Закрыть

Стабилитрон анод катод: Стабилитрон

Содержание

Принцип работы и маркировка стабилитронов ⋆ diodov.net

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 мультиметр покажет единицу или будет звенеть, то стабилитрон непригоден.

Еще статьи по данной теме

Как работает стабилитрон | Характеристика стабилитрона.

Немного теории

Стабильная зарплата, стабильная жизнь, стабильное государство. Последнее не про Россию, конечно :-).  Если глянуть в толковый словарик, то можно толково разобрать, что же такое “стабильность”. На первых строчках Яндекс мне сразу выдал обозначение этого слова: стабильный – это значит постоянный, устойчивый, не изменяющийся.

Но чаще всего этот термин используется именно в электронике и электротехнике. В электронике очень важны постоянные значения какого-либо параметра. Это может быть сила тока, напряжение, частота сигнала и другие его характеристики. Отклонение сигнала от какого-либо заданного параметра может привести к неправильной работе радиоэлектронной аппаратуры и даже к ее поломке. Поэтому, в электронике очень важно, чтобы все стабильно работало и не давало сбоев.

В электронике и электротехнике стабилизируют напряжение. От значения напряжения зависит работа  радиоэлектронной аппаратуры.  Если оно изменится в меньшую,  или даже еще хуже, в большую сторону, то аппаратура  в первом случае может неправильно работать, а во втором случае и вовсе колыхнуть ярким пламенем.

Для того, чтобы не допустить взлетов и падения напряжения, были изобретены различные стабилизаторы напряжения. Как вы поняли из словосочетания, они используются чтобы стабилизировать “играющее” напряжение.

Стабилитрон или диод Зенера

Самым простым стабилизатором напряжения в электронике является радиоэлемент стабилитрон. Иногда его еще называют диодом Зенера

. На схемах стабилитроны обозначаются примерно так:

Вывод с “кепочкой” называется также как и у диода – катод, а другой вывод – анод.

Стабилитроны выглядят также, как и диоды. На фото ниже, слева  популярный вид современного стабилитрона, а справа один из  образцов Советского Союза

Если присмотреться поближе к советскому стабилитрону, то можно  увидеть это схематическое обозначение на нем самом, указывающее, где у него находится  катод, а где анод.

Напряжение стабилизации

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

Давайте возьмем стакан и будем наполнять его водой…

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

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

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

[quads id=1]

Маркировка стабилитронов

Для того, чтобы узнать напряжение стабилизации советского стабилитрона, нам понадобится справочник. Например, на фото ниже советский стабилитрон Д814В:

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

Зарубежные стабилитроны маркируются проще. Если приглядеться, то можно увидеть незамысловатую надпись:

5V1 – это означает напряжение стабилизации данного стабилитрона составляет 5,1 Вольта.  Намного проще, не так ли?

Катод у зарубежных стабилитронов помечается в основном черной полосой

Как проверить стабилитрон


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

Меняем щупы местами и видим единичку. Это значит, что наш стабилитрон в полной боевой готовности.

Ну что же, настало время опытов.  В схемах стабилитрон включается последовательно с резистором:

где Uвх – входное напряжение, Uвых.ст.  – выходное стабилизированное напряжение

Если внимательно глянуть на схему, мы получили ни что иное, как Делитель напряжения.  Здесь все элементарно и просто:

Uвх=Uвых.стаб +Uрезистора

Или словами: входное напряжение равняется сумме напряжений на стабилитроне и на резисторе.

Эта схема называется параметрический стабилизатор на одном стабилитроне. Расчет этого стабилизатора выходит за рамки данной статьи, но кому интересно, в гугл 😉

Итак, собираем схемку.  Мы взяли резистор номиналом в 1,5 Килоом и стабилитрон на напряжение стабилизации 5,1 Вольта. Слева цепляем блок питания, а справа замеряем мультиметром полученное напряжение:

Теперь внимательно следим за показаниями мультиметра и блока питания:

Так, пока все понятно, еще добавляем напряжение… Опа на! Входное напряжение у нас 5,5 Вольт, а выходное 5,13 Вольт!  Так как напряжение стабилизации стабилитрона 5,1 Вольт, то как мы видим, он прекрасно стабилизирует.

Давайте еще добавим вольты. Входное напряжение 9 Вольт, а на стабилитроне  5,17 Вольт! Изумительно!

Еще добавляем… Входное напряжение 20 Вольт,  а на выходе как ни в чем не бывало 5,2 Вольта! 0,1 Вольт  – это ну очень маленькая погрешность, ей можно даже в некоторых случаях пренебречь.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

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

где

Iпр – прямой ток, А

Uпр  – прямое напряжение, В

Эти два параметра в стабилитроне не используются

Uобр – обратное напряжение, В

Uст – номинальное напряжение стабилизации, В

Iст – номинальный ток стабилизации, А

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

Imax – максимальный ток стабилитрона, А

Imin – минимальный ток стабилитрона, А

Iст, Imax, Iminэто  сила тока, которая течет через стабилитрон при его работе.

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

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

Заключение

Раньше, во времена дефицитных деталей и начала расцвета электроники, стабилитрон часто использовался, как ни странно, для стабилизации выходного напряжения блока питания. В старых советских книгах по электронике можно увидеть вот такой участок цепи различных источников питания:

Слева, в красной рамке, я пометил знакомый вам участок цепи блока питания. Здесь мы получаем постоянное напряжение из переменного. Справа же, в зеленой рамке, схема стабилизации ;-).

В настоящее время трехвыводные (интегральные) стабилизаторы напряжения вытесняют стабилизаторы на стабилитронах, так как они в разы лучше стабилизируют напряжение и обладают хорошей мощностью рассеивания.

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


Можете посмотреть видео на тему “КАК РАБОТАЕТ СТАБИЛИТРОН (ДИОД ЗЕНЕРА)”, рекомендую.

Маркировка стабилитронов в стеклянном корпусе

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

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

Немного подробнее о модуле и принципе его работы

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

Схемы подключения стабилитрона и стабистора в схему

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

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

Указание паспортных характеристик

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

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

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

Маркировка расположения катода и анода

Дополнительная маркировка стеклянных моделей

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

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

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

Маркированный стабилитрон

Заключение

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

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.

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.

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.

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

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.

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?


Анатолий Мельник

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


Стабилитрон. Особенности практического применения. — Радиомастер инфо

Рассказано о назначении и применении стабилитронов, как проверить их исправность и основные параметры, чем и как можно заменить.

Сердцем практически любого стабилизатора напряжения является стабилитрон. Его основная функция поддерживать постоянное напряжение на выходе при изменении напряжения на входе. Информации на эту тему очень много. Я постараюсь ее систематизировать и подать максимально коротко, только то, что нужно для практики.

На схемах обозначаются так:

Выглядят, в основном, вот так:

Стабилитрон — специально изготовленный диод с особой воль-амперной характеристикой. Показать ее и пояснить нужно обязательно, для понимания принципа работы. Вот как она выглядит для обычного стабилитрона, например, Д814:

Когда на анод подают плюс, а на катод минус, то стабилитрон ведет себя как обычный диод. На рисунке прямая ветвь. При возрастании напряжения ток растет. Когда плюс подают на катод, а минус на анод, т.е. включают в обратном направлении, то характеристика стабилитрона, зависимость тока через него от приложенного напряжения, тоже кардинально меняется. Это хорошо видно по форме обратной ветви характеристики. Когда напряжение на стабилитроне достигает напряжения пробоя, cтабилитрон пробивается, но не перегорает, так как ток через него ограничен резистором. Этот резистор называется балластным.  Если не будет этого резистора, или его номинал подобран не правильно, то стабилитрон выйдет из строя. Величина сопротивления этого резистора подбирается таким образом, чтобы в диапазоне изменения входных напряжений ток через стабилитрон не выходил за допустимые для данного стабилитрона пределы Iст min Iст max. При этом напряжение на стабилитроне остается постоянным и равно напряжению стабилизации. Его величина для каждого типа стабилитрона своя. У двуханодных стабилитронов прямая ветвь такая же как и обратная только расположена справа вверху. В схемах двуханодный стабилитрон можно включать независимо от полярности входного напряжения. Это удобно для ограничения переменного напряжения по амплитуде.

Типовая схема включения стабилитрона на конкретном примере:

Параметры стабилитрона КС182 указаны в справочнике:

Напряжение стабилизации стабилитрона 8,2В. При этом ток стабилизации может изменяться от 3мА до 17мА.

Как правило, в расчетах рекомендуют брать минимальное напряжение на входе в 1,5 раза выше напряжения стабилизации. Получаем 12,3 В. Максимальное примем исходя из допустимого разброса напряжения сети 20%. Получаем 14,73 В. Номинал резистора по закону Ома можно посчитать вручную, но в интернете много онлайн калькуляторов для решения таких задач, например, вот этот:

При таких заданных параметрах получим ток в нагрузке от 0 до 12 мА, что соответствует максимальной мощности 0,1 Вт.

Сопротивление балластного резистора 340 Ом, его мощность 0,125 Вт.

Мощность стабилитрона 0,156 Вт.

Мощность, рассеиваемая на резисторе и стабилитроне, составляет в сумме 0,28 Вт. При этом мощность в нагрузке 0,1 Вт. КПД получается 36%. При больших мощностях это не рационально.

Теперь основные моменты из практики.

  1. Как проверить исправность стабилитрона? Обычный стабилитрон проверяется как диод, т.е. прозванивается мультиметром и должен обладать односторонне проводимостью. Другое дело, стабилитрон двухстронний (или двуханодный) или стабилитрон с защитным диодом. Их прозвонить как диод не удастся. Они показывают обрыв в обе стороны. Проверяются только по методике, указанной в следующем пункте.
  2. Проверка напряжения стабилизации. Перед проверкой нужно определиться с мощностью стабилитрона. Это можно сделать по внешнему виду. Если стабилитрон малых размеров и выводы тонкие, то это малая мощность с током стабилизации от 3 до 20 мА. Если корпус чуть больше и выводы толще, то это средняя мощность и ток стабилизации до 90 мА. Ну а мощный стабилитрон имеет большие размеры и возможность установки на радиатор. У него ток стабилизации до ампера и выше.

Есть еще одна особенность. Чем выше напряжение стабилизации стабилитрона, тем меньше ток стабилизации, так как определяющей в этом случае является рассеиваемая стабилитроном мощность. Так что для стабилитронов малой и средней мощности при проверке достаточно тока 10 мА, для большой мощности 20-30мА. Поэтому для большинства проверок стабилитронов с напряжением стабилизации до 30В  берем резистор 1-2 кОм и через него подключаем катод стабилитрона к плюсу регулируемого блока питания, анод соответственно к минусу.

Параллельно стабилитрону подключаем вольтметр. От нуля плавно повышаем напряжение и следим за показаниями вольтметра. Как только они перестали расти при увеличении напряжения блока питания снимаем показания вольтметра. Если напряжение перестало расти при значениях около 1В, значит перепутан анод и катод стабилитрона. Нужно их поменять местами и повторить процедуру. Значение напряжения, при котором прекратились увеличиваться показания вольтметра, и есть напряжение стабилизации. У двуханодных оно будет одинаковым при смене полярности подключения. У стабилитрона с диодом напряжение стабилизации при неправильном включении будет достаточно высоким, на практике выше напряжения блока питания. Теоретически оно будет равно обратному напряжению диода. Можно применять для проверки и нерегулируемый блок питания напряжением выше предполагаемого напряжения стабилизации стабилитрона. При подключении, как на схеме, измеренное напряжение на стабилитроне будет равно напряжению стабилизации стабилитрона. Если показания вольтметра равны напряжению блока питания, значит стабилитрон включен наоборот или имеет напряжение стабилизации выше напряжения блока питания.

  1. В некоторых случаях очень важным параметром является температурный коэффициент напряжения стабилизации. Например, в автомобильном реле-регуляторе, которое управляет величиной напряжения в бортсети автомобиля. Если оно будет сильно изменяться в зависимости от температуры в моторном отсек, то выйдет из строя электрооборудование автомобиля. Следующий наглядный пример. В телевизорах и радиоприемниках в блоке формирования напряжения настройки на частоту принимаемого сигнала также недопустима зависимость напряжения от температуры, иначе сигнал будет плавать и пропадать. Именно поэтому в реле-регуляторах применяют стабилитроны типа Д818Е, а в блоках настройки телевизоров КС531. У первых температурный коэффициент составляет +0,001 %/град, у вторых ±0,005%/град. В то время, как у других, например, КС182 о которых упоминалось в начале статьи, температурный коэффициент составляет около 0,1 %/град. Это почти в 100 раз хуже. как правило, стабилитроны с хорошим температурным коэффициентом содержат внутренний диод, катод которого соединен с катодом стабилитрона. Температурный коэффициент этого диода имеет знак противоположный температурному коэффициенту самого стабилитрона. Таким образом достигается высокая температурная стабильность напряжения стабилизации.

Пока проверяемый стабилитрон подключен для проверки напряжения стабилизации по схеме п.2 этой статьи, можно его выводы подогреть паяльником, немного, градусов до 60-70 и понаблюдать за изменением напряжения на вольтметре. Разница между термостабильным стабилитроном и обычным будет очень заметна.

  1. То, что основное назначение стабилитрона поддерживать постоянное напряжение на нагрузке при изменении входного напряжения и тока нагрузки уже понятно. Но тут есть особенность. Для эффективного выполнения этих задач, мощность нагрузки реально не должна превышать 30% от мощности, рассеиваемой на балластном резисторе и стабилитроне. Об этом уже было сказано в начале статьи. Для увеличения КПД и тока в нагрузке применяют транзисторы. Наиболее простая схема:

Если ток стабилитрона 10мА, а коэффициент усиления транзистора по току 100 раз, то ток в нагрузке будет 10х100=1000мА. Установив параллельно стабилитрону переменный резистор можно напряжение стабилизации в нагрузке изменять от нуля почти до максимального значения напряжения стабилизации стабилитрона.

  1. Чем можно заменить стабилитрон или изменить напряжение стабилизации?

Обычный кремниевый диод включенный в прямом направлении может выполнять функции стабилитрона напряжением около 0,7 В. Для увеличения напряжения диоды можно включать последовательно с такими же диодами или стабилитроном, напряжение которого нужно немного увеличить. Германиевый диод, при прямом включении, стабилизирует напряжение около 0,5 В, светодиод, в зависимости от типа 2…3,2 В.

Примеры показаны ниже на фото:

Кремниевые транзисторы в диодном включении также могут выполнять функции стабилитрона напряжением 5…6 В. Причем можно использовать последовательное подключение транзистора с диодами, нескольких транзисторов, как показано ниже:

Если есть маломощный стабилитрон на нужное напряжение, а нужен более мощный, то можно использовать такую аналогию ( где VD1 маломощный стабилитрон):

R2 – балластный резистор. Напряжение стабилизации схемы равно напряжению стабилизации стабилитрона плюс напряжение б-э транзистора (0,7В у кремниевых и 0,5В у германиевых). Максимальный ток стабилизации схемы равен току стабилитрона, умноженному на коэффициент усиления транзистора по току (h21). Используя такие схемы нельзя допускать превышения значений параметров применяемых элементов.

Если нужны высоковольтные стабилитроны на напряжения 120…180В (КС620А, КС630А, КС650А, КС680А), то можно использовать такие схемы:

Как источник стабильного тока используют германиевые диоды Д220, Д220А, Д219А которые имеют низкое дифференциальное сопротивление при обратном включении и обратном токе 0,1…10 мА. Понятно, что напряжение применяемого транзистора должно быть выше 180 В.

Материал статьи продублирован на видео:

 

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.

Анод - стабилитрон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Анод - стабилитрон

Cтраница 2

Стабилизатор работает следующим образом. Катод лампы Лъ соединенный с анодом стабилитрона Л3, находится под постоянным потенциалом.  [16]

Положительное напряжение 2400 е через резисторы Rzei, 2бо подается на стабилитрон Л № с напряжением стабилизации 1250 в. Катод стабилитрона подключен к стабилизированному напряжению 450 в благодаря чему на аноде стабилитрона получается напряжение 1 700 в относительно корпуса, которое и используется для питания цепи послеускорения трубки.  [17]

После запуска дизеля напряжение вспомогательного генератора растет пропорционально частоте вращения якоря, поэтому между движком потенциометра R2 и выводом Я2 ( см. рис. 131) появится напряжение, пропорциональное напряжению вспомогательного генератора. При этом к управляющему переходу транзистора Т1 приложена разность потенциалов между движком потенциометра R2 и анодом стабилитрона ДЗ. Когда напряжение вспомогательного генератора UBr достигает 75 В, открывается транзистор Т1, что приводит к открыванию транзисторов Т2 и ТЗ, включенных по схеме составного транзистора.  [19]

Стабилитрон тлеющего разряда состоит из коаксиального цилиндра и стержня, помещенных в стеклянный баллон. Катодом служит цилиндр большего радиуса, анодом - стержень меньшего радиуса. При подаче на анод стабилитрона положительного напряжения в приборе возникает тлеющий разряд.  [20]

При дальнейшем повышении напряжения на стабилитроне сила тока, проходящего через него, растет, а сопротивление падает, так как усиливается ионизация. При этом все большая поверхность электродов начинает светиться. Это падение сопротивления в промежутке катод - анод стабилитрона при росте тока наблюдается до того момента, пока тлеющий разряд не охватит всю поверхность электродов. При дальнейшем возрастании тока пропорциональность между его величиной и сопротивлением стабилитрона нарушается.  [21]

Одними из первых стабилитронов тлеющего разряда были стабилитроны-делители напряжения ( рис. 7 - 2 6), имеющие по нескольку газовых промежутков. Электроды такого стабилитрона-делителя выполнены в виде цилиндров разных диаметров. Цилиндры вложены один в другой с заданными, строго фиксированными зазорами между ними. Анодом стабилитрона служит цилиндр с наименьшим диаметром; катодом - цилиндр с наибольшим диаметром. Каждый из остальных цилиндров является соответственно анодом последующего газового промежутка и катодом предыдущего промежутка. Иьыми словами, стабилитрон в целом представляет собой последовательное соединение нескольких газоразрядных стабилизаторов напряжения, конструктивно объединенных в одном баллоне.  [23]

При разомкнутом контакте транслирующего реле ( исходное ссстояние и время паузы) стабилитрон Д7 пробит и напряжение в точке соединения резисторов R14 и R41 примерно равно 12 в, так как диод Д8 открыт. Отсекающий диод Д6 предохраняет стабилитрон Д7 в том случае, если на вход попадет напряжение станционной батареи. Стабилитрон Д7 не пропускает на вход затянутых искрогасящим конденсатором задних фронтов отрицательных импульсов. На время действия импульса через замкнутый контакт транслирующего реле проверяемого прибора и диод Д6 снимается отрицательное напряжение с анода стабилитрона Д7, в результате чего он запирается.  [24]

Анод 3 стабилитрона выполнен в виде стержня и расположен Е центре катода. Внутреннюю поверхность катода покрывают активным слоем. Это необходимо для того, чтобы при попадании на катод положительных ионов получилась значительная эмиссия вторичных электронов. Электроды соединяются со штырькамк цоколя лампы. При подаче положительного напряжения на анод стабилитрона в нем возникает тлеющий разряд.  [25]

Страницы:      1    2

Основы

: Введение в стабилитроны

Стабилитроны

- это особый тип полупроводниковых диодов - устройств, которые позволяют току течь только в одном направлении, которые также позволяют току течь в противоположном направлении, но только при достаточном напряжении. И хотя это звучит немного эзотерически, на самом деле они являются одними из самых удобных компонентов, когда-либо встречавшихся на рабочем месте инженера, обеспечивая отличные решения для ряда общих потребностей в схемотехнике.

Далее мы покажем вам, как (и когда) использовать стабилитрон для приложений, включая простые опорные напряжения, ограничение сигналов до определенных диапазонов напряжения и снижение нагрузки на регулятор напряжения.

Справочная информация: Полупроводниковые диоды, настоящие и идеальные

Чтобы понять, чем стабилитроны отличаются от других диодов, давайте сначала рассмотрим свойства обычных диодов. И хотя существует много различных типов диодов - см. Здесь длинный список - мы собираемся сосредоточиться на так называемых «нормальных» полупроводниковых диодах, чаще всего построенных с кремниевым p-n переходом.

Диоды обычно поставляются в стеклянных или пластиковых цилиндрических корпусах, маркированных полосой с одной стороны для обозначения полярности.В идеальном диоде ток течет только в одном направлении, от анода (положительная сторона) к катоду (отрицательная сторона), отмеченному полосой. Схематический символ представляет собой треугольник, указывающий на полосу, где ток течет в том же направлении, к концу с перемычкой (полосой). Версии диодов для поверхностного монтажа, как правило, следуют одному и тому же соглашению о маркировке, где катодный конец маркируется широкой полосой.

Если мы подключим диод в простую схему с источником переменного напряжения и ограничивающим ток резистором, мы сможем измерить ток I через диод, когда к нему приложено заданное напряжение В, .В идеальном диоде ток вообще не проходит, когда напряжение меньше нуля: диод полностью предотвращает обратный ток. Для небольшого положительного напряжения («прямое смещение» или иногда «прямое напряжение») может протекать крошечный ток, а очень большой ток будет превышать заданный порог. Величина протекающего тока фактически экспоненциальна с увеличением напряжения.

Пороговое значение, при котором протекает значительный ток, обычно составляет около 0,7 В для простых полупроводниковых диодов, но может быть и ниже 0.15 В для диодов Шоттки или до 4 В для некоторых типов светодиодов.

Конечно, диод не идеален. В реальных диодах, когда напряжение меняется на противоположное, может течь очень небольшой ток (утечка). И, что более важно, каждый диод рассчитан на определенную максимальную величину обратного напряжения. Если вы приложите напряжение более отрицательное, чем этот предел, диод подвергнется «обратному пробою» и начнет проводить значительный ток, но назад, от нормального направления тока диода.Для обычного диода мы бы сказали, что вышел из строя , если он начинает проводить ток в этом направлении.

Помимо: Фактическая физика того, что происходит при пробое, довольно интересна; этому поведению способствуют два отдельных эффекта: эффект Зенера и лавинный пробой.

Стабилитроны

Стабилитроны

- это полупроводниковые диоды, которые были изготовлены так, чтобы их обратный пробой происходил при определенном, четко определенном напряжении (его «напряжение стабилитрона»), и которые спроектированы таким образом, чтобы они могли непрерывно работать в этом режиме пробоя.Обычно доступные стабилитроны доступны с пробивными напряжениями («напряжениями стабилитрона») от 1,8 до 200 В.

Схематический символ стабилитрона показан выше - он очень похож на обычный диод, но с загнутыми краями на полосе. Стабилитрон по-прежнему проводит электричество в прямом направлении, как любой другой диод, но также проводит в обратном направлении, если приложенное напряжение обратное и больше, чем напряжение пробоя стабилитрона.

Типичное применение может быть таким, как указано выше: стабилитрон 10 В (тип 1N4740) включен последовательно с резистором и фиксированным источником питания 12 В. Номинал резистора выбирается таким образом, чтобы через него и через стабилитрон протекало несколько мА, удерживая его в области пробоя. В приведенной выше схеме напряжение на стабилитроне составляет 10 В, а на резисторе - 2 В. При 2 В на резисторе 400 Ом ток через этот резистор (и диод последовательно) составляет 5 мА.

Опорные напряжения стабилитрона

Фиксированное напряжение стабилитронов делает их чрезвычайно удобными в качестве источников быстрого опорного напряжения.Базовая схема выглядит так:

Необходимо учитывать несколько требований. Во-первых, входное напряжение должно быть выше напряжения стабилитрона. Во-вторых, номинал резистора должен быть выбран таким, чтобы через стабилитрон всегда протекал ток.

Некоторые предостережения: Это не обязательно хороший источник питания для всех целей - резистор ограничивает ток, который можно потреблять. Это также не обязательно опорное напряжение с точностью ; напряжение будет зависеть от величины потребляемого тока.(То есть, чтобы напряжение было стабильным, нагрузка, управляемая этим опорным напряжением, должна быть постоянной.) Напряжение также зависит от температуры. Стабилитроны в диапазоне 5-6 В имеют лучшую температурную стабильность, и есть высокоточные стабилитроны (например, LM399), которые включают в себя собственную термостабилизированную печь, чтобы в дальнейшем поддерживать температуру диода как можно более стабильной.

Развивая эту идею немного дальше, вы можете создать полноценный многорельсовый источник питания, используя только набор стабилитронов для генерации всех необходимых напряжений, при условии, что текущие требования к разным напряжениям питания невысоки. .Схема выше является частью работающего лабораторного прибора.

Клещи для измерения напряжения: ограничение сигналов с помощью стабилитронов

Изменяющийся аналоговый сигнал может быть ограничен довольно узким диапазоном напряжений с помощью одного стабилитрона. Если у вас есть напряжение, которое колеблется между + 7 В и -7 В, вы можете использовать один стабилитрон 4 В, подключенный к земле, чтобы гарантировать, что сигнал не превышает 4 В или опускается ниже -0,7 В (где диод проводит вперед на землю).

Если вы хотите ограничить сигнал, чтобы он никогда не становился отрицательным - например, для входа в аналого-цифровой преобразователь, который принимает сигналы в диапазоне 0-5 В, вы можете подключить анод стабилитрона к шине питания на 1 В вместо земли. Тогда диапазон выходного сигнала будет ограничен диапазоном 0,3 В - 5 В.

Еще один изящный трюк - использовать последовательно два противоположно ориентированных стабилитрона. Это может обеспечить, например, симметричный предел отклонения сигнала от земли.Это также обычная конфигурация для использования стабилитронов в качестве подавителя переходных процессов.

Преобразование напряжения: снижение нагрузки на регулятор

Вот что-то не работает. У нас есть TL750L05, который представляет собой тип линейного регулятора с выходом 5 В, который может выдавать до 150 мА на выходе, и его нагрузка будет переменной. Нам нужно запитать его от источника 36 В. К сожалению, максимальное входное напряжение TL750L05 составляет 26 В.

Давайте попробуем добавить резистор последовательно, чтобы немного понизить это напряжение:

Наша выходная нагрузка может составлять от 125 мА до 10 мА.Итак, резистор какого номинала у нас подойдет?

Предположим, что мы предполагаем нагрузку 125 мА. Затем снять (скажем) 20 В на резисторе, 20 В / .125 А = 160 Ом. Если мы используем 160 Ом, то при нагрузке 10 мА оно упадет только на 160 Ом × 0,01 А = 1,6 В, а 36 В - 1,6 В все еще больше, чем 26 В. Чтобы быть безопасным для нагрузки 10 мА, мы должны выбрать резистор, который дает нам падение как минимум 11 В для входного сигнала регулятора 25 В. Таким образом, 11 В / 0,01 А = 1100 Ом будет безопасным для нагрузки 10 мА. Но если нагрузка увеличится до 125 мА, падение на 1100 Ом будет V = 0.125 А × 1100 Ом = 137 В, что означает, что на входе регулятора будет ниже 5 В, и он перестанет работать.

Очевидно, что вы не можете выбрать номинал резистора, который действительно работал бы как для низкого, так и для сильноточного случая.

В сторону: Мы пропустили пару незначительных деталей о регуляторах напряжения, которые часто заслуживают внимания. Во-первых, линейный регулятор всегда требует немного больше напряжения на входе, чем на выходе.Эта разница напряжений называется «падением напряжения» и может достигать 0,6 В для TL750L05, так называемого стабилизатора с «малым падением напряжения». Это означает, что при выводе 5 В при 150 мА входная клемма регулятора должна быть на 5,6 В или выше. Мы можем смело игнорировать это здесь, потому что 36 В - 137 В все еще ниже 5,6 В.

Вторая небольшая деталь заключается в том, что линейный регулятор на самом деле потребляет немного больше тока на своем входе, чем на выходе. Причина этого в том, что часть тока, протекающего на вход регулятора, течет на землю через его третью «заземляющую» клемму, а не на выходную клемму.Этот «ток покоя» может достигать 12 мА для TL750L05. Это означает, что когда 125 мА выходит из выходной клеммы регулятора, на входную клемму может поступать до 137 мА. В приведенном выше примере это означает, что максимальное падение напряжения на резисторе 1100 Ом было бы более точно оценить как V = 0,137 A × 1100 Ом = 151 В. Опять же, это не меняет нашего анализа.

Давайте попробуем еще раз, на этот раз с нашим другом, стабилитроном.

Наконец, давайте попробуем использовать один жирный стабилитрон на 20 В (тип 1N5357BRLG), чтобы сбросить часть нагрузки.Тогда выход на аноде стабилитрона составляет всего 16 В, что находится в пределах безопасного входного диапазона регулятора. 1N5357BRLG рассчитан на максимальную мощность 5 Вт.

Когда регулятор работает на выходе 125 мА, его входной ток может достигать 137 мА, включая ток покоя, поэтому мощность, рассеиваемая стабилитроном, может достигать 20 В × 0,137 А = 2,74 Вт. Он будет нагреваться, но мы находимся в безопасных условиях эксплуатации стабилитрона, и теперь схема заработает.

Обновлено в апреле 2020 года, чтобы включить примечания о падении напряжения линейного регулятора и тока покоя.

Построение идентификатора стабилитрона: 3 шага

Диоды

Диод - это полупроводник с двумя выводами, который действует как односторонний затвор для прохождения электрического тока. Когда вывод анода диода сделан более положительным по напряжению, чем вывод катода - известный как с прямым смещением - ток может течь через устройство. Однако, если полярности поменяны местами (то есть катод становится более положительным, чем его анод) - состояние, известное как обратное смещение - диод будет блокировать поток электронов.

Диоды используются в цепях, которые преобразуют или выпрямляют переменное напряжение в постоянное. Они также обычно встречаются в схемах умножителя напряжения, схемах переключения напряжения, схемах ограничения напряжения и схемах регулятора напряжения. Чтобы узнать о новом дизайне, показывающем, что вы можете делать с обычными старыми диодами, ознакомьтесь с моей инструкцией «Сделайте солнечную панель с использованием диодов»!

Характеристики

Прямое напряжение (В f ): Ток течет в направлении стрелки (от анода к катоду) при условии, что прямое напряжение на диоде превышает пороговое напряжение перехода .

Пороговое напряжение перехода: Во многих случаях p-n-переход, составляющий диод, имеет пороговое значение 0,6 В, в то время как другие специальные типы диодов, такие как германиевые диоды, имеют пороговое значение 0,2 В, а диоды Шоттки часто можно найти с порогом 0,4 В. Однако не высекайте эти значения на камне, так как производственные значения могут отклонить эти пороговые значения более чем на вольт.

Прямое смещение: Когда анод диода имеет более положительное напряжение, чем его катод

Обратное смещение : Когда анод диода имеет более отрицательное напряжение, чем его катод.

Обратите внимание на мои рисунки, приведенные ниже, чтобы увидеть это графически. Имейте в виду, что не все диодные переходы являются p-n-переходами, особенно шоттки, в которых используется металлический переход.


Пиковый ток (I omax ): Также называется Максимальный прямой ток , это максимальный ток, который должен проходить через диод по соображениям безопасности, чтобы вы не сгорели.

Пиковое обратное напряжение (PIV) Рейтинг: При обратном смещении и отрицательном обратном напряжении это отрицательное напряжение должно быть меньше, чем номинальное пиковое обратное напряжение диода.

Виды диодов

Как уже упоминалось, существует множество типов диодов, которые могут быть полезны в различных проектах, над которыми вы можете работать. Вот некоторые из лучших и краткое описание того, что они делают.

Выпрямительные диоды : Эти диоды используются для выпрямления (преобразования) переменного напряжения и тока в постоянное напряжение и ток.
Сигнальные / переключающие диоды : Часто используются в цепях, в которых задействованы малые токи и высокие частоты, например, радио и РЧ.
Диоды быстрого восстановления : сверхбыстрые переключающиеся диоды, используемые, среди прочего, для проведения реактивного тока нагрузки и выпрямления переменного тока.
Диоды Шоттки: Эти диоды, использующие переход с металлическими проводниками, имеют более низкое напряжение f и обычно используются в схемах ограничения напряжения и модуляции насыщения транзисторов.
Германиевые диоды : Они имеют низкое значение обратного сопротивления, что дает меньшее прямое падение напряжения на переходе, но имеет более высокое значение прямого сопротивления из-за их малой площади перехода.
Светодиоды: Ah светодиод. Самый любимый всеми нами мигающий свет.

Стабилитроны

Стабилитроны вместо того, чтобы действовать как односторонний затвор для протекания тока, действуют как двусторонний затвор для протекания тока. В прямом направлении легко пробить, часто 0,5 - 0,7 В, как у стандартного диода. Но в обратном направлении ток может течь, но его сложнее открыть. Требуемое напряжение равно напряжению пробоя стабилитрона . Это напряжение пробоя может быть любым от 1.От 8 В до 200 В. Номинальная мощность различается.

Характеристики

Напряжение пробоя (Vz):
Напряжение, необходимое для открытия и протекания тока в обратном направлении. Это, возможно, основная характеристика стабилитрона (помимо, возможно, номинальной мощности).
1. Постановление
2. Регулировка нагрузки
3. Разделенное питание от трансформатора без ответвлений
4. Модификация формы волны и ограничитель
5. Переключатель напряжения
6. Регулятор напряжения бустерный
7.Защита от перенапряжения

диодов - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 61

Введение

После того, как вы перейдете от простых пассивных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пора перейти в удивительный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.

В этом уроке мы рассмотрим:

  • Что такое диод !?
  • Теория работы диодов
  • Важные свойства диода
  • Диоды разных типов
  • Как выглядят диоды
  • Типовые применения диодов

Рекомендуемая литература

Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники.Прежде чем перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотр) эти:

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

Что такое электричество?

Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещающее наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это непростой вопрос, но этот урок прольет на него некоторый свет!

Как пользоваться мультиметром

Изучите основы использования мультиметра для измерения целостности цепи, напряжения, сопротивления и тока.

Хотите изучить различные диоды?

Идеальные диоды

Ключевая функция идеального диода - управлять направлением тока . Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, заблокирован. Они похожи на односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь *, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь.В такой ситуации говорят, что диод выключен или смещен в обратном направлении .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале * диод будет действовать как короткое замыкание (0 В на нем), если он проводит ток. Когда диод проводит ток, он смещен в прямом направлении (жаргон электроники означает «включено»).

Соотношение тока и напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение дает нулевой ток - разрыв цепи.Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

Характеристики идеального диода
Рабочий режим Вкл. (Смещение вперед) Выкл. В = 0 В
Диод выглядит как Короткое замыкание Обрыв цепи

Обозначение цепи

Каждый диод имеет две клеммы - соединения на каждом конце компонента - и эти клеммы поляризованы , что означает, что эти две клеммы совершенно разные.Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется катодом . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, в каком направлении протекает ток через диод, попробуйте вспомнить мнемонику ACID : «анодный ток в диоде» (также анодный катод - это диод ).

Обозначение цепи стандартного диода представляет собой треугольник, соприкасающийся с линией.Как мы расскажем позже в этом руководстве, существует множество типов диодов, но обычно их обозначение схемы будет выглядеть примерно так:

Вывод, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником / стрелкой, но не может идти в обратном направлении.

Выше приведены несколько простых примеров схем диодов. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и пропускает ток через цепь. По сути это похоже на короткое замыкание.Справа диод D2 имеет обратное смещение. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

* Внимание! Звездочка! Не совсем так ... К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно настоящие, у них просто есть несколько характеристик, которые заставляют их работать немного хуже, чем наша идеальная модель ...


Реальные характеристики диода

В идеале диоды будут блокировать любой ток, текущий в обратном направлении, или просто действовать как короткое замыкание, если ток идет вперед.К сожалению, реальное поведение диодов не совсем идеальное. Диоды потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не будут блокировать весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

Соотношение тока и напряжения

Наиболее важной характеристикой диода является его вольт-амперная зависимость ( i-v ). Это определяет ток, протекающий через компонент, с учетом того, какое напряжение на нем измеряется.Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v ... Закон Ома. Кривая i-v диода, однако, полностью не -линейна. Выглядит это примерно так:

Вольт-амперная зависимость диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, масштабы как в положительной, так и в отрицательной половине не равны.

В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одном из трех регионов:

  1. Прямое смещение : Когда напряжение на диоде положительное, диод включен, и ток может протекать через него.Напряжение должно быть больше прямого напряжения (V F ), чтобы ток был значительным.
  2. Обратное смещение : Это режим «выключения» диода, когда напряжение меньше V F , но больше -V BR . В этом режиме ток (в основном) заблокирован, а диод выключен. Очень небольшой ток (порядка нА), называемый током обратного насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
  3. Пробой : Когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

прямое напряжение

Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диод требует приложения к нему определенного количества положительного напряжения. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением F ).Он также может называться либо напряжения включения , либо напряжения включения .

Как мы знаем из кривой i-v , сквозной ток и напряжение на диоде взаимозависимы. Больше тока означает большее напряжение, меньшее напряжение означает меньший ток. Однако, когда напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод полностью проводящий, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.

Мультиметр с настройкой диода можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

Конкретный диод V F зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан. Обычно кремниевый диод имеет напряжение V F около 0,6–1 В . Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. Диод типа также имеет некоторое значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо больший V F , в то время как диоды Шоттки разработаны специально для того, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

Напряжение пробоя

Если к диоду приложить достаточно большое отрицательное напряжение, он поддастся и позволит току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя . Некоторые диоды действительно предназначены для работы в области пробоя, но для большинства нормальных диодов не очень полезно подвергаться воздействию больших отрицательных напряжений.

Для нормальных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 В до -100 В или даже более отрицательное.

Таблицы данных диодов

Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в даташите на каждый диод. Например, в этом техническом описании диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

Таблица данных может даже представить вам хорошо знакомый график вольт-амперной характеристики, чтобы более подробно описать поведение диода. Этот график из таблицы данных диода увеличивает изогнутую переднюю часть кривой i-v .Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

Эта диаграмма указывает на еще одну важную характеристику диода - максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенное количество энергии, прежде чем они взорвутся. На всех диодах должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если диод подвергается большему напряжению или току, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится и т. Д.).

Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов - 1 А или более - другие, например, малосигнальный диод 1N4148, показанный выше, могут подходить только для тока около 200 мА.


Этот 1N4148 - лишь крошечная выборка всех существующих типов диодов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие существует и для какой цели служит каждый тип.

Типы диодов

Нормальные диоды

Диоды сигнальные

Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых членов семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный ток.Типичный пример сигнального диода - 1N4148.

Очень общего назначения, он имеет типичное прямое падение напряжения 0,72 В и максимальный номинальный прямой ток 300 мА.

Слабосигнальный диод, 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который отмечает, какой из выводов является катодом.

Силовые диоды

Выпрямитель или силовой диод - это стандартный диод с гораздо более высоким максимальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения.1N4001 - это пример силового диода.

1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

Диод 1N4001 PTH. На этот раз серая полоса указывает, какой вывод является катодом.

И, конечно же, большинство типов диодов также выпускаются для поверхностного монтажа. Вы заметите, что у каждого диода есть способ (независимо от того, насколько он крошечный или плохо различимый), чтобы указать, какой из двух контактов является катодом.

Светодиоды (светодиоды!)

Самым ярким членом семейства диодов должен быть светодиод (LED).Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

Горстка сквозных светодиодов. Слева направо: желтый 3 мм, синий 5 мм, зеленый 10 мм, сверхяркий красный 5 мм, RGB 5 мм и синий 7-сегментный светодиод.

Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении. У них также есть номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для их включения. Рейтинг светодиода V F обычно выше, чем у обычного диода (1.2 ~ 3 В), и это зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а для сверхяркого красного светодиода такого же размера - всего 2,2 В.

Очевидно, вы чаще всего найдете светодиоды в осветительных приборах. Они веселые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например инфракрасные светодиоды, которые являются основой большинства пультов дистанционного управления.Другое распространенное использование светодиодов - оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание на то, как схематический символ диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, выходящих из символа.

Диоды Шоттки

Другой очень распространенный диод - диод Шоттки.

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением. Этот диод Шоттки 1 А 40 В составляет…

. 1

Полупроводниковый состав диода Шоттки немного отличается от обычного диода, и это приводит к гораздо меньшему падению напряжения в прямом направлении, которое обычно находится между 0.15 В и 0,45 В. Однако они все равно будут иметь очень большое напряжение пробоя.

Диоды Шоттки

особенно полезны для ограничения потерь, когда каждый последний бит напряжения должен быть сохранен. Они достаточно уникальны, чтобы получить собственное обозначение схемы с парой изгибов на конце катодной линии.

Стабилитроны

Стабилитроны

- странный изгой из семейства диодов. Обычно они используются, чтобы намеренно проводить обратный ток .

Стабилитрон - 5.1 В 1 Вт

Нет на складе COM-10301

Стабилитроны полезны для создания опорного напряжения или в качестве стабилизатора напряжения в слаботочных приложениях. Эти диоды…

Стабилитрон

разработан для обеспечения очень точного напряжения пробоя, называемого стабилитроном или напряжением стабилитрона . Когда через стабилитрон протекает достаточный ток в обратном направлении, падение напряжения на нем будет стабильным на уровне напряжения пробоя.

За счет своих пробивных свойств стабилитроны часто используются для создания известного опорного напряжения, точно соответствующего их напряжению стабилитрона. Их можно использовать в качестве регуляторов напряжения для небольших нагрузок, но на самом деле они не предназначены для регулирования напряжения в цепях, которые потребляют значительный ток.

Стабилитроны

достаточно особенные, чтобы иметь собственное обозначение схемы с волнистыми концами на катодной линии. Этот символ может даже обозначать, что такое напряжение стабилитрона диода.Вот стабилитрон 3,3 В, создающий надежное опорное напряжение 3,3 В:

Фотодиоды

Фотодиоды - это специально сконструированные диоды, которые улавливают энергию фотонов света (см. Физика, квант) для генерации электрического тока. Вид работы как анти-светодиод.

Фотодиод BPW34 (не четверть, да мелочь). Поставьте его на солнце, и он может генерировать около нескольких мкВт энергии !.

Солнечные элементы - главный благодетель фотодиодной технологии.Но эти диоды также могут использоваться для обнаружения света или даже для оптической связи.


Применение диодов

Для такого простого компонента диоды имеют множество применений. Вы найдете диод того или иного типа практически в каждой цепи. Они могут быть представлены в чем угодно, от цифровой логики слабого сигнала до схемы преобразования энергии высокого напряжения. Давайте рассмотрим некоторые из этих приложений.

Выпрямители

Выпрямитель - это схема, преобразующая переменный ток (AC) в постоянный (DC).Это преобразование критично для всякой бытовой электроники. Сигналы переменного тока выходят из розеток вашего дома, но именно постоянный ток питает большинство компьютеров и другой микроэлектроники.

Ток в цепях переменного тока буквально чередуется - быстро переключается между положительным и отрицательным направлениями - но ток в сигнале постоянного тока течет только в одном направлении. Итак, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам просто нужно убедиться, что ток не может течь в отрицательном направлении. Похоже на работу для ДИОДОВ!

Однополупериодный выпрямитель может быть выполнен только из одного диода.Если сигнал переменного тока, такой как, например, синусоида, передается через диод, любая отрицательная составляющая сигнала отсекается.

Формы сигналов входного (красный / левый) и выходного (синий / правый) напряжения после прохождения через схему полуволнового выпрямителя (в центре).

Двухполупериодный мостовой выпрямитель использует четыре диода для преобразования этих отрицательных выступов в сигнале переменного тока в положительные.

Схема мостового выпрямителя (в центре) и форма выходного сигнала, которую она создает (синий / правый).

Эти цепи являются критическим компонентом источников питания переменного тока в постоянный, которые преобразуют сигнал 120/240 В переменного тока сетевой розетки в сигналы постоянного тока 3,3 В, 5 В, 12 В и т. Д. Если вы разорвали стенную бородавку, вы, скорее всего, увидели бы там несколько диодов, которые ее исправили.

Можете ли вы заметить четыре диода, образующие мостовой выпрямитель в этой бородавке?

Защита от обратного тока

Когда-нибудь вставлял батарею неправильно? Или поменять местами красный и черный провода питания? Если это так, то диод может быть благодарен за то, что ваша схема все еще жива.Диод, расположенный последовательно с положительной стороной источника питания, называется диодом обратной защиты. Это гарантирует, что ток может течь только в положительном направлении, а источник питания подает только положительное напряжение в вашу цепь.

Это применение диода полезно, когда разъем источника питания не поляризован, что позволяет легко испортить и случайно подключить отрицательный источник питания к положительному полюсу входной цепи.

Недостатком диода обратной защиты является то, что он вызывает некоторую потерю напряжения из-за прямого падения напряжения.Это делает диодов Шоттки отличным выбором для диодов обратной защиты.

Логические ворота

Забудьте о транзисторах! Простые цифровые логические вентили, такие как И или ИЛИ, могут быть построены из диодов.

Например, диодный логический элемент ИЛИ с двумя входами может быть построен из двух диодов с общими катодными узлами. Выход логической схемы также находится в этом узле. Когда один из входов (или оба) являются логической 1 (высокий / 5 В), выход также становится логической 1.Когда оба входа имеют логический 0 (низкий / 0 В), на выходе через резистор подается низкий уровень.

Логический элемент И построен аналогичным образом. Аноды обоих диодов соединены вместе, где находится выход схемы. Оба входа должны иметь логическую единицу, заставляя ток течь по направлению к выходному контакту и также подтягивать его. Если на каком-либо из входов низкий уровень, ток от источника питания 5 В проходит через диод.

Для обоих логических вентилей можно добавить больше входов, добавив только один диод.

Обратные диоды и подавление скачков напряжения

Диоды

очень часто используются для ограничения возможного повреждения из-за неожиданных больших скачков напряжения. Диоды подавления переходных напряжений (TVS) - это специальные диоды, вроде стабилитронов с низким пробивным напряжением (часто около 20 В), но с очень большими номинальными мощностями (часто в диапазоне киловатт). Они предназначены для шунтирования токов и поглощения энергии, когда напряжение превышает их напряжение пробоя.

Обратные диоды

выполняют аналогичную работу по подавлению скачков напряжения, в частности, вызванных индуктивным компонентом, например двигателем.Когда ток через катушку индуктивности внезапно изменяется, создается всплеск напряжения, возможно, очень большой отрицательный всплеск. Обратный диод, помещенный на индуктивную нагрузку, даст этому отрицательному сигналу напряжения безопасный путь для разряда, фактически многократно проходя через индуктивность и диод, пока он в конечном итоге не погаснет.

Это всего лишь несколько вариантов применения этого удивительного маленького полупроводникового компонента.


Закупка диодов

Теперь, когда ваш текущий движется в правильном направлении, пришло время найти хорошее применение вашим новым знаниям.Независимо от того, ищете ли вы отправную точку или просто пополняете запасы, у нас есть набор изобретателя, а также отдельные диоды на выбор.

Наши рекомендации:

Диод Шоттки

В наличии COM-10926

Диоды Шоттки известны своим низким прямым падением напряжения и очень быстрым переключением.Этот диод Шоттки 1 А 40 В составляет…

. 1

Комплект изобретателя SparkFun - версия 3.2

На пенсии КОМПЛЕКТ-12060

** Как вы, возможно, видели из [нашего сообщения в блоге] (https://www.sparkfun.com/news/2241), мы недавно переместили нашу литьевую форму для SIK…

76 На пенсии

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы разобрались с диодами, возможно, вы захотите продолжить изучение других полупроводников:

Или откройте для себя другие распространенные электронные компоненты:

Как проверить стабилитрон

Стабилитрон - это диод, предназначенный для работы в области пробоя.Эти условия разрушают нормальные диоды, но стабилитрон проводит небольшой ток. Он поддерживает постоянное напряжение на устройстве, поэтому обычно используется в качестве простого регулятора напряжения во многих схемах. Чтобы проверить один, используйте мультиметр, чтобы проверить его напряжение как в цепи, так и вне ее.

Стабилитрон 1N4734A имеет номинальную мощность 5,6 В и 1 Вт. Он подает на цепь стабильное напряжение 5,6 В. Максимальный ток составляет примерно 1 Вт / 5,6 В = 179 мА. Чтобы предотвратить чрезмерный ток в тестовой цепи, используйте резистор на 200 Ом последовательно с диодом.

    Установка мультиметра на диоде. Обычно это обозначается маленьким символом диода на корпусе.

    Измерьте прямое падение напряжения на стабилитроне. Сделайте это, подключив положительный или красный провод мультиметра к анодной стороне диода, на которой нет маркировки. Поместите отрицательный или черный провод на катодную сторону диода, отмеченную полосой. Стабилитрон сделан из кремния, поэтому неповрежденное устройство показывает от 0,5 до 0,7 В при прямом смещении.

    Измерьте напряжение обратного смещения на стабилитроне, переключив щупы мультиметра. Поместите положительный вывод на сторону с маркировкой или со стороны катода, а отрицательный провод на сторону без маркировки или со стороны анода. Вы должны получить показания, указывающие на бесконечное сопротивление или отсутствие тока.

    Присоедините положительный полюс 9-вольтовой батареи к одной стороне резистора, а другой конец резистора подсоедините к катодной стороне стабилитрона, чтобы он имел обратное смещение. Затем подключите оставшуюся клемму диода к отрицательной клемме аккумулятора.

    Установите мультиметр в режим постоянного напряжения. Измерьте напряжение на диоде, поместив провод мультиметра на каждую клемму. Он должен показывать примерно 5,6 вольт, хотя значение может быть от 5,32 до 5,88 вольт. Обратите внимание, что напряжение между аккумулятором и землей остается на уровне 9 В.

Как проверить диод с помощью аналогового и цифрового мультиметра (DMM)?

В этом руководстве мы узнаем, как проверить диод. Диоды - один из основных и важных компонентов в электронных схемах, которые используются для защиты, выпрямления, переключения и многих других приложений.Они являются одними из первых компонентов, которые повреждаются в случае неисправности, и, следовательно, необходимо знать, как проверить, правильно ли работает диод или нет.

Введение

Если вы начинаете разрабатывать свой собственный проект электроники или хотите устранить неисправность какой-либо электронной схемы или проекта, то вы должны хорошо разбираться в основных электронных компонентах и ​​их работе. Вам не нужно разбираться в его конструкции и внутренней работе, но необходимо иметь хотя бы некоторые базовые знания о том, как работает компонент, как тестировать компонент и видеть, работает ли компонент должным образом или нет.

Узнайте больше об основах полупроводниковых диодов.

Знание того, как тестировать компонент, и оценка его работоспособности - это очень хороший навык поиска и устранения неисправностей в электронных схемах.

Чтобы избежать получения нежелательных результатов, рекомендуется проверить все основные компоненты, такие как резисторы, диоды, светодиоды и т. Д., На их нормальную работу или работу перед сборкой компонентов в схему (печатную плату). В худшем случае, если мы не выполняем никаких тестов перед сборкой и если результат не такой, как ожидалось, тогда очень сложно определить источник проблемы, и мы должны протестировать все компоненты (что очень сложно после сборки ).

Давайте сосредоточимся на тестировании диодов в этом руководстве. Как упоминалось ранее, диоды являются одним из важных компонентов в электронных схемах, особенно в источниках питания (и есть много других применений диодов).

Как проверить диод?

Идентификация выводов диода

Диод представляет собой полупроводниковое устройство с двумя выводами, которое позволяет току течь только в одном направлении. Они используются в различных приложениях, таких как выпрямители, зажимы, машинки для стрижки и т. Д.

Когда вывод анода диода сделан положительным по отношению к катоду, диод называется смещенным в прямом направлении. Падение напряжения на диоде с прямым смещением обычно составляет 0,7 В для кремниевых диодов. Это минимальная разность потенциалов между анодом и катодом диода для смещения в прямом направлении.

Перед тестированием диода мы должны сначала идентифицировать выводы диода, то есть его анод и катод. Большинство диодов с PN-переходом имеют белую полосу на корпусе, а вывод рядом с этой белой полосой является катодом.А оставшийся анод. Эту маркировку имеют как сквозные диоды, так и диоды для поверхностного монтажа.

Некоторые диоды могут иметь различную цветовую полосу (например, некоторые стабилитроны имеют черную маркировку на красном / оранжевом корпусе), но клемма рядом с этой цветной меткой почти всегда является катодом.

Тестирование диода можно проводить по-разному, однако здесь мы привели некоторые основные процедуры тестирования диода.

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенные ниже процедуры тестирования предназначены только для нормального PN-диода.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если диод, который вы хотите протестировать, уже находится в цепи (на печатной плате), вы можете выполнить следующие упомянутые тесты, удалив / распаяв только один вывод диода.

Как проверить диод с помощью цифрового мультиметра?

Тестирование диодов с помощью цифрового мультиметра (DMM) может выполняться двумя способами, поскольку в цифровом мультиметре доступны два режима для проверки диода. Это следующие режимы:

  • Режим диода
  • Режим омметра (или режим сопротивления)

Режим тестирования диода - лучший способ проверить диод, поскольку он зависит от характеристик диода.В этом методе на диод подается прямое смещение, и падение напряжения на диоде измеряется с помощью мультиметра. Нормально работающий диод позволяет току течь в прямом смещении и должен иметь падение напряжения.

В режиме проверки сопротивления диода измеряется сопротивление прямого и обратного смещения диода. Для хорошего диода сопротивление прямого смещения должно составлять от нескольких сотен Ом до нескольких килоомов, а сопротивление обратного смещения должно быть очень высоким (обычно обозначается как OL - разомкнутая петля в мультиметре).

Процедура тестирования диодного режима
Тестирование диодного режима с помощью цифрового мультиметра
  • Определите анодные и катодные выводы диода.
  • Удерживайте цифровой мультиметр (DMM) в режиме проверки диодов, повернув центральную ручку в положение, где отображается символ диода. В этом режиме мультиметр может подавать ток примерно 2 мА между измерительными выводами.
  • Подключите красный щуп мультиметра к аноду, а черный щуп к катоду.Это означает, что диод смещен в прямом направлении.
  • Наблюдайте за показаниями на дисплее мультиметра. Если отображаемое значение напряжения находится в диапазоне от 0,6 до 0,7 (для кремниевого диода), то диод исправен и идеален. Для германиевых диодов это значение находится в диапазоне от 0,25 до 0,3.
  • Теперь переверните клеммы измерителя, т. Е. Подключите красный зонд к катоду, а черный - к аноду. Это состояние обратного смещения диода, когда через него не течет ток. Следовательно, измеритель должен показывать OL или 1 (что эквивалентно разомкнутой цепи), если диод исправен.

Если измеритель показывает значения, не соответствующие двум вышеуказанным условиям, то диод неисправен. Дефект диода может быть как открытым, так и коротким.

Открытый диод означает, что диод ведет себя как разомкнутый переключатель как в обратном, так и в прямом смещении. Таким образом, ни в одном из состояний смещения ток через диод не протекает. Следовательно, измеритель будет показывать OL (или 1) как в обратном, так и в прямом смещении.

Закороченный диод означает, что диод ведет себя как замкнутый переключатель, поэтому ток течет через него независимо от смещения, а падение напряжения на диоде будет от 0 В до 0.4В. Таким образом, мультиметр покажет нулевое значение напряжения, но в некоторых случаях он будет отображать очень маленькое напряжение в виде падения напряжения на диоде.

Процедура тестирования режима омметра (сопротивления)

Подобно методу тестирования диодов, режим сопротивления также является простым методом проверки состояния диода, исправен ли он, короткое замыкание или обрыв.

  • Обозначьте выводы диода, т. Е. Анод и катод.
  • Удерживайте цифровой мультиметр (DMM) в режиме измерения сопротивления или омметра, повернув центральную ручку или переключатель в то место, где отображается символ ома или значения резистора.Установите переключатель в режим низкого сопротивления (может быть 1 кОм) для прямого смещения и оставьте его в режиме высокого сопротивления (100 кОм) для процедуры тестирования обратного смещения.
  • Подключите красный датчик к аноду, а черный датчик к катоду. Это означает, что диод смещен в прямом направлении. Когда диод смещен в прямом направлении, сопротивление диода очень мало.

Если на дисплее прибора отображается умеренно низкое значение, то есть несколько десятков Ом, то диод неисправен. Но если показание сопротивления составляет от нескольких сотен до нескольких килограммов, диод исправен и работает нормально.

  • Теперь переверните клеммы мультиметра так, чтобы анод был подключен к черному щупу, а катод - к красному щупу. Таким образом, диод имеет обратное смещение.
  • Если измеритель показывает очень высокое значение сопротивления или OL на дисплее, то диод исправен и работает нормально. Поскольку в обратном смещении диод имеет очень высокое сопротивление.

Из вышесказанного ясно, что для правильной работы диода цифровой мультиметр должен считывать некоторое низкое сопротивление в состоянии прямого смещения и очень высокое сопротивление или OL в состоянии обратного смещения.

Если измеритель показывает очень высокое сопротивление или OL как в прямом, так и в обратном смещении, то диод считается разомкнутым. С другой стороны, если измеритель показывает очень низкое сопротивление в обоих направлениях, то говорят, что диод закорочен.

Как проверить диод с помощью аналогового мультиметра?

Большинство аналоговых мультиметров обычно не имеют специального режима проверки диодов. Итак, мы будем использовать режим сопротивления в аналоговом мультиметре, который аналогичен тестированию диода в режиме омметра цифрового мультиметра.

Проверка диодов с помощью аналогового мультиметра
  • Удерживайте селекторный переключатель мультиметра в положении низкого сопротивления
  • Подключите диод в прямом смещении, подключив положительную клемму к аноду, а отрицательную - к катоду.
  • Если счетчик показывает низкое значение сопротивления, значит, диод исправен.
  • Теперь переведите переключатель в положение высокого сопротивления и поменяйте местами выводы измерителя, подключив положительный полюс к катоду, а отрицательный - к аноду.В этом случае говорят, что диод имеет обратное смещение.
  • Если измеритель показывает OL или очень высокое сопротивление, это означает идеальное состояние диода.
  • Если счетчик не показывает вышеуказанные показания, диод считается неисправным или неисправным.

Речь идет о простой проверке диодов PN с помощью цифровых и аналоговых мультиметров. Эта процедура тестирования может быть применима не для всех типов диодов. Итак, теперь давайте посмотрим, как проверить светодиод и стабилитрон.

Как проверить светодиод (светоизлучающий диод)?

Как уже говорилось выше, перед тестированием любого диода мы должны знать его контакты (выводы). Клеммы светодиода можно определить по длине проводов. Более длинный - анод, более короткий - катод. Кроме того, в другом способе используется структура поверхности, в которой плоская поверхность обозначает катод, а другая - анод.

Идентификация клемм светодиода

Давайте теперь посмотрим, как проверить светодиод с помощью цифрового мультиметра.

  • Определите анодные и катодные выводы светодиода.
  • Установите переключатель / ручку мультиметра в диодный режим.
  • Подключите щупы измерителя к светодиоду так, чтобы он был смещен в прямом направлении.
  • Если светодиод работает нормально, он светится, в противном случае светодиод неисправен.
  • Тестирование с обратным смещением невозможно для светодиода, так как он не работает в состоянии с обратным смещением.

Как проверить стабилитрон?

По сравнению с проверкой нормального диода, проверка стабилитрона требует дополнительных схем.Потому что стабилитрон проводит в состоянии обратного смещения и только в том случае, если приложенное обратное напряжение больше, чем напряжение пробоя стабилитрона.

  • Определите клеммы анода и катода стабилитрона, и процесс его идентификации аналогичен обычному PN-диоду (с помощью метки).
  • Подключите тестовую схему, как показано на рисунке выше.
  • Установите ручку мультиметра в режим измерения напряжения.
  • Подключите измерительные щупы к стабилитрону, как показано на рисунке.
  • Постепенно увеличивайте входную мощность диода и наблюдайте за напряжением на дисплее измерителя. Это показание на измерителе должно быть таким, чтобы при увеличении переменного питания выход измерителя должен увеличиваться до напряжения пробоя диода. И за пределами этой точки счетчик должен показывать постоянное значение напряжения независимо от любого увеличения подачи входной переменной. Если это так, то стабилитрон исправен, в противном случае неисправен.

Предположим, если мы подадим на стабилитрон 12 В (с напряжением пробоя 6 В) от батареи через резистор, то мультиметр должен показать показание, которое примерно равно 6 В, если стабилитрон исправен.

Заключение

Полное руководство для начинающих по тестированию диодов. Узнайте, как определять выводы диода, тестировать диод с помощью цифрового мультиметра (DMM), аналогового мультиметра, тестовых светодиодов и стабилитронов.

Стабилитрон - PAL3_Electronics - ~ Confluence ~ Institute ~ for ~ Creative ~ Technologies

Стабилитрон действует как обычный диод, позволяя току течь только в одном направлении, но делает исключение. Если напряжение в направлении обратного смещения выше определенного значения, называемого напряжением пробоя, то стабилитрон пропускает ток.Стабилитроны часто используются для регулирования напряжения, когда нестабильный или изменяющийся во времени сигнал превращается в почти постоянное напряжение. Стабилитроны хорошо подходят для этой цели, когда они помещены в обратное смещение, поскольку они пропускают ток только тогда, когда напряжение выше напряжения пробоя.

Как и обычный диод с P-N переходом, стабилитрон имеет две клеммы, которые называются анодом и катодом. Вот схематический символ:

Чтобы помочь запомнить, какой терминал является каким, обратите внимание, что буква «А» анода выглядит как треугольник, а катодная полоса выглядит как вертикальная полоса (также называемая полоской «k» или бар "т").Этот символ отличается от обычного диода тем, что линия на конце стрелки слегка изогнута с каждой стороны.

Стабилитрон имеет три основных режима: прямое смещение, обратное смещение и пробой / лавина при обратном смещении.

Прямое смещение: Когда напряжение на аноде выше порогового «напряжения колена» на катоде (~ 0,7 В для кремниевого диода), тогда диод смещен в прямом направлении и проводит ток. Когда диод смещен в прямом направлении, ток течет в направлении треугольника: от анода к катоду.Хотя диоды можно рассматривать как короткое замыкание при прямом смещении и обрыв цепи при обратном смещении, это идеальный вариант. На самом деле, когда диод смещен в прямом направлении, он проводит столько тока, сколько требуется внешней схеме, и регулирует свое внутреннее сопротивление так, чтобы падение напряжения на нем всегда составляло 0,7 В, напряжение колена.

Обратное смещение (до пробоя): Когда диод смещен в обратном направлении и ниже напряжения пробоя, он имеет очень высокое сопротивление, поэтому он почти не проводит ток.

Пробой / Лавина: После напряжения пробоя стабилитрон легко проводит ток. Когда напряжение на аноде более отрицательное, чем напряжение на катоде, и разница больше, чем напряжение пробоя, стабилитрон проводит столько тока, сколько требуется внешней схеме, и регулирует свое внутреннее сопротивление так, чтобы на нем падало напряжение. всегда напряжение пробоя. Этот режим работы уникален для стабилитронов и называется лавинным или пробивным.В отличие от обычного диода, стабилитроны предназначены для работы за пределами напряжения пробоя и не повреждаются, пока не будут достигнуты гораздо более высокие напряжения. Стабилитроны рассчитаны на определенные значения напряжения пробоя, часто в диапазоне 5,6 В, но часто могут быть намного выше, когда стабилитроны используются как часть стабилизатора высокого напряжения.

Основными параметрами диода являются его пороговое напряжение (также известное как напряжение колена ) и напряжение пробоя .Напряжение изгиба для кремниевых диодов составляет около 0,7 В, что связано со свойствами кремния при легировании с образованием P-N-переходов. Почти все диоды сделаны из кремния, за исключением случаев, когда требуются другие специфические характеристики (например, германиевые диоды имеют более низкие пороговые напряжения около 0,3 вольт).

Напряжение пробоя стабилитрона является вторым важным параметром. В отличие от обычных диодов, этот параметр точно контролируется и важен для практического функционирования диода.

Эти параметры можно понять, рассматривая кривую зависимости напряжения от тока, показанную ниже. При пробое ток внезапно течет после того, как почти нет тока. Точно так же при напряжении колена ток начинает течь легко, с небольшим сопротивлением.

Стабилитроны сконструированы так же, как и обычные диоды, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как и обычный диод, стабилитрон сделан из материала P и N с переходом между ними. Материал P соединен с анодом, а материал N соединен с катодом.Они образуют «область истощения», которая работает как односторонний клапан: ток довольно легко течет в одном направлении, но действует как барьер для тока при обратном смещении. Однако стабилитроны могут проводить обратное смещение, используя два механизма: эффект Зенера и лавинный пробой.

Прямое смещение: Когда положительное напряжение подключено к материалу P, а отрицательное напряжение подключено к материалу N, напряжения толкают основные носители материалов (отверстия для P; электроны для N) к переходу.Этот толчок сжимает область истощения, пока она не исчезнет, ​​и тогда может течь ток. Когда толчок достаточно сильный, а именно превышает пороговое значение напряжения колена, диод смещается в прямом направлении и течет ток.

Обратное смещение (ниже пробоя): Когда стабилитрон имеет отрицательное напряжение, приложенное к материалу P, и положительное напряжение, приложенное к материалу N, напряжения отталкивают большинство носителей от перехода. Если напряжения слабые, то основные носители не будут двигаться далеко, потому что они притягиваются друг к другу и хотят оставаться рядом с переходом.При этом область истощения расширяется вокруг стыка, но не разрушается.

Пробой (Лавина): Когда напряжение достаточно велико, а именно больше, чем напряжение пробоя, они преодолевают взаимное притяжение, которое тянет их к переходу, и вырывается. Лавинный пробой происходит при наличии достаточного напряжения, чтобы свободные электроны обладали достаточной энергией для того, чтобы их столкновения разрушали электронно-дырочные пары. Эти столкновения высвобождают больше электронов, вызывая больше столкновений и формируя электронную «лавину», которая позволяет току течь.Эти столкновения разрушают область истощения в P-N-переходе, позволяя току течь в обратном направлении. Лавинный пробой также происходит в обычных диодах, но обычно не контролируется и приводит к повреждению диода. Для сравнения, стабилитроны построены так, чтобы выдерживать ток, протекающий при обратном смещении, и лавина контролируется: ток легко течет с повышенным напряжением, но не закорачивает полностью диод.

Пробой (Эффект Зенера): Эффект Зенера обычно возникает до 5.6 В и происходит через специальный механизм, известный как квантовое туннелирование, когда электроны «прыгают» с одной стороны перехода на другую. Это особый эффект, который возникает из-за повышенного электрического поля, вызванного оттягиванием основных носителей заряда от перехода.

Что такое диоды? a quick refresher

Диод - это пассивный компонент, сделанный из полупроводниковых материалов (микросхема), который проводит ток, текущий в одном направлении, но не проводит ток, текущий в противоположном направлении.Символ диода (справа на рисунке 1) выглядит как стрелка, указывающая в направлении прямого тока. Ток течет в одном направлении от положительной клеммы (называемой анодом) к отрицательной клемме (называемой катодом). Реальный диод, показанный слева на рисунке 1, отмечен полосой на анодной стороне. Полоса также соответствует символу диода, указывающему на протекание тока.

Рисунок 1: Диод имеет полярность, обозначенную полосой на анодной (+) стороне.Электрический символ диода имеет соответствующую линию, которая также указывает анод и, следовательно, направление тока во время работы с прямым напряжением. (Изображение: автор)

Вольт-амперная кривая диода (см. Рисунок 2) показывает реакцию диода как функцию тока в зависимости от напряжения. Идеальный диод не будет проводить никакого тока при обратном смещении (испытывая отрицательное напряжение), но будет проводить ток полностью (как если бы это был просто провод), если бы мы приложили положительное напряжение к диоду.По ВАХ можно сказать, что настоящий диод нелинейный. Диоды не являются неразрушаемыми. Если вы смещаете диод в обратном направлении выше его напряжения пробоя, диод будет проводить ток в неправильном направлении. Некоторые диоды, называемые стабилитронами, специально разработаны с низким пробивным напряжением, которое можно безопасно превысить, не повредив его. Высоковольтный стабилитрон, также известный как лавинный диод, предназначен для работы за пределами напряжения пробоя. Лавинный пробой диода достигается, когда напряжение обратного смещения превышает напряжение пробоя.Лавина более известна как катастрофическое явление.

С точки зрения материаловедения, лавина касается реакции электронов на силу электрического поля в PN-переходе полупроводника. Стабилитроны и лавинные диоды отличаются от обычных диодов тем, что обычные диоды не предназначены для работы в режиме обратного смещения . Таким образом, ВАХ стабилитронов и лавинных диодов предназначены для использования после напряжения пробоя.

Рисунок 2: ВАХ из таблицы данных для переключающего диода общего назначения, которая показывает типичный прямой ток диода как функцию от прямого напряжения.(Источник: техническое описание Infineon для IDFW40E65D1E)

Когда диод смещен в обратном направлении относительно напряжения пробоя, ток течет в неправильном направлении, но диод не сломан; он просто больше не работает как одностороннее устройство. Однако любой диод можно сломать. В таблице данных диода будут указаны максимальные номинальные значения, включая пиковый уровень напряжения обратного смещения, которое диод может выдержать. Многие диоды могут выдерживать очень большие напряжения до пробоя. Стабилитроны часто используются для защиты цепей.Стабилитроны полезны для защиты от смещения схемы выше ее номинального напряжения (например, в цепи лома), регулирования напряжения в цепи (также известного как стабилизатор шунтирующего стабилитрона),

Другой тип диодов - диод Шоттки. Диоды Шоттки имеют переход полупроводник металл , тогда как стандартный кремниевый диод имеет переход полупроводник. Переход металл-полупроводник имеет металл в контакте с полупроводниковым материалом. (Одно из основных отличий состоит в том, что ток металлического полупроводника будет выше при том же смещении напряжения, чем у диода с PN переходом.Кроме того, с переходом металл-полупроводник модуляция и переключение могут быть намного быстрее.) Одним из результатов перехода металл-полупроводник является то, что диод Шоттки имеет гораздо более быстрое время восстановления после выхода из состояния обратного смещения. Поэтому диоды Шоттки используются там, где имеет значение время восстановления на более высоких частотах. Диоды Шоттки используются для фиксации напряжения (т. Е. Для перемещения всего сигнала вверх или вниз по уровню напряжения без изменения сигнала), для защиты от обратного тока и разряда, а также в импульсных источниках питания.

Рисунок 3: Электрические символы для стандартного диода, стабилитрона, диода Шоттки и светодиода (LED). (Источник: автор)

Один диод, который многие люди используют каждый день, - это светоизлучающий диод (LED). Технически диоды являются пассивными устройствами, потому что, подобно резисторам, конденсаторам, катушкам индуктивности и трансформаторам, они не управляют сигналом (или током) с помощью электрического сигнала, хотя их трудно увидеть как пассивные, когда светодиод выделяет видимую энергию в виде света. Тем не менее, светодиод - это другой тип полупроводникового диода, который также проводит электричество при прямом смещении.Полярность светодиодов означает, что они не будут светить при обратном смещении напряжения. Светодиоды, используемые для индикаторов в схемах, будут иметь одну более длинную ножку, которая является анодом (+), а более короткая ножка - катодом (-).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *