать назначения ножек микросхем.

Описание программы Color and Code

В программе имеется возможность определять параметры большого спектра радиодеталей таких как – варикапов, транзисторов, конденсаторов, диодов, стабилитронов, резисторов, индуктивностей и чип-компонентов, как по кодовой цветовой, так и цветовой маркировке.

Цветовая маркировка резисторов


Кодовая и цветовая маркировка транзисторов

Можно определять тип транзистора по двум и четырем цветным точкам. Также есть функция определения по графическим символам, горизонтальное и вертикальное обозначение, смешанной и нестандартной.



Маркировка диодов, стабилитронов, варикапов

Диоды, стабилитроны, варикапы определяются по цветным кольцам от 1 до 3 колец.

Стабилитрон еще называют опорным диодом. Предназначены стабилитроны для стабилизации выходного напряжения при колебания входного или при изменении величины нагрузки (рис. 1 ).

Рис. 1 – Функциональная схема работы стабилитрона

Например, если на нагрузке нужно получить 5 В, а напряжение источника питания колеблется в пределах 9 В. Чтобы снизить и стабилизировать напряжение, подводимое от источника питания, до необходимых 5 В применяют стабилитроны. Конечно, можно применять и стабилизаторы напряжения, в данном случае подойдут или . Однако, применение их не всегда оправдано, поэтому в ряде случаев используют стабилитроны.

Внешне они похожи на диоды и имею вид, показанный на рис. 2 .


Рис. 2 – Внешний вид стабилитронов

Обозначение стабилитронов на схемах приведено на рис. 3 .


Принцип действия стабилитрона

Теперь давайте разберемся каким образом стабилитрон выполняет стабилизацию напряжение.

Основной характеристикой стабилитрона, впрочем, как и диода, является вольтамперная характеристика (ВАХ). Она показывается зависимость величины тока, протекающего через стабилитрон, от величины приложенного к нему напряжения (рис. 4 ).

ВАХ стабилитрона имеет две ветви.


Рис. 4 – ВАХ стабилитрона

Прямая ветвь стабилитрона практически не отличается от прямых ветвей обычных диодов и для последних она же будет рабочей.

Нормальный режим работы стабилитрона является когда он находится под обратным напряжением. Поэтому для него рабочей будет обратная ветвь. Она расположена практически параллельно оси обратных токов. На этой кривой характерными есть две точки: 1 и 2 (рис. 4 ), между ними находится рабочая область стабилитрона.

При некоторой величине обратного напряжения U ст наступает электрический пробой p n перехода стабилитрона и через наго протекает уже значительный ток. Однако при изменении в широких пределах тока от значения Imin до Imax падение напряжения на стабилитроне U ст практически не изменяется (рис. 4 ). Благодаря этому свойству и осуществляется стабилизация напряжения.

Если ток, протекающий через стабилитрон, превысит значение Imax , то произойдет перегрев полупроводниковой структуры, наступит тепловой пробой и стабилитрон выйдет из строя.

К источнику питания Uип стабилитрон подключается через токоограничивающий резистор Rогр , который служит для ограничения тока, протекающего через стабилитрон, а также совместно с ним образует делитель напряжения (рис. 5 ).


Рис. 5 – Схема включения стабилитрона

Обратите внимание, в отличие от диода стабилитрон подключается в обратном направлении, т. е. на катод подается «+» источника питания, а на анод «-».

Параллельно к выводам стабилитрона подключается нагрузка R н , на зажимах которой требуется поддерживать стабильное напряжение.

Процесс стабилизации напряжения заключается в следующем. При увеличении напряжения источника питания возрастает общий ток цепи I , а следовательно и ток Iст , протекающий через стабилитрон VD , а также увеличивается падение напряжения на токоограничивающем резисторе R огр . При этом напряжение на стабилитроне и соответственно на нагрузке остается почти неизменным.

При изменении сопротивления нагрузки, происходит перераспределение общего тока I между стабилитроном и нагрузкой, а величина напряжения на них практически не меняется.

Если напряжение на нагрузке больше напряжения стабилизации стабилитрона, то применяют несколько последовательно включенных стабилитронов. Например, если необходимо получить 10 В стабильного напряжения, то за неимением нужного стабилитрона, можно включить последовательно два стабилитрона по 5 В (рис. 6 ).


Рис. 6 – Последовательное соединение стабилитронов

Также стабилитроны успешно используются в системах автоматики в качестве датчиков, реагирующих на изменение напряжения. Например, если величина напряжения превысит определенное значение, то стабилитрон откроется и через катушку реле будет протекать ток. В результате реле сработает и даст команду другим устройствам либо просто просигнализирует о превышении некоторого уровня напряжения.

Помимо стабилизации постоянного напряжения, с помощью стабилитронов можно стабилизировать и переменное напряжения. Для этого используют последовательное встречное включение двух стабилитронов (рис. 7 ).


Рис. 7 – Схема включения стабилитрона на переменное напряжение

Только на выходе будет не идеальная синусоида, а со срезанными верхами, т. е. форма напряжения будут приближена к трапеции (рис. 8, 9 ).


Рис. 8 – Осциллограмма входного напряжения


Рис. 9 – Осциллограмма напряжения на стабилитроне

Применяются несколько способом маркировки стабилитронов. Стабилитроны в стеклянному корпусе, имеющие гибкие выводы, маркируются самым понятным способом. Как правило на корпус наносятся цифры, разделённые латинской буквой «V». Например, 4 V 7 обозначает, что напряжение стабилизации 4,7 В; 9 V 1 – 9,1 В и так далее (рис. 10 ).


Рис. 10 – Маркировка стабилитронов в стеклянных корпусах

Стабилитроны в пластиковом корпусе имеют маркировку в виде цифр и букв. Сами по себе эти цифры ни о чем не говорят, однако, с помощью даташита их можно легко расшифровать. Например обозначение 1N5349B означает, что напряжение стабилизации 12 В (рис. 11 ). Кроме напряжения такая маркировка учитывает и другие параметры стабилитрона.


Рис. 10 – Маркировка стабилитронов в пластиковых корпусах

Черное либо серое кольцо, нанесенное на корпус стабилитрона, обозначает его катод (рис. 12 ).


Рис. 12 –

Маркировка smd стабилитронов

В качестве маркировка smd стабилитронов применяются цветные кольца. Подобная маркировка применяется также для советские не smd стабилитронов. В импортных стабилитронах цветное кольцо наносится со стороны катода (рис. 13 ). Для расшифровки цветных колец используют даташити или онлайн расшифровщики.


Рис. 13 – SMD стабилитрон в стеклянном корпусе

Еще изготавливаются smd стабилитроны с тремя выводами (рис. 14 ). Один из них не задействован. Эти выводы можно определить с помощью мультиметра.


Рис. 14 – SMD стабилитрон с тре

Зарубежные буквенные обозначения электронных комплектующих [Мозаика системного администрирования]

ASeparable assembly or sub-assembly (e.g. printed circuit assembly)Отдельный модуль или устройство
AEAerialАнтенна
ANTAntennaАнтенна
ARAmplifier (other than rotating), repeaterУсилитель, повторитель
ATAttenuator, inductive termination, resistive terminationАттенюатор, индуктивная оконечная нагрузка, резистивная оконечная нагрузка
BBead FerriteФерритовый фильтр
BBatteryБатарея
BMotorЭлектродвигатель
BRBridge rectifierДиодный мост
BTBatteryБатарея
BTPhotovoltaic transducer, solar cellФотогальванический преобразователь, солнечная батарея
CCapacitorКонденсатор
CBCircuit BoardМонтажная плата
CBCircuit breakerАвтоматический выключатель
CNCapacitor networkКонденсаторная сборка
CPConnector adapter, junction (coaxial or waveguide)Переходник, cоединение (коаксиала или волновода)
CRDiode (TVS, thyristor, Zener, asymmetrical varistor, photodiode, stabistor, varactor
overvoltage absorber)
Диод (лавинный диод, тиристор, стабилитрон, варистор с асимметричной ВАХ, фотодиод, стабистор, варактор, поглотитель перенапряжения)
CRTCathode ray tubeЭлектронно-лучевая трубка
DDiode (LED, TVS, thyristor, Zener, asymmetrical varistor, photodiode, stabistor, varactor
overvoltage absorber)
Диод (светодиод, лавинный диод, тиристор, стабилитрон, варистор с асимметричной ВАХ, фотодиод, стабистор, варактор, поглотитель перенапряжения)
DCDirectional couplerНаправленный соединитель
DLDelay lineЛиния задержки
DSDisplay, alphanumeric display device, annunciator, signal lampДисплей, алфавитно-цифровой индикатор, световой индикатор, сигнальная лампа
DSPDigital signal processorЦифровой сигнальный процессор
EElectrical contact, antenna, binding post, cable termination, electrical contact brush, electrical shield, ferrite bead rings, hall element, insulator, lightning arrester, magnetic core, permanent magnet, short circuit (termination), telephone protector, vibrating reed, miscellaneous electrical partЭлектрический контакт, электрод, антенна, клемма, кабельный наконечник, электрическая щётка, электрический экран, ферритовое кольцо, элемент на эффекте холла, изолятор, искровой разрядник, магнитный сердечник, постоянный магнит, перемычка, громполоса, вибрирующий пружинный контакт, прочие радиодетали
EPEarphoneГоловные телефоны
EQEqualizerЭквалайзер
FFuseПредохранитель
FBFerrite beadФерритовый фильтр
FDFiducialТочка выравнивания
FEBFerrite beadФерритовый фильтр
FETField-effect transistorПолевой транзистор
FLFilterФильтр
GGenerator or oscillator, electronic chopper, interrupter vibrator, rotating amplifier, telephone magnetoЭлектрогенератор или осциллятор, электронный чоппер, вибропреобразователь, электромашинный усилитель, телефонный индуктор
GDTGas-discharge lampГазоразрядная лампа
GNGeneral networkОбщая сеть
HHardware, e.g., screws, nuts, washersКрепёжные элементы (винты, гайки, шайбы)
HPHydraulic partДеталь гидравлики
HRHeater, heating lamp, heating resistor, infrared lamp, thermomechanical transducerНагревательный элемент, нагревательная лампа, нагревательный резистор, инфракрасная лампа, термомеханический преобразователь
HSHandset, operator’s setТелефонная трубка, телефонная гарнитура
HTEarphoneГоловной телефон, наушники
HYCirculator or directional couplerЦиркулятор или направленный ответвитель
ILampЛампа накаливания
ICIntegrated CircuitМикросхема, интегральная схема
JJack, Receptacle, Terminal Strip, connectorГнездо, розетка, патрон, клеммник, коннектор
JWire link, jumperДжампер
JJumper chipРезистор нулевого сопротивления (перемычка или SMD-предохранитель)
JFETJunction gate field-effect transistorОднопереходный полевой транзистор
JPJumper (Link)Джампер
KRelay, contactorРеле, контактор, электромагнитный пускатель
LInductor, choke, electrical solenoid, field winding, generator field, lamp ballast, motor field, reactorКатушка индуктивности, дроссель, соленоид, обмотка электромагнита, обмотка возбуждения генератора, индуктивный балласт, обмотка возбуждения электродвигателя, реактивная катушка
LALightning arresterМолниезащита
LCDLiquid-crystal displayЖК-дисплей
LDRLight Dependent Resistor,Фоторезистор
LEDLight-emitting diodeСветодиод
LSLoudspeaker or buzzer, audible alarm, electric bell, electric horn, siren, telephone ringer, telephone sounderГромкоговоритель или зуммер, звуковая сигнализация, электрический колокол, ревун, сирена, телефонный звонок, телефонный капсюль
MMotorЭлектродвигатель
MMeter, electric timer, electrical counter, oscilloscope, position indicator, thermometerИзмеритель (обобщённый), электрический таймер, электрический счётчик, осциллограф, датчик положения, термометр
MCBMiniature circuit breakerМиниатюрный автоматический выключатель
MGDynamotor, motor-generatorДинамотор, моторгенератор
MICMicrophoneМикрофон
MKMicrophoneМикрофон
MOSFETMetal-oxide-semiconductor field-effect transistorМОП-транзистор
MOVMetal oxide varistorВаристор на базе оксида металла
MPMechanical part (including screws and fasteners)Механическая деталь (в том числе крепёж)
MTAccelerometerАкселерометр
NNeon LampНеоновая лампа
NENeon LampНеоновая лампа
OPOperational amplifierОперационный усилитель
PPlugШтекер, штепсельная вилка
PCPhotocellФотоэлемент
PCBPrinted circuit boardПечатная плата
PHEarphoneГоловные телефоны
PLCProgrammable logic controllerПрограммируемый логический контроллер
PSPower supply, кectifier (complete power-supply assembly)Вторичный источник электропитания, выпрямитель тока
PUPickup, headЗвукосниматель, передающая телевизионная трубка, магнитная головка
QTransistor, semiconductor controlled rectifier, semiconductor controlled switch, phototransistor (3 terminal), thyratron (semiconductor device)Транзистор, полупроводниковый преобразователь, полупроводниковый ключ, фототранзистор трёхконтактный, тиратрон полупроводниковый
RResistor, function potentiometer, instrument shunt, magnetoresistor, potentiometer, relay shunt, rheostatРезистор, функциональный потенциометр, измерительный шунт, магниторезистор, потенциометр, шунт обмотки реле, реостат
RERadio receiverРадиоприёмное устройство
RFCRadio frequency chokeВысокочастотный дроссель
RJResistor JointРезисторная сборка
RLARelayРеле
RNResistor NetworkРезисторная сборка
RTThermistor, ballast lamp, ballast tube, current-regulating resistor, thermal resistorТерморезистор, термистор, электровакуумный стабилизатор тока, газоразрядный стабилитрон, токорегулирующий резистор, терморезистор
RVVaristor, symmetrical varistor, voltage-sensitive resistorВаристор, варистор с симметричной вах, резистор управляемый напряжением
RYRelayРеле
SSwitch, contactor (manually, mechanically or thermally operated), flasher (circuit interrupter), governor (electrical contact type), telegraph key, telephone dial, thermal cutout (circuit interrupter) (not visual), thermostatПереключатель, выключатель, кнопка, пускатель (ручной, механический, термический), прерыватель цепи, регулятор контактного типа, телеграфный ключ, номеронабиратель, термовыключатель, тепловое реле
SCRSilicon controlled rectifierОднонаправленный управляемый тиристор
SPKSpeakerГромкоговоритель
SQElectric squibЭлектровоспламенитель
SRRotating contact, slip ringВращающийся контакт, контактное кольцо
SUSSilicon unilateral switchПороговый тринистор
SWSwitchПереключатель, выключатель, кнопка
TTransformerТрансформатор
TBConnecting strip, test blockКлеммная колодка, тест-блок
TCThermocoupleТермопара
TFTThin-film-transistor displayTFT-дисплей
THThermistorТерморезистор, термистор
TPTest pointКонтрольная (измерительная) точка
TRTransistorТранзистор
TRRadio transmitterРадиопередатчик
TUNTunerТюнер
UIntegrated CircuitМикросхема, интегральная схема
UPhoton-coupled isolatorОптопара
VVacuum tube, valve, ionization chamber, klystron, magnetron, phototube, resonator tube (cavity type), solion, thyratron (electron tube), traveling-wave tube, voltage regulator (electron tube)Радиолампа, ионизационная камера, клистрон, магнетрон, вакуумный фотоэлемент, полостной вакуумный резонатор, хемотронный датчик, тиратрон (радиолампа), лампа бегущей волны, регулятор напряжения (радиолампа)
VCVariable capacitorПеременный конденсатор
VDRVoltage Dependent ResistorВаристор; резистор, управляемый напряжением
VFDVacuum fluorescent displayВакуумно-люминесцентный индикатор
VLSIVery-large-scale integrationСБИС — сверхбольшая интегральная схема
VRVariable resistor (potentiometer or rheostat)Переменный резистор (потенциометр или реостат)
VRVoltage regulatorРегулятор (стабилизатор) напряжения
VTVoltage transformerТрансформатор напряжения
WWire, bus bar, cable, waveguideПровод, шина, кабель, волновод
WTWiring tiepointТочка примыкания
XSolar cellСолнечный элемент
XOther convertersПреобразователи, не включаемые в другие категории
XCeramic resonatorКерамический резонатор, кварцевый генератор
X_Socket connector for another itemРазъём для элементов. Вторая буква соответствует подключаемому элементу
XASocket connector for printed circuit assembly connectorРазъём для печатных плат
XDSSocket connector for light socketРазъём для патрона
XFSocket connector for fuse holderРазъём для предохранителя
XLLampholderЛамповый патрон
XMERTransformerТрасформатор
XTALCrystalКварцевый генератор
XUSocket connector for integrated circuit connectorРазъём для микросхемы
XVSocket connector for vacuum tube socketРазъём для радиолампы
YCrystal or oscillatorКварцевый резонатор или осциллятор
ZZener diodeСтабилитрон
ZBalun, coupled tunable resonator, directional phase shifter (non-reciprocal), gyrator, mode suppressor, multistub tuner, phase shifter, resonator (tuned cavity)Симметрирующий трансформатор, связанный перестраиваемый резонатор, направленный фазовращатель (не обратный), гиратор, фильтр нежелательных типов волн, многошлейфовый согласователь, фазовращатель, объёмный резонатор
ZDZener DiodeСтабилитрон
ZSCTZero sequence current transformer, also called a window-type current transformerТрансформатор тока нулевой последовательности, трансформатор тока с проёмом для первичной цепи

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *