Как работает стабилитрон

Стабистор принцип работы и основные характеристики

Стабистор, как и обычный диод, работает на прямой ветви вольт-амперной характеристики смотри рисунок ниже. Он открывается при незначительном прямом напряжении Uпр и через него начинает идти нарастающий ппрямой ток Iпр. Прямая ветвь ВАХ стабистора идетт почти параллельно оси прямому току; при значительном изменении этого значения через стабистор падение напряжения на нем изменяется не существенно. Это свойство стабистора применяется для стабилизации напряжения.

На второй части рисунка приведена схема возможного практического использования стабистора. Принципиально такое устройство работает так же, как со стабилитроном, только к стабистору прикладывается прямое напряжение.

Вот наиболее важные характеристики стабисторов: напряжение стабилизации Uст, ток стабилизации Iст, минимальный ток стабилизации Iст мин и максимальный ток стабилизации Iст.макс.

Параметр Uст — это то падение напряжения, которое образуется между выводами стабистора в рабочем режиме

Минимальный ток стабилизации Iст.мин — наименьший прямой ток, при котором крутизна ВАХ резко снижается. С уменьшением этого тока стабистор перестанет стабилизировать напряжение.

Максимально допустимый ток стабилизации Iст.макс — это максимальный ток идущий через стабистор (не путайте главное с током, идущем в электрической цепи, питающейся от стабилизатора напряжения), при котором температура его p-n перехода не превышает допустимой. Превышение этого параметра приведет к тепловому пробою p-n перехода прибора и, естественно, к выходу стабистора из строя.

Отечественные стабисторы: КС107А — Uст = 0,7 В; КС113А — Uст = 1,3 В; КС119А — Uст = 1,9 В; Д220С — Uст = 0,59 В

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

• Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
• Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
• Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
• Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
• Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
• Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Особенности использования стабилитронов

Для использования стабилитронов, особенно российских производителей не желательна работа вне зоны пробоя, что является следствием повышения, со временем, тока утечки. Например, на стабилитрон рассчитанный на U15 В, не рекомендуется подавать отличное от расчетного значение напряжения, по крайней мере необходимо следить за минимальным током стабилизации.

Нежелательно подключать стабилитроны в сеть в качестве предохранителя, последствия для стабилитрона будут плачевны, при превышении значения тока они выйдут из строя. Для защиты лучше всего использовать, в некоторых случаях, специализированные стабилитроны (супрессоры) марки ZY5.6. Установка стабилитрона (диода Зенера) в цепь низковольтного питания крайне нежелательно из того, что туннельный пробой при U обладает отрицательным температурным коэффициентом.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

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

https://samelectrik.ru/

Характеристики стабилитрона I-V

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

Эта способность к самоконтролю может быть в значительной степени использована для регулирования или стабилизации источника напряжения от изменений напряжения или нагрузки

Тот факт, что напряжение на диоде в области пробоя практически постоянное, оказывается важной характеристикой стабилитрона, так как его можно использовать в простейших типах устройств с регулятором напряжения

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

Работа диода и его вольт-амперная характеристика

Под вольт-амперной характеристикой данных приборов понимается кривая линия, которая показывает то, в какой зависимости находится электрический ток, протекающий через p-n-переход, от объемов и полярности напряжения, воздействующего на него.

Подобный график можно описать следующим образом:

1. Ось, расположенная по вертикали: верхняя область соответствует значениям прямого тока, нижняя область параметрам обратного тока.
2. Ось, расположенная по горизонтали: область, находящаяся справа, предназначена для значений прямого напряжения; область слева для параметров обратного напряжения.
3. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики отражает пропускной электрический ток через диод. Она направлена вверх и проходит в непосредственной близости от вертикальной оси, поскольку отображает увеличение прямого электрического тока, которое происходит при увеличении соответствующего напряжения.
4. Вторая (обратная) ветвь соответствует и отображает состояние закрытого электрического тока, который также проходит через прибор. Положение у нее такое, что она проходит фактически параллельно относительно горизонтальной оси. Чем круче эта ветвь подходит к вертикали, тем выше выпрямительные возможности конкретного диода.
5. По графику можно наблюдать, что после роста прямого напряжения, протекающего через p-n-переход, происходит медленное увеличение показателей электрического тока. Однако постепенно, кривая достигает области, в которой заметен скачок, после которого происходит ускоренное нарастание его показателей. Это объясняется открытием диода и проведением тока при прямом напряжении. Для приборов, изготовленных из германия, это происходит при напряжении равном от 0,1В до 0,2В (максимальное значение 1В), а для кремниевых элементов требуется более высокий показатель от 0,5В до 0,6В (максимальное значение 1,5В).
6. Показанное увеличение показателей тока может привести к перегреву полупроводниковых молекул. Если отведение тепла, происходящее благодаря естественным процессам и работе радиаторов, будет меньше уровня его выделения, то структура молекул может быть разрушена, и этот процесс будет иметь уже необратимый характер. По этой причине, необходимо ограничивать параметры прямого тока, чтобы не допустить перегрева полупроводникового материала. Для этого, в схему добавляются специальные резисторы, имеющие последовательное подключение с диодами.
7. Исследуя обратную ветвь можно заметить, что если начинает увеличиваться обратное напряжение, которое приложено к p-n-переходу, то фактически незаметен рост параметров тока. Однако в случаях, когда напряжение достигает параметров, превосходящих допустимые нормы, может произойти внезапный скачок показателей обратного тока, что перегреет полупроводник и будет способствовать последующему пробою p-n-перехода.

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Разница между диодом и стабилитроном: просто о сложном

Диоды представляют собой полупроводниковые компоненты, которые ведут себя как односторонние вентили. Они в основном позволяют протекать току в одном направлении. Стандартные диоды будут разрушаться, если будут вынуждены проводить ток в неправильном направлении, но стабилитроны оптимизированы для работы при размещении в цепи «задом на перед». Диоды создаются на основе полупроводников, таких как кремний и германий. Полупроводники смешиваются с другими элементами, такими как бор и фосфор, в процессе, называемом допированием. Стабилитроны изготавливаются из кремния, который более легирован, чем обычные диоды.

Обычные диоды и стабилитроны имеют насечку (полоску или какую-либо отметину) на корпусе. Диод называется смещенным вперед, когда поток тока протекает от немаркированной стороны к помеченной стороне. В противном случае он смещен в обратном направлении.

Стабилитроны устанавливаются в цепи в обратном смещенном положении параллельно нагрузке. Токоограничивающий резистор обычно включается для обеспечения того, чтобы характеристики мощности и максимального тока не превышались.

Диоды используются в качестве выпрямителей, преобразуя переменный ток в постоянный, удаляя часть сигнала. Некоторые из их других многочисленных функций диодов представляют собой электрическую коммутацию и удвоители напряжения.

Стабилитроны могут выполнять функции обычных диодов, но чаще всего используются в качестве регуляторов напряжения для низковольтных цепей, поскольку они могут поддерживать стабильные напряжения при различных нагрузках. Они могут защитить цепи от колебаний напряжения и, следовательно, устанавливаются в таких устройствах, как источники питания и защитные устройства.

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

Основные неисправности диодов

Иногда приборы подобного типа выходят из строя, это может происходить из-за естественной амортизации и старения данных элементов или по иным причинам.

Всего выделяют 3 основных типа распространенных неисправностей:

1. Пробой перехода приводит к тому, что диод вместо полупроводникового прибора становится по своей сути самым обычным проводником. В таком состоянии он лишается своих основных свойств и начинает пропускать электрический ток в абсолютно любом направлении. Подобная поломка легко выявляется при помощи стандартного мультиметра, который начинает подавать звуковой сигнал и показывать низкий уровень сопротивления в диоде.
2. При обрыве происходит обратный процесс – прибор вообще перестает пропускать электрический ток в каком-либо направлении, то есть он становится по своей сути изолятором. Для точности определения обрыва, необходимо использовать тестеры с качественными и исправными щупами, в противном случае, они могут иногда ложно диагностировать данную неисправность. У сплавных полупроводниковых разновидностей такая поломка встречается крайне редко.
3. Утечка, во время которой нарушается герметичность корпуса прибора, вследствие чего он не может исправно функционировать.

Пробой p-n-перехода

Подобные пробои происходят в ситуациях, когда показатели обратного электрического тока начинают внезапно и резко расти, происходит это из-за того, что напряжение соответствующего типа достигает недопустимых высоких значений.

Обычно различается несколько видов:

1. Тепловые пробои, которые вызваны резким повышением температуры и последующим перегревом.
2. Электрические пробои, возникающие под воздействием тока на переход.

График вольт-амперной характеристики позволяет наглядно изучать эти процессы и разницу между ними.

Электрический пробой

Последствия, вызываемые электрическими пробоями, не носят необратимого характера, поскольку при них не происходит разрушение самого кристалла. Поэтому при постепенном понижении напряжения можно восстановить всей свойства и рабочие параметры диода.

При этом, пробои такого типа делятся на две разновидности:

1. Туннельные пробои происходят при прохождении высокого напряжения через узкие переходы, что дает возможность отдельно взятым электронам проскочить через него. Обычно они возникают, если в полупроводниковых молекулах имеется большое количество разных примесей. Во время такого пробоя, обратный ток начинает резко и стремительно расти, а соответствующее напряжение находится на низком уровне.
2. Лавинные разновидности пробоев возможны благодаря воздействию сильных полей, способных разогнать носителей заряда до предельного уровня из-за чего они вышибают из атомов ряд валентных электронов, которые после этого вылетают в проводимую область. Это явление носит лавинообразный характер, благодаря чему данный вид пробоев и получил такое название.

Тепловой пробой

Возникновение такого пробоя может произойти по двум основным причинам: недостаточный теплоотвод и перегрев p-n-перехода, который происходит из-за протекания через него электрического тока со слишком высокими показателями.

Повышение температурного режима в переходе и соседних областях вызывает следующие последствия:

1. Рост колебания атомов, входящих в состав кристалла.
2. Попадание электронов в проводимую зону.
3. Резкое повышение температуры.
4. Разрушение и деформация структуры кристалла.
5. Полный выход из строя и поломка всего радиокомпонента.

Операция [ править ]

Вольт-амперная характеристика стабилитрона с напряжением пробоя 3,4 В.

Температурный коэффициент напряжения стабилитрона относительно номинального напряжения стабилитрона.

Обычный твердотельный диод пропускает значительный ток, если он смещен в обратном направлении.выше его обратного напряжения пробоя. Когда напряжение пробоя обратного смещения превышено, обычный диод подвергается воздействию высокого тока из-за лавинного пробоя. Если этот ток не ограничен схемами, диод может быть необратимо поврежден из-за перегрева. Стабилитрон демонстрирует почти те же свойства, за исключением того, что устройство специально разработано так, чтобы иметь пониженное напряжение пробоя, так называемое напряжение Зенера. В отличие от обычного устройства, стабилитрон с обратным смещением демонстрирует управляемый пробой и позволяет току поддерживать напряжение на стабилитроне близким к напряжению пробоя стабилитрона. Например, диод с напряжением пробоя стабилитрона 3,2 В демонстрирует падение напряжения почти на 3,2 В в широком диапазоне обратных токов.Поэтому стабилитрон идеально подходит для таких приложений, как генерацияопорное напряжение (например , для усилителя стадии), или в качестве стабилизатора напряжения для слаботочных применений.

Другой механизм, вызывающий аналогичный эффект, — это лавинный эффект, как в лавинном диоде . Два типа диодов фактически сконструированы одинаково, и оба эффекта присутствуют в диодах этого типа. В кремниевых диодах напряжением примерно до 5,6 вольт эффект Зенера является преобладающим и демонстрирует заметный отрицательный температурный коэффициент . При напряжении выше 5,6 вольт лавинный эффект становится преобладающим и имеет положительный температурный коэффициент.

В диоде на 5,6 В эти два эффекта возникают вместе, а их температурные коэффициенты практически компенсируют друг друга, поэтому диод на 5,6 В полезен в приложениях с критическими температурами. Альтернатива, которая используется для опорного напряжения , которые должны быть очень стабильными в течение длительных периодов времени, чтобы использовать диод Зенера с температурным коэффициентом (TC) от +2 мВ / ° C (пробивного напряжения 6,2-6,3 V) , подключенного последовательно с кремниевым диодом, смещенным в прямом направлении (или транзисторным BE-переходом), изготовленным на одном кристалле. Диод с прямым смещением имеет температурный коэффициент -2 мВ / ° C, что приводит к отключению ТС.

Современные технологии изготовление произвели устройства с напряжением , чем снизить 5.6 V с коэффициентами пренебрежимо мало температур, [ править ] , но , как устройства высокого напряжения встречается, температурный коэффициент резко возрастает. Диод на 75 В имеет в 10 раз больший коэффициент, чем диод на 12 В. [ необходима цитата ]

Стабилитроны и лавинные диоды, независимо от напряжения пробоя, обычно продаются под общим термином «стабилитрон».

При напряжении 5,6 В, где преобладает эффект Зенера, ВАХ вблизи пробоя имеет более округлую форму, что требует большей осторожности при нацеливании на условия смещения. ВАХ для стабилитронов выше 5,6 В (преобладает лавина) при пробое намного резче

Где выполнить проверку стабилизаторов?

Стабилизаторы представляют собой достаточно сложные устройства. Существует множество разновидностей этих устройств, различающихся принципом действия и конструкцией. Для грамотной диагностики аппаратов чаще всего необходимо специальное оборудование и обширные познания в области электроники. Если вы не знаете, как проверить стабилизатор напряжения, лучше не пытайтесь проводить диагностику самостоятельно, а доверьте эту работу профессионалам.

Название полупроводникового элемента, похожего на диод, говорит само за себя. Он позволяет стабилизировать уже сглаженное напряжение за счёт своих физических особенностей. Зачастую возникает такая необходимость, как проверка стабилитрона. Нужно узнать исправность детали, когда не обеспечивается стабилизация напряжения в цепи, где она установлена.

Принцип действия стабилитрона

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

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

Напряжение стабилизации

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

Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой…

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

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

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

Мощность рассеивания стабилитрона

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

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

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

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

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

Фотодиоды

Основной частью фотодиода является переход, работающий при обратном смещении. В его корпусе имеется окошко, через которое освещается кристалл полупроводника. В отсутствие света ток через р-п переход очень мал — не превышает обратного тока обычного диода.

Рис. 8. Фотодиоды и их изображение на схемах.

При освещении кристалла обратное сопротивление перехода резко падает, ток через него растет. Чтобы показать такой полупроводниковый диод на схеме, базовый символ диода помещают в кружок, а рядом с ним (слева сверху, независимо от положения символа) изображают знак фотоэлектрического эффекта — две наклонные параллельные стрелки, направленные в сторону символа (рис. 8,а).

Подобным образом нетрудно построить и условнбе обозначение любого другого полупроводникового прибора, изменяющего свои свойства под действием оптического излучения. В качестве примера на рис. 8,6 показано обозначение фотодинистора.

Принцип работы стабилитрона

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

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

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

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

Виды диодов и их предназначение

Вкратце можно сказать, что диод представляет собой полупроводниковый компонент электронной схемы, предназначенный для однонаправленного пропускания тока. Другими словами, прибор пропускает ток в одном направлении, запирая его течение в обратном, образуя своеобразный электрический вентиль.

На принципиальных схемах диод обозначается в виде стрелки-указателя, на конце которой изображена черта, означающая запирание. Стрелка указывает направление течения тока. Нужно помнить, что в теоретической физике ток образуют позитивно заряженные частицы. Поэтому для открытия p-n перехода положительный потенциал прикладывают к началу стрелки, а отрицательный к ее концу. При таких условиях через прибор потечет прямой ток.

Рассмотрим наиболее распространенные типы диодов, учитывая, что интерес в плане проверки представляют лишь некоторые, а именно:

• обычные диоды, созданные на основе p-n перехода;
• с барьером Шоттки, чаще называемые просто диоды Шоттки;
• стабилитрон, служащий для стабилизации потенциала и другие виды.

Существует еще множество типов диодов – варикапы, светодиоды или фотодиоды, например. Но ввиду сходности проверки работоспособности или малой распространенности эти устройства здесь не рассматриваются.

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

Маркировка

Для того чтобы определить вид, узнать характеристику полупроводникового диода, производители наносят специальные обозначения на корпус элемента. Она состоит из четырёх частей.

На первом месте — буква или цифра, означающая материал, из которого изготовлен диод. Может принимать следующие значения:

• Г (1) — германий;
• К (2) — кремний;
• А (3) — арсенид галлия;
• И (4) — индий.

На втором — типы диода. Они тоже могут иметь разное значение:

• Д — выпрямительные;
• В — варикап;
• А — сверхвысокочастотные;
• И — туннельные;
• С — стабилитроны;
• Ц — выпрямительные столбы и блоки.

На третьем месте располагается цифра, указывающая на область применения элемента.

Четвёртое место — числа от 01 до 99, означающее порядковый номер разработки.

Также на корпус могут быть нанесены и дополнительные обозначения. Но, как правило, они используются в специализированных приборах и схемах.

Для удобства восприятия диоды могут маркироваться также и разнообразными графическими символами, например, точками и полосками. Особой логики в таких рисунках нет. То есть, чтобы определить, что это за диод, придется заглянуть в специальную таблицу соответствия.

Использует [ редактировать ]

Стабилитрон показан с типичными корпусами. Показан обратный ток .-яZ{\ 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, так что он имеет обратное смещение, 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 ;

ядиодзнак равноUв-Uизр{\ 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, для обычного устройства BZX79C5V6 , стабилитрона 5,6 В 0,5 Вт, рекомендованный обратный ток составляет 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 сделать поправку на 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: .яDVB<пМаксимум{\ 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, балансирующую p – n-переход транзистора. . Примером такого использования может быть усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе контура обратной связи регулируемого источника питания .

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

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

Ограничитель формы волны править

Примеры ограничителя формы сигнала

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

Сдвигатель напряжения править

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 править

Примеры регулятора напряжения

Стабилитрон может применяться в цепи регулятора напряжения для регулирования напряжения, прикладываемого к нагрузке, например, в линейном регуляторе .