Стабилитрон — это что такое и для чего он нужен?

Как проверить стабилитрон

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

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

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

Особенности

Стандартные напряжения стабилитронов

В продаже представлены стабилитроны с характеристическим напряжением от чуть более 1 В до нескольких сотен вольт. Для каждого значения напряжения обычно доступно одно или несколько значений мощности в диапазоне от чуть менее 0,5 Вт до более 5 Вт. Среди наиболее распространенных семейств стабилитронов — серия маломощных BZX55 с напряжением VZ от 2,4 В до 75 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 500 мВт. Семейство силовых стабилитронов BZX85 также широко используется с напряжением VZ от 2,7 до 100 В и максимальной рассеиваемой мощностью до 1300 мВт. Про отечественные Д814 и Д815 говорить смысла нет, так как они уже сошли с радиолюбительской сцены.

Возможные неисправности

Во время работы устройств с диодами могут возникать различные поломки. Это происходит из-за старения элементов или их амортизации.

Среди них такие:

1. Электрический пробой. Это одна из наиболее распространённых поломок, которые встречаются у диодов. Она является обратимой, так как не приводит к разрушению диодного кристалла. Исправить её можно путём постепенного снижения подаваемого напряжения.
2. Тепловой пробой. Такая неисправность более губительна для диода. Она возникает из-за плохого теплоотвода или перегрева в области p-n перехода. Последний образуется только в том случае, если устройство питается от тока с чрезмерно высокими показателями. Без проведения ремонтных мероприятий проблема только усугубится. При этом произойдёт рост колебания атомов диодного кристалла, что приведёт к его деформации и разрушению.
3. Обрыв. При возникновении этой неисправности устройство прекращает пропуск электрического тока в обоих направлениях. Таким образом, он становится изолятором, блокирующим всю систему. Для устранения поломки нужно точно определить её местонахождение. Для этого следует применять специальные высокочувствительные тестеры, которые повысят шанс обнаружить обрыв.
4. Утечка. Под этой поломкой понимают нарушение целостности корпуса, вызванного физическим или иным воздействием на прибор.

Характеристики диода

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

Для объяснения параметров диода, нам также потребуется его ВАХ

1) Обратное максимальное напряжение U_обр – это  такое напряжение диода, которое он выдерживает при подключении в обратном направлении, при этом через него будет протекать ток I_обр – 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 I_пр – это  максимальный ток, который может течь через диод в прямом направлении.  В нашем случае это 2 Ампера.

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

Использует

Стабилитрон показан с типичными корпусами. Показан обратный ток . — я Z {\ displaystyle -i_ {Z}}

Стабилитроны широко используются в качестве опорного напряжения и , как шунтирующие регуляторы для регулирования напряжения на малых контурах. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения с обратным смещением стабилитрон становится проводящим, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода. С этого момента низкий импеданс диода поддерживает напряжение на диоде на этом значении.

В этой схеме, типичное опорное напряжения или регуляторе, входное напряжение, U _в , регулируются до стабильного выходного напряжения U _из . Напряжение пробоя диода D стабильно в широком диапазоне токов и поддерживает приблизительно постоянное значение U _, даже если входное напряжение может колебаться в широком диапазоне. Из-за низкого импеданса диода при такой работе резистор R используется для ограничения тока в цепи.

В случае этой простой ссылки ток, протекающий в диоде, определяется с использованием закона Ома и известного падения напряжения на резисторе R ;

я диод знак равно U в — U из р {\ displaystyle I _ {\ text {diode}} = {\ frac {U _ {\ text {in}} — U _ {\ text {out}}} {R}}}

Значение R должно удовлетворять двум условиям:

1. R должен быть достаточно малым, чтобы ток через D удерживал D в обратном пробое. Значение этого тока указано в таблице данных для D. Например, обычное устройство BZX79C5V6, стабилитрон 5,6 В 0,5 Вт, имеет рекомендованный обратный ток 5 мА. Если через D проходит недостаточный ток, то U _out не регулируется и меньше номинального напряжения пробоя (это отличается от ламп регулятора напряжения, где выходное напряжение выше номинального и может возрасти до U _in ). При вычислении R необходимо учитывать любой ток через внешнюю нагрузку, не показанную на этой диаграмме, подключенную через U _out .
2. R должно быть достаточно большим, чтобы ток через D не разрушил устройство. Если ток через D является я _D , его пробивное напряжение V _B , и его максимальная мощность рассеяния Р _макс коррелируют как таковую: . я D V B < п Максимум {\ displaystyle I_ {D} V_ {B} <P _ {\ text {max}}}

Нагрузка может быть помещена через диод в этой цепи опорного сигнала, и до тех пор, как локотники Зенера в обратном пробое, диод обеспечивает стабильный источник напряжения к нагрузке. Стабилитроны в этой конфигурации часто используются в качестве стабильных эталонов для более совершенных схем стабилизатора напряжения.

Шунтирующие регуляторы просты, но требования, чтобы балластный резистор был достаточно малым, чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в худшем случае (низкое входное напряжение одновременно с большим током нагрузки), как правило, большую часть времени пропускает большой ток через диод. , что делает его довольно расточительным регулятором с высокой рассеиваемой мощностью в режиме покоя, подходящим только для небольших нагрузок.

Эти устройства также встречаются, обычно последовательно с переходом база-эмиттер, в транзисторных каскадах, где можно использовать выборочный выбор устройства с центром в точке лавины или стабилизации, чтобы ввести компенсацию температурного коэффициента балансировки p – n перехода транзистора. . Примером такого использования может быть усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе обратной связи цепи регулируемого источника питания .

Стабилитроны также используются в устройствах защиты от перенапряжения для ограничения скачков переходного напряжения.

Еще одно применение стабилитрона — использование вызванного его лавинным пробоем, в генераторе случайных чисел .

Ограничитель формы волны

Примеры ограничителя формы сигнала

Два последовательно установленных стабилитрона ограничивают обе половины входного сигнала. Ограничители формы волны можно использовать не только для изменения формы сигнала, но и для предотвращения скачков напряжения, влияющих на цепи, подключенные к источнику питания.

Сдвигатель напряжения

Примеры переключателя напряжения

Стабилитрон может быть применен к цепи с резистором, который действует как переключатель напряжения. Эта схема снижает выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя стабилитрона.

Регулятор напряжения

Примеры регулятора напряжения

Стабилитрон может применяться в цепи регулятора напряжения для регулирования напряжения, подаваемого на нагрузку, например, в линейном регуляторе .

Основные электрические параметры, характеризующие стабилитрон

Рис. №4. Электрические характеристики важные для стабилитрона.

Пояснение главных величин, которые характеризуют стабилитрон:

• Стабилизирующее напряжение – U раб, оно соответствует средней точке в месте стабилизации. Напряжение стабилизации – средняя величина между минимальным и предельно-максимальным значением стабилизируемого напряжения.
• Минимальный ток стабилизации, для этого значения осуществляется лавинный пробой p-n-перехода обратимого действия, он неизменно соответствует минимальному значению стабилизируемого напряжения.
• Максимальный предельно-допустимый ток стабилитрона.
• Ток стабилизации или прямой ток, он определяется, как – Iст.ном = Imax – Imin. (он способен выдержать в течение продолжительного отрезка времени p-n-переход без термического разрушения.
• Температурный коэффициент – величина, которая служит для определения отношения изменяющейся температуры окружающей среды при токе неизменной величины. Для каждого типа стабилитрона свойствен свой коэффициент температуры.
• Дифференциальное сопротивление – величина, которая зависит от приращения стабилизационного напряжения к приращению тока в определенном диапазоне частоты.
• Рассеиваемая мощность – величина мощности, обеспечивающей необходимую надежность и рассеиваемую на стабилитроне.

Измерение по схеме стабилизатора

Этот способ позволяет провести замеры параметров радиоэлементов путём включения их в схему и приложенного напряжения источника питания. В зависимости от напряжения стабилизации проверяемого компонента, необходимо иметь делитель состоящего из одного и более резисторов. Источник питания подключается непосредственно к заранее собранной электрической схеме, включённой с общим минусом или общим плюсом. Эта схема является параметрическим стабилизатором напряжения:

1. Рассмотрим включение схемы в общим минусом. Положительный провод источника питания присоединяется к выводу 1 делителя которым служит резистор R, а испытуемый стабилитрон подключается катодом к выводу 2 резистора R. Анодный вывод стабилитрона соединён с минусовым выводом источника питания и является общей шиной питания. Резистор делителя выбирается таким образом, чтобы приложенное напряжение от источника питания достигло такого уровня, что позволит на выводе 2 резистора получить ток пробоя стабилитрона, при котором он откроется.
2. Мультиметр переключается в режим измерения постоянного напряжения, после чего плюсовой вывод вольтметра соединяется к выводу 2 резистора, а минусовый вывод подключён к общей шине, это минус источника питания+анод испытываемого элемента. Источник питания желательно иметь с плавной регулировкой, что придаёт этому способу возможность осуществлять испытание широкого спектра стабилизируемых напряжений.

На примере рассмотрим диод Зенера со стабилизацией 12 В. Для этого необходимо приложить напряжение таким образом, чтобы на выводе 1 делителя оно составляло около 11 В, при сопротивлении делителя выбранным примерно 100Ом. Вольтметр на выводе 2 резистора (без нагрузки). Напряжение перед делителем и после него остаётся неизменным, в зависимости от выбранного сопротивления. Если на вывод 1 делителя приложить выше 12 В или выше, то при этом на выходе делителя вывода второе напряжение не должно превышать 12 В, что указывает на его исправность.

Если же исследуемый элемент является пробитым или неправильно включен в схему, то напряжение на вольтметре равняется нулю, а также произойдёт нагрев делителя. Если же элемент в обрыве, то приложенная величина на входе делителя, будет выше чем 12 В, то испытываемый элемент можно считать неисправным.

Дизайн

Маркировка

В зависимости от мощности диода, они выпускаются в различных корпусах. На металлических корпусах большой мощности указывается буквенное обозначение типа прибора.

На нижеприведенных фото представлены приборы советского производства, и как они выглядели.

Сейчас маломощные диоды выпускаются в стеклянных корпусах. Маркировка импортных приборов имеет цветовое обозначение. На корпус наносится маркировка полосами или цветными кольцами.

На нижеприведенном рисунке представлена маркировка SMD-диодов.

Отечественные диоды в стеклянных корпусах маркируют полосами или кольцами. Определить тип и параметры можно по любому справочнику радиоэлектронных компонентов. Например, зеленая полоса обозначает стабилитрон КС139А, а голубая полоса (или кольцо) указывает на КС133А.

На мощных устройствах в металлических корпусах указывается буквенное обозначение, например, Д816, как показано на фото вверху. Это необходимо для того, чтобы знать, как подобрать аналог.

Материалы по теме:

• Что такое транзистор-тестер
• Как работает резистор
• Как выпаивать радиодетали из плат

Опубликовано:
25.03.2020
Обновлено: 25.03.2020

Какие светодиоды используются

Один из главных элементов, который входит в состав светодиодной лампы, это диод. Им называют полупроводниковый кристалл, состоящий из нескольких слоёв. Именно он служит для преображения подаваемого на лампу электричества в свет. Производят диод на основе чипа — кристалла с площадкой, к которой подключены проводники.

Чтобы получить белое свечение, чип необходимо покрыть желтым люминофором. При смешивании синего и желтого цвета образуется белый. Существует 4 типа светодиодов:

• COB. При такой технологии производства чип монтируют в плату. Контакт получает надёжную защиту от окисления и чрезмерного нагрева. Также это положительно отражается на характеристиках свечения. Если такой чип выйдет из строя, отремонтировать схему нельзя. Это единственный недостаток технологии;
• DIP. Схема состоит из кристалла, двух присоединённых проводников, линза расположена сверху. Такие осветительные приборы в большинстве случаев используют в качестве подсветки на рекламных табло и световых украшениях;
• Диод SMD. Устанавливается на плоских поверхностях, что позволяет изготовить устройства разных форм. Отличается улучшенными характеристиками теплоотвода. Такие лампы можно использовать для любых источников света;
• «Пиранья». Конструкция похожа на схему DIP. Но здесь имеются 4 вывода, что обеспечивает улучшение отвода образующегося тепла и делает технологию более надёжной. Широкое распространение «пиранья» получила в автомобильной промышленности.

Светодиод вида «пиранья» в прозрачном корпусе.

Напряжение стабилитрона

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

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

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

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

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

Простая цепь с нагрузкой, соединенной параллельно с стабилитроном

Преимущества и недостатки

Преимущества диодного моста общеизвестны:

• отработанные десятилетиями схемы;
• простота сборки и подключения;
• несложная диагностика неисправности и простота ремонта.

В качестве недостатков надо упомянуть рост габаритов и веса схемы при увеличении мощности, а также необходимости использования радиаторов для мощных диодов. Но с этим сделать ничего нельзя – физику не обмануть. Когда эти условия станут неприемлемыми, надо решать вопрос о переходе к импульсной схеме источника питания. Кстати, мостовое включение диодов может быть использовано и в ней.

Также надо отметить форму выходного напряжения, далекую от постоянной. Для работы с потребителями, предъявляющими требования к стабильности питающего напряжения, надо использовать мост совместно со сглаживающими фильтрами, а при необходимости и стабилизаторами на выходе.

Watch this video on YouTube

Что такое выпрямитель напряжения и для чего нужен: типовые схемы выпрямителей

Что такое импульсный блок питания и где применяется

Описание характеристик, назначение выводов и примеры схем включения линейного стабилизатора напряжения LM317

Что такое тиристор, как он работает, виды тиристоров и описание основных характеристик

Принцип работы и основные характеристики стабилитрона

Что такое делитель напряжения и как его рассчитать?

Прямое включение диода

На p-n-переход диода может оказывать воздействие напряжение, подаваемое с внешних источников. Такие показатели, как величина и полярность, будут сказываться на его поведении и проводимом через него электрическом токе.

Ниже подробно рассмотрен вариант, при котором происходит подключение плюса к области p-типа, а отрицательного полюса к области n-типа. В этом случае произойдет прямое включение:

1. Под воздействием напряжения от внешнего источника, в p-n-переходе сформируется электрическое поле, при этом его направление будет противоположным относительно внутреннего диффузионного поля.
2. Напряжение поля значительно снизится, что вызовет резкое сужение запирающего слоя.
3. Под воздействием этих процессов значительное количество электронов обретет возможность свободно переходить из p-области в n-область, а также в обратном направлении.
4. Показатели тока дрейфа во время этого процесса остаются прежними, поскольку они напрямую зависят только от числа неосновных заряженных носителей, находящихся в области p-n-перехода.
5. Электроны обладают повышенным уровнем диффузии, что приводит к инжекции неосновных носителей. Иными словами, в n-области произойдет повышение количества дырок, а в p-области будет зафиксирована повышенная концентрация электронов.
6. Отсутствие равновесия и повышенное число неосновных носителей заставляет их уходить вглубь полупроводника и смешиваться с его структурой, что в итоге приводит к разрушению его свойств электронейтральности.
7. Полупроводник при этом способен восстановить свое нейтральное состояние, это происходит благодаря получению зарядов от подключенного внешнего источника, что способствует появлению прямого тока во внешней электрической цепи.

История

Проверка микросхемы стабилизатора

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.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

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

где

Iпр – прямой ток, А

Uпр  – прямое напряжение, В

Эти два параметра в стабилитроне не используются

Uобр – обратное напряжение, В

Uст – номинальное напряжение стабилизации, В

Iст – номинальный ток стабилизации, А

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

Imax – максимальный ток стабилитрона, А

Imin – минимальный ток стабилитрона, А

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

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

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

Что такое полупроводниковый диод – выпрямитель переменного тока

Диодами называют двухэлектродные приборы, обладающие односторонней проводимостью электрического тока. Это их основное свойство используют, например, в выпрямителях, где диоды преобразуют переменный ток электросети в ток постоянный для питания радиоаппаратуры, в приемниках — для детектирования модулированных колебаний высокой частоты, то есть преобразования их в колебания низкой (звуковой) частоты.

Наглядной иллюстрацией этого свойства диода может быть такой опыт. В цепь, составленную из батареи 3336Л и лампочки от карманного фонаря (3,5 В X 0,26 А), включи любой плоскостной диод, например, из серии Д226 или Д7, но так, чтобы анод диода, обозначаемый условно треугольником, был бы соединен непосредственно или через лампочку с положительным полюсом батареи, а катод, обозначаемый черточкой, к которой примыкает угол треугольника, с отрицательным полюсом батареи. Лампочка должна гореть.

Размеры диодов.

Измени полярность включения батареи на обратную — лампочка гореть не будет. Если сопротивление диода измерять омметром, го в зависимости от того, как подключить его к зажимам прибора, омметр покажет различное сопротивление: в одном случае малое (единицы или десятки ом), в другом — очень большое (десятки и сотни килоом). Этим и подтверждается односторонняя проводимость диода.

У диода два электрода: катод — отрицательный и анод — положительный (рис. 13). Катодом служит пластинка германия, кремния или какого-либо другого полупроводника, обладающего электронной проводимостью, или сокращенно полупроводник n-типа (n — начальная буква латинского слова negativus — «отрицательный»), а анодом – часть объема этой же пластинки, но- с так называемой дырочной про-водимостью, или сокращенно полупроводник р-типа (р — начальная буква латинского слова positivus — «положительный»).

Между электродами образуется так называемый р-n переход — пограничная зона, хорошо проводящая ток от анода к катоду и плохо в обратном направлении (за направление тока принято направление, противоположное движению электронов). Диод может находиться в одном из двух состояний: открытом, то есть пропускном, либо закрытом, то есть непропускном. Диод бывает открыт, когда к нему приложено прямое напряжение Uпр, иначе, его анод соединен с плюсом источника напряжения, а катод — с минусом.

В этом случае сопротивление р-n перехода диода мало и через него течет прямой ток IПр, сила которого зависит от сопротивления нагрузки (в нашем опыте — лам-почка от карманного фонаря). При другой полярности питающего напряжения на р-n переход диода прикладывается обратное напряжение Uобр. В этом случае диод закрыт, его сопротивление велико и в цепи течет лишь незначительный обратный ток диода Iобр. О зависимости тока, проходящего через диод, от значения и полярности напряжения на его электродах лучше всего судить по вольтамперной характеристике диода, которую можно снять опытным путем.

Разные типы диодов.