+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Основные способы проверки исправности стабилитрона

Несколько работающих способов, как проверить стабилитрон на исправность. Технология проверки стабилитрона мультиметром, транзистор-тестером и другими приборами.

Полупроводниковый прибор, называемый стабилитроном, является основным элементом стабилизированного блока питания. Он обеспечивает постоянный уровень напряжения. Однако, во время работы, по тем или иным причинам он может выходить из строя. Специалисту, выполняющему ремонтные работы необходимо знать, как проверить стабилитрон на исправность, или как его еще называют —диод Зенера.

Содержание:

Общие сведения о принципе работы

Если вы не знаете как работает стабилитрон, то прежде чем прочитать текущую статью, прочтите опубликованную ранее — https://samelectrik.ru/kak-rabotaet-stabilitron-i-dlya-chego-on-nuzhen.html.

При достижении определенного напряжения, происходит лавинообразный пробой pn-перехода. Сопротивление перехода уменьшается. В результате напряжение на диоде остается постоянным. А ток, протекающий через полупроводник, увеличивается.

Принцип работы можно проиллюстрировать бочкой с водой, где имеется переливная трубка. Сколько бы мы воды ни наливали в бочку, уровень останется на постоянном уровне.

На нижеприведенном рисунке представлена схема работы на примере бочки с водой.


Этот элемент на схеме включается в обратном направлении. Т.е. плюс к минусу, а минус к плюсу. Если его включить в прямом направлении, то он будет работать как обыкновенный диод.

На рисунке выше представлена вольт-амперная характеристика, обозначение на схеме и его включение.

Проверка мультиметром

Неисправный стабилитрон влияет на напряжение стабилизации источника питания, что сказывается на работоспособности аппаратуры. Поэтому специалисту важно знать, как проверить стабилитрон мультиметром на исправность.

Проверка производится аналогично диоду. Если включить мультиметр в режим измерения сопротивления, то при подключении к стабилитрону в прямом направлении (красный щуп к аноду) прибор покажет минимальное сопротивление, а в обратном — бесконечность. Это говорит об исправности полупроводника.

Аналогично выполняется проверка стабилитрона мультиметром в режиме проверки диодов. В этом случае в прямом направлении на экране высветится падение напряжения в районе 400-600 мВ. В обратном либо I, левой части экрана либо .0L, либо какой-то другой знак который говорит о «бесконечности» в измерениях.

На рисунке снизу представлена методика проверки мультиметром.


Если диод пробит, то он будет звониться в обе стороны. При этом цешка может показывать незначительное отклонение сопротивления от 0. Если р-n переход находится в обрыве, то независимо от направления включения показания прибора будут отсутствовать.

Аналогичным образом можно проверить стабилитрон, не выпаивая из схемы. Но в этом случае прибор будет всегда показывать сопротивление параллельно подключенных ему элементов, что в некоторых случаях сделает проверку таким образом невозможной.

Однако такая проверка китайским тестером не является полноценной, потому что проверка производится только на пробой, или на обрыв перехода. Для полной проверки необходимо собирать небольшую схему. Пример такой схемы для проверки напряжения стабилитрона вы можете увидеть в видео ниже.

Проверка транзистор-тестером

Проверить на работоспособность полупроводниковых элементов можно с помощью универсального тестера радиокомпонентов. Часто его называют транзистор-тестером.

Это универсальный измерительный прибор с цифровым индикатором. С помощью транзистор-тестера можно проверить различные радиодетали. К ним относятся резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. А также и полупроводниковые приборы, транзисторы, тиристоры, диоды, стабилитроны, супрессоры и т.п.

Для проверки работоспособности, зажмите детальку в ZIF-панельке (специальном разъёме с рычагом для зажимания элементов), после чего на дисплее высвечивается схемное обозначение элемента. Однако рассматриваемые в этой статье элементы проверяются как обычные диоды. Поэтому не стоит рассчитывать, что транзистор тестер определит, на какое напряжение стабилитрон. Для этого все равно нужно будет собрать схему типа той, что показана выше или такую как рассмотрим далее.

Рекомендуем посмотреть видео о том, что такое универсальный транзистор-тестер и как им проверять радиоэлектронные компоненты.

Тестер, также как и мультиметр, проверяет целостность р-n перехода и корректно определяет напряжением стабилизации стабилитронов до 4,5 вольт.

При ремонте аппаратуры, рекомендуется элемент стабилизации менять на новый. Не зависимо от наличия исправного p-n перехода. Т.к. высока вероятность, что у диода изменилось напряжение стабилизации или оно может произвольно меняться в процессе работы аппаратуры.

Схема для проверки

Рассмотрим еще одну простейшую схему для определения напряжения стабилизации, которая состоит из:

  • Регулируемого блока питания. Постоянное напряжение должно изменяться плавно потенциометром от 0 до 50 В (чем выше максимальное напряжение тем больший диапазон элементов вы сможете проверить). Это позволит проверить практически любой маломощный стабилитрон.
  • Набор токоограничивающих резисторов. Обычно они имеют номинал 1 Ком, 2,2 Ком и 4,7 Ком, но их может быть и больше. Все зависит от напряжения и тока стабилизации.
  • Вольтметр, можно использовать обыкновенный мультиметр.
  • Колодка с подпружиненными контактами. Она должна иметь несколько ячеек, чтобы была возможность подключать полупроводники с различными корпусами.

Для проверки подключают стабилитрон по вышеприведенной схеме и постепенно поднимают напряжение на источнике питания от 0. При этом контролируют показания вольтметра. Как только напряжение на элементе перестанет расти, независимо от его увеличения на блоке питания, это и будет стабилизацией по напряжению.

Если на элементе есть маркировка, то полученные при измерении данные сверяют с таблицей в справочнике по параметрам.

Отметим, что стабилитроны могут выпускаться в различном исполнении. Например, КС162 производятся в керамических корпусах, КС133 в стеклянных, Д814 и Д818 в металлических.

Приведем характеристики некоторых распространенных отечественных стабилитронов:

  • КС133а напряжение стабилизации равно 3,3 В, выпускаются в стеклянном корпусе;
  • КС147а поддерживает напряжение на уровне 4,7 В, корпус стеклянный;
  • КС162а– 6,2 В, корпус из керамики;
  • КС175а – 7,5 В, имеет керамический корпус;
  • КС433а – 3,3 В, выпускают в металлическом корпусе;
  • КС515а – 15 В, корпус из металла;
  • КС524г – в керамическом корпусе с напряжением 24 В;
  • КС531в – 31 В, керамический корпус;
  • КС210б – напряжение стабилизации 10 В, корпус из керамики;
  • Д814а – 7-8,5 В, в металлическом корпусе;
  • Д818б – 9 В, металлический корпус;
  • Д817б – 68 В, в корпусе из металла.

Для проверки стабилитрона с большими напряжениями стабилизации применяется другая схема, которая представлена на рисунке снизу.

Проверка производится аналогично описанному способу. Похожие приборы выпускаются китайскими производителями.

Однако, можно собрать простейшую схему для проверки стабилитронов с применением мультиметра. Это хорошо показано на видео далее.

Следует предупредить, что показанную на видео электрическую схему применять не рекомендуется, т.к. она небезопасна и требует соблюдения техники безопасности. В противном случае можно получить травму (в лучшем случае).

Примеры из практики

Иногда стабилитроны проверяют на осциллографе, но для этого необходимо собрать специальную схему.

На рисунке снизу представлена схема приставки и ее подключение к осциллографу.

Однако проверка осциллографом должна производиться специалистом, который хорошо умеет им пользоваться.

Стабилитроны часто применяются как ограничивающие или предохранительные приборы. Например, в качестве защиты от перенапряжения на жестком диске, а, вернее, на его входе питания стоят стабилитроны или супрессоры на 6 и 14 вольт. Превышение напряжения приводит к их пробою или выгоранию. Для проверки просто выпаивают эти элементы, и проверяют жесткий диск без них. Если все включается, дело в стабилитронах. Их меняют на новые.

Еще один пример из практики ремонта скутеров, а именно после некорректной установки сигнализации (и не только) иногда выходит из строя стабилитрон, смонтированный в замке зажигания на «Хонда дио 34». Он понижает напряжение бортовой сети с 12 В до 10, после чего скутер можно завести. Если элемент вышел из строя — мопед не заведется. Полупроводник можно заменить аналогичным с напряжением на 3,9. Аналогичная ситуация и на других моделях скутеров от «хонды»: AF35, AF51 и т.д.

Вот мы и рассмотрели основные способы проверки стабилитронов, делитесь случаями из своей практики в комментариях и задавайте вопросы!

Опубликовано: 05.05.2020 Обновлено: 05.05.2020 нет комментариев

Простой способ проверки стабилитронов (диодов Зенера) на их напряжение стабилизации и целостность, используя вольтметр и простой блок питания.

 

 

 

 

В этой статье предлагаю Вам разобраться с вопросом – как можно достаточно простым методом проверять стабилитроны (которые также называются диодами Зенера) на их напряжение стабилизации, а также на пригодность вообще. Напомню, что стабилитрон представляет собой обычный полупроводник, у которого есть некоторое свое стабильное напряжение, что присутствует между катодом и анодом, при обратном включении к источнику постоянного напряжения, при электрическом пробое этого полупроводника.

 

Видео по этой теме:

 

 

 

 

 

Если взять самый обычный диод, то при обратном включении между анодом и катодом будет величина постоянного напряжения равная напряжению источника этого питания. При таком подключении диод подобен обычному диэлектрику, который через себя не пропускает ток (точнее ток есть, называемый током утечки, но он очень мал).

 

Прямое и обратное подключение диода в электрическую цепь

 

И это при условии, что данный диод рассчитан на обратное напряжение больше, чем на него подается. В противном случае (если подаваемое напряжение будет больше того, на какое рассчитан диод) этот диод просто пробьется, выйдя из строя. При этом скорее всего он либо начнет электрический ток проводить в обе стороны, как обычный проводник, либо станет диэлектриком, ток проводить уже вовсе не будет.

 

обозначение стабилитрона, где у него анод и катод

У стабилитрона же, в отличие от обычного диода, имеется более низкое обратное напряжение, при котором этот стабилитрон пробивается. И этот пробой не выводит стабилитрон из строя, а напряжение на нем стабилизируется на определенном уровне. У разных стабилитронов это напряжение стабилизации может отличаться, и оно соответствует конкретной маркировке этих стабилитронов. Естественно, когда у стабилитрона возникает пробой, то через него начинает течь ток. И чем больше мы будем подавать напряжение на этот стабилитрон, тем больше будет сила тока, протекающая через него. Напряжение же будет меняться очень незначительно.

 

При прямом же включении, что у обычного диода, что у стабилитрона, будет происходить практически одно и тоже. А именно, до напряжения где-то 0,6 вольт полупроводник будет закрыт. Но, как только подаваемое напряжение превысит это значение, то через полупроводник начнет течь электрический ток. Чем больше ток будет протекать через полупроводник, тем больше будет падение напряжения на нем, в пределах где-то от 0,6, до 1,2 вольта. К примеру, у диодов Шоттки падение напряжения при прямом включении имеет минимальное значение – от 0,2 В. Если при проверке, хоть диода, хоть стабилитрона, при прямом включении мы не увидим этого падения напряжения (0,6 В), то скорей всего диод пробит и уже не пригоден к работе.

 

какой блок питания нужен для проверки стабилитроновНу и теперь ближе к теме о простом способе проверки стабилитронов на их целостность и напряжение стабилизации. Тут все просто. Нам нужен обычный источник постоянного напряжения, у которого это самое напряжение должно быть больше напряжения стабилизации проверяемого стабилитрона. Иначе при более низком напряжении стабилитрон просто не пробьется и не выйдет на свой рабочий номинальный режим стабилизации. Нужно учесть, что мощность блока питания может быть маленькой, поскольку в режиме стабилизации стабилитрон через себя пропускает незначительные токи (до 100 мА).

 

модуля повышающего преобразователя напряжения для схемы проверки стабилитроновЕсли Вы планируете таким способом проверять стабилитроны с достаточно большим напряжением стабилизации, то и блок питания нужен с соответствующим постоянным напряжением. Хотя не всегда под рукой можно найти такие БП с относительно большим выходным напряжением. Простым выходом из такой ситуации будет использования обычного дешевого повышающего напряжение DC-DC модуля. На вход этого модуля можно подавать любое стандартное напряжение, ну а на его выходе уже можно получать более высокое напряжение. Причем, как я заметил ранее, сила тока при проверки будет крайне незначительна.

 

простой вольтметр для схемы проверки стабилитроновКроме блока питания нам еще понадобится обычный вольтметр постоянного тока, которым мы и будем оценивать величину напряжения стабилизации диода Зенера (стабилитрона). Подойдет абсолютно любой вольтметр, лишь он мог показывать постоянное напряжение от 0 до 50 и более. Подойдет самый простой мультиметр.

 

Ну, и еще немаловажная деталь, это обычный постоянный резистор с сопротивлением где-то около 2 килоом, хотя можно от 1 кОм до 10 кОм.  Роль этого сопротивления очень простая. Он ограничивает силу тока, который будет протекать через проверяемый стабилитрон. Что предотвратит полупроводник от случайного выхода из строя в случае, когда подаваемое напряжение будет большое, а напряжение стабилитрона будет мало. Сопротивление же ограничивать силу тока при любых типах стабилитрона, тем самым обезопасит процесс измерения и проверки. По мощности подойдет самый обычный резистор на 0,125 Вт.

 

Ну, и вот сама схема, которая и позволяет делать проверку стабилитронов:

 

Простой способ проверки стабилитронов (диодов Зенера) на их напряжение стабилизации

 

Тут все просто. Плюс блока питания подключается через резистор к катоду стабилитрона, что соответствует обратному включению, а минус БП подается на анод проверяемого полупроводника. Щупы вольтметра прикладываются параллельно стабилитрону. На экране вольтметра мы увидим то самое напряжение стабилизации, на которое и рассчитан данный стабилитрон. Когда же мы перевернем стабилитрон и подсоединяем его прямым включением, то есть плюс БП к аноду полупроводника, а минус БП к катоду стабилитрона. То на вольтметре мы должны увидеть значение около 0,6 вольт, что свидетельствует о полной работоспособности данного полупроводника. Прямым включением, этим способом, можно проверять и обычные диоды. При обратном подключении диода вольтметр должен показывать напряжение блока питания, поскольку диод будет полностью закрыт.

 

ps smail

P.S. Если у Вас нет под рукой блока питания на нужное напряжение, допустим 50 вольт. А также нет возможности приобрести модуль, повышающий постоянное напряжение. То с этой ситуации легко выйти таким образом. Чтобы получить высокое напряжение даже от одной батарейки на 1,5 вольт, можно воспользоваться обычной катушкой (витков так на 100 и более), намотанной на куске феррита. При кратковременной подаче напряжения от батарейки на эту катушку на ее выводах будет возникать ЭДС самоиндукции, которая в разы может превышать напряжение батарейки. Добавив простой диод и конденсатор вы легко получите самодельный увеличитель постоянного напряжения. Разве что его придется при проверке стабилитронов периодически нажимать переключатель этой схемы.

Как определить номинал стабилитрона

Всех приветствую на станицах сайта посвящённых электроники, сегодня изучим способ, как определить номинал стабилитрона. Это статья немного дополняет предыдущую, не менее важную страницу. Для определения рабочего напряжения стабилитрона, маркировка которого не вида, затёрта или просто очень мелко написана, задача выполнимая любому начинающему ремонтнику электроники.

Как узнать напряжение стабилизации неизвестного стабилитрона

Перебирая скопившиеся радиоэлементы, я набрал внушительное количество стабилитронов, некоторые были без опознавательных знаков. Подобная незадача и подтолкнула, написаю данной инструкции. Для внесения порядка на рабочем столе. Сегодня рассмотрим пару способом определения номинала стабилитрона.

Устройство для определения напряжения стабилизации неизвестного стабилитрона

Схема данного устройства, очень проста в использовании и изготовлении, сейчас поясню принцип её работы.
Для этого нам необходимо, блок питания с регулировкой напряжения и его индикации, если такого нет в наличии, ниже рассмотрим способ проверки без него. Плюс ко всему необходим ограничительный резистор номиналом от 1 до 2 кОм и соединительные провода.

На фото все видно наглядно, к блоку питания с регулировкой последовательно подключается ограничительный резистор соответствующего номинала, далее подключаем сам испытуемый стабилитрон, катодом к плюсу. После, замыкаем цепь на отрицательный вывод блока питания. Параллельно неизвестному стабилитрону, подключаем мультиметр в режиме измерения напряжения.

kak-opredelit-nominal-stabilitrona

Будет очень хорошо, если ваш лабораторный блок питания имеет встроенную защиту от короткого замыкания, в некоторых случаях это, спасёт вас от лишнего ремонта. Начинаем потихоньку, добавлять выходное напряжение, и смотрим за изменением на дисплее мультиметра.

Для определения напряжения стабилитрона, мы возьмём 1N4742A очень распространённая модель. Для любопытных, его аналогом является С12 5Т, они стабилизируют 12 вольт. Подключаем всё согласно схеме и регулируем источник питания, мой имеет придел 14 вольт. Всё работает отлично и небольшими погрешностями приборов, но в целом всё нормально.

sxema-ustrojstva-dlya-opredelenie-stabilitrona
Подобным способом можно проверить любой стабилитрон, насколько вам позволит выбранный источник питания. Способ действительно хороший и простой.

Как узнать, насколько стабилитрон без регулируемого блока питания

Это действительно сложнее, но в некоторых случаях под силу. Можно использовать зарядное устройство для сотового телефона, или зарядку от видео регистратора, зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Но лучше всего, иметь в наличии несколько батареек, из них постепенно собираем батарею и меряем напряжение на них и сравниваем с напряжением на стабилитроне, бюджетный вариант, но рабочий. Главное условие, без мультиметра, не обойтись. Интересуйтесь подобными вопросами, и сложности станут под силу.

Сегодня мы научились способам, как определить номинал стабилитрона, у кого есть соображения поэтому и другим вопросам, пишите, все почитаем и обсудим.

Принцип работы и маркировка стабилитронов ⋆ diodov.net

Программирование микроконтроллеров Курсы

Стабилитрон относится к одному из применяемых радиоэлектронных элементов. Каждый более-менее качественный блок питания содержит узел стабилизации напряжения, которое может изменяться при изменении сопротивления нагрузки либо при отклонении входного напряжения от номинального значения.

Стабилитрон

Стабилизация напряжения выполняется главным образом с целью обеспечения нормального режима работы остальных радиоэлементов устройства, например микросхем, транзисторов, микроконтроллеров и т.п.

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

Главное преимущество стабилитронов – их малая стоимость и габариты, поэтому они до сих пор не могут вытисниться интегральными стабилизаторами напряжения типа LM7805 или 78L05 и т.п.

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

Стабилитроны

Условное графическое обозначение стабилитрона на чертежах электрических схем также похоже на обозначение диода, только со стороны катода добавлена короткая горизонтальная черточка, направленная в сторону анода.

Обозначение стабилитрона в схеме

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.

Схема включения стабилитрона

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.

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.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона ВАХ

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).

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

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

Схема последовательного соединения стабилитронов

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно.

Схема стабилизации переменного напряжения, встречное соединение стабилитронов

В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция. За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться.

Переменное напряжение подаваемое на стабилитрон

Осциллограмма стабилизированного стабилитроном переменного напряжения

Маркировка стабилитронов

Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв (или буквы). Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В.

Маркировка стабилитронов в стеклянном корпусе

Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1N5349B. Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец – номинальное значения ток – 100 мА.

Маркировка стабилитронов

Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода.

Обозначение выводов стабилитрона анод, катод

Маркировка SMD стабилитронов

Наибольшее распространение получили опорные диоды в стеклянном корпусе и в пластмассовом корпусе с тремя выводами. Маркировка SMD стабилитрона в стеклянном корпусе состоит из цветного кольца, цвет которого обозначает параметры данного полупроводникового прибора.

SMD стабилитрон в стеклянном корпусе

Если вам встретился SMD стабилитрон с тремя выводами, то следует знать, что один вывод – это «пустышка», то есть он не задействован и применяется лишь для надежной фиксации элемента на печатной плате после пайки. Анод и катод такого экземпляра проще всего определить с помощью мультиметра.

SMD стабилитрон с тремя выводами

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 и :

Мощность рассеивания стабилитрона формула

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.

Стабилитрон мощностью 0,3 Вт, 0,5 Вт, 1,3 Вт, 5 Вт

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.

Как проверить стабилитрон

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.

Как проверить стабилитрон мультиметром

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

Электроника для начинающих

Еще статьи по данной теме

ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ НА БОЛЬШОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

В радиолюбительской практике бывает накапливается много мелких стеклянных диодов, у которых не всегда понятные обозначения, среди них могут попадаться и стабилитроны. Для отыскания таковых и предназначен подобный тестер, а так же для выявления более точных стабилизирующих данных проверяемого стабилитрона. Смысл этого прибора — в проверке неизвестных стабилитронов, которые могут быть на напряжение выше 30 вольт, а значит обычным блоком питания или вот таким тестером их испытать не получится.

Схема стабилитрономера

Схема стабилитрономера

Схема стабилитрономера

Схема была срисована с другой, взятой из интернета, упрощена и дорисована под цифровой индикатор 0-100 В из Китая, с обозначением выводов так как не многие понимают как его тут подключать. Конечно, если они есть в продаже и недорого стоят, то почему бы и не использовать, получается компактное и функциональное полезное для радиолюбителя устройство которое порой очень необходимо.

испытатель рабочего напряжения разных стабилитронов - детали

За основу тестера был взят корпус от БП сигнализации МИП-Р, можно взять любой другой — подходящий по размерам. На передней панели планируется закрепить платку с панелькой для микросхем, и ещё одну платку для проверки cmd стабилитронов. Поскольку само устройство получилось очень компактным, встроить его можно куда удобно, размеры будут зависеть только от применяемого аккумулятора.

испытатель рабочего напряжения стабилитронов

Для прибора разработана маленькая платка, на которой установлены все детали. Трансформатор взят готовый от ЗУ сотового телефона, вторичная повышающая обмотка на нём отмечена с самым большим сопротивлением.

ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ - ПРИБОР САМОДЕЛЬНЫЙ

Выше смотрите на результат проверки работы устройства, тест стабилитрона на 5,1 В.

ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ НА БОЛЬШОЕ НАПРЯЖЕНИЕ - прибор

Корпус снаружи пока ещё не закончен, продумываю что и как на нём удобно установить для проверки различных стабилитронов. Внутри осталось место, так что думаю что бы ещё полезное туда установить с питанием от 4 В… Сборка и испытание схемы — Igoran.

   Форум по прибору

   Обсудить статью ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ НА БОЛЬШОЕ НАПРЯЖЕНИЕ


Стабилитрон: принцип работы, маркировка, обозначение, параметры, свойства

Полупроводниковый стабилитрон, или диод Зенера, представляет собой диод особого типа. При прямом включении обычный диод и стабилитрон ведут себя аналогично. Разница между ними проявляется при обратном включении. Обычный диод при подаче обратного напряжения и превышении его номинального значения просто выходит из строя. А  для стабилитрона подключение обратного напряжения и его рост до установленной точки является штатным режимом. При достижении определенной точки обратного напряжения в стабилитроне возникает обратимый пробой. Через устройство начинает течь ток. До наступления пробоя стабилитрон находится в нерабочем состоянии и через него протекает только малый ток утечки.  На электросхемах стабилитрон обозначается как стрелка-указатель, на конце которой имеет черточка, обозначающая запирание. Стрелка указывает направление тока. Буквенное обозначение на схемах – VD.

Содержание статьи

Устройство

Полупроводниковые стабилитроны пришли на смену морально устаревшим стабилитронам тлеющего разряда – ионным газоразрядным электровакуумным приборам. Для изготовления стабилитронов используются кремниевые или германиевые кристаллы (таблетки) с проводимостью n-типа, в которые добавляют примеси сплавным или диффузно-сплавным способом. Для получения электронно-дырочного p-n перехода используются акцепторные примеси, в основном алюминий. Кристаллы заключают в корпуса из полимерных материалов, металла или стекла.

Кремниевые сплавные стабилитроны Д815 (А-И) выпускаются в металлическом герметичном корпусе, который является положительным электродом. Такие элементы имеют широкий интервал рабочих температур – от -60°C до +100°C. Кремниевые сплавные двуханодные стабилизирующие диоды КС175А, КС182А, КС191А, КС210Б, КС213Б выпускают в пластмассовом корпусе. Кремниевые сплавные термокомпенсированные детали КС211 (Б-Д), используемые в качестве источников опорного напряжения, имеют пластмассовый корпус.

SMD стабилитроны, то есть миниатюрные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, изготавливаются в основном в стеклянных и пластиковых корпусах. Такие элементы могут выпускаться с двумя и тремя выводами. В последнем случае третий вывод является «пустышкой», никакой смысловой нагрузки не несет и предназначается только для надежной фиксации детали на печатной плате.

Принцип действия

Стабилитрон был открыт американским физиком Кларенсом Мелвином Зенером, именем которого его и назвали. Электрический пробой p-n перехода может быть обусловлен туннельным пробоем (в этом случае пробой носит название Зенеровского), лавинным пробоем, пробоем в результате тепловой неустойчивости, который наступает из-за разрушительного саморазогрева токами утечки.

И инженеры конструируют эти элементы таким образом, чтобы возникновение туннельного и/или лавинного пробоя произошло задолго до того, как в них возникнет вероятность теплового пробоя.

Величина напряжения пробоя зависит от концентрации примесей и способа легирования p-n-перехода. Чем больше концентрация примесей и чем выше их градиент в переходе, тем ниже обратное напряжение, при котором образуется пробой.

  • Туннельный (зенеровский) пробой появляется в полупроводнике в тех случаях, когда напряженность электрического поля в p-n зоне равна 106 В/см. Такая высокая напряженность может возникнуть только в высоколегированных диодах. При напряжениях пробоя, находящихся в диапазоне 4,5…6,7 В, сосуществуют туннельный и лавинный эффекты, а вот при напряжении пробоя менее 4,5 В остается только туннельный эффект.
  • В стабилитронах с небольшими уровнями легирования или меньшими градиентами легирующих добавок присутствует только лавинный механизм пробоя, который появляется при напряжении пробоя примерно 4,5 В. А при напряжении выше 7,2 В остается только лавинный эффект, а туннельный полностью исчезает.

Как было сказано ранее, при прямом подключении стабилитрон при прямом включении ведет себя так же, как и обычный диод, – он пропускает ток. Различия между ними возникают при обратном подключении.

Обычный диод при обратном подключении запирает ток, а стабилитрон при достижении обратным напряжением величины, которая называется напряжением стабилизации, начинает пропускать ток в обратном направлении. Это объясняется тем, что при подаче на стабилитрон напряжения, которое превышает U ном. устройства, в полупроводнике возникает процесс, называемый пробоем. Пробой может быть туннельным, лавинным, тепловым. В результате пробоя ток, протекающий через стабилитрон, возрастает до максимального значения, ограниченного резистором. После достижения напряжения пробоя ток остается примерно постоянным в широком диапазоне обратных напряжений. Точка, в которой напряжение запускает ток, может очень точно устанавливаться в процессе производства легированием. Поэтому каждому элементу присваивают определенное напряжение пробоя (стабилизации).

Стабилитрон используется только в режиме «обратного смещения», то есть его анод подключается к «-» источника питания. Способность стабилитрона запускать обратный ток при достижении напряжения пробоя применяется для регулирования и стабилизации напряжения при изменении напряжения питания или подключенной нагрузки. Использование стабилитрона позволяет обеспечить постоянное выходное напряжение для подключенного потребителя при перепадах напряжения ИП или меняющемся токе потребителя.

Вольт-амперная характеристика

ВАХ стабилитрона, как и обычного диода, имеет две ветви – прямую и обратную. Прямая ветвь является рабочим режимом для традиционного диода, а обратная характеризует работу стабилитрона. Стабилитрон называют опорным диодом, а источник напряжения, в схеме которого есть стабилитрон, называют опорным.

ВАХ стабилитрона

На рабочей обратной ветви опорного диода выделяют три основные значения обратного тока:

  • Минимальное. При силе тока, которая меньше минимального значения, стабилитрон остается закрытым.
  • Оптимальное. При изменении тока в широких пределах между точками 1 и 3 значение напряжения меняется несущественно.
  • Максимальное. При подаче тока выше максимальной величины опорный диод перегреется и выйдет из строя. Максимальное значение тока ограничивается максимально допустимой рассеиваемой мощностью, которая очень зависит от внешних температурных условий.

Области применения

Основная область применения этих элементов – стабилизация постоянного напряжения в маломощных ИП или в отдельных узлах, мощность которых не более десятков ватт. С помощью опорных диодов обеспечивают нормальный рабочий режим транзисторов, микросхем, микроконтроллеров.

В стабилизаторах простой конструкции стабилитрон является одновременно источником опорного напряжения и регулятором. В более сложных конструкциях стабилитрон служит только источником опорного напряжения, а для силового регулирования применяется внешний силовой транзистор.

Термокомпенсированные стабилитроны и детали со скрытой структурой востребованы в качестве дискретных и интегральных источников опорного напряжения. Для защиты электрической аппаратуры от перенапряжений разработаны импульсные лавинные стабилитроны. Для защиты входов электрических приборов и затворов полевых транзисторов в схему устанавливают рядовые маломощные стабилитроны. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП) изготавливаются с одним кристаллом, на котором расположены: защитный стабилитрон и силовой транзистор.

Основные характеристики

В паспорте стабилизирующего диода указывают следующие параметры:

  • Номинальное напряжение стабилизации Uст. Этот параметр выбирает производитель устройства.
  • Диапазон рабочих токов. Минимальный ток – величина тока, при которой начинается процесс стабилизации. Максимальный ток – значение, выше которого устройство разрушается.
  • Максимальная мощность рассеивания. В маломощных элементах это паспортная величина. В паспортах мощных стабилитронов для расчета условий охлаждения производитель указывает: максимально допустимую температуру полупроводника и коэффициент теплового сопротивления корпуса.

Помимо параметров, указываемых в паспорте, стабилитроны характеризуются и другими величинами, среди которых:

  • Дифференциальное сопротивление. Это свойство определяет нестабильность устройства по напряжению питания и по току нагрузки. Первый недостаток устраняется запитыванием стабилизирующего диода от источника постоянного тока, а второй – включением между стабилитроном и нагрузкой буферного усилителя постоянного тока с эмиттерным повторителем.
  • Температурный коэффициент напряжения. В соответствии со стандартом эта величина равна отношению относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению наружной температуры. В нетермостабилизированных стабилитронах при нагреве от +25°C до +125°C напряжение стабилизации сдвигается на 5-10% от первоначального значения.
  • Дрейф и шум. Эти характеристики для обычных стабилитронов не определяются. Для прецизионных устройств они являются очень важными свойствами. В обычных (непрецизионных) стабилитронах шум создают: большое количество посторонних примесей и дефекты кристаллической решетки в области p-n перехода. Способы снижения шума (если в этом есть необходимость): защитная пассивация оксидом или стеклом (примеси направляются вглубь кристалла) или перемещением вглубь кристалла самого p-n-перехода. Второй способ является более радикальным. Он востребован в диодах с низким уровнем шума со скрытой структурой.

Способы включения – последовательное и параллельное

На детали импортного производства в сопроводительных документах ситуации, при которых возможно последовательное или параллельное соединение, не регламентируются. В документации на отечественные опорные диоды можно встретить два указания:

  • В приборах маленькой и средней мощности можно последовательно или параллельно подсоединять любое количество односерийных стабилитронов.
  • В приборах средней и значительной мощности можно последовательно соединять любое число стабилизирующих диодов единой серии. При параллельном соединении необходимо произвести расчеты. Общая мощность рассеивания всех параллельно подсоединенных стабилитронов не должна быть выше аналогичного показателя одной детали.

Допускается последовательное подключение опорных диодов разных серий в том случае, если рабочие токи созданной цепи не превышают паспортные токи стабилизации для каждой серии, установленной в схеме.

На практике для умножения напряжения стабилизации чаще всего применяют последовательное соединение двух-трех стабилитронов. К этой мере прибегают в том случае, если не удалось достать деталь на нужное напряжение или необходимо создать высоковольтный стабилитрон. При последовательном соединении напряжение отдельных элементов суммируется. В основном этот вид соединения используется при сборке высоковольтных стабилизаторов.

Параллельное соединение деталей служит для того, чтобы повышать ток и мощность. Однако на практике этот вид соединения применяется редко, поскольку различные экземпляры опорных диодов даже одного типа не имеют совершенно одинаковых напряжений стабилизации. Поэтому при параллельном соединении разряд возникнет только в детали с наименьшим напряжением стабилизации, а в остальных пробой не произойдет. Если пробой и возникает, то одни стабилитроны в такой цепи будут работать с недогрузкой, а другие с перегрузкой.

Для стабилизации переменного напряжения стабилитроны соединяются последовательно и встречно. В первый полупериод синусоиды переменного тока один элемент работает как обычный диод, а второй выполняет функции стабилитрона. Во втором полупериоде элементы меняются функциями. Форма выходного напряжения отличается от входного. Ее конфигурация напоминает трапецию. Это связано с тем, что напряжение, превышающее напряжение стабилизации, будет отсекаться и верхушки синусоиды будут срезаны. Последовательное и встречное соединение стабилитронов может применяться в термостабилизированном стабилитроне.

Составные стабилитроны

Составной стабилитрон – устройство, применяемой в ситуациях, когда необходимы токи и мощность большего значения, чем это допускают технические условия. В этом случае между стабилизирующим диодом и нагрузкой подсоединяют буферный усилитель постоянного тока. В схеме коллекторный переход транзистора включен параллельно стабилизирующему диоду, а эммиттерный переход – последовательно.

Схема обычного составного стабилитрона не предназначена для применения на прямом токе. Но добавление диодного моста превращает составной стабилитрон в систему двойного действия, которая может работать и при прямом, и при обратном токе. Такие стабилитроны еще называют двойными или двуханодными. Стабилитроны, которые могут работать с напряжением только одной полярности, называют несимметричными. А составные стабилитроны, дееспособные при любом направлении тока, называют симметричными.

Виды стабилитронов

На современном рынке электроники имеется широкий ассортимент стабилитронов, адаптированных к определенным условиям применения.

Прецизионные

Эти устройства обеспечивают высокую стабильность напряжения на выходе. К ним предъявляются дополнительные требования к временной нестабильности напряжения и температурного коэффициента напряжения. К прецизионным относятся устройства:

  • Термокомпенсированные. В схему термокомпенсированного стабилитрона входят последовательно соединенные: стабилитрон номинальным напряжением 5,6 В (с плюсовым значением температурного коэффициента) и прямоосвещенный диод (с минусовым коэффициентом). При последовательном соединении этих элементов происходит взаимная компенсация температурных коэффициентов. Вместо диода в схеме может использоваться второй стабилитрон, включаемый последовательно и встречно.
  • Со скрытой структурой. Ток пробоя в обычном стабилитроне сосредотачивается в приповерхностном кремниевом слое, где находится максимальное количество посторонних примесей и дефектов кристаллической решетки. Эти несовершенства конструкции провоцируют шум и нестабильную работу. В деталях со скрытой структурой ток пробоя «загоняют» внутрь кристалла путем формирования глубокого островка p-типа проводимости.   

Быстродействующие

Для них характерны: низкое значение барьерной емкости, всего десятки пикофарад, и краткий период переходного процесса (наносекунды). Такие особенности позволяют опорному диоду ограничивать и стабилизировать кратковременные импульсы напряжения.

Стабилизирующие диоды могут быть рассчитаны на напряжение стабилизации от нескольких вольт до нескольких сотен вольт. Высоковольтные стабилитроны устанавливаются на специальные охладители, способные обеспечить нужный теплообмен и уберечь элемент от перегрева и последующего разрушения.

Регулируемые стабилитроны

При изготовлении стабилизированных блоков питания необходимый стабилитрон может отсутствовать. В этом случае собирают схему регулируемого стабилитрона.

Схема регулируемого стабилитрона

Нужное напряжение стабилизирующего диода подбирают при помощи резистора R1. Для настройки схемы на место резистора R1 подключают переменный резистор номиналом 10 кОм. После получения нужного значения напряжения определяют полученное сопротивление и устанавливают на постоянное место резистор нужного номинала. Для этой схемы можно применить транзисторы КТ342А, КТ3102А.

Способы маркировки

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

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

Цветовая маркировка стабилитрона

Как отличить стабилитрон от обычного диода

Оба эти элемента имеют схожее обозначение на схеме. На практике отличить стабилитрон от обычного диода  и даже узнать его номинал, если оно не более 35 В, можно с помощью приставки к мультиметру.

Схема приставки к мультиметру Схема приставки к мультиметру

Для выполнения генератора с широтно-импульсной модуляцией используется специализированная микросхема MC34063. Чтобы обеспечить гальваническую развязку между ИП и измерительной частью схемы напряжение контролируют на первичной обмотке трансформатора. Это позволяет сделать выпрямитель на VD2. Точка стабилизации выходного напряжения устанавливается с помощью резистора R3. Напряжение на конденсаторе С4 – примерно 40 В. Стабилизатор тока А2 и проверяемый опорный диод составляют параметрический стабилизатор, а мультиметр, подключенный к выводам схемы, позволяет определить напряжение стабилитрона.

Если диод подключить в обратной полярности (анод к «-», а катод к «+»), то мультиметр для обычного диода покажет 40 В, а для стабилитрона – напряжение стабилизации.

Для определения работоспособности стабилитрона с известным номиналом используют простую схему, состоящую из источника питания и токоограничительного резистора на 300…500 Ом. В этом случае с помощью мультиметра определяют не сопротивление перехода, а напряжение. Включают элементы, как показано на схеме, и меряют напряжение на стабилитроне.

Схема для определения работоспособности стабилитрона

Медленно поднимают напряжение блока питания. На значении напряжения стабилизации напряжение на стабилитроне должно прекратить свой рост. Если это произошло, значит, элемент исправен. Если при последующем увеличении напряжения ИП диод не начинает стабилизировать, значит, он не исправен.

Как правильно подобрать стабилитрон?

Стабилитроны относятся к стабилизаторам небольшой мощности. Поэтому их необходимо подбирать так, чтобы через них без перегрева мог проходить весь ток нагрузки плюс минимальный ток стабилизации.

Для правильного выбора стабилитрона для электрической схемы необходимо знать следующие параметры: минимальное и максимальное входное напряжение, напряжение на выходе, минимальный и максимальный ток нагрузки. Напряжение стабилизации стабилитрона равно выходному напряжению. А рассчитать максимальный ток, который может пройти через стабилитрон в конкретной схеме, и мощность рассеивания при максимальном токе, лучше всего с помощью онлайн-калькулятора. 

Содержание драгоценных металлов в стабилитронах

В стабилитронах, как и в других полупроводниках – обычных диодах, тиристорах, варикапах, из драгоценных металлов содержится, в основном, серебро, в некоторых – золото. Конкретное количество указывается в специальных таблицах. Содержание палладия и платины, даже если они и присутствуют в полупроводниках, обычно не указывается, поскольку их концентрация ничтожно мала.



Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?


Схема для определения работоспособности стабилитрона

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


Как узнать напряжение стабилизации стабилитрона

Предлагаемая схема служит для простого определения номинала напряжения стабилизации стабилитрона с помощью вольтметра, а также для определения его исправности.

Сейчас промышленностью выпускается невероятное количество различных электронных компонентов и зачастую при сборке радиоэлектронного изделия возникает множество затруднений по определению номинала компонента. Особенно в этом плане «отличилась» отечественная промышленность – в частности стабилитроны в стеклянном корпусе имеют, порой, очень похожую маркировку, отличить которую не представляется возможным. Хороший пример это стабилитроны КС211 и КС175 – иногда встречаются варианты маркировки, в которых оба выглядят как маленький выводной стеклянный диод с чёрной полосой. Их также можно спутать, например, со стабилитроном Д814. Так или иначе, запоминать цветовую маркировку стабилитронов не самая лучшая идея, учитывая насколько просто их можно проверить.

Для определения напряжения стабилизации понадобится простая схема:

Обычно диапазон рабочего тока маломощных стабилитронов лежит в пределах 1-10 мА, поэтому сопротивление резистора выбрано 2.2 кОм. Это оптимально для проверки маломощных стабилитронов. Для проверки мощных стабилитронов сопротивление возможно придётся уменьшить – для этого в схеме предусмотрена перемычка. Для проверки маломощных стабилитронов перемычку нужно ставить в верхнее положение, для проверки мощных – в нижнее.

Оптимальное напряжение питания – 25В.

Если стабилитрон подсоединён правильно – анодом к X1, катодом к X2, то вольтметр покажет его напряжение стабилизации, а если неправильно – какое-то очень малое напряжение около нуля. Если при одном подключении мультиметр показывает минимум напряжения, а при другом – максимальное, равное напряжению источника питания, значит испытуемый радиоэлемент либо простой диод, либо стабилитрон с напряжением стабилизации выше напряжения источника питания. Если вы уверены что это стабилитрон – нужно увеличить напряжение источника до предполагаемой величины и проверить ещё раз.

Если вольтметр показывает минимальное напряжение, либо напряжение питания при любом подключении – значит данный стабилитрон или диод неисправен.

Если напряжение стабилизации показывается при любом подключении – значит это двусторонний стабилитрон.

Аналогичным способом можно проверять исправность диодов и светодиодов, только полярность будет противоположная. Способ хорош тем, что позволяет узнать падение напряжения, что бывает очень важно. Проверяя светодиоды необходимо помнить, что некоторые светодиоды очень чувствительны к завышенному обратному напряжению, поэтому напряжение источника при их проверке желательно выставлять не выше 9В.

В радиолюбительской практике бывает накапливается много мелких стеклянных диодов, у которых не всегда понятные обозначения, среди них могут попадаться и стабилитроны. Для отыскания таковых и предназначен подобный тестер, а так же для выявления более точных стабилизирующих данных проверяемого стабилитрона. Смысл этого прибора – в проверке неизвестных стабилитронов, которые могут быть на напряжение выше 30 вольт, а значит обычным блоком питания или вот таким тестером их испытать не получится.

Схема стабилитрономера

Схема была срисована с другой, взятой из интернета, упрощена и дорисована под цифровой индикатор 0-100 В из Китая, с обозначением выводов так как не многие понимают как его тут подключать. Конечно, если они есть в продаже и недорого стоят, то почему бы и не использовать, получается компактное и функциональное полезное для радиолюбителя устройство которое порой очень необходимо.

За основу тестера был взят корпус от БП сигнализации МИП-Р, можно взять любой другой – подходящий по размерам. На передней панели планируется закрепить платку с панелькой для микросхем, и ещё одну платку для проверки cmd стабилитронов. Поскольку само устройство получилось очень компактным, встроить его можно куда удобно, размеры будут зависеть только от применяемого аккумулятора.

Для прибора разработана маленькая платка, на которой установлены все детали. Трансформатор взят готовый от ЗУ сотового телефона, вторичная повышающая обмотка на нём отмечена с самым большим сопротивлением.

Выше смотрите на результат проверки работы устройства, тест стабилитрона на 5,1 В.

Корпус снаружи пока ещё не закончен, продумываю что и как на нём удобно установить для проверки различных стабилитронов. Внутри осталось место, так что думаю что бы ещё полезное туда установить с питанием от 4 В. Сборка и испытание схемы – Igoran.

Обсудить статью ПРОВЕРКА СТАБИЛИТРОНОВ НА БОЛЬШОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Стабилитрон относится к одному из применяемых радиоэлектронных элементов. Каждый более-менее качественный блок питания содержит узел стабилизации напряжения, которое может изменяться при изменении сопротивления нагрузки либо при отклонении входного напряжения от номинального значения.

Стабилизация напряжения выполняется главным образом с целью обеспечения нормального режима работы остальных радиоэлементов устройства, например микросхем, транзисторов, микроконтроллеров и т.п.

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

Главное преимущество стабилитронов – их малая стоимость и габариты, поэтому они до сих пор не могут вытисниться интегральными стабилизаторами напряжения типа LM7805 или 78L05 и т.п.

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

Условное графическое обозначение стабилитрона на чертежах электрических схем также похоже на обозначение диода, только со стороны катода добавлена короткая горизонтальная черточка, направленная в сторону анода.

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.

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).

Встречное, параллельное, последовательное соединение стабилитронов

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

Параллельное соединение применяется с целью повышения тока и мощности.

Также стабилитроны находят применение для стабилизации переменного напряжения. В этом случае они соединяются последовательно и встречно.

В один полупериод переменного напряжения работает один стабилитрон, а второй работает как обычный диод. Во второй полупериод полупроводниковые элементы выполняют противоположные функции. Однако в таком случае форма выходного напряжения будет отличается от входного и выглядит как трапеция. За счет того, что опорный диод будет отсекать напряжение, превышающее уровень стабилизации, верхушки синусоиды будут срезаться.

Маркировка стабилитронов

Маркировка наносится на корпус стабилитрона в виде цифр и букв (или буквы). Различают принципиально два разных типа маркировки. Стабилитрон в стеклянном корпусе имеет привычную для нас маркировку, непосредственно обозначающую номинальное напряжение стабилизации. Цифры могут быть разделены буквой V, выполняющую роль десятичной точки. Например, 5V1 означает 5,1 В.

Менее понятный способ маркировки состоит из четырех цифр и буквы в конце. Если вы не опытный радиолюбитель, то без даташита никак не обойтись. Для примера расшифруем параметры опорного диода серии 1N5349B. Больше всего нас интересует первый столбец, в котором приведено номинальное напряжение 12 В. Второй столбец – номинальное значения ток – 100 мА.

Катод стабилитрона любого типа обозначается кольцом черного или синего цвета, которое наносится на корпус со стороны соответствующего вывода.

Маркировка SMD стабилитронов

Наибольшее распространение получили опорные диоды в стеклянном корпусе и в пластмассовом корпусе с тремя выводами. Маркировка SMD стабилитрона в стеклянном корпусе состоит из цветного кольца, цвет которого обозначает параметры данного полупроводникового прибора.

Если вам встретился SMD стабилитрон с тремя выводами, то следует знать, что один вывод – это «пустышка», то есть он не задействован и применяется лишь для надежной фиксации элемента на печатной плате после пайки. Анод и катод такого экземпляра проще всего определить с помощью мультиметра.

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 и :

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.

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 мулитиметр покажет единицу или будет звенеть, то стабилитрон непригоден.

Что такое стабилитрон? Принцип работы, типы и применение стабилитрона в качестве регулятора напряжения, ограничителя формы сигнала и переключателя напряжения

Введение

Диоды обычно известны как устройства, которые позволяют протекать току в одном направлении (с прямым смещением) и создают сопротивление потоку тока при использовании с обратным смещением. Стабилитрон (названный в честь американского ученого Ч. Зенера, который первым объяснил его принципы работы), с другой стороны, не только пропускает ток при прямом смещении, но и пропускает ток при использовании в обратное смещение, пока приложенное напряжение превышает напряжение пробоя , известное как напряжение пробоя стабилитрона .Или другими словами Напряжение пробоя — это напряжение, при котором стабилитрон начинает проводить в обратном направлении.

Принцип работы стабилитрона:

Zener Diode Symbol Generic Diode Symbol

В обычных диодах напряжение пробоя очень высокое и диод полностью выходит из строя, если приложено напряжение выше пробивного диода, но в стабилитронах напряжение пробоя не такое высокое и не приводит к необратимому повреждению стабилитрона. если напряжение приложено.

Когда обратное напряжение, приложенное к стабилитрону, увеличивается до указанного значения Напряжение пробоя (Vz), через диод начинает течь ток, известный как ток стабилитрона , и этот процесс известен как Лавинный пробой . Ток увеличивается до максимума и стабилизируется. Этот ток остается постоянным в более широком диапазоне приложенного напряжения и позволяет стабилитрону выдерживать более высокое напряжение без повреждения.Этот ток определяется последовательным резистором.

Рассмотрим изображения ниже нормального диода в действии .

Diode operation in forward biased condition Diode operation in reversed biased condition

Чтобы показать срабатывания стабилитрона , рассмотрим два эксперимента (A и B) ниже.

12v Zener diode operation 6v Zener diode operation

В эксперименте A стабилитрон 12 В подключен с обратным смещением, как показано на изображении, и можно увидеть, что стабилитрон эффективно блокировал напряжение, потому что оно было меньше / равно напряжению пробоя конкретного стабилитрона и лампа при этом осталась выключенной.

В эксперименте B используемый стабилитрон 6 В проводит (загорается лампочка) с обратным смещением, потому что приложенное напряжение больше, чем его напряжение пробоя, и, таким образом, показывает, что область пробоя — это область работы стабилитрона. .

Кривая вольт-амперной характеристики стабилитрона представлена ​​ниже.

Zener diode V-I characteristics

Из графика можно сделать вывод, что стабилитрон, работающий в режиме обратного смещения, будет иметь довольно постоянное напряжение независимо от величины подаваемого тока.

Применение стабилитрона:

Стабилитроны

используются в трех основных приложениях в электронных схемах;

1. Регулирование напряжения

2. Ограничитель формы сигнала

3. Переключатель напряжения

1. Стабилитрон как регулятор напряжения

Это, пожалуй, наиболее распространенное применение стабилитронов.

Это применение стабилитронов в значительной степени зависит от способности стабилитронов поддерживать постоянное напряжение независимо от изменений в питающем токе или токе нагрузки.Основная функция устройства регулирования напряжения заключается в том, чтобы обеспечивать постоянное выходное напряжение на нагрузку, подключенную параллельно к нему, независимо от изменений энергии, потребляемой нагрузкой (ток нагрузки), или изменений и нестабильности напряжения питания.

Стабилитрон обеспечивает постоянное напряжение при условии, что ток остается в диапазоне максимального и минимального обратного тока.

Принципиальная схема стабилитрона , используемого в качестве стабилизатора напряжения , показана ниже.

Zener Diode as Voltage Regulator

Резистор R1 соединен последовательно с стабилитроном, чтобы ограничить количество тока, протекающего через диод, и входное напряжение Vin (которое должно быть больше, чем напряжение стабилитрона). подключено параллельно, как показано на изображении, и выходное напряжение Vout снимается на стабилитроне с Vout = Vz (напряжение стабилитрона). Поскольку характеристики обратного смещения стабилитрона необходимы для регулирования напряжения, он подключается в режиме обратного смещения, при этом катод подключается к положительной шине цепи.

Следует соблюдать осторожность при выборе номинала резистора R1 , так как резистор небольшого номинала приведет к большому току диода при подключении нагрузки, и это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода, которые могут стать выше максимального значения. номинальной мощности стабилитрона и может повредить его.

Номинал используемого резистора можно определить по формуле, приведенной ниже.

R  1  = (V  в  - V  Z ) / I  Z 

Куда;
R1 - значение последовательного сопротивления.Vin - входное напряжение.
Vz, который совпадает с Vout, является напряжением Зенера.
И Iz - это стабилитрон. 

Используя эту формулу, легко убедиться, что номинал выбранного резистора не приводит к протеканию тока выше, чем может выдержать стабилитрон.

Одна небольшая проблема, с которой сталкиваются схемы стабилизатора на основе стабилитронов, заключается в том, что стабилитрон иногда генерирует электрический шум на шине питания, пытаясь регулировать входное напряжение.Хотя это может не быть проблемой для большинства приложений, эту проблему можно решить, добавив к диоду развязывающий конденсатор большой емкости. Это помогает стабилизировать выход стабилитрона.

Stabilizing the output of the Zener diode voltage regulator by adding Capacitor

2. Стабилитрон как ограничитель формы сигнала

Одно из применений обычных диодов заключается в применении схем ограничения и ограничения , которые представляют собой схемы, которые используются для формирования или изменения формы входного переменного тока или сигнала , создавая выходной сигнал другой формы в зависимости от технических характеристик машинка для стрижки или кламмера.

Схемы ограничителей в целом представляют собой схемы, которые используются для предотвращения выхода выходного сигнала схемы за пределы предварительно определенного значения напряжения без изменения какой-либо другой части входного сигнала или формы волны.

Эти схемы вместе с фиксаторами широко используются в аналоговых телевизионных и FM радиопередатчиках для устранения помех (схемы ограничения) и ограничения шумовых пиков путем отсечения высоких пиков.

Поскольку стабилитроны обычно ведут себя как обычные диоды , когда приложенное напряжение не равно напряжению пробоя, они также используются в схемах ограничения.

Схемы ограничения могут быть разработаны для ограничения сигнала в положительной, отрицательной или обеих областях . Хотя диод естественным образом отсекает другую область при 0,7 В, независимо от того, был ли он разработан как положительный или отрицательный.

Например, рассмотрим схему ниже.

Zener Diode in as Clipper Circuit

Схема ограничителя предназначена для ограничения выходного сигнала на уровне 6,2 В, поэтому был использован стабилитрон на 6,2 В. Стабилитрон предотвращает выход выходного сигнала за пределы напряжения стабилитрона независимо от формы входного сигнала.Для этого конкретного примера использовалось входное напряжение 20 В, а выходное напряжение при положительном размахе составляло 6,2 В, что соответствовало напряжению стабилитрона. Однако во время отрицательного колебания напряжения переменного тока стабилитрон ведет себя так же, как обычный диод, и ограничивает выходное напряжение на уровне 0,7 В, что соответствует обычным силиконовым диодам.

Generated Waveforms of Zener diode Clipper Circuit

Чтобы реализовать схему ограничения для отрицательного размаха цепи переменного тока, а также для положительного размаха таким образом, чтобы напряжение ограничивалось на разных уровнях при положительном и отрицательном размахе, используется схема ограничения с двойным стабилитроном.Принципиальная схема схемы ограничения двойного стабилитрона показана ниже.

Generated Waveforms of Double Zener diode Clipper Circuit

В приведенной выше схеме ограничения напряжение Vz2 представляет собой напряжение на отрицательном размахе источника переменного тока, при котором выходной сигнал желательно ограничить, а напряжение Vz1 представляет собой напряжение на положительном размахе источника переменного тока, при котором выходной сигнал напряжение желательно ограничить.

3. Стабилитрон в качестве переключателя напряжения

Сдвигатель напряжения — одно из самых простых, но интересных применений стабилитрона.Если у вас был опыт, особенно с подключением датчика 3,3 В к MCU 5 В, и вы воочию видели ошибки в показаниях и т. Д., Которые могут привести к ним, вы оцените важность переключателей напряжения. Сдвигатели напряжения помогают преобразовывать сигнал из одного напряжения в другое. и способность стабилитрона поддерживать постоянное выходное напряжение в области пробоя делает их идеальным компонентом для работы.

В стабилизаторе напряжения на основе стабилитрона схема понижает выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя конкретного используемого стабилитрона.Принципиальная схема переключателя напряжения показана ниже.

Zener Diode as Voltage Shifter

Рассмотрим эксперимент ниже,

Getting 3.3v Zener diode based voltage shifter

Схема описывает стабилизатор напряжения на стабилитроне на 3,3 В. Выходное напряжение (3,72 В) схемы получается путем вычитания напряжения пробоя (3,3 В) стабилитрона из входного напряжения (7 В).

Vout = Vin –Vz

Vout = 7 — 3,3 = 3,7 В

Переключатель напряжения, описанный ранее, имеет несколько применений в проектировании современных электронных схем, так как инженеру-проектировщику, возможно, придется время от времени работать с тремя различными уровнями напряжения в процессе проектирования.

Типы стабилитронов:

Стабилитроны

подразделяются на типы на основе нескольких параметров, в том числе:

  1. Номинальное напряжение
  2. Рассеиваемая мощность
  3. Ток прямого привода
  4. Прямое напряжение
  5. Тип упаковки
  6. Максимальный обратный ток

Номинальное напряжение

Номинальное рабочее напряжение стабилитрона также известно как напряжение пробоя стабилитрона, в зависимости от области применения, для которой диод будет использоваться, это часто является наиболее важным критерием при выборе стабилитрона.

Рассеиваемая мощность

Это максимальная мощность, которую может рассеять ток стабилитрона. Превышение этой номинальной мощности приводит к чрезмерному повышению температуры стабилитрона, что может повредить его и привести к выходу из строя устройств, подключенных к нему в цепи. Таким образом, этот фактор следует учитывать при выборе диода с учетом его использования.

Максимальный ток стабилитрона

Это максимальный ток, который может проходить через стабилитрон при напряжении стабилитрона без повреждения устройства.

Минимальный ток стабилитрона

Это относится к минимальному току, необходимому для начала работы стабилитрона в области пробоя.

Другие параметры, которые служат спецификацией для диода, должны быть полностью рассмотрены, прежде чем будет принято решение о типе стабилитрона, необходимого для этой специфической конструкции.

Заключение:

Вот 5 моментов, которые нельзя забывать о стабилитроне.

  1. Стабилитрон похож на обычный диод только тем, что он имеет резкое пробивное напряжение.
  2. Стабилитрон поддерживает стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения, если не превышается максимальный ток стабилитрона.
  3. При прямом смещении стабилитрон ведет себя точно так же, как обычный силиконовый диод. Он проводит с тем же падением напряжения 0,7 В, которое сопровождает использование обычного диода.
  4. Рабочее состояние стабилитрона по умолчанию находится в области пробоя (обратное смещение).Это означает, что он фактически начинает работать, когда приложенное напряжение выше, чем напряжение стабилитрона при обратном смещении.
  5. Стабилитрон в основном используется в приложениях, связанных с регулированием напряжения, схемами ограничения и переключателями напряжения.
.

Стабилитроны Стабилитроны Стабилитроны Инструменты

Стабилитроны могут использоваться для получения стабилизированного выходного напряжения с низкой пульсацией в условиях переменного тока нагрузки. Пропуская небольшой ток через диод от источника напряжения через подходящий токоограничивающий резистор (R S ), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения на уровне Vout.

Стабилитроны широко используются в качестве шунтирующих регуляторов напряжения для регулирования напряжения на небольших нагрузках.Стабилитроны имеют резкое обратное напряжение пробоя, и напряжение пробоя будет постоянным для широкого диапазона токов. Таким образом, мы подключим стабилитрон параллельно нагрузке, чтобы приложенное напряжение сместило его в обратном направлении. Таким образом, если напряжение обратного смещения на стабилитроне превышает напряжение перегиба, напряжение на нагрузке будет постоянным.

Здесь мы обсуждаем устранение неисправностей стабилизаторов напряжения на основе стабилитронов.

Источник питания постоянного тока с стабилитроном

На приведенном ниже рисунке показан источник постоянного тока с фильтром, который вырабатывает постоянное напряжение 24 В перед тем, как стабилизатор стабилизирует его до 15 В.Используется стабилитрон 1N4744A. Проверка регулируемого выходного напряжения без нагрузки показывает 15,5 В, как указано в части (а). Типичное напряжение, ожидаемое при испытательном токе стабилитрона для этого конкретного диода, составляет 15 В.

