Подключение стабилитрона: Стабилитрон — chipenable.ru

Стабилитрон — chipenable.ru

   Стабилитрон — это специальный полупроводниковый диод, работающий в режиме пробоя и предназначенный для стабилизации напряжения. В зарубежной литературе стабилитрон называют диодом Зенера (Zener diode), по имени Кларенса Зенера, который открыл один из механизмов электрического пробоя. Вообще существует тунельный, лавинный и тепловой пробои. На первых двух стабилитроны работают, а от последнего они выходят из строя. Но о пробоях мы рассуждать не будем, нам нужно понять, что такое стабилитрон, каков принцип его работы и как его можно использовать.

   На электрических схемах стабилитрон обозначается символом диода с небольшой закорючкой у катода и буквенным обозначением VD.

   Также существуют другие варианты обозначений стабилитрона, которые используются на зарубежных схемах.

   Как видно из рисунка, у стабилитрона два вывода — это катод и анод. Следовательно, есть всего два варианта его включения:

— включение в прямом направлении, когда анод подключается к плюсу питания, а катод к минусу,
— включение в обратном направлении, когда анод подключается к минусу питания, а катод к плюсу.  

   В прямом включении стабилитрон ведет себя как обычный диод, а вот в обратном включении в стабилитроне возникает тот самый пробой. Чтобы понять, что при этом происходит, давайте посмотрим на вольтамперную характеристику стабилитрона.

   Правая часть графика — характеристика стабилитрона, к которому приложено напряжение в прямом направлении. Левая часть графика — характеристика стабилитрона, к которому приложено обратное напряжение. Похожа на характеристику диода, но пробой (участок, где загибается график) у стабилитрона наступает гораздо раньше диода. Нас интересует левая часть графика.
   
   Вот мы подключили стабилитрон к источнику питания в обратном направлении и начинаем медленно повышать напряжение. Пока приложенное напряжение меньше напряжения пробоя, оно растет, через стабилитрон течет незначительный ток утечки Io (микроамперы, а то и меньше), пробоя нет. На этом участке стабилитрон ведет себя как резистор с очень большим сопротивлением.  

   В какой-то момент ток начнет возрастать, а напряжение замедлит свой рост — это значит что возникает начальная стадия пробоя стабилитрона. Его сопротивление падает, что можно наблюдать по «загибанию» вольтамперной характеристики. 

   При дальнейшем повышении напряжения источника питания, ток через стабилитрон будет увеличиваться значительно, а напряжение нет. Стабилитрон ведет себя как резистор с маленьким сопротивлением. Это рабочий участок характеристики, где напряжение на стабилитроне, грубо говоря, постоянно.
   
   Снова повышаем напряжение, ток продолжает расти, стабилитрон начинает греться. Когда ток превысит максимально допустимое значение, стабилитрон перегреется и выйдет из строя.

   Если не доводить дело до теплового пробоя, а снизить напряжение до нуля — вольтамперная характеристика повторится в обратном направлении.

   Какие параметры характеризуют стабилитрон? Базовые параметры — это напряжение стабилизации, минимальный ток стабилизации и мощность рассеяния.

Напряжение стабилизации Uст (в зарубежной литературе Uz, zener voltage) — это, грубо говоря, рабочее напряжение стабилитрона. А если по умному, то это напряжение на стабилитроне при прохождении заданного тока стабилизации.

Как правило, стабилитроны одного типа имеют небольшой разброс напряжения стабилизации, поэтому в документации указывается минимальное, номинальное и максимальное напряжение стабилизации при заданной температуре и токе.

Минимальный ток стабилизации Iст мин (Iz) — величина тока, при которой стабилитрон «выходит» на свой рабочий участок вольтамперной характеристики. По сути, это точка с которой начинается «излом» характеристики. 

Мощность рассеяния стабилитрона P — параметр определяющий максимально допустимый ток стабилитрона. Если принять, что напряжение на стабилитроне в рабочем режиме не меняется, то максимальный ток можно вычислить как P/Uст. Также можно прикинуть максимальный ток в прямом направлении P/Uf = P / 0,7. Мощность рассеяния стабилитрона зависит от его конструкции корпуса (и площади p-n перехода). Обычно этот параметр указывается в разделе «absolute maximum ratings».

   Типовая схема включения стабилитрона — это схема простого стабилизатора напряжения. Она включает в себя стабилитрон и резистор для ограничения тока (источник питания и нагрузка на схеме не нарисована). На вход схемы подается нестабилизированное постоянное напряжение большее напряжения стабилизации на несколько вольт, на выходе схемы получается стабилизированное напряжение равное Uz (напряжению стабилизации) используемого стабилитрона. 

   Такой стабилизатор напряжения можно использовать для питания мало потребляемых схем, потому что из-за резистора он не способен «отдать» в нагрузку большой ток. 

  Как видно из рисунка, входной ток распределяется между стабилитроном и нагрузкой. Если нагрузка не потребляет ток, стабилитрон «забирает» весь ток на себя, и при большом его значении может перегореть. Если ток нагрузки становиться большим, то стабилитрону «достается» меньше току, напряжение на нем падает и он уже не может выполнять свои функции. 

   Номинал резистора R1 рассчитывается по формуле:

R = (Uin — Uz)/(Iz + I)

где Uin — входное напряжение (В),
Uz — номинальное напряжение стабилизации (В), 
Iz — ток стабилитрона (А),
I — ток нагрузки (А).

   Ток стабилитрона Iz нужно выбирать между минимальным и максимальным значениями, исходя из изменений входного напряжения и тока нагрузки. Минимальный ток стабилизации задается в документации, а максимальный ток можно посчитать из максимальной рассеиваемой мощности.

1.10.1. Схемы включения стабилитронов

Простейшая схема включения стабилитрона в режиме стабилизации напряжения представлена на рис. 18. В этом режиме напряжение на стабилитроне

Рис. 18

остается практически постоянным, поэтому и напряжение на нагрузке постоянно U_Н = U_ст – const. При этом уравнение для всей цепи имеет вид: E = U_ст + R_ст (I_ст – I_Н).

Наиболее часто стабилитрон работает в режиме, когда напряжение Е не стабильно, а R_Н – const. Для поддержания режима стабилизации следует правильно выбрать R_СТ. Обычно R_СТ рассчитывают для средней точки А характеристики стабилитрона (рис. 19). Если предположить, что E_min  E  E_max, то

Если напряжение Е изменяется в какую либо сторону, то будет, и изменятся ток стабилитрона, но напряжение на нем U

CT, а, следовательно, и на нагрузке остается практически неизменным.

Рис. 19

Все изменения напряжения поглощаются R_CT, поэтому должно выполнится условие:

Второй режим стабилизации: входное напряжение постоянно, а R_Н изменяется в пределах от R_Нmin до R_Нmax, в этом случае: ,;.

Так как R_CT постоянно, то падение напряжения на нем равное Е−U_CT также постоянно, то и ток через R_CT I_CP+I_НCP должен быть постоянным. Это возможно, когда ток стабилизации I_CP и I_Н изменяются в одинаковой степени, но в противоположны стороны (т.е. сумма постоянна).

Из приведенных выражений следует, что для стабилизации в более широком диапазоне изменений входного напряжения Е, R_CT нужно увеличивать, а для стабилизации в режиме изменения тока нагрузки, R_CTнеобходимо уменьшать (уменьшать R_CT– не выгодно, тратится лишняя энергия источника).

Если необходимо получить стабильное напряжение более низкое, чем дает стабилитрон, возможно включение добавочного сопротивления последовательно с нагрузкой (рис. 20). Значение R_доб рассчитывают по закону Ома. Однако, в этом случае сопротивление нагрузки R_CTдолжно быть постоянным.

U_Н=U_CT─I_НR_доб

Рис. 20

Для получения более высоких стабильных напряжений применяется последовательное включение стабилитронов, с одинаковыми токами стабилизации (рис. 21).

U_CT=U_CT1+U_CT2

Рис. 21

Для компенсации температурного дрейфа U_CT последовательно со стабилитроном возможно включение термозависимого сопротивления R_T, имеющее ТКR_Т обратный по закону ТКU_CT.

Рис. 22

Для стабилитронов с ТКU_CT>0 в качестве R_T можно использовать p-n-переход дополнительного диода, включенного в прямом направлении.

Для стабилизации с термокомпенсацией выпускаются специальные двух-анодные стабилитроны, которые включаются в цепь произвольно, причем один диод включен в обратном направлении – обеспечивает режим стабилизации, а другой в прямом – режим термокомпенсации (рис.

22).

ВАХ стабистора мало отличается от ВАХ выпрямительных диодов.

Однако для того чтобы обеспечить наибольшую крутизну прямой ветви ВАХ, стабисторы изготавливаются из высоколегированных полупроводников. Это обеспечивает малое r_б и малое значение R_диф. Слабая зависимость U_ПР от I_ПР на

Рис. 23

рабочем участке (рис. 23) позволяет использовать стабисторы для стабилизации малых напряжений порядка 0,7В. Последовательным включением стабисторов можно подобрать требуемое напряжение стабилизации.

Схемы и конструкция стабилитрона

» Electronics Notes

Существует множество электронных схем на стабилитронах, от схем опорного напряжения до цепей, обеспечивающих защиту от переходных процессов напряжения, и многих других.

---

Стабилитрон/опорный диод Учебное пособие Включает:
Стабилитрон Теория работы стабилитрона Технические характеристики стабилитрона Схемы на стабилитронах

Другие диоды: Типы диодов

---

Стабилитроны или диоды опорного напряжения используются в различных электронных схемах, чтобы обеспечить опорное напряжение. Их также можно использовать в других схемах, помимо опорного напряжения.

Существует множество схем, в которых используются стабилитроны, от очень простых схем на стабилитронах до гораздо более сложных.

Ниже приведены несколько примеров схем стабилитронов вместе с некоторыми советами и советами по проектированию схем.

Простая схема на стабилитроне, обеспечивающая опорное напряжение

Самая простая схема стабилитрона состоит из одного стабилитрона и резистора. Диод Зенера обеспечивает опорное напряжение, но должен быть установлен последовательный резистор, чтобы ограничить ток в диоде, иначе через него будет протекать большой ток, и он может выйти из строя.

Значение резистора в цепи стабилитрона должно быть рассчитано, чтобы получить требуемое значение тока для используемого напряжения питания. Обычно большинство маломощных стабилитронов с выводами имеют максимальную рассеиваемую мощность 400 мВт.

В идеале схема должна быть сконфигурирована так, чтобы рассеивать менее половины этого значения, но для правильной работы ток в стабилитроне не должен падать ниже примерно 5 мА, иначе они не регулируются правильно.

Базовое опорное напряжение Цепь стабилитрона

Пример схемы

Во многих случаях можно использовать стабилитроны или диоды опорного напряжения. Каждая конструкция электронной схемы имеет свои особенности, но может быть полезно посмотреть, как выполняется одна схема, чтобы получить представление об используемых методах и методах.

В этом примере схема со стабилитроном/диодом опорного напряжения используется для питания регулируемой шины 5,1 В, потребляющей 2 мА, от источника входного напряжения 12 В.

Для расчета необходимого резистора можно использовать следующие простые шаги:

1. Рассчитать разность напряжений на последовательном резисторе 12 — 5,1 = 6,9 В
2. Определите ток резистора. Выберите значение 15 мА. Это обеспечит достаточный запас по сравнению с минимальным током стабилитрона для некоторого изменения тока нагрузки.
3. Проверьте рассеиваемую мощность стабилитрона. При токе 15 мА и напряжении на нем рассеиваемая мощность составляет: 15 мА x 5,1 В = 76,5 мВт
   Это соответствует максимальному пределу для диода
4. Определите ток через последовательный резистор.
   Это 15 мА на стабилитрон плюс 2 мА на нагрузку, т.е. 17 мА.
5. Определите номинал последовательного резистора. Используя закон Ома, это можно рассчитать по падению напряжения на нем и полному току через него: 6,9 / 17 мА = 0,405 кОм
   Ближайшее значение 390 Ом
6. Определите мощность последовательно включенного резистора. Это можно определить, используя рассчитанное ранее значение тока через резистор и напряжение на нем: В x I = 6,9 В x 17 мА = 117 мВт
   Резистор должен рассеивать этот уровень тепла. Для этого должно хватить резистора на четверть ватта.

Эта простая схема на стабилитроне широко используется в качестве простого метода обеспечения опорного напряжения.

Схема стабилитрона для БП с последовательным транзистором

Очень простая конструкция схемы на стабилитроне, обеспечивающая функцию шунтирующего регулятора, как показано выше, не особенно эффективна и непригодна для многих приложений с большим током.

Одним из решений является использование схемы на стабилитроне, в которой используется транзисторный буфер, действующий как транзистор с последовательным проходом. Простая схема показана ниже, и здесь транзистор используется в качестве эмиттерного повторителя.

Простая схема стабилизатора напряжения на стабилитроне

При использовании этой схемы на стабилитроне необходимо рассчитать ток, требуемый от стабилизатора напряжения на стабилитроне. Это ток эмиттера транзистора, деленный на коэффициент усиления.

При выборе напряжения стабилитрона следует помнить, что напряжение эмиттера будет ниже напряжения стабилитрона на величину напряжения база-эмиттер – около 0,6 вольта для кремниевого транзистора.

Цепь стабилитрона для защиты от перенапряжения

Еще одна форма схемы стабилитрона — схема защиты от перенапряжения. Эти схемы часто используются в блоках питания для обеспечения защиты от выхода из строя последовательного проходного транзистора. Если бы это произошло, к питаемой цепи могло бы быть приложено очень высокое напряжение, что разрушило бы ценную схему.

Схема защиты стабилитрона использует стабилитрон немного по-другому, обнаруживая ток пробоя через диод после достижения определенного напряжения.

Хотя источники питания обычно надежны, последствия отказа последовательного проходного транзистора или полевого транзистора могут быть катастрофическими. Если устройство последовательного прохода выйдет из строя из-за короткого замыкания, полное нестабилизированное напряжение будет подано на цепи с использованием регулируемой мощности. Это может разрушить все питаемые микросхемы.

Одним из решений является использование схемы лома. Когда эта форма цепи обнаруживает ситуацию перенапряжения, она запускает SCR. Это быстро удерживает выходное напряжение и в показанном примере перегорает предохранитель, который отключает питание входного источника.

Схема

защиты от перенапряжения на стабилитроне / тиристорном тринисторе Эта электронная схема работает, запуская тринистор при обнаружении перенапряжения. Диод Зенера выбирается так, чтобы его напряжение было выше нормального рабочего напряжения — достаточный запас, чтобы не сработать при нормальных рабочих условиях, но достаточно малый, чтобы обеспечить быстрое протекание тока при обнаружении неисправности.

В нормальных условиях работы выходное напряжение ниже обратного напряжения стабилитрона и через него не протекает ток, а затвор тиристора не срабатывает.

Однако, если напряжение поднимется выше допустимого напряжения, то есть напряжения пробоя стабилитрона, стабилитрон начнет проводить ток, сработает тринистор и перегорит предохранитель.

Наконечники схемы стабилитрона

Зенеровский диод является очень гибким и полезным компонентом схемы. Однако, как и в случае любого другого компонента электроники, есть несколько советов и советов, которые позволяют сделать стабилитрон наилучшим образом. Номера указаны ниже.

• Буферизация цепи стабилитрона эмиттерным или истоковым повторителем:  Чтобы напряжение от стабилитрона или диода опорного напряжения оставалось как можно более стабильным, ток, протекающий через стабилитрон, должен поддерживаться постоянным.

  Любые изменения тока, потребляемого нагрузкой, должны быть сведены к минимуму, так как они изменят ток через диод Зенера и вызовут небольшие колебания напряжения. Изменения, вызванные нагрузкой, можно свести к минимуму, используя эмиттерный повторитель, чтобы уменьшить ток, потребляемый стабилитроном, и, следовательно, наблюдаемые им изменения. Это также имеет то преимущество, что можно использовать диоды Зенера меньшего размера.

• Привод с источником постоянного тока для наилучшей стабильности:  Другим способом улучшения стабильности стабилитрона/диода опорного напряжения является использование хорошего источника постоянного тока для питания диода в электронной схеме.

  Простая схема, использующая только резистор, подходит для многих приложений, но более эффективный источник тока может обеспечить некоторые улучшения в характеристиках схемы, поскольку ток может поддерживаться практически независимо от любых изменений в шине питания.

• Выберите правильное напряжение для лучшей стабильности:   В приложениях и электронных схемах, где требуется стабильность при изменении температуры, стабилитрон опорного напряжения следует выбирать с напряжением около 5,5 вольт.

  Причина этого в том, что температурные коэффициенты для эффекта Зенера и эффектов ударной ионизации противоположны и имеют тенденцию компенсировать друг друга при напряжении около 5,5 В, где оба эффекта проявляются вместе.

  Ближайшее предпочтительное значение — 5,6 вольта, хотя 5,1 вольта — другое популярное значение ввиду его близости к 5 вольтам, необходимым для некоторых логических семейств. Там, где требуются разные уровни напряжения, можно использовать стабилитрон на 5,6 В, а окружающую электронику можно использовать для преобразования его в требуемое выходное значение.

• Обеспечьте достаточный ток для обратного пробоя:   Необходимо обеспечить прохождение достаточного тока через диод в электронной схеме, чтобы он оставался в состоянии обратного пробоя. При недостаточном токе устройство будет работать некорректно.

  Для типичного устройства мощностью 400 мВт необходимо поддерживать ток около 5 мА. Для получения точных значений минимального тока следует обращаться к техническому описанию конкретного устройства и напряжения. Если этот минимальный ток не подается, то диод не будет работать должным образом, и вся схема не будет работать.

• Убедитесь, что максимальные пределы тока для стабилитрона не превышены:   Хотя необходимо обеспечить прохождение достаточного тока через стабилитрон, максимальные пределы не должны быть превышены. Это может быть чем-то вроде уравновешивания в некоторых схемах, поскольку изменения тока нагрузки вызывают изменение тока стабилитрона.

  Следует соблюдать осторожность, чтобы не превысить максимальный ток или максимальную рассеиваемую мощность (напряжение стабилитрона x ток стабилитрона). Если это кажется проблемой, можно использовать схему эмиттерного повторителя для буферизации стабилитрона и увеличения допустимого тока.

Стабилитроны очень просты в использовании, поэтому существует множество различных схем стабилитронов. При использовании с некоторыми предосторожностями они работают хорошо, но иногда они могут вызвать некоторые проблемы, но соблюдение советов и советов, упомянутых выше, должно помочь избежать большинства проблем. .

Стабилитрон

/ диоды опорного напряжения используются в различных электронных схемах. Они часто встречаются в различных формах цепей электропитания, где они могут обеспечить хорошее обслуживание и по очень низкой цене. Будь то устройства для поверхностного монтажа или выводные, эти электронные компоненты недороги и их легко приобрести практически у всех дистрибьюторов и продавцов электронных компонентов.

Другие электронные компоненты:
Батарейки конденсаторы Соединители Диоды полевой транзистор Индукторы Типы памяти Фототранзистор Кристаллы кварца Реле Резисторы ВЧ-разъемы Переключатели Технология поверхностного монтажа Тиристор Трансформеры Транзистор Клапаны/трубки
    Вернуться в меню «Компоненты». . .

Схемы стабилитронов, характеристики, расчеты

Стабилитроны, названные в честь изобретателя доктора Карла Зенера, в основном используются в электронных схемах для создания точных опорных напряжений. Это устройства, способные создавать на себе практически постоянное напряжение независимо от изменений схемы и ситуации с напряжением.

Внешне вы можете найти стабилитроны, очень похожие на стандартные диоды, такие как 1N4148. Стабилитроны также работают, выпрямляя переменный ток в пульсирующий постоянный ток, как и их традиционные альтернативы. Однако, в отличие от стандартных выпрямительных диодов, стабилитроны сконфигурированы так, что их катод напрямую соединен с плюсом источника питания, а анод — с минусом питания.

Характеристики и работа

В стандартной конфигурации стабилитроны демонстрируют высокое сопротивление ниже определенного критического напряжения (известного как напряжение Зерье). Когда это конкретное критическое напряжение превышено, активное сопротивление стабилитрона падает до чрезвычайно низкого уровня.

И при этом низком значении сопротивления на стабилитронах поддерживается эффективное постоянное напряжение, и можно ожидать, что это постоянное напряжение будет сохраняться независимо от любого изменения тока источника.

Проще говоря, всякий раз, когда напряжение на стабилитроне превышает номинальное значение стабилитрона, стабилитрон проводит и заземляет избыточное напряжение. Из-за этого напряжение падает ниже напряжения стабилитрона, которое выключает стабилитрон, а источник питания снова пытается превысить напряжение стабилитрона, снова включая стабилитрон. Этот цикл быстро повторяется, что в конечном итоге приводит к стабилизации выходного сигнала точно при постоянном значении напряжения стабилитрона.

Эта характеристика графически выделена на рисунке ниже, который показывает, что выше «напряжения Зенера» обратное напряжение остается почти постоянным даже при изменении обратного тока. В результате стабилитроны часто используются для получения постоянного падения напряжения или опорного напряжения с их внутренним сопротивлением.

Стабилитроны выпускаются с различной мощностью и номинальным напряжением от 2,7 В до 200 В. (Однако в основном стабилитроны со значениями намного выше 30 вольт почти никогда не используются. )

Как выбрать резистор стабилитрона (Подробнее)

Можно увидеть стандартную схему регулятора напряжения с использованием одного резистора и стабилитрона. на следующем изображении. Здесь предположим, что напряжение стабилитрона равно 4,7 В, а напряжение питания Vin равно 8,0 В.

Основную работу стабилитрона можно объяснить следующими моментами:

При отсутствии нагрузки на выходе стабилитрона на стабилитроне падает напряжение 4,7 В, а на стабилитроне падает 2,4 В. вырабатывается на резисторе Rs.

Теперь, если входное напряжение изменится, предположим, с 8,0 до 9,0 В, падение напряжения на стабилитроне все еще будет поддерживаться на уровне 4,7 В.

Однако падение напряжения на резисторе Rs можно было увидеть подняли с 2,4 В до 3,4 В.

Можно ожидать, что падение напряжения на идеальном стабилитроне будет довольно постоянным. На практике вы можете обнаружить, что напряжение на стабилитроне немного увеличивается из-за динамического сопротивления стабилитрона.

Процедура расчета изменения напряжения Зенера заключается в умножении динамического сопротивления стабилитрона на изменение тока Зенера.

Резистор R1 в приведенной выше базовой конструкции регулятора символизирует предпочтительную нагрузку, которая может быть подключена к стабилитрону. R1 в связи с этим будет потреблять определенное количество тока, который протекал через стабилитрон.

Поскольку ток в Rs будет выше, чем ток, поступающий на нагрузку, величина тока будет продолжать проходить через стабилитрон, обеспечивая идеально постоянное напряжение на стабилитроне и нагрузке.

Указанный последовательный резистор Rs должен быть определен таким образом, чтобы наименьший ток, поступающий на стабилитрон, всегда был выше минимального уровня, указанного для стабильного регулирования от стабилитрона. Этот уровень начинается сразу под «коленом» кривой обратного напряжения/обратного тока, как показано на предыдущей графической диаграмме выше.

Вы должны дополнительно убедиться, что выбор Rs гарантирует, что ток, проходящий через диод Зенера, никогда не превысит его номинальную мощность: что может быть эквивалентно напряжению Зенера x току Зенера. Это максимальный ток, который может пройти через стабилитрон при отсутствии нагрузки R1.

Как рассчитать стабилитроны

Разработка базовой схемы стабилитрона на самом деле проста и может быть реализована с помощью следующих инструкций:

1. Определите максимальный и минимальный ток нагрузки (Li), например 10 мА и 0 мА.
2. Определите максимальное напряжение питания, которое может развиться, например, уровень 12 В, а также следите за тем, чтобы минимальное напряжение питания всегда было = 1,5 В + Vz (номинальное напряжение стабилитрона).
3. Как указано в базовой конструкции регулятора, требуемое выходное напряжение равно эквивалентному напряжению Зенера Vz = 4,7 В, а выбранный наименьший ток Зенера составляет 100 микроампер . Это означает, что максимальный предполагаемый ток Зенера здесь составляет 100 мкА плюс 10 мА, что составляет 10,1 мА.
4. Последовательный резистор Rs должен выдерживать минимальный ток 10,1 мА, даже если входное питание имеет самый низкий заданный уровень, который на 1,5 В выше, чем выбранное значение стабилитрона Vz, и может быть рассчитан по закону Ома как: Rs = 1,5/10,1 х 10 ^-3 = 148,5 Ом. Ближайшее стандартное значение, кажется, составляет 150 Ом, поэтому Rs может быть 150 Ом.
5. Если напряжение питания возрастет до 12 В, падение напряжения на Rs будет равно Iz x Rs, где Iz = ток через стабилитрон. Следовательно, применяя закон Ома получаем Iz = 12 — 4,7/150 = 48,66 мА
6. Выше указан максимальный ток, который может проходить через стабилитрон. Другими словами, максимальный ток, который может протекать при максимальной выходной нагрузке или максимальном заданном входном напряжении питания. В этих условиях стабилитрон будет рассеивать мощность Iz x Vz = 48,66 x 4,7 = 228 мВт. Ближайшее стандартное значение номинальной мощности для этого составляет 400 мВт.

Влияние температуры на стабилитроны

Наряду с параметрами напряжения и нагрузки, стабилитроны также достаточно устойчивы к колебаниям окружающей температуры. Однако выше определенного предела температура может оказывать некоторое влияние на устройство, как показано на графике ниже:

Показывает кривую температурного коэффициента стабилитрона. Хотя при более высоких напряжениях кривая коэффициента откликается примерно на 0,1% на градус Цельсия, она проходит через ноль при 5 В, а затем становится отрицательной для более низких уровней напряжения. В конце концов она достигает -0,04% на градус Цельсия при напряжении около 3,5 В.

Использование стабилитрона в качестве датчика температуры

Одним из хороших способов использования чувствительности стабилитрона к изменению температуры является применение устройства в качестве датчика температуры, как показано ниже. диаграмма

На схеме показана мостовая сеть, построенная с использованием пары резисторов и пары стабилитронов с идентичными характеристиками. Один из стабилитронов работает как генератор опорного напряжения, а другой стабилитрон используется для измерения изменений уровней температуры.

Стандартный стабилитрон на 10 В может иметь температурный коэффициент +0,07 %/°C, что может соответствовать изменению температуры на 7 мВ/°C. Это создаст дисбаланс около 7 мВ между двумя плечами моста на каждый градус Цельсия изменения температуры. Измеритель FSD на 50 мВ можно использовать в указанном положении для отображения соответствующих показаний температуры.

Настройка значения стабилитрона

Для некоторых схем может потребоваться точное значение стабилитрона, которое может быть нестандартным или недоступным.

В таких случаях можно создать массив стабилитронов, который затем можно использовать для получения желаемого значения стабилитрона, как показано ниже:

клеммы, как описано в следующем списке:

Вы можете использовать другие значения в указанных позициях, чтобы получить множество других настраиваемых наборов выходных стабилитронов

Стабилитроны с питанием от сети переменного тока

Стабилитроны обычно используются с источниками постоянного тока, однако эти устройства также могут быть рассчитаны на работу с переменным током запасы. Несколько применений стабилитронов переменного тока включают аудио, радиочастотные схемы и другие формы систем управления переменным током.

Как показано в приведенном ниже примере, когда источник переменного тока используется со стабилитроном, стабилитрон мгновенно проводит ток, как только сигнал переменного тока переходит от нуля к отрицательной половине своего цикла. Поскольку сигнал отрицательный, переменный ток будет закорочен через анод на катод стабилитрона, в результате чего на выходе появится 0 В.

Когда питание переменного тока проходит положительную половину цикла, стабилитрон не проводит ток до тех пор, пока переменный ток не поднимется до уровня напряжения стабилитрона. Когда сигнал переменного тока пересекает напряжение стабилитрона, стабилитрон проводит и стабилизирует выходной сигнал до уровня 4,7 В, пока цикл переменного тока не упадет до нуля.

Помните, что при использовании стабилитрона с входом переменного тока убедитесь, что Rs рассчитывается в соответствии с пиковым напряжением переменного тока.

В приведенном выше примере выход несимметричный, а пульсирует 4,7 В постоянного тока. Чтобы получить на выходе симметричное напряжение 4,7 В переменного тока, два стабилитрона могут быть подключены друг к другу, как показано на диаграмме ниже 9.0009

Подавление шума стабилитрона

Хотя стабилитроны обеспечивают быстрый и простой способ создания стабилизированных выходных сигналов с фиксированным напряжением, они имеют один недостаток, который может повлиять на чувствительные аудиосхемы, такие как усилители мощности.

Стабилитроны генерируют шум во время работы из-за лавинного эффекта перехода при переключении в диапазоне от 10 мкВ до 1 мВ. Это можно подавить, добавив конденсатор параллельно стабилитрону, как показано ниже:

Значение конденсатора может быть между 0,01 мкФ и 0,1 мкФ, что позволит подавить шум в 10 раз и будет поддерживать наилучшая стабилизация напряжения.

На следующем графике показано влияние конденсатора на снижение шума стабилитрона.

Использование стабилитрона для фильтрации пульсаций напряжения

Стабилитроны также могут применяться в качестве эффективных фильтров пульсаций напряжения, так же как и для стабилизации переменного напряжения.

Благодаря чрезвычайно низкому динамическому сопротивлению стабилитроны могут работать как фильтр пульсаций точно так же, как фильтрующий конденсатор.

Очень впечатляющую фильтрацию пульсаций можно получить, подключив диод Зенера параллельно нагрузке к любому источнику постоянного тока. Здесь напряжение должно быть таким же, как и уровень пульсаций.

В большинстве схемных приложений это может работать так же эффективно, как обычный сглаживающий конденсатор емкостью в несколько тысяч микрофарад, что приводит к значительному снижению уровня пульсаций напряжения, накладываемых на выход постоянного тока.

Как увеличить допустимую мощность стабилитронов

Простой способ увеличить допустимую мощность стабилитронов, вероятно, состоит в том, чтобы просто соединить их параллельно, как показано ниже:

Однако на практике это может быть не так просто, как кажется, и может работать не так, как задумано. Это связано с тем, что, как и любое другое полупроводниковое устройство, стабилитроны никогда не бывают с абсолютно идентичными характеристиками, поэтому один из стабилитронов может провести через себя весь ток раньше, чем другой, и в конечном итоге выйти из строя.

Быстрым способом решения этой проблемы может быть добавление последовательных резисторов с низкими значениями к каждому стабилитрону, как показано ниже, что позволит каждому стабилитрону равномерно распределять ток за счет компенсации падений напряжения, создаваемых резисторами R1 и R2:

Хотя допустимая мощность может быть увеличена за счет параллельного подключения стабилитронов, значительно улучшенный подход может заключаться в добавлении шунтирующего биполярного транзистора в сочетании со стабилитроном, сконфигурированным в качестве опорного источника. См. следующий пример схемы для того же самого.

Добавление шунтирующего транзистора не только увеличивает пропускную способность стабилитрона в 10 раз, но и дополнительно улучшает уровень регулирования выходного напряжения, который может достигать указанного коэффициента усиления по току транзистора.

Этот тип стабилитрона на шунтирующих транзисторах можно использовать в экспериментальных целях, поскольку схема имеет 100% защиту от короткого замыкания. Тем не менее, конструкция довольно неэффективна, поскольку транзистор может рассеивать значительный ток в отсутствие нагрузки.

Для достижения еще лучших результатов лучше и предпочтительнее использовать стабилизатор с последовательным проходом на транзисторах, как показано ниже.

В этой схеме стабилитрон создает опорное напряжение для последовательного проходного транзистора, который, по сути, работает как эмиттерный повторитель. В результате напряжение на эмиттере поддерживается в пределах нескольких десятых вольта от базового напряжения транзистора, создаваемого стабилитроном. Следовательно, транзистор работает как последовательный компонент и позволяет эффективно контролировать изменения напряжения питания.

Весь ток нагрузки теперь проходит через этот последовательный транзистор. Допустимая мощность этого типа конфигурации полностью определяется значением и спецификацией транзисторов, а также зависит от эффективности и качества используемого радиатора.

Прекрасная стабилизация может быть достигнута в приведенной выше конструкции с использованием последовательного резистора 1k. Регулирование можно было бы увеличить в 10 раз, заменив обычный стабилитрон специальным низкодинамическим стабилитроном, таким как 1N1589.).

Если вы хотите, чтобы приведенная выше схема обеспечивала регулируемое выходное напряжение с переменным напряжением, этого можно легко добиться, используя потенциометр 1K на стабилитроне. Это позволяет регулировать переменное опорное напряжение на базе последовательно включенного транзистора.

Однако эта модификация может привести к снижению эффективности регулирования из-за некоторого эффекта шунтирования, создаваемого потенциометром.

Цепь стабилитрона постоянного тока

Простой источник постоянного тока, регулируемый Зенером, может быть разработан с использованием одного транзистора в качестве переменного последовательного резистора. На рисунке ниже показана принципиальная принципиальная схема.

Здесь вы видите пару проходов цепи, один через стабилитрон, включенный последовательно с резистором смещения, а другой путь проходит через резисторы R1, R2 и последовательный транзистор.

В случае, если ток отклоняется от исходного диапазона, это вызывает пропорциональное изменение уровня смещения резистора R3, что, в свою очередь, приводит к пропорциональному увеличению или уменьшению последовательного сопротивления транзистора.

Эта регулировка сопротивления транзистора приводит к автоматической коррекции выходного тока до желаемого уровня. Точность управления током в этой конструкции будет составлять около +/- 10 % в зависимости от выходных условий, которые могут находиться в диапазоне от короткого замыкания до нагрузки до 400 Ом.

Цепь последовательного включения реле с использованием стабилитрона

Если у вас есть приложение, в котором набор реле должен переключаться последовательно одно за другим на выключателе питания, а не активироваться все вместе, то следующая конструкция может оказаться весьма удобной.

Здесь последовательно увеличивающиеся стабилитроны установлены последовательно с группой реле вместе с отдельными последовательными резисторами малого номинала. Когда питание включено, стабилитроны проводят один за другим последовательно в порядке возрастания их значений стабилитрона. Это приводит к тому, что реле включается в той последовательности, которая требуется приложению. Значения резисторов могут быть 10 Ом или 20 Ом в зависимости от значения сопротивления катушки реле.

Цепь стабилитрона для защиты от перенапряжения

Благодаря их характеристике, чувствительной к напряжению, можно комбинировать стабилитроны с токочувствительной характеристикой предохранителей для защиты важных компонентов цепи от скачков частое перегорание, что может произойти, особенно когда номинал предохранителя очень близок к рабочему току цепи.

При подключении к нагрузке стабилитрона с правильным номиналом можно использовать плавкий предохранитель, рассчитанный на номинальный ток нагрузки в течение длительного времени. В этой ситуации предположим, что входное напряжение увеличивается до степени, превышающей напряжение пробоя Зенера, что заставит стабилитрон проводить ток. Это вызовет внезапное увеличение тока, почти мгновенно перегорающего предохранитель.

Преимущество этой схемы заключается в том, что она предотвращает частое и непредсказуемое срабатывание предохранителя из-за близкого номинала предохранителя к току нагрузки. Вместо этого предохранитель перегорает только тогда, когда напряжение и ток действительно превышают указанный небезопасный уровень.

Схема защиты от пониженного напряжения с использованием стабилитрона

Реле и правильно подобранного стабилитрона достаточно для создания точной схемы отключения при низком или пониженном напряжении для любого требуемого применения. Принципиальная схема представлена ​​ниже:

Операция на самом деле очень проста, напряжение питания Vin, полученное от мостовой трансформаторной сети, изменяется пропорционально в зависимости от изменений входного переменного тока. Это означает, что если предположить, что 220 В соответствует 12 В от трансформатора, то 180 В должно соответствовать 9,81 В и так далее.