Zener Regulated DC Power Supply Zener Regulated DC Power Supply

Zener Power Supply Zener Power Supply

Рис. Испытание источника питания с стабилитроном

В части (b) потенциометр подключен к обеспечивают переменное сопротивление нагрузки. Оно устанавливается на минимальное значение для испытания при полной нагрузке, как определено следующими расчетами.Испытание при полной нагрузке проводится при минимальном токе стабилитрона (IZK). Показание измерителя, равное 14,8 В, указывает приблизительно на ожидаемое выходное напряжение 15,0 В.

Zener Power Supply Equation Zener Power Supply Equation

Случай 1:

Стабилитрон открыт Если стабилитрон выходит из строя, проверка источника питания дает приблизительные результаты, указанные на рисунке , При проверке холостого хода, показанной в части (а), выходное напряжение составляет 24 В, потому что нет падения напряжения между фильтрованным выходом источника питания и выходной клеммой.Это определенно указывает на разрыв между выходной клеммой и землей. При проверке полной нагрузки напряжение 14,8 В является результатом действия делителя напряжения последовательного резистора на 180 Ом и нагрузки 291 Ом. В этом случае результат слишком близок к нормальному показанию, чтобы быть надежным индикатором неисправности. но проверка без нагрузки подтвердит проблему. Также, если RL изменяется, VOUT будет изменяться, если стабилитрон открыт.

Open zener diode with no load Open zener diode with no load

Zener Diode Regulator Zener Diode Regulator

Рис .: Показания открытого стабилитрона

Случай 2:

Неправильное напряжение стабилитрона Как показано на рисунке ниже, проверка холостого хода, в результате которой выходное напряжение превышает максимальное напряжение стабилитрона, но меньшее, чем выходное напряжение источника питания, указывает на то, что стабилитрон вышел из строя и его внутреннее сопротивление больше, чем должно быть.Выходное напряжение 20 В в этом случае на 4,5 В выше ожидаемого значения 15,5 В. Это дополнительное напряжение указывает на неисправность стабилитрона или установку неправильного типа. Выход 0 В, конечно, указывает на короткое замыкание.

Indication of faulty or wrong zener Indication of faulty or wrong zener

.Цепь транзисторного стабилитрона

для стабилизации сильного тока

Цепь мощного «стабилитрона» с использованием транзисторного шунтирующего стабилизатора, представленная здесь, может быть использована для безопасного получения высокоточных, стабилизированных по температуре и напряжению выходных сигналов от сильноточных источников.

Нормальное ограничение стабилитрона

Маломощные стабилитроны, которые мы обычно используем в электронных схемах, предназначены для работы с малыми токами и поэтому не могут использоваться для шунтирования или стабилизации источников высокого тока.

Хотя доступны стабилитроны с более высокими номиналами, они могут быть относительно дорогими. Тем не менее, на самом деле возможно создать настраиваемый высокомощный стабилитрон, используя силовые транзисторы и ИС шунтирующего стабилизатора, как показано ниже:

Принципиальная схема

Использование шунтирующего регулятора

Глядя на рисунок, мы можем увидеть участие специализированная ИС шунтирующего стабилизатора в виде LM431 или TL431, которая в основном представляет собой регулируемый стабилитрон малой мощности.

Помимо атрибута переменного напряжения, устройство также включает в себя функцию создания выходного сигнала со стабилизацией температуры, что означает, что условия окружающей температуры не будут влиять на производительность этого устройства, что невозможно с обычными диодами.

Но с точки зрения допустимой мощности устройство TL431 не лучше, чем его аналог на традиционном стабилитроне.

Однако, когда он комбинируется с силовым транзистором, таким как показанный TIP147, блок превращается в универсальный силовой стабилитрон, способный шунтировать и стабилизировать источники сильного тока без повреждения.

Пример приложения

Классический пример применения этой схемы можно визуализировать в этой схеме шунтирующего регулятора мотоцикла, конструкция которой используется для маневрирования и защиты генератора переменного тока мотоцикла от высоких обратных ЭДС.

Эту конструкцию можно также опробовать в сильноточных емкостных источниках питания для получения стабилизированного выхода без выбросов напряжения от этих небезопасных, но компактных бестрансформаторных источников питания.

Другие подходящие применения этой универсальной схемы могут быть для управления выходами ветряных мельниц и в качестве электронного контроллера нагрузки для регулирования выходов гидрогенераторов.

Без интеграции TIP147 каскад LM431 выглядит довольно уязвимым, а также регулирование разрабатывается только на аноде / катоде устройства, а не на основных клеммах питания.

Управление высокой мощностью

При интегрированном силовом транзисторе сценарий полностью меняется, и теперь транзистор имитирует результаты работы шунтирующего стабилизатора, шунтируя высокий ток со входа на правильные уровни, как указано в конфигурациях LM431.

потенциала делитель производится с использованием 3K3 и 4K7 резисторов на опорном входе интегральной схемы по существу, определяют порог срабатывания для IC, как правило, верхний резистор может быть изменен для получения любого желаемого стабилитрона стабилизированных выходного напряжения от цепи транзистора.

Подробные расчеты резисторов можно узнать из этого паспорта шунтирующего регулятора TL431.

Примечание: TIP147 должен быть установлен на достаточно большом радиаторе с оребрением для обеспечения надлежащего и оптимального функционирования схемы.

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какой-либо вопрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Диодные приложения (источники питания, регуляторы и ограничители напряжения) [Analog Devices Wiki]

6.1 Выпрямитель

Выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), процесс, известный как выпрямление. Выпрямители находят множество применений, в том числе в качестве компонентов источников питания и в качестве детекторов амплитудной модуляции (детекторов огибающей) радиосигналов.В выпрямителях чаще всего используются твердотельные диоды, но при очень высоких напряжениях или токах могут использоваться и другие типы компонентов. Когда для выпрямления переменного тока используется только один диод (блокируя отрицательную или положительную часть формы волны), разница между термином «диод» и термином «выпрямитель» заключается просто в использовании. Термин выпрямитель описывает диод, который используется для преобразования переменного тока в постоянный. Большинство выпрямительных схем содержат несколько диодов в определенной конфигурации для более эффективного преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, чем это возможно с использованием только одного диода.

6.1.1 Полуволновое выпрямление

При полуволновом выпрямлении либо положительная, либо отрицательная половина волны переменного тока пропускается, а другая половина блокируется. Поскольку только половина входного сигнала достигает выходного сигнала, его эффективность составляет только 50%, если используется для передачи энергии. Полупериодное выпрямление может быть достигнуто с помощью одного диода при однофазном питании, как показано на рисунке 6.1, или с помощью трех диодов при трехфазном питании.

Рисунок 6.1 однополупериодный выпрямитель с одним диодом

Выходное постоянное напряжение полуволнового выпрямителя при синусоидальном входе можно рассчитать по следующим идеальным уравнениям:

6.1.2 Двухполупериодное выпрямление

Двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительную, так и отрицательную половины входной формы волны в одну полярность (положительную или отрицательную) на своем выходе. При использовании обеих половин формы волны переменного тока двухполупериодное выпрямление более эффективно, чем полуволновое.

При использовании простого трансформатора без вторичной обмотки с отводом по центру требуются четыре диода вместо одного, необходимого для полуволнового выпрямления. Четыре расположенных таким образом диода называются диодным мостом или мостовым выпрямителем, как показано на рисунке 6.2. Мостовой выпрямитель также можно использовать для преобразования входа постоянного тока неизвестной или произвольной полярности в выход известной полярности. Обычно это требуется в электронных телефонах или других телефонных устройствах, где полярность постоянного тока на двух телефонных проводах неизвестна.Существуют также приложения для защиты от случайного переключения батарей в цепях с батарейным питанием.

Рисунок 6.2 Мостовой выпрямитель: двухполупериодный выпрямитель с 4 диодами.

Для однофазного переменного тока, если трансформатор с центральным ответвлением, то два диода, соединенные спина к спине (, т.е. анод-анод или катод-катод) могут образовать двухполупериодный выпрямитель. На вторичной обмотке трансформатора требуется вдвое больше обмоток, чтобы получить такое же выходное напряжение, как у мостового выпрямителя, описанного выше.Это не так эффективно с точки зрения трансформатора, поскольку ток течет только в одной половине вторичной обмотки в течение каждого положительного и отрицательного полупериода входа переменного тока.

Рисунок 6.3 Двухполупериодный выпрямитель с центральным трансформатором с ответвлениями и 2 диодами.

Если включить вторую пару диодов, как показано на рисунке 6.4, то могут генерироваться напряжения как положительной, так и отрицательной полярности относительно центрального отвода трансформатора. Можно также рассматривать эту схему как то же самое, что и добавление центрального ответвителя ко вторичной обмотке в двухполупериодном мостовом выпрямителе, показанном на рисунке 6.2.

Рисунок 6.4 Двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным отводным трансформатором и 4 диодами.

ALM1000 Лабораторные диодные выпрямители

6.1.3 Сглаживание выхода выпрямителя

Полупериодное или двухполупериодное выпрямление не создает постоянного напряжения постоянного тока, как мы видели на предыдущих рисунках. Для получения постоянного напряжения постоянного тока от источника выпрямленного переменного тока необходим фильтр или схема сглаживания. В простейшей форме это может быть просто конденсатор, подключенный к выходу постоянного тока выпрямителя.По-прежнему останется некоторое количество пульсаций переменного тока, при котором напряжение не будет полностью сглажено. Амплитуда оставшейся пульсации зависит от того, насколько нагрузка разряжает конденсатор между пиками формы волны.

Рисунок 6.5 (a) RC-фильтр полуволнового выпрямителя

Рисунок 6.5 (b) Двухполупериодный RC-фильтр выпрямителя

Выбор конденсатора фильтра C 1 представляет собой компромисс. Для данной нагрузки, R L , конденсатор большего размера уменьшит пульсации, но будет стоить дороже и создаст более высокие пиковые токи во вторичной обмотке трансформатора и в источнике питания, питающем его.В крайних случаях, когда много выпрямителей загружено в цепь распределения энергии, для распределительной сети может оказаться затруднительным поддерживать правильно сформированную синусоидальную форму волны напряжения.

Для данной допустимой пульсации требуемый размер конденсатора пропорционален току нагрузки и обратно пропорционален частоте питания и количеству выходных пиков выпрямителя за цикл входа. Ток нагрузки и частота питания обычно не зависят от разработчика выпрямительной системы, но на количество пиков на входной цикл может повлиять выбор конструкции выпрямителя.Максимальное пульсирующее напряжение, присутствующее в схеме полноволнового выпрямителя, определяется не только величиной сглаживающего конденсатора, но и частотой и током нагрузки, и рассчитывается как:

Где:
В пульсации — максимальное напряжение пульсаций на выходе постоянного тока
I Нагрузка — постоянный ток нагрузки
F — частота пульсаций (обычно в 2 раза больше частоты переменного тока)
C — сглаживающий конденсатор

Однополупериодный выпрямитель, рисунок 6.5 (a) будет давать только один пик за цикл, и по этой и другим причинам используется только в очень малых источниках питания и там, где стоимость и сложность вызывают озабоченность. Двухполупериодный выпрямитель, рис. 6.5 (b), дает два пика за цикл, и это лучшее, что можно сделать с однофазным входом. Для трехфазных входов трехфазный мост будет давать шесть пиков за цикл, и даже большее количество пиков может быть достигнуто за счет использования трансформаторных цепей, размещенных перед выпрямителем, для преобразования в фазу более высокого порядка.

Чтобы еще больше уменьшить эту пульсацию, можно использовать π-фильтр LC (пи-фильтр), такой как показано на рисунке 6.6. Это дополняет накопительный конденсатор C 1 последовательной катушкой индуктивности L 1 и вторым фильтрующим конденсатором C 2 , так что на выводах последнего фильтрующего конденсатора может быть получен более стабильный выходной сигнал постоянного тока. Последовательная катушка индуктивности имеет высокий импеданс на частоте пульсаций тока.

Рисунок 6.6 LC π-фильтр (пи-фильтр)

Более обычная альтернатива фильтру, необходимая, если для нагрузки постоянного тока требуется очень плавное напряжение питания, — это установка конденсатора фильтра с регулятором напряжения, который мы обсудим в разделе 6.3. Конденсатор фильтра должен быть достаточно большим, чтобы избежать падения пульсации ниже напряжения падения используемого регулятора. Регулятор служит как для устранения последней пульсации, так и для устранения отклонений в характеристиках питания и нагрузки. Можно было бы использовать конденсатор фильтра меньшего размера (который может быть большим для сильноточных источников питания), а затем применить некоторую фильтрацию, а также регулятор, но это не обычная стратегия проектирования. Крайний вариант этого подхода — полностью отказаться от конденсатора фильтра и направить выпрямленный сигнал прямо во входной фильтр катушки индуктивности.Преимущество этой схемы состоит в том, что форма волны тока более плавная, и, следовательно, выпрямителю больше не приходится иметь дело с током в виде большого импульса тока только на пиках входной синусоидальной волны, а вместо этого подача тока распространяется на большую часть цикл. Обратной стороной является то, что выходное напряжение намного ниже — примерно среднее значение полупериода переменного тока, а не пиковое.

6.2 Выпрямители с удвоением напряжения

Простой однополупериодный выпрямитель может быть построен в двух версиях с диодом, направленным в противоположных направлениях: одна версия подключает отрицательную клемму выхода непосредственно к источнику переменного тока, а другая подключает положительную клемму выхода непосредственно к источнику переменного тока.Комбинируя оба из них с отдельными выходными сглаживающими конденсаторами, можно получить выходное напряжение, почти вдвое превышающее пиковое входное напряжение переменного тока, рисунок 6.7. Это также обеспечивает отвод посередине, что позволяет использовать такую ​​схему в качестве источника питания с раздельной шиной (положительной и отрицательной).

Рисунок 6.7 Простой удвоитель напряжения.

Вариант этого состоит в том, чтобы использовать два последовательно соединенных конденсатора для сглаживания выходного сигнала на мостовом выпрямителе, а затем установить переключатель между средней точкой этих конденсаторов и одной из входных клемм переменного тока.При разомкнутом переключателе эта схема будет действовать как обычный мостовой выпрямитель, а при замкнутом — как выпрямитель с удвоением напряжения. Другими словами, это позволяет легко получить напряжение примерно 320 В (+/- около 15%) постоянного тока из любой сети в мире, которое затем можно подать в относительно простой импульсный источник питания.

Обзор раздела:

  • Выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC).

  • Полупериодный выпрямитель — это схема, которая позволяет приложить к нагрузке только один полупериод формы волны переменного напряжения, в результате чего на ней будет одна неизменяющаяся полярность.Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, значительно «пульсирует».

  • Двухполупериодный выпрямитель — это схема, которая преобразует оба полупериода формы волны переменного напряжения в непрерывную серию импульсов напряжения одинаковой полярности. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, не так сильно «пульсирует».

  • Конденсаторы используются для сглаживания или фильтрации пульсаций, присутствующих в выпрямленном постоянном токе, а иногда используются более сложные фильтры с использованием катушек индуктивности и конденсаторов.

6.3 Стабилитрон как регулятор напряжения

Стабилитроны широко используются в качестве опорного напряжения и в качестве регуляторов шунта для регулирования напряжения на малые контуры. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения, например, к диодному выпрямителю, который мы только что обсудили, так что он имеет обратное смещение, стабилитрон проводит ток, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода. С этого момента относительно низкий импеданс диода поддерживает напряжение на диоде на этом значении.

Рисунок 6.8 стабилитрон опорного напряжения

В схеме, показанной на рисунке 6.8, типичный шунтирующий регулятор, входное напряжение В, IN , стабилизируется до стабильного выходного напряжения В, , OUT . Напряжение пробоя обратного смещения диода D Z стабильно в широком диапазоне токов и поддерживает относительно постоянное значение V OUT , даже если входное напряжение может колебаться в довольно широком диапазоне.Из-за низкого импеданса диода при такой работе используется последовательный резистор R S 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 S .

Стоимость R S должна удовлетворять двум условиям:

  • R S должен быть достаточно малым, чтобы ток через D Z удерживал D Z в обратном пробое.Значение этого тока указано в паспорте производителя для D Z . Например, обычное устройство BZX79C5V6, 5,6 В 0,5? стабилитрон, имеет рекомендуемый обратный ток 5 мА . Если через D Z существует недостаточный ток, то выход V OUT будет нерегулируемым и будет меньше номинального напряжения пробоя. При расчете R S необходимо сделать поправку на любой ток через любую внешнюю нагрузку, которая может быть подключена к V OUT , не показанным на этой диаграмме.
  • R S должен быть достаточно большим, чтобы ток через D Z не превысил номинальный максимум и не разрушил устройство. Если ток через D Z равен I D , его напряжение пробоя В B и максимальная рассеиваемая мощность P MAX , тогда:

Нагрузка может быть помещена через диод в этой цепи опорного сигнала, и до тех пор, как стабилитроны пребывание в обратном пробое, диод будет обеспечивать источник стабильного напряжения на нагрузку.Стабилитроны в этой конфигурации часто используются в качестве стабильных эталонов для более сложных схем регулятора напряжения, включающих каскады буферного усилителя для подачи больших токов на нагрузку.

Шунтирующие регуляторы просты, но требования, чтобы балластный резистор R S был достаточно малым, чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в худшем случае (низкое входное напряжение одновременно с большим током нагрузки), как правило, оставляет много тока, протекающего в диод, что делает стабилизатор довольно неэффективным 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, сосредоточенного вокруг точки лавины или стабилитрона, для введения компенсационного температурного коэффициента балансировки PN перехода транзистора. Примером такого использования может быть усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе обратной связи цепи регулируемого источника питания.

В качестве примечания: стабилитроны также используются в устройствах защиты от перенапряжения для ограничения скачков переходного напряжения.Еще одно заметное применение стабилитрона — использование шума, вызванного его лавинным пробоем, в генераторе случайных чисел, который никогда не повторяется.

Пример конструкции регулятора:

Требуется выходное напряжение 5 В и требуемый выходной ток 60 мА.

Сначала мы должны выбрать стабилитрон, В Z = 4,7 В, что является ближайшим доступным значением.

Нам необходимо определить номинальное входное напряжение, и оно должно быть на несколько вольт больше, чем В Z .В этом примере мы будем использовать В IN = 8 В.

На практике мы выбираем номинальный ток через стабилитрон равным 10% от требуемого выходного тока нагрузки или 6 мА. Затем определяется ток I max = 66 мА, который будет протекать через R S (выходной ток плюс 10%).

Последовательный резистор R S = (8 В — 4,7 В) / 66 мА = 50 Ом, мы бы выбрали R S = 47 Ом, что является ближайшим стандартным значением.

Номинальная мощность резистора P RS > (8В — 4.7 В) × 66 мА = 218 мВт, поэтому выбираем P RS = 0,5 Вт

Максимальную мощность, которая может рассеиваться в стабилитроне при нулевом токе в выходной нагрузке, можно рассчитать как P Z > 4,7 В × 66 мА = 310 мВт, поэтому мы бы выбрали P Z = 400 мВт.

Лабораторная работа ADALM2000: стабилизатор стабилитрона

Упражнение 6.3.1

Для показанной схемы, если напряжение источника питания V IN увеличивается, напряжение на нагрузочном резисторе R L будет:

  1. прибавка

  2. уменьшение

  3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В IN уменьшается, напряжение на нагрузочном резисторе R L будет:

  1. прибавка

  2. уменьшение

  3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания V IN увеличивается, напряжение на последовательном резисторе R S будет:

  1. прибавка

  2. уменьшение

  3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В IN увеличивается, ток через нагрузочный резистор R L будет:

  1. прибавка

  2. уменьшение

  3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В IN уменьшается, ток через стабилитрон D Z будет:

  1. прибавка

  2. уменьшение

  3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В IN увеличивается, ток через последовательный резистор R L будет:

  1. прибавка

  2. уменьшение

  3. без изменений

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

университет / курсы / электроника / текст / глава-6.txt · Последнее изменение: 06 июня 2017 г., 17:03, автор: dmercer

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *