Вольт амперная характеристика стабилитрон: Стабилитроны и стабисторы: Общая информация

Содержание

Стабилитрон. Принцип работы, вольт-амперная характеристика.

После изучения диодов, их принципа работы и устройства самым логичным шагом будет рассмотреть и еще один полезнейший элемент многих электрических схем – стабилитрон! Также его называют диодом Зенера, в честь физика Кларенса Зенера, которому и принадлежит гордое звание изобретателя стабилитрона. В 1930-х годах Зенер изучал явления электрического пробоя в диэлектриках, результаты его исследований и легли в основу работы диодов Зенера.

Стабилитрон – это диод, который предназначен для работы на обратной ветви вольт-амперной характеристики, в режиме пробоя. Как вы помните, рабочая область обычного диода находится наоборот на прямой ветви. Я уже упомянул термин “пробой”, так что давайте разберемся подробнее с этим явлением…

Итак, различают три типа или механизма пробоя:

  • туннельный
  • лавинный
  • тепловой

Именно первый тип пробоя и открыл К. Зенер в своих работах. Туннельный пробой связан, в свою очередь, с туннельным эффектом, то есть явлением проникновения электронов через узкий потенциальный барьер на границе p-n перехода. Это приводит к тому, что электроны начинают проходить из p-области в область n-типа, что, в свою очередь, вызывает резкое возрастание обратного тока через p-n переход.

Лавинный пробой связан с тем, что движущиеся в сильном электрическом поле частицы могут приобретать кинетическую энергию, величины которой достаточно для ударной ионизации молекул или атомов материала. То есть электрон или дырка, разогнавшись, сталкиваются с атомом вещества, в результате чего образуется пара противоположно заряженных частиц. Все это становится возможным, если кинетическая энергия этих частиц до столкновения имела достаточную величину. Так вот, в итоге, образовавшиеся частицы (либо одна из них) также начинают разгоняться под действием сильного поля и также врезаются в атом материала 🙂 В итоге весь процесс повторяется снова и снова, как лавина, собственно, из-за этого пробой и получил свое название.

Тепловой же пробой куда более прозаичен. Из-за увеличения обратного напряжения p-n переход нагревается и затем разрушается. В отличие от туннельного и лавинного пробоя, которые являются обратимыми, тепловой пробой – необратим.

На обратимости механизмов пробоя, в общем-то, и строится принцип работы стабилитрона. Именно ситуация, при которой он находится в состоянии лавинного или туннельного пробоя, и является для диода Зенера рабочей! Из этого же вытекает и основное отличие стабилитрона от обычного диода. Стабилитрон проектируется таким образом, чтобы туннельный, либо лавинный, либо оба этих типа пробоя возникали гарантированно и задолго до того, как в устройстве возникнет тепловой пробой (ведь тепловой пробой просто выведет элемент из строя – окончательно и бесповоротно).

Принято считать, что разным механизмам пробоя соответствуют величины обратных напряжений:

  • U_{пробоя} < 4.5 В – преобладает туннельный пробой
  • 4. 5 В \leqslant U_{пробоя} \leqslant 6.7 В – оба типа пробоя возникают одновременно
  • U_{пробоя} > 6.7В – лавинный пробой

Все эти характеристики стабилитрона можно изобразить следующим образом:

Тут стоит отметить два важных нюанса. Во-первых, эти значения не являются строго точными. Для разных диодов, разных способов изготовления, величины могут быть другими. Но, в целом, идея неизменна – существует некая область, в пределах которой оба механизма пробоя сосуществуют вместе. Второй интересный момент заключается в том, что температурный коэффициент лавинного и туннельного пробоя имеют разные знаки:

  • при туннельном пробое температурный коэффициент напряжения (ТКН) отрицательный, поскольку с увеличением температуры напряжения пробоя уменьшается.
  • при лавинном же пробое ТКН положительный, то есть все наоборот – увеличение температуры ведет к увеличению напряжения пробоя.

Итак, мы разобрались с принципом работы стабилитрона, протекающими процессами и с тем, что рабочий режим диода Зенера лежит в области обратной ветви вольт-амперной характеристики стабилитрона:

При увеличении обратного напряжения в определенный момент наступает пробой и ток через стабилитрон резко возрастает. При этом напряжение напротив остается практически неизменным, то есть стабилизированным. В этом и заключается идея использования стабилитронов в электрических цепях 🙂

На схеме я отдельно выделил несколько точек, давайте по ним пробежимся:

  • I_{ст \medspace мин} – минимальное значение обратного тока. Если ток имеет меньшее значение, то стабилитрон закрыт.
  • I_{ст} – номинальное значение обратного тока. Обычно указывается производителем в документации и может составлять около 30% от максимального тока стабилизации.
  • I_{ст \medspace макс} – вот и он, уже упомянутый максимальный ток стабилизации. Эта величина ограничена максимальной рассеиваемой мощностью прибора. При превышении этого значение как раз-таки и произойдет пресловутый тепловой пробой, который выведет стабилитрон из строя.

Каждому из этих значений тока соответствует определенное значение напряжения, которое также указывается в справочнике/документации на конкретный элемент.

Теперь для наглядной демонстрации рассмотрим практический пример схемы со стабилитроном. Кстати на принципиальных электрических схемах он обозначается следующим образом:

А так выглядит базовая схема, в отличие от диода полярность включения стабилитрона обратная:

Выберем какой-нибудь конкретный экземпляр, например, 1N4733A. Его характеристики приведены ниже:

Минимальное напряжение стабилизации, В 4.8
Номинальное напряжение стабилизации, В 5.1
Максимальное напряжение стабилизации, В 5.3
Минимальный ток стабилизации, мА 49
Максимальный ток стабилизации, мА 178

Итак, начинаем подавать на вход напряжение:

U_{вых} = 3 В

Как видите, подаваемое напряжение не превышает напряжение стабилизации, поэтому на выходе наблюдаем то же значение, что и на входе. Увеличиваем напряжение:

U_{вых} = 5 В

И здесь уже ситуация меняется, стабилитрон начинает выполнять свою работу! Поднимаем напряжение еще выше:

U_{вых} = 5. 05 В U_{вых} = 5.11 В

Стабилизация напряжения налицо! Вот, в общем-то, мы наглядно проверили принцип работы стабилитрона, теоретические аспекты которого изучили ранее 🙂

На этом заканчиваем сегодняшнюю статью, большое спасибо за внимание!

СТАБИЛИТРОНЫ

Современная электронная аппаратура предъявляет жёсткие требования к стабильности постоянного напряжения источника питания. Настолько жёстки эти требования, можно судить по таким цифрам. Малой стабильностью считают такую, при которой изменения выходного напряжения источника питания составляют 2-5%, средней стабильностью 0,5-2%, высокой 0,1-0,5%, очень высокой – менее 0,1%. Такие высокие показатели стабильности высокого напряжения источника питания невозможно получить без специального устройства – стабилизатора постоянного напряжения, который включается на выходе источника питания.

Следует заменить, что основными причинами, вызывающими колебания выходного напряжения источника питания, являются изменения напряжения сети и сопротивление нагрузки. Оба дестабилизирующих фактора могут быть медленными – от нескольких минут до нескольких часов и быстрыми – доли секунды. И те и другие изменения постоянного напряжения отрицательно сказываются на работе электронной аппаратуры, поэтому стабилизатор должен действовать непрерывно и автоматически.

На основании изложенного можно дать следующее определение. Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с требуемой точностью напряжение на нагрузке при изменениях в заданных пределах напряжения сети и сопротивления нагрузки. Основой его служит стабилитрон – кремниевый диод, внутреннее сопротивление которого мало меняется при изменении тока. Малая зависимость падения напряжения на стабилитроне от протекающего тока является основным свойством стабилитрона. Благодаря этому свойству напряжение на стабилитроне, а значит, и нагрузка, подключенная к нему, поддерживается практически постоянным.

Рисунок 1 Вольтамперная характеристика стабилитрона

Вольтамперные характеристики нескольких, наиболее часто используемых стабилитронов, показаны на рисунке 1. При включении стабилитрона в прямом (пропускном) направлении его вольтамперная характеристика аналогична вольтамперной характеристике кремниевого диода. Но стабилитрон работает в режиме обратного напряжения. При увеличении обратного напряжения ток через стабилитрон вначале растёт очень медленно (на характеристике – горизонтальный участок ветвей), а затем, при некотором значении обратного напряжения наступает так называемый «пробой» р-n перехода, после чего даже небольшое увеличение напряжения значительно влияет на рост тока через стабилитрон (на характеристике – спадающий вниз участок ветви). У разных стабилитронов режим «пробоя» наступает при разных обратных напряжениях: у стабилитрона КС 133А, например, при 3…3,7 В, у стабилитрона Д808 – при 7…8,5 В.

В стабилизаторах напряжения стабилитроны работают в режимах соответствующих этим участкам их вольтамперных характеристик. Пробой р-n перехода не ведёт к порче стабилитрона, если ток через него не превышает допустимого значения.

Стабилизирующие свойства такого полупроводникового прибора характеризуются его дифференциальным сопротивлением, которое выражают как отношение изменения напряжения стабилизации к вызвавшему это малому изменению тока стабилизации.

Чтобы стабилизатор выполнял свою функцию, протекающий через него ток должен быть не меньше минимального тока стабилизации, т.е наименьшего тока, при котором работа стабилитрона в режиме пробоя устойчива, и не больше максимального тока стабилизации наибольшего тока, при котором температура нагрева р-n перехода стабилитрона не превышает допустимой. При выборе полупроводникового прибора для работы в стабилизаторе напряжения ориентируется по его напряжению стабилизации   – напряжению между его выводами в рабочем режиме.

Рисунок 2 Электрическая принципиальная схема простейшего параметрического стабилизатора

Практическая часть

1) Снятие вольтамперной характеристики

Рисунок 3 Электрическая принципиальная схема для снятия вольт амперной характеристики стабилитрона

Тут приведена полярность для обратной ветви характеристики, для снятия прямой ветви соответственно изменить полярность питания и подключения измерительных приборов.

Соберём схему по рисунку 3. Для снятия вольтамперной характеристики стабилитрона вначале изменяют прямое, а затем обратное напряжение, подводимое к диоду, и следят за изменениями тока в цепи. Для построения характеристики достаточно снять 5-6 показаний приборов для прямой и 8-10 показаний для обратной ветви характеристики. Особенно тщательно следует снимать характеристику на участке стабилизации, так как здесь в широком диапазоне изменения тока диода напряжение Uст меняется незначительно. Данные наблюдений записывают в таблицу I= f (U)

2) Построение вольтамперной характеристики

График вольтамперной характеристики кремниевого стабилитрона строят по результатам таблицы. Примерный вид вольтамперной характеристики показан на рисунке 4.

Рисунок 4 Примерный вид вольтамперной характеристики

Рисунок 5 Электрическая принципиальная схема для исследования параметрического стабилизатора

Схема для исследования параметрического стабилизатора показана на рисунке 5. Поочередно осуществляется подключение нагрузочных резисторов R2 или R3 с разными сопротивлениями, тем самым изменяется нагрузочный ток.

Порядок выполнения работы

  1. Подключить к схеме для исследования параметрического стабилизатора измерительную аппаратуру и источник питания. Подготовить приборы для измерения соответствующих параметров.
  2. Рассчитать по известным параметрам схемы коэффициент стабилизации напряжения Кст стабилизатора.
  3. Определить экспериментально и записать в таблицу коэффициент стабилизации напряжения при изменениях входного напряжения от 25 до 30 В для обоих нагрузочных резисторов. Для чего установить входное напряжение стабилизатора с точностью до 0,05 В. Затем увеличив входное напряжение до 30 В снова измерить входное напряжение. По результатам измерений, записанных в таблицу,  по формуле (6) определить искомый коэффициент стабилизации, сравнив с расчётами, сделанными в п.2, учитывая, что они могут отличаться на 20-30%.
  4. Определить расчётно-экспериментальным путём минимальное и максимальное сопротивление балластного резистора. Для определения сопротивление балластного резистора по формулам (4) необходимо измерить минимальное и максимальное значения нагрузочного тока, определённое при любом входном напряжении от 25 до 30 В. В качестве напряжения Uст принять значение напряжения Uн из таблицы, округляя его до 0,1 долей вольта.
  5. Определение коэффициента стабилизации.

Используемый в лабораторной работе стабилитрон Д814Б и резисторы (балластное сопротивление R1 МЛТ-2 510 Ом, нагрузочные резисторы R2 МЛТ-1 1 кОм и R3 МЛТ-0,5 3 кОм) закреплены на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Первая часть лабораторной работы состоит в снятии прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики стабилитрона

Во второй части на основе стабилитрона собирается простейший параметрический стабилизатор.  

Меняя напряжение на входе стабилизатора, можно убедиться, что напряжение на нагрузке (резистор R2 или R3) изменяться практически не будет. Аналогично переключая резисторы R2 или R3 можно удостовериться, что изменение сопротивления нагрузки также не приводит к значительным колебаниям напряжения на ней.

Здесь были использованы сокращения материала в теоретической части, полную версию работы прочитайте тут. Специально для radioskot.ru - Denev

   Форум

   Форум по обсуждению материала СТАБИЛИТРОНЫ

Стабилитрон. Его назначение, параметры и обозначение на схеме.

Его назначение, параметры и обозначение на схеме

Много-много лет тому назад такого слова как стабилитрон не существовало вообще. Тем более в бытовой аппаратуре.

Попробуем представить себе громоздкий ламповый приёмник середины двадцатого века. Многие приносили их в жертву собственному любопытству, когда папа с мамой приобретали что-нибудь новое, а «Рекорд» или «Неман» отдавали на растерзание .

Блок питания лампового приёмника был предельно прост: мощный кубик силового трансформатора, который обыкновенно имел всего две вторичных обмотки, диодный мостик или селеновый выпрямитель, два электролитических конденсатора и резистор на два ватта между ними.

Первая обмотка питала накал всех ламп приёмника переменным током и напряжением 6,3V (вольт), а на примитивный выпрямитель приходило порядка 240V для питания анодов ламп. Ни о какой стабилизации напряжения и речи не шло. Исходя из того, что приём радиостанций вёлся на длинных, средних и коротких волнах с очень узкой полосой и ужасным качеством, наличие или отсутствие стабилизации напряжения питания на это качество совершенно не влияло, а приличной автоподстройки частоты на той элементной базе просто быть не могло.

Стабилизаторы в то время применялись только в военных приёмниках и передатчиках, конечно тоже ламповые. Например: СГ1П – стабилизатор газоразрядный, пальчиковый. Так продолжалось до тех пор, пока не появились транзисторы. И тут выяснилось, что схемы, выполненные на транзисторах очень чувствительны к колебаниям питающего напряжения, и обыкновенным простым выпрямителем уже не обойтись. Используя физический принцип, заложенный в газоразрядных приборах, был создан полупроводниковый стабилитрон реже называемый диод Зенера.

Графическое изображение стабилитрона на принципиальных схемах.

Внешний вид стабилитронов. Первый сверху в корпусе для поверхностного монтажа. Второй сверху – в стеклянном корпусе DO-35 и мощностью 0,5 Вт. Третий, – мощностью 1 Вт (DO-41). Естественно, стабилитроны изготавливают в разнообразных корпусах. Иногда в одном корпусе объединяется два элемента.

Принцип работы стабилитрона.

Прежде всего, не следует забывать, что стабилитрон работает только в цепях постоянного тока. Напряжение на него подают в обратной полярности, то есть на анод стабилитрона будет подан минус "-". При таком включении через него протекает обратный ток (I обр) от выпрямителя. Напряжение с выхода выпрямителя может изменяться, будет изменяться и обратный ток, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке останется неизменным, то есть стабильным. На следующем рисунке показана вольт-амперная характеристика стабилитрона.

Стабилитрон работает на обратной ветви ВАХ (Вольт-Амперной Характеристики), как показано на рисунке. К его основным параметрам относятся U ст. (напряжение стабилизации) и I ст. (ток стабилизации). Эти данные указаны в паспорте на конкретный тип стабилитрона. Причём величина максимального и минимального тока учитывается только при расчёте стабилизаторов с прогнозируемым большим изменением напряжения.

Основные параметры стабилитронов.

Для того чтобы подобрать нужный стабилитрон необходимо разбираться в маркировках полупроводниковых приборов. Раньше все типы диодов, включая и стабилитроны, обозначались буквой “Д” и цифрой определяющей, что же это за прибор. Вот пример очень популярного стабилитрона Д814 (А, Б, В, Г). Буква показывала напряжение стабилизации.

Д814Б 2С147А
  • V стаб. мин. – 8 вольт.

  • V стаб. ном. – 9 вольт.

  • V стаб. макс. – 9,5 вольт.

  • I стаб. – 3 – 35 мA.

  • P макс. – 340 мВт.

  • V стаб. мин. – 4,2 вольта.

  • V стаб. ном. – 4,7 вольт.

  • V стаб. макс. – 5,1 вольт.

  • I стаб. – 3 – 60 мА.

  • P макс. – 300 мВт.

Рядом паспортные данные современного стабилитрона (2C147A), который использовался в стабилизаторах для питания схем на популярных сериях микросхем К155 и К133 выполненных по ТТЛ технологии и имеющих напряжение питания 5V.

Чтобы разбираться в маркировках и основных параметрах современных отечественных полупроводниковых приборов необходимо немного знать условные обозначения. Они выглядят следующим образом: цифра 1 или буква Г – германий, цифра 2 или буква К – кремний, цифра 3 или буква А – арсенид галлия. Это первый знак. Д – диод, Т – транзистор, С – стабилитрон, Л – светодиод. Это второй знак. Третий знак это группа цифр обозначающих сферу применения прибора. Отсюда: ГТ 313 (1Т 313) – высокочастотный германиевый транзистор, 2С147 – кремниевый стабилитрон с номинальным напряжением стабилизации 4,7 вольта, АЛ307 – арсенид-галлиевый светодиод.

Вот схема простого, но надёжного стабилизатора напряжения.

Между коллектором мощного транзистора и корпусом подается напряжение с выпрямителя и равное 12 – 15 вольт. С эмиттера транзистора мы снимаем 9V стабилизированного напряжения, так как в качестве стабилитрона VD1 мы используем надёжный элемент Д814Б (см. таблицу). Резистор R1 – 1кОм, транзистор КТ819 обеспечивающий ток до 10 ампер.

Транзистор необходимо разместить на радиаторе-теплоотводе. Единственный недостаток данной схемы – это невозможность регулировки выходного напряжения. В более сложных схемах подстроечный резистор, конечно, имеется. Во всех лабораторных и домашних радиолюбительских источниках питания есть возможность регулировки выходного напряжения от 0 и до 20 – 25 вольт.

Интегральные стабилизаторы.

Развитие интегральной микроэлектроники и появление многофункциональных схем средней и большой степени интеграции, конечно, коснулось и проблем связанных со стабилизацией напряжения. Отечественная промышленность напряглась и выпустила на рынок радиоэлектронных компонентов серию К142, которую составляли как раз интегральные стабилизаторы. Полное название изделия было КР142ЕН5А, но так как корпус был маленький и название не убиралось целиком, стали писать КРЕН5А или Б, а в разговоре они назывались просто «кренки».

Сама серия была достаточно большая. В зависимости от буквы варьировалось выходное напряжение. Например, КРЕН3 выдавал от 3 до 30 вольт с возможностью регулировки, а КРЕН15 был пятнадцативольтовым двухполярным источником питания.

Подключение интегральных стабилизаторов серии К142 было крайне простым. Два сглаживающих конденсатора и сам стабилизатор. Взгляните на схему.

Если есть необходимость получить другое стабилизированное напряжение, то поступают следующим образом: допустим, мы используем микросхему КРЕН5А на 5V, а нам нужно другое напряжение. Тогда между вторым выводом и корпусом ставится стабилитрон с таким расчётом, чтобы сложив напряжение стабилизации микросхемы, и стабилитрона мы получили бы нужное напряжение. Если мы добавим стабилитрон КС191 на V = 9,1 + 5V микросхемы, то на выходе мы получим 14.1 вольт.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Вольт-амперная характеристика - стабилитрон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Вольт-амперная характеристика - стабилитрон

Cтраница 2

В проводящем направлении ( участок ОАБ) вольт-амперная характеристика стабилитрона ( рис. 5.20) аналогична характеристике обычного кремниевого диода.  [16]

На рис. 6 - 2 представлена также вольт-амперная характеристика стабилитрона. Из рисунка видно, что область работы кремниевых стабилитронов ограничивается малыми токами в отличие от модуляторов ключевого типа, которые работают в области малых и больших токов. Необходимость работы в области малых токов определяется требованием получения исключительно высоких по сравнению с модуляторами ключевого типа входных сопротивлений: до 10 ом. Для кремниевых стабилитронов типа Д814А - Д814Д верхняя граница работы их в качестве полупроводникового конденсатора определяется величиной около 0 5 в. При превышении указанной величины параметрический модулятор превращается в обычный модулятор ключевого типа со всеми присущими ему недостатками, в том числе с малым входным сопротивлением, вследствие резкого уменьшения сопротивления стабилитрона, смещенного в прямом направлении.  [18]

На рис. 13 - 6, а изображена вольт-амперная характеристика стабилитрона, а на рис. 13 - 6, 6 - простейшая схема стабилизированного источника опорного напряжения. По своим свойствам опорные элементы на кремниевых стабилитронах могут заменить нормальные элементы III класса, а по некоторым показателям и превосходят последние, так как кремниевые стабилитроны могут быть изготовлены на широкий диапазон напряжения от нескольких вольт до нескольких сотен вольт при рабочих токах от нескольких миллиампер до нескольких ампер. Срок службы кремниевых стабилитронов при сохранении удовлетворительного значения их параметров достигает десятков тысяч часов.  [20]

На рис. 2 - 13 а показана схема панорамного измерения вольт-амперной характеристики стабилитрона, а на рис. 2 - 13 6 и в показаны схемы измерения входной и выходной вольт-амперных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.  [21]

Если задано значение входного напряжения Us и балластного сопротивления и известна вольт-амперная характеристика стабилитрона ( рис. 43, б), то рабочая точка А определяется однозначно.  [22]

Таким образом, коэффициент возврата реле РН58 определяется, в конечном итоге, крутизной вольт-амперной характеристики стабилитронов.  [23]

Для нормальной работы параметрического стабилизатора сопротивление резистора R должно быть таким, чтобы его вольт-амперная характеристика пересекала вольт-амперную характеристику стабилитрона в точке А, соответствующей номинальному току стабилитрона / ст. ном, значение которого указано в паспортных данных стабилитрона.  [25]

Все стабилитроны изготовляют на основе n - Si, так как его применение обеспечивает малый обратный ток до наступления пробоя, в рабочем режиме не превышающий прямого тока, резкий переход в режим пробоя при незначительных изменениях обратного напряжения и допускает нагрев p - n - перехода до высоких температур. Вольт-амперная характеристика стабилитрона для разных температур, условное обозначение в схемах и простейшая схема стабилизации постоянного напряжения с помощью стабилитрона показаны на рис. 1.24, а, б соответственно.  [26]

Стабилитрон - элемент, используемый для получения опорного напряжения. Вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 3.16. При включении стабилитрона в обратном направлении он работает как обычный диод.  [28]

Все стабилитроны изготовляют на основе n - Si, так как его применение обеспечивает малый обратный ток до наступления пробоя, в рабочем режиме не превышающий прямого тока, резкий переход в режим пробоя при незначительных изменениях обратного напряжения и допускает нагрев р-и-перехода до высоких температур. Вольт-амперная характеристика стабилитрона для разных температур, условное обозначение в схемах и простейшая схема стабилизации постоянного напряжения с помощью стабилитрона показаны на рис. 16.24, а, б соответственно.  [29]

Опорные диоды, или стабилитроны, представляют собой особый вид полупроводниковых диодов, отличающихся от обычных диодов вольт-амперной характеристикой. Типовая вольт-амперная характеристика стабилитрона приведена на рис. 5.4 а. При увеличении запирающего напряжения на зажимах стабилитрона до некоторого значения Un происходит пробой стабилитрона, и он приобретает повое свойство - свойство стабилизации напряжения на своих зажимах. Напряжение Un соответствует началу режима стабилизации.  [30]

Страницы:      1    2    3

принцип работы стабилитрона, ВАХ, маркировка, характеристики

У полупроводникового диода множество «профессий». Он может выпрямлять напряжение, развязывать электрические цепи, предохранять оборудование от неправильной подачи питания. Но есть не совсем обычный вид «работы» диода, когда его свойство односторонней проводимости используется очень косвенно. Полупроводниковый прибор, для которого нормальным режимом является обратное смещение, называется стабилитроном.

Что такое стабилитрон, где используется и какие бывают

Стабилитрон, или диод Зенера (по имени американского ученого, первым изучившим и описавшим свойства этого полупроводникового прибора), представляет собой обычный диод с p-n переходом. Его особенность – работа на участке характеристики с отрицательным смещением, то есть, когда напряжение прикладывается в обратной полярности. Используется такой диод в качестве самостоятельного стабилизатора, поддерживающего напряжение потребителя постоянным вне зависимости от изменения тока нагрузки и колебаний входного напряжения. Также узлы на стабилитронах применяются в качестве источников опорного напряжения для других стабилизаторов с развитой схемой. Реже диод с обратным включением используется в качестве элемента формирования импульсов или защитного ограничителя от перенапряжений.

Существуют обычные стабилитроны и двуханодные. Двуханодный стабилитрон — это два диода, включенные встречно в одном корпусе. Его можно заменить двумя отдельными приборами, включив их по соответствующей схеме.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона и его принцип работы

Чтобы разобраться с принципом работы стабилитрона, надо изучить его типовую вольт-амперную характеристику (ВАХ).

Если к зенеру приложить напряжение в прямом направлении, как к обычному диоду, то он и вести себя будет подобно обычному диоду. При напряжении около 0,6 В (для кремниевого прибора) он откроется и выйдет на линейный участок ВАХ. По теме статьи более интересно поведение стабилитрона при приложении напряжения обратной полярности (отрицательная ветвь характеристики). Сначала сопротивление его резко возрастет, и прибор перестанет пропускать ток. Но при достижении определенного значения напряжения произойдет резкий рост тока, называемый пробоем. Он носит лавинный характер, и исчезает после снятия питания. Если продолжать увеличивать обратное напряжение, то p-n переход начнет нагреваться и выйдет в режим теплового пробоя. Тепловой пробой необратим и означает выход стабилитрона из строя, поэтому вводить диод в такой режим не следует.

Интересен участок работы полупроводникового прибора в режиме лавинного пробоя. Его форма близка к линейной, и он имеет высокую крутизну. Это означает, что при большом изменении тока (ΔI) изменение падения напряжения на стабилитроне относительно невелико (ΔU). А это и есть стабилизация.

Такое поведение при подаче обратного напряжения характерно для любого диода. Но особенность стабилитрона в том, что его параметры на этом участке ВАХ нормированы. Его напряжение стабилизации и крутизна характеристики заданы (с определенным разбросом) и являются важными параметрами, определяющими пригодность использования прибора в схеме. Найти их можно в справочниках. Обычные диоды также можно использовать в качестве стабилитронов – если снять их ВАХ и среди них найдется с подходящей характеристикой. Но это долгий, трудоёмкий процесс с негарантированным результатом.

Основные характеристики стабилитрона

Чтобы подобрать диод Зенера под существующие цели, надо знать несколько важных параметров. Эти характеристики определят пригодность выбранного прибора для решения поставленных задач.

Номинальное напряжение стабилизации

Первый параметр зенера, на который надо обратить внимание при выборе – напряжение стабилизации, определяемое точкой начала лавинного пробоя. С него начинают выбор прибора для использования в схеме. У разных экземпляров ординарных стабилитронов, даже одного типа, напряжение имеет разброс в районе нескольких процентов, у прецизионных разница ниже. Если номинальное напряжение неизвестно, его можно определить, собрав простую схему. Следует подготовить:

  • балластный резистор в 1…3 кОм;
  • регулируемый источник напряжения;
  • вольтметр (можно использовать тестер).

Надо поднимать напряжение источника питания с нуля, контролируя по вольтметру рост напряжения на стабилитроне. В какой-то момент он остановится, несмотря на дальнейшее увеличение входного напряжения. Это и есть фактическое напряжение стабилизации. Если регулируемого источника нет, можно использовать блок питания с постоянным выходным напряжением заведомо выше Uстабилизации. Схема и принцип измерения остаются теми же. Но есть риск выхода полупроводникового прибора из строя из-за превышения рабочего тока.

Стабилитроны применяются для работы с напряжениями от 2…3 В до 200 В. Для формирования стабильного напряжения ниже данного диапазона, используются другие приборы – стабисторы, работающие на прямом участке ВАХ.

Диапазон рабочих токов

Ток, при котором стабилитроны исполняют свою функцию, ограничен сверху и снизу. Снизу он ограничен началом линейного участка обратной ветви ВАХ. При меньших токах характеристика не обеспечивает режима неизменности напряжения.

Верхнее значение лимитировано максимальной мощностью рассеяния, на которую способен полупроводниковый прибор и зависит от его конструкции. Стабилитроны в металлическом корпусе рассчитаны на больший ток, но не надо забывать об использовании радиаторов. Без них наибольшая допустимая мощность рассеяния будет существенно меньше.

Дифференциальное сопротивление

Еще один параметр, определяющий работу стабилитрона – дифференциальное сопротивление Rст. Оно определяется как отношение изменения напряжения ΔU к вызвавшему его изменение тока ΔI. Эта величина имеет размерность сопротивления и измеряется в омах. Графически — это тангенс угла наклона рабочего участка характеристики. Очевидно, что чем меньше сопротивление, тем лучше качество стабилизации. У идеального (не существующего на практике) стабилитрона Rст равно нулю – любое приращение тока не вызовет никакого изменения напряжения, и участок ВАХ будет параллелен оси ординат.

Маркировка стабилитронов

Отечественные и импортные стабилитроны в металлическом корпусе маркируются просто и наглядно. На них наносится наименование прибора и расположение анода и катода в виде схематического обозначения.

Приборы в пластиковом корпусе маркируются кольцами и точками различных цветов со стороны катода и анода. По цвету и сочетанию знаков можно определить тип прибора, но для этого придётся заглянуть в справочники или использовать программы-калькуляторы. И то, и другое можно найти в интернете.

Иногда на маломощных стабилитронах наносят напряжение стабилизации.

Схемы включения стабилитрона

Основная схема включения стабилитрона – последовательно с резистором, который задает ток через полупроводниковый прибор и берет на себя излишек напряжения. Два элемента составляют обычный делитель. При изменении входного напряжения падение на стабилитроне остается постоянным, а на резисторе изменяется.

Такая схема может использоваться самостоятельно и называется параметрическим стабилизатором. Он поддерживает напряжение на нагрузке постоянным, несмотря на колебания входного напряжения или потребляемого тока (в определенных пределах). Подобный блок ещё используют в качестве вспомогательной схемы там, где нужен источник образцового напряжения.

Подобное включение также применяется в качестве защиты чувствительного оборудования (датчиков и т.п.) от нештатного появления высокого напряжения в линии питания или измерения (постоянного или случайных импульсов). Все, что выше напряжения стабилизации полупроводникового прибора, «срезается». Такая схема называется «барьером Зенера».

Раньше свойство стабилитрона «срезать» верхушки напряжения широко использовалось в схемах формирователей импульсов. В цепях переменного тока применялись двуханодные приборы.

Но с развитием транзисторной техники и появлением интегральных микросхем такой принцип стал использоваться редко.

Если под рукой отсутствует стабилитрон на нужное напряжение, его можно составить из двух. Общее напряжение стабилизации будет равно сумме двух напряжений.

Важно! Нельзя включать стабилитроны параллельно для увеличения рабочего тока! Разброс вольтамперных характеристик приведет к выводу в зону теплового пробоя один стабилитрон, далее выйдет из строя второй из-за превышения тока нагрузки.

Хотя в технической документации времен СССР разрешается параллельное включение зенеров в параллель, но с оговоркой, что приборы должны быть однотипные и суммарная фактическая мощность рассеяния в процессе эксплуатации не должна превышать допустимую для единичного стабилитрона. То есть, увеличения рабочего тока при таком условии не добиться.

Для повышения допустимого тока нагрузки используется другая схема. Параметрический стабилизатор дополняется транзистором, и получается эмиттерный повторитель с нагрузкой в цепи эмиттера и стабильным напряжением на базе транзистора.

В этом случае выходное напряжение стабилизатора будет меньше Uстабилизации на величину падения напряжения на эмиттерном переходе – для кремниевого транзистора около 0,6 В. Чтобы скомпенсировать это уменьшение, можно включить последовательно со стабилитроном диод в прямом направлении.

Таким способом (включением одного или нескольких диодов) можно подкорректировать выходное напряжение стабилизатора в большую сторону в небольших пределах. Если надо радикально повысить Uвых, лучше включить последовательно ещё одни стабилитрон.

Сфера применения стабилитрона в электронных схемах обширна. При осознанном подходе к выбору этот полупроводниковый прибор поможет решить множество задач, поставленных перед разработчиком.

Вольт-амперная характеристика диода

Режим работы диода определяется его вольт-амперной характеристикой. Типовая характеристика диода представлена на рис. 3.

Рис. 3. Типовая вольт – амперная характеристика диода

Характеристику диода (при прямом включении) можно аппроксимировать с помощью экспоненциальной функции: . Здесь обратный ток насыщенияIs  10-11А (для кремниевых диодов) и10-7 А (для германиевых), коэффициент эмиссии n  1…2 и температурное напряжение UT = kT/q  26 мВ при комнатной температуре. У реальных диодов характеристики отличаются от идеальных за счет наличия омического сопротивления тела полупроводника и выводов, что сказывается на прямой ветви характеристики, и токов утечки из-за загрязнений поверхности кристалла.

При больших обратных напряжениях, начиная с некоторого предела, сопротивление диода резко падает и наступает пробой перехода. Именно этот участок обратной ветви вольт-амперной характеристики, который идет почти параллельно оси токов, используется в качестве рабочего у стабилитронов. При этом характер пробоя может носить как лавинный, так и туннельный характер. Величина напряжения пробоя определяется удельным сопротивлением материала исходного полупроводника и видом механизма пробоя.

Основные параметры диода

  • Постоянное прямое напряжение Uпр – постоянное напряжение на диоде при заданном прямом токе.

  • Постоянный прямой ток Iпр – постоянный ток, протекающий через диод в прямом направлении.

  • Постоянный обратный ток Iобр - постоянный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

  • Средний прямой ток Iпр.ср. – прямой ток, усредненный за период.

  • Средний обратный ток Iобр.ср.обратный ток, усредненный за период.

  • Дифференциальное сопротивление диода rдиф – отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

  • Рабочая частота – частота, при которой обеспечиваются заданные токи, напряжение и мощность.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон (диод Зенера)полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в источниках питания. Условное обозначение стабилитрона приведено на рис. 4. По сравнению с обычными диодами стабилитрон имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.

Рис. 4. Условное обозначение стабилитрона

Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию примесей. Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока).

Типовая статическая вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 5.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Обратная ветвь характеристики стабилитрона имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока. Этот излом соответствует напряжению стабилизации Uст. При достижении напряжения стабилизации обратный ток резко возрастает. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение тока вызывает малое изменение напряжения . Стабилизация тем лучше, чем круче идет эта кривая и, соответственно, чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивление.

Диапазон рабочих токов стабилитрона снизу ограничен минимальным током стабилизации Iст мин, определяемым началом пробоя, а сверху – максимальным током стабилизации Iст макс, определяемым допустимой мощностью рассеяния прибора.

Исследование вольт -амперной характеристики стабилитрона

Приборы и оборудование

  • Компьютер, с необходимым программным обеспечением (имитатор генератора импульсных сигналов)
  • Программа для моделирования

Теоретическое обоснование

Полупроводниковый стабилитрон – это полупроводниковый диод, напряжение на котором в области электрического пробоя при обратном смещении слабо зависит от тока в заданном его диапазоне и который предназначен для стабилизации напряжения. Исходным материалом для стабилитрона служит кремний.

Рис. 1. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

На рис. 1. показан примерный вид вольт-амперной характеристики (ВАХ) стабилитрона. Основным параметром стабилитрона является напряжение стабилизации Uст – значение напряжения на стабилитроне при прохождении заданного тока Iст. В зависимости от толщины p-n перехода напряжение стабилизации может быть от 2 до 400 В. Рабочий участок ВАХ ограничен предельно допустимыми значениями тока Iст.min и Iст.max, которые приводятся в справочных данных.

О качестве стабилитрона, т.е. о его способности стабилизировать напряжение при изменениях проходящего тока, можно судить по значению дифференциального сопротивления стабилитрона rст, которое определяется отношением приращения напряжения к вызвавшему его приращению тока. Качество стабилитрона тем выше, чем меньше его дифференциальное сопротивление.

При проектировании источников электропитания для радиоэлектронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности напряжения питания. Простейшими стабилизаторами напряжения являются схемы, использующие нелинейные элементы, ВАХ которых содержит участок, где напряжение почти не зависит от тока. Именно такую характеристику имеет стабилитрон при обратном напряжении в области пробоя.

В данной работе исследуется параметрический стабилизатор, основанный на использовании полупроводникового стабилитрона (рис. 2).

Рис. 2. Параметрический стабилизатор напряжения

В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется в основном параметрами стабилитрона VD1.

Входное напряжение Uвх должно быть больше напряжения пробоя стабилитрона Uст. Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор Rб, на котором падает разность напряжений Uвх – Uст. Часть входного напряжения теряется на этом резисторе, а оставшаяся часть приложена к нагрузке. Функцию нагрузки в схеме выполняет сопротивление Rн, величину которого можно задавать при проведении исследования. Колебания входного напряжения Uвх или тока нагрузки Iн приводят к изменению тока через стабилитрон Iст.

Наибольший ток через стабилитрон протекает при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки:

.

Наименьший ток через стабилитрон протекает при минимальном входном напряжении и максимальном токе нагрузки:

.

Полный диапазон изменения тока стабилитрона составляет

– = (Uвх.макс – Uвх.мин)/Rб + Iн.макс – Iн.мин.

При выполнении условий:

; ,

где и – предельно допустимые токи стабилитрона, напряжение на нагрузке Uвых = Uст стабильно.

Ход работы

Исследование вольт -амперной характеристики стабилитрона

Собрать на рабочем столе программы Electronics Workbench схему рис. 3 для построения прямой и обратной ветвей ВАХ полупроводникового стабилитрона, модель которого задана в таблице вариантов.

Рис. 3. Схема измерений ВАХ стабилитрона

Таблица

Варианты заданий к схеме стабилизатора напряжения

Вариант Стабилитрон Iст.max, мА Uвх.ном,В Uвых, В Iн.ном,мА
1N4730A 3,9
1N4731A 4,3
1N4732A 4,7
1N4733A 5,1
1N4734A 5,6
1N4735A 6,2
1N4736A 6,8
1N4737A 7,5
1N4738A 8,2
1N4739A 9,1
1N4740A
1N4741A
1N4742A
1N4743A
1N4744A

Примечание: стабилитроны выбраны из библиотеки motor_1n программы Electronics Workbench.

С помощью ключа, управляемого клавише Space (Пробел), к стабилитрону можно подключать либо источник прямого тока, либо источник обратного тока. Изменяя значения прямого тока Iпр в пределах от 1 мА до 100 мА (10…12 точек), произвести измерения прямого напряжения Uпр. Задавая значения обратного тока в пределах от 0,5 мА до величины Iст.max (10…12 точек), произвести измерения обратного напряжения Uобр. Построить графики прямой Iпр = f(Uпр) и обратной Iобр = f(Uобр) ветвей характеристики стабилитрона в одних и тех же координатах: напряжение (по горизонтали) – ток (по вертикали). Для наглядности графика ВАХ целесообразно использовать разные масштабы по оси напряжения для прямой и обратной ветвей.

Статьи к прочтению:

Напряжение борт сети после доработки генератора в 100 амперный


Похожие статьи:

Принцип работы и характеристики стабилитронов

Стабилитроны - это диоды, которые действуют как стабилизаторы. Используя состояние обратного пробоя PN-перехода, ток стабилитронов можно изменять в широком диапазоне при неизменном напряжении.

Каталог

I Принцип стабилитронов

Стабилитроны - это диоды, которые действуют как стабилизаторы. Используя состояние обратного пробоя PN перехода, ток стабилитронов может изменяться в широком диапазоне при неизменном напряжении.Этот диод представляет собой полупроводниковый прибор с очень высоким сопротивлением вплоть до критического напряжения обратного пробоя. В этой критической точке пробоя обратное сопротивление снижается до очень небольшого значения. В этой области с низким сопротивлением ток увеличивается, а напряжение остается постоянным. Стабилитрон разделен по напряжению пробоя. Из-за этой характеристики стабилитрон в основном используется в качестве регулятора напряжения или опорного элемента напряжения. Стабилитроны могут быть подключены последовательно для использования при более высоких напряжениях, а более стабильные напряжения могут быть получены путем последовательного подключения.

Прямая характеристика характеристической кривой вольт-ампер стабилитрона аналогична характеристике обычного диода. Обратной характеристикой является то, что когда обратное напряжение ниже, чем обратное напряжение пробоя, обратное сопротивление очень велико, а обратный ток утечки чрезвычайно мал. Однако, когда обратное напряжение приближается к критическому значению обратного напряжения, обратный ток внезапно увеличивается, что называется пробоем.В этой критической точке пробоя обратное сопротивление внезапно падает до очень небольшого значения. Хотя ток варьируется в большом диапазоне, напряжение на диодах стабильно вблизи напряжения пробоя, что обеспечивает стабилизацию напряжения на диодах. Полупроводниковые диоды предотвращают обратный ток, но если приложенное обратное напряжение становится слишком высоким, может произойти преждевременный пробой или повреждение.

Стабилитроны аналогичны стандартным диодам с PN переходом, но они специально разработаны для обеспечения низкого и заданного напряжения обратного пробоя.Он использует любое обратное напряжение, приложенное к нему. Стабилитрон ведет себя как обычный диод общего назначения, который сделан из кремниевой структуры PN. При прямом смещении анод расположен относительно своего катода и ведет себя как нормальный сигнальный диод, пропускающий номинальный ток. Однако, в отличие от обычных диодов, которые предотвращают прохождение любого тока через себя при обратном смещении, катод становится более положительным, чем анод, и как только обратное напряжение достигает заданного значения, стабилитрон начинает проводить обратное.Это связано с тем, что когда обратное напряжение на стабилитронах превышает номинальное напряжение устройства, происходит процесс, называемый Avalanche Breakdown . Слой обеднения полупроводника и ток начинают течь через диоды, чтобы ограничить рост напряжения.

II ВАХ стабилитронов

Рисунок 1. ВАХ стабилитронов

Стабилитроны используются в режиме « обратное смещение » или в режиме обратного пробоя, где подключен анод диода. к отрицательному питанию.Из приведенной выше кривой ВАХ видно, что область характеристики обратного смещения стабилитрона представляет собой почти постоянное отрицательное напряжение, которое не имеет ничего общего с величиной тока, протекающего через диод, и остается почти неизменным, даже если ток сильно меняется. Ток стабилитрона остается между током пробоя I Z (мин.) И максимальным номинальным током I Z (макс.).

Эта способность управления может использоваться для регулирования или стабилизации источника напряжения для предотвращения изменений мощности или нагрузки.Тот факт, что напряжение на диоде в области пробоя почти постоянно, оказался важной особенностью стабилитронов, поскольку его можно использовать в простейших приложениях регулятора напряжения.

Регулятор должен обеспечивать постоянное выходное напряжение на нагрузку, подключенную параллельно. Несмотря на колебания напряжения питания или изменение тока нагрузки, стабилитрон будет продолжать регулировать напряжение до тех пор, пока ток диода не упадет ниже минимального значения IZ (min) в области обратного пробоя.

III Стабилитрон на стабилитронах

Стабилитроны можно использовать для получения стабильного выходного напряжения с низкой пульсацией при переменных токах нагрузки. Пропуская небольшой ток от источника напряжения через диод через подходящий токоограничивающий резистор (RS), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения Vout.

Помните, что выходное напряжение постоянного тока полуволнового или двухполупериодного выпрямителя содержит пульсации, наложенные на постоянное напряжение и среднее выходное напряжение при изменении значения нагрузки.Подключив к выходу выпрямителя простую схему стабилитрона, как показано ниже, можно получить более стабильное выходное напряжение.

Рис. 2. Схема стабилитрона

Резистор RS соединен последовательно с стабилитроном для ограничения тока через диод, а VS соединен в комбинации. Регулируемое выходное напряжение Vout снимается с стабилитрона. Катодный вывод стабилитрона подключен к положительной шине источника питания постоянного тока, поэтому он имеет обратное смещение и будет работать в состоянии пробоя.Затем выберите резистор RS, чтобы ограничить максимальный ток, протекающий в цепи.

Без нагрузки, подключенной к цепи, ток нагрузки будет нулевым (IL = 0), и весь ток схемы проходит через стабилитрон, который, в свою очередь, потребляет максимальную мощность. Когда небольшая часть сопротивления нагрузки RLRS приведет к большему току подключения диода, потому что это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода. Выбор соответствующего значения последовательного сопротивления таким образом, чтобы при отсутствии нагрузки или в условиях высокого импеданса не превышалась максимальная номинальная мощность стабилитрона.

Нагрузка подключена параллельно стабилитрону, поэтому напряжение на RL всегда совпадает с напряжением стабилитрона (V - [R = V ž). Существует минимальный ток Зенера, при котором стабилизация напряжения эффективна, и ток Зенера всегда должен оставаться выше этого значения при работе под нагрузкой в ​​области ее пробоя. Верхний предел тока зависит, конечно, от номинальной мощности устройства. Напряжение питания VS должно быть больше VZ.

Одна небольшая проблема такая же, как и в цепи стабилитрона. Иногда диод генерирует электрический шум поверх источника постоянного тока, потому что он пытается стабилизировать напряжение. Обычно это не проблема для большинства приложений, но может потребоваться добавить большой развязывающий конденсатор на выходе стабилитрона для достижения сглаживания.

Стабилитроны всегда работают в условиях обратного смещения. Стабилитрон может использоваться для разработки схемы регулятора напряжения для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока на нагрузке в случае изменения входного напряжения или тока нагрузки.Стабилизатор напряжения Зенера состоит из токоограничивающего резистора RS, включенного последовательно с входным напряжением V S. При этом условии обратного смещения стабилитрон включен параллельно нагрузке RL. Стабильное выходное напряжение всегда выбирается таким же, как напряжение пробоя VZ диода.

Пример

Требуется стабильное питание 5,0 В от входа постоянного тока 12 В. Стабилитроны имеют максимальную номинальную мощность PZ 2 Вт. Рассчитано с использованием схемы стабилитрона выше:

a).Максимальный ток, протекающий через стабилитрон.

б). Минимальное значение последовательного сопротивления, RS

c). Ток нагрузки IL, если 1k & Omega; нагрузочный резистор подключен через стабилитрон.

г). Ток стабилитрона IZ, при полной нагрузке.

IV Напряжение стабилитрона

Помимо генерирования одного стабильного выходного напряжения, стабилитроны также могут быть подключены последовательно с обычными кремниевыми сигнальными диодами для получения различных выходных значений опорного напряжения, как показано ниже.

Стабилитроны, подключенные последовательно

Рисунок 3. Стабилитроны, подключенные последовательно

Значение каждого стабилитрона может быть выбрано в соответствии с приложением, в то время как кремниевые диоды всегда теряют примерно 0,6-0,7 V под смещением переадресации. Напряжение питания Vin, конечно, должно быть выше максимального выходного опорного напряжения, которое в приведенном выше примере составляет 19 В.

Типичная электронная схема типичного стабилитрона - 500 мВт, серия BZX55 или 1.3W, серия BZX85. Например, C7V5 - это диод на 7,5 В, а ссылочный номер диода - BZX55C7V5.

Стабилитроны серии 500 мВт имеют диапазон напряжения приблизительно от 2,4 до 100 В и обычно имеют ту же последовательность значений для серии резисторов 5% (E24). Эти небольшие, но очень полезные диоды имеют разные номинальные напряжения, как показано в таблице ниже.

24
22 22V

3

16V

30V

23

BZX55 Номинальная мощность стабилитрона 500 мВт


2.4 В

2,7 В

3,0 В

3,3 В

3,6 В

3,9 В

4,3000

23

4,3000

23
В

5,6 В

6,2 В

6,8 В

7,5 В

8,2 В

9,1000

23

9,1000

23

12В

13В

15В

16В

18В

20В

22 22V

30В

33В

36В

39В

43В

901 29

47V

BZX85 Номинальная мощность стабилитрона 1.3W

24

4,3 В

4,7 В

5,1 В

5,6

6,2 В

6.8В

7,5В

8,2В

9,1В

10В

11В

12В

23

18V

20V

22V

24V

27V

30V

23

43V

47V

51V

56V

62V

V стабилитрон цепи

, мы изучили, как до сих пор, стабилитрон цепи постоянного тока зажима мы изучили источник питания.Но как стабилитрон реагирует на изменяющийся сигнал , если входной сигнал не является установившимся постоянным током, а имеет форму волны переменного-переменного тока.

Схема ограничения и ограничения диодов используется для формирования или изменения формы входного сигнала переменного тока (или любой синусоидальной волны) и создания выходных сигналов различной формы в соответствии с расположением схемы. Цепи диодного ограничителя также называют ограничителями, потому что они ограничивают положительную (или отрицательную) часть входного сигнала переменного тока. Так как схемы фиксации стабилитрона ограничивают или отсекают часть формы сигнала, они в основном используются для защиты схем или схем формирования сигналов.

Например, если мы хотим ограничить выходной сигнал до +7,5 В, мы будем использовать стабилитрон на 7,5 В. Если форма выходного сигнала пытается превысить предел 7,5 В, стабилитрон «отсекает» перенапряжение на входе, создавая форму волны с плоской вершиной и сохраняя постоянный выход на уровне + 7,5 В. Обратите внимание, что в условиях прямого смещения стабилитрон остается диодом. Когда выходной сигнал переменного тока ниже -0,7 В, стабилитрон будет «проводить», как любой нормальный кремниевый диод, и ограничивать выход до -0.7V, как показано ниже.

Рис. 4. Фиксирующая схема стабилитрона

Стабилитроны, соединенные встречно-встречно, можно использовать в качестве того, что вырабатывает стабилизатор переменного напряжения, так называемый «генератор прямоугольных импульсов Пура». С помощью этой конфигурации мы можем вырезать форму волны между положительным значением + 8,2 В и отрицательным значением -8,2 В для стабилитрона 7,5 В

Так, например, если мы хотим обрезать форму выходного сигнала между двумя разными минимумами и максимальные значения, такие как + 8V и -6V, нам нужно использовать только два стабилитрона с разными номиналами.Обратите внимание, что выходной сигнал ограничивает форму волны переменного тока в диапазоне от + 8,7 В до -6,7 В из-за увеличения смещенного напряжения на диоде.

Другими словами, размах напряжения составляет 15,4 В вместо ожидаемых 14 В, потому что падение напряжения прямого смещения на диоде увеличивается на 0,7 В в каждом направлении.

Этот тип конфигурации ограничителя довольно распространен для защиты электронных схем от перенапряжений. Два стабилитрона обычно размещаются на клеммах ввода питания.Во время нормальной работы один из стабилитронов выключен, и диод мало влияет. Однако, если форма волны входного напряжения превышает его предел, стабилитрон включается и фиксирует вход для защиты схемы.

VI Применение стабилитронов

1. Типичная схема последовательного регулятора

Рисунок 5. Типичная схема последовательного регулятора

В этой схеме база транзистора T стабилизирована на уровне 13 В. стабилитроном D, то его эмиттер будет выдавать постоянное напряжение 13-0.7 = 12,3 В. В пределах определенного диапазона, независимо от того, увеличивается или уменьшается входное напряжение, независимо от сопротивления нагрузки, а выходное напряжение остается неизменным. Эта схема используется во многих ситуациях. 7805 - это последовательная схема встроенного регулятора напряжения, которая может выдавать 5 В. 7805-7824 может выводить напряжение 5-24 В. Он применяется на многих устройствах.

Рисунок 6. Схема встроенного регулятора напряжения серии 7805

2. Схема защиты от перенапряжения в телевизоре

Рисунок 7.Схема защиты от перенапряжения в телевизоре

115В - основное напряжение питания телевизора. Когда выходное напряжение источника питания слишком высокое, включается D и включается транзистор T. Его коллекторный потенциал изменится с исходного высокого уровня (5 В) на низкий уровень. Подача напряжения через линию управления в режиме ожидания переводит телевизор в режим защиты в режиме ожидания.

3. Схема гашения дуги

Рисунок 7. Схема гашения дуги

Когда соответствующий стабилитрон подключен параллельно катушке индуктивности (принцип также может быть подключен к обычному диоду) , и катушка отключена во включенном состоянии, высокое напряжение, генерируемое высвобождением ее электромагнитной энергии, принимается диодом.Таким образом, когда переключатель выключен, дуга переключателя устраняется. Эта прикладная схема чаще используется в промышленности, например, в некоторых более мощных схемах электромагнитного управления.

Рекомендуемый артикул:

Введение в типы диодов

Что такое лазерные диоды?

Вольт-амперная характеристика диода с PN переходом - характеристика смещения в прямом и обратном направлении

Вольт-амперная характеристика диода с PN-переходом представляет собой кривую между напряжением на переходе и током цепи .Схема расположения кривой показана на рисунке ниже. Схема показывает, что резистор соединен в серии с диодом с PN переходом, чтобы ограничить повышение тока прямого смещения в пределах допустимых значений. Характеристическая кривая диода с PN-переходом построена по трем кривым: нулевое внешнее напряжение, прямое смещение и обратное смещение.

Нулевое внешнее напряжение

Когда цепь K разомкнута, на цепь не подается внешнее напряжение.Следовательно, в цепи не течет ток. Нулевое внешнее напряжение показано точкой O на графике, показанном ниже.

Прямое смещение

Диод с PN-переходом подключается с прямым смещением, удерживая ключ K в замкнутом состоянии и удерживая переключатель двойного хода в положении один. При прямом смещении полупроводниковый материал p-типа подключается к положительному концу источника питания, а полупроводниковый материал n-типа подключается к отрицательному выводу источника питания.

Когда напряжение увеличивается путем изменения номинала резистора R h , кривая цепи увеличивается очень медленно, и кривая становится нелинейной. Точка OA на кривой показывает возрастающую характеристику напряжения.

Ток медленно нарастает при прямом смещении, поскольку приложенное внешнее напряжение используется для пересечения потенциального барьера диода с PN-переходом. Но когда потенциальный барьер полностью устранен и внешнее напряжение, приложенное к переходу, увеличивается, PN-переход ведет себя как обычный диод, и ток цепи резко возрастает (показано в области AB).

Повышенный ток цепи контролируется сопротивлением R h и прямым сопротивлением перехода R f . Кривая становится линейной. Ток, превышающий номинальное значение, повредит диод.

Вольт-амперная характеристика PN перехода показана на рисунке ниже.

Обратное смещение

Когда положение двухполюсного переключателя двойного направления изменяется с 1 на 2, смещение диода изменяется с обратного смещения на прямое, т.е.е. материал p-типа подключается к отрицательному выводу источника питания, а материал n-типа подключается к положительному выводу источника питания.

В условиях обратного смещения сопротивление диода становится очень высоким, и ток через диод практически не течет. Но на практике через диод протекает ток в миллиамперах. Этот ток известен как обратный ток. Обратный ток возникает из-за наличия неосновных носителей заряда в полупроводниковом материале при нормальной комнатной температуре.Обратная характеристика диода с PN-переходом показана на рисунке выше.

Обратное смещение PN-перехода действует как прямое смещение для основного носителя заряда и, следовательно, составляет неосновной ток в обратном направлении. Этот ток незначителен при рабочих напряжениях.

Когда увеличивается обратное питание, увеличивается и обратный ток. Постоянное увеличение обратного напряжения увеличивает кинетическую энергию неосновных носителей заряда. Кинетическая энергия неосновных электронов увеличивается настолько, что они выбивают электроны из полупроводниковой связи.

В этом состоянии сопротивление барьера увеличивается, из-за чего на стыке происходит пробой. Следовательно, ток обратного смещения увеличивается и необратимо повреждает переход.

Напряжение, при котором разрывается PN-переход, называется напряжением пробоя.

Ниже приведены важные моменты, которые необходимо учитывать при построении вольт-амперной характеристики.

  1. Нет тока через диод, когда внешнее напряжение становится равным нулю.
  2. При прямом смещении ток немного увеличивается, пока область истощения не будет полностью стерта.
  3. Прямое смещение внезапно увеличивается после напряжения колена.
  4. Прямой ток ограничен последовательным сопротивлением R и прямым сопротивлением R f .
  5. Прямой ток превышает номинальное значение, диод разрушается.
  6. При обратном смещении обратный ток немного увеличивается с увеличением неосновных носителей заряда.
  7. С увеличением обратного напряжения обратный ток резко увеличивается до большого значения. Именно из-за этого напряжения переход транзистора ломается и сопротивление резко падает.

Двухполюсный двухпозиционный переключатель имеет два выхода (вкл. И выкл.) Для каждого входа.

Стабилитрон

- Определение, VI характеристики и пробой стабилитрона

А нормальный п-п переходной диод пропускает электрический ток только в прямом направлении. предвзятое состояние.Когда прямое смещение приложено к диод p-n перехода, он позволяет большое количество электрического ток и блокирует только небольшое количество электрического тока. Следовательно, нападающий смещенный диод на p-n переходе предлагает лишь небольшой сопротивление электрическому току.

Когда обратное смещенное напряжение подается на диод p-n перехода, он блокирует большое количество электрического тока и позволяет только небольшое количество электрического тока.Следовательно, обратное смещенный диод на p-n переходе обеспечивает большое сопротивление электрический ток.

Если Напряжение обратного смещения, приложенное к диоду с p-n переходом, равно сильно увеличивается, происходит внезапное повышение тока. В этот точка, небольшое повышение напряжения быстро увеличивает электрический ток. Этот внезапное повышение электрического тока вызывает пробой перехода называется стабилитрон или лавинный пробой.Напряжение, при котором Пробой стабилитрона называется напряжением стабилитрона, и внезапное увеличение тока называется током стабилитрона.

А нормальный диод p-n перехода не работает при пробое области, потому что избыточный ток необратимо повреждает диод. Обычные диоды с p-n переходом не предназначены для работают в области обратного пробоя.Следовательно, нормальный p-n переходной диод не работает в области обратного пробоя.

Что такое стабилитрон?

А стабилитрон - это особый тип устройства, предназначенный для работы в области пробоя стабилитрона. Стабилитроны работают как обычно Диоды с p-n переходом в прямом смещении. Когда на стабилитрон подается напряжение прямого смещения. допускает большое количество электрического тока и блоков только небольшое количество электрического тока.

Стабилитрон сильно перегружен легированный, чем обычный диод с p-n переходом. Следовательно, у него очень тонкое истощение область. Следовательно, стабилитроны позволяют увеличить электрическую мощность. ток, чем нормальные диоды с p-n переходом.

Стабилитрон

позволяет электрический ток в прямом направлении, как обычный диод но также пропускает электрический ток в обратном направлении, если приложенное обратное напряжение больше стабилитрона Напряжение.Стабилитрон всегда подключен в обратном направлении направление, потому что он специально разработан для работы в обратное направление.

стабилитрон определение

А Стабилитрон - это полупроводниковый прибор с p-n переходом, разработанный работать в области обратного пробоя. Поломка напряжение стабилитрона тщательно настраивается путем управления уровень легирования при производстве.

название стабилитрон был назван в честь американского физика Кларенс Мелвин Зенер, открывший эффект Зенера. Зинер диоды являются основными строительными блоками электронных схем. Они широко используются во всех видах электронного оборудования. Стабилитроны в основном используются для защиты электронных схем. от перенапряжения.

Обрыв в стабилитрон

Там Есть два типа областей обратного пробоя в стабилитроне: лавинный пробой и пробой стабилитрона.

Лавина поломка

лавина пробой происходит как в нормальных диодах, так и в стабилитронах при высокое обратное напряжение. Когда приложено высокое обратное напряжение к диоду p-n перехода, свободный электроны (неосновные носители) получают большое количество энергии и разогнался до больших скоростей.

свободные электроны, движущиеся с высокой скоростью, будут сталкиваться с атомами и выбить больше электронов.Эти электроны снова ускоряется и сталкивается с другими атомами. Из-за этого непрерывное столкновение с атомами, большое количество свободных электроны генерируются. В результате электрический ток в диод быстро увеличивается. Это внезапное увеличение электрический ток может навсегда разрушить нормальный диод. Однако лавинные диоды нельзя разрушить, потому что они тщательно спроектированы для работы в лавинных условиях область.Лавинный пробой происходит в стабилитронах с напряжение стабилитрона (В z ) больше 6 В.

стабилитрон поломка

Пробой стабилитрона происходит в сильно легированных диодах с p-n переходом из-за их узкой области истощения. При обратном смещенное напряжение, приложенное к диоду, увеличивается, узкая область истощения генерирует сильное электрическое поле.

Когда обратное смещенное напряжение, приложенное к диоду, достигает близкое к напряжению стабилитрона электрическое поле в область истощения достаточно сильна, чтобы вытягивать электроны из их валентная группа. Валентные электроны, которые получают достаточная энергия от сильного электрического поля область истощения нарушит связь с родительским атомом.Балдахин электроны, которые разрывают связь с родительским атомом, будут становятся свободными электронами. Эти свободные электроны несут электрический ток. ток из одного места в другое. При пробое стабилитрона области, небольшое увеличение напряжения будет быстро увеличиваться электрический ток.

  • стабилитрон пробой происходит при низком обратном напряжении, а лавинный пробой происходит при высоком обратном напряжении.
  • стабилитрон в стабилитронах происходит пробой, потому что у них очень тонкая область истощения.
  • Разбивка Область является нормальной рабочей областью стабилитрона.
  • стабилитрон Пробой происходит в стабилитронах при напряжении стабилитрона (В z ) менее 6В.

Символ стабилитрон

Символ стабилитрона показан на рисунке ниже.Стабилитрон состоит из двух выводов: катода и анода.

В стабилитрон, электрический ток течет от обоих анодов к катод и катод к аноду.

символ стабилитрона аналогичен нормальному p-n переходу диодный, но с загнутыми краями на вертикальной полосе.

VI характеристики стабилитрона

VI характеристики стабилитрона показаны ниже. фигура.При подаче напряжения прямого смещения на стабилитрон диод, работает как обычный диод. Однако при обратном на стабилитрон подается смещенное напряжение, он работает в по-разному.

Когда Обратно смещенное напряжение подается на стабилитрон, он допускает только небольшое количество тока утечки до тех пор, пока напряжение меньше напряжения стабилитрона.При обратном смещении напряжение, приложенное к стабилитрону, достигает напряжения стабилитрона, он начинает пропускать большое количество электрического тока. В этот точка, небольшое увеличение обратного напряжения быстро увеличивает электрический ток. Из-за этого внезапного подъема в электрическом токе происходит пробой, называемый стабилитроном авария. Однако стабилитрон демонстрирует управляемый поломка, приводящая к повреждению устройства.

Напряжение пробоя стабилитрона зависит от количество примененного допинга. Если диод сильно легирован, Пробой стабилитрона происходит при малых обратных напряжениях. С другой стороны, если диод слабо легирован, пробой стабилитрона возникает при высоких обратных напряжениях. Доступны стабилитроны с напряжениями стабилитрона в диапазоне 1.От 8 В до 400 В.

Преимущества стабилитрона

  • Мощность рассеивающая способность очень высокая
  • Высокий точность
  • Малый размер
  • Низкая стоимость

Приложения стабилитрона

  • Обычно используется как источник опорного напряжения
  • Стабилитроны используются в стабилизаторах напряжения или шунтах. регуляторы.
  • Стабилитроны используются в коммутационных операциях
  • Стабилитроны
  • используются в схемах отсечки и зажима.
  • Стабилитроны используются в различных схемах защиты

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

  1. стабилитрон диод
  2. Лавинный диод
  3. Фотодиод
  4. Свет Излучающий диод
  5. Лазер диод
  6. Туннель диод
  7. Шоттки диод
  8. Варактор диод
  9. П-Н переходной диод

Общие сведения о технических характеристиках стабилитронов »Примечания по электронике

Как и любой другой компонент, стабилитрон / диод опорного напряжения имеет характеристики, позволяющие выбрать правильное устройство для любой данной конструкции.


Учебное пособие по стабилитронам / эталонным диодам В комплект входит:
Стабилитроны Теория работы стабилитрона Технические характеристики стабилитрона Схемы на стабилитронах

Другие диоды: Типы диодов


В таблицах данных указывается множество различных параметров или спецификаций для стабилитронов - эти параметры определяют характеристики диода в определенных пределах, и их изучение является неотъемлемой частью любого процесса проектирования.

При выборе подходящего опорного стабилитрона для любого заданного положения в цепи необходимо убедиться, что он будет соответствовать его требованиям. Понимание технических характеристик - ключ к выбору подходящего устройства.

В технических характеристиках стабилитронов, приведенных в технических описаниях, можно увидеть множество различных параметров. Некоторые из наиболее важных из них приведены ниже.

Характеристики стабилитрона IV

ВАХ стабилитрона / опорного диода напряжения является ключом к его работе.В прямом направлении диод работает так же, как и любой другой, но в обратном направлении могут быть использованы его конкретные рабочие параметры.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон имеет нормальную прямую характеристику, при которой ток возрастает после достижения начального напряжения включения. Обычно это 0,6 В для кремниевых диодов - практически все стабилитроны являются кремниевыми диодами.

Когда напряжение растет в обратном направлении, сначала течет очень небольшой ток.Только после достижения напряжения обратного пробоя протекает ток, как показано на диаграмме. Как только достигается обратное напряжение пробоя, напряжение остается относительно постоянным независимо от тока, протекающего через диод.

Технические характеристики стабилитрона

При просмотре спецификации стабилитрона можно указать несколько параметров. Каждый из них описывает разные аспекты характеристик стабилитрона опорного напряжения. Глядя на каждую отдельную характеристику, можно понять работу диода и убедиться, что он будет правильно работать в любой данной цепи.

  • Напряжение Vz: Напряжение стабилитрона или обратное напряжение диода часто обозначается буквами Vz. Напряжения доступны в широком диапазоне значений, обычно следующих за диапазонами E12 и E24, хотя не все диоды подчиняются этому соглашению. В некоторых случаях значения E12 могут быть немного дешевле и могут быть более широко доступны.

    Значения обычно начинаются примерно с 2,4 В, хотя не все диапазоны простираются до таких низких значений.Значения ниже этого недоступны. Диапазоны могут простираться где угодно в диапазоне от 47 В до 200 В, в зависимости от фактического диапазона стабилитрона. Максимальное напряжение для вариантов SMD часто составляет около 47 В.

    Значения напряжения стабилитрона в диапазоне E12
    1,0 1,2 1,5
    1,8 2,2 2,7
    3,3 3,9 4.7
    5,6 6,8 8,2

    В диапазоне E24 доступно в два раза больше значений, чем в E12, что дает гораздо больший выбор значений. В некоторых случаях это может быть полезным, поскольку можно выбрать более точные значения, что снижает потребность в настройке там, где точное значение не достигается.


    Значения напряжения стабилитрона в диапазоне E24
    1,0 1.1 1,2
    1,3 1,5 1,6
    1,8 2,0 2,2
    2,4 2,7 3,0
    3,3 3,6 3,9
    4,3 4,7 5,1
    5,6 6,2 6,8
    7,5 8.2 9,1
  • Ток: Ток IZM стабилитрона - это максимальный ток, который может протекать через стабилитрон при его номинальном напряжении VZ.

    Обычно для работы диода также требуется минимальный ток. Как правило, это может составлять от 5 до 10 мА для типичного устройства с выводами на 400 мВт. Ниже этого уровня тока диод не выходит из строя, чтобы поддерживать заявленное напряжение.

    Лучше всего, чтобы стабилитрон работал выше этого минимального значения с некоторым запасом, но без вероятности того, что он будет рассеивать слишком много энергии, когда стабилитрон должен пропускать больший ток.

  • Номинальная мощность: Все стабилитроны имеют номинальную мощность, которую нельзя превышать. Это определяет максимальную мощность, которая может рассеиваться корпусом, и является произведением напряжения на диоде, умноженного на ток, протекающий через него.

    Например, многие устройства с небольшими выводами имеют рассеиваемую мощность 400 мВт или 500 мВт при 20 ° C, но доступны более крупные варианты с гораздо более высокими уровнями рассеяния.

    Также доступны варианты для поверхностного монтажа, но, как правило, они имеют более низкие уровни рассеяния, учитывая размер корпуса и их способность отводить тепло.

    Общие номинальные мощности для выводных устройств включают 400 мВт (наиболее распространенные), 500 мВт, 1 Вт, 3 Вт, 5 Вт и даже 10 Вт. Доступны даже версии мощностью 50 Вт, но они часто устанавливаются на шпильки, чтобы гарантировать, что диод может быть установлен на радиатор для отвода рассеиваемого тепла.Значения для устройств поверхностного монтажа могут составлять около 200, 350, 500 мВт, а отдельные устройства могут увеличиваться до 1 Вт.

    Использование стабилитронов высокой мощности приведет к увеличению затрат в результате более крупных устройств, которые будут более дорогими, а также дополнительных оборудование, необходимое для крепления устройств и отвода тепла. Это помимо повышенного энергопотребления. Иногда можно использовать альтернативные методы, чтобы использовать стабилитроны с меньшей мощностью и повысить эффективность, хотя может быть необходимо сбалансировать это с увеличением сложности.

  • Сопротивление стабилитрона Rz: ВАХ стабилитрона не полностью вертикальна в области пробоя. Это означает, что при небольших изменениях тока будет небольшое изменение напряжения на диоде. Изменение напряжения для данного изменения тока - это сопротивление диода. Это значение сопротивления, часто называемое сопротивлением, обозначается Rz. Сопротивление стабилитрона Обратный наклон показан как динамическое сопротивление диода, и этот параметр часто отмечается в технических характеристиках производителей.Обычно крутизна не сильно меняется для разных уровней тока, при условии, что они составляют примерно от 0,1 до 1 номинального тока Izt.
  • Допустимое отклонение напряжения: При маркировке и сортировке диодов в соответствии с диапазонами значений E12 или E24 типичные характеристики допусков для диода составляют ± 5%. В некоторых таблицах данных напряжение может указываться как типичное, а затем указываться максимальное и минимальное значение.
  • Температурная стабильность: Для многих приложений важна температурная стабильность стабилитрона.Хорошо известно, что напряжение на диоде меняется в зависимости от температуры. Фактически, два механизма, которые используются для обеспечения пробоя в этих диодах, имеют противоположные температурные коэффициенты, и один эффект преобладает при напряжении ниже 5 В, а другой - выше. Соответственно, диоды с напряжением около 5 В, как правило, обеспечивают наилучшую температурную стабильность.

    Температурная характеристика стабилитрона
    Из приведенного примера видно, что существует заметная разница между характеристиками для обратного напряжения стабилитрона при 0 ° C и 50 ° C.Это необходимо учитывать, если схема и оборудование, в которых будет использоваться стабилитрон, подвержены изменению температуры.


  • Спецификация температуры перехода: Для обеспечения надежности диода температура диодного перехода является ключевой. Несмотря на то, что корпус может быть достаточно холодным, активная область может быть намного горячее. В результате некоторые производители указывают рабочий диапазон для самого разветвления.Для нормальной конструкции обычно сохраняется приемлемый запас между максимальной ожидаемой температурой внутри оборудования и места соединения. Внутренняя температура оборудования снова будет выше, чем температура снаружи оборудования. Необходимо следить за тем, чтобы отдельные предметы не становились слишком горячими, несмотря на приемлемую температуру окружающей среды за пределами оборудования.
  • Упаковка: Стабилитроны поставляются в различных корпусах.Основной выбор - между поверхностным монтажом и традиционными выводами. Однако выбранный пакет часто определяет уровень рассеивания тепла. Доступные варианты будут подробно описаны в спецификации стабилитронов.

Пример технических характеристик стабилитрона

Чтобы дать некоторое представление о характеристиках, ожидаемых от стабилитрона, ниже приведен реальный пример. Приведены основные параметры, которые потребуются в схемотехнике.

  • Стабилитрон с выводами BZY88 Этот диод описывается как миниатюрный стабилитрон для регулируемых цепей питания, защиты от перенапряжения, подавления дуги и других функций в различных областях. Версия 5V1 (5,1 В) была взята в качестве примера.
Типичные характеристики / технические характеристики стабилитрона BZY88
Характеристика Типичное значение Блок Детали
Рассеиваемая мощность постоянного тока 400 мВт @ Tl = 50 ° C: снижение выше 50 ° C 3.2 мВт / ° C
Температура перехода -65 до +175 ° С
Напряжение Vz при 5 мА 4,8 мин.
5,1 тип.
5,4 макс.
В
Zzt при 5 мА 76 Ом
ИК @VR 1 @ 2,0 мкА

Параметры, приведенные в таблице данных для этого обычного стабилитрона, дают полезную информацию о технических характеристиках стабилитрона.Хотя они предназначены только для небольшого диода, такие же данные приведены и для других стабилитронов.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты». . .

Типичные характеристики диода и их кривая V-I

Ⅰ Введение

Диод - это двухконтактное устройство с однонаправленной проводимостью.Есть электронные диоды и кристаллические диоды. Чаще всего используются кристаллические диоды. Характеристики однонаправленной проводимости диодов используются почти во всех электронных схемах и играют важную роль во многих схемах. Это одно из первых полупроводниковых устройств, и его применение можно увидеть в очень широком диапазоне. Есть много характеристик диода , которые мы должны хорошо знать, давайте проверим следующее содержание шаг за шагом.

В этом видео представлены характеристики диодов при прямом и обратном смещении.

Каталог


Ⅱ Проводящие свойства

2.1 Положительный

Когда подается прямое напряжение , прямое напряжение вначале мало (германиевая трубка менее 0,1 В, силиконовая трубка менее 0,5 В), что недостаточно для преодоления блокирующего действия электрического поля в PN-переходе. В это время прямой ток близок к нулю, и этот сегмент называется зоной нечувствительности.Это прямое напряжение, при котором не включается диод, называется напряжением зоны нечувствительности. Когда прямое напряжение больше, чем напряжение зоны нечувствительности, электрическое поле в блоке PN-перехода преодолевается, другими словами, диод имеет прямую проводимость, и ток быстро растет по мере увеличения напряжения. При нормальном использовании напряжение на клеммах диода остается постоянным во время включения, и его также называют прямым напряжением диода.

2.2 Отрицательный

Когда приложенное обратное напряжение не превышает в определенном диапазоне, ток через диод представляет собой обратный ток, образованный дрейфовым движением неосновных носителей.Поскольку обратный ток небольшой, диод выключен. Этот обратный ток также называется обратным током насыщения или током утечки. Диоды из разных материалов имеют разные обратные токи. Силиконовая трубка имеет ток от 1 мА до десятков мА, а германиевые трубки могут достигать сотен мА. Кроме того, на обратный ток сильно влияет температура. Стабильность германиевых трубок хуже, чем у кремниевых.

2.3 Обратный пробой

Когда приложенное обратное напряжение превышает определенное значение, обратный ток внезапно увеличивается. Это явление называется электрическим пробоем. Пороговое напряжение, которое вызывает это, называется напряжением обратного пробоя диода. Кроме того, диод теряет однонаправленную проводимость при электрическом пробое. Если диод не перегревается из-за электрического пробоя, однонаправленная проводимость не может быть навсегда нарушена. После нормального восстановления напряжения диод может нормально работать, иначе диод выйдет из строя.Следовательно, обратное напряжение, подаваемое на диод, не должно превышать номинальное значение, указанное в таблице технических параметров.

1) Лавина

По мере увеличения обратного напряжения PN-перехода электрическое поле в области пространственного заряда усиливается. То есть через электроны и дырки в области пространственного заряда энергия, полученная электрическим полем, увеличивается, и электроны и дырки, движущиеся в кристалле, будут непрерывно сталкиваться с атомами кристалла.Когда энергия электронов и дырок достаточно велика, при таком столкновении электроны в ковалентной связи могут быть возбуждены с образованием свободной пары электрон-дырка. Это явление называется ударной ионизацией. Вновь сгенерированные электроны и дырки движутся в противоположном направлении под действием электрического поля, восстанавливают энергию и могут снова генерировать новые электронно-дырочные пары путем столкновения. Это эффект умножения текущей несущей. Когда обратное напряжение увеличивается до определенного значения, умножение носителей похоже на лавину на крутом снежном склоне.Носители увеличиваются намного быстрее и быстрее, в результате чего обратный ток резко увеличивается, поэтому в конце происходит лавинный пробой.

Лавинный пробой происходит в основном в диодах с низкой концентрацией примесей, и требуется относительно высокое напряжение, кроме того, напряжение пробоя обратно пропорционально концентрации.

2) Стабилитрон

Когда применяется обратное напряжение на выше , в области пространственного заряда PN-перехода возникает сильное электрическое поле, которое может разрушить ковалентную связь, чтобы разделить захваченные электроны, и заставит электронно-дырочные пары образовать большой обратный ток. .Напряженность электрического поля, необходимая для пробоя стабилитрона, составляет около 2 * 105 В / см, что может быть достигнуто только в PN-переходе с особенно большой концентрацией примесей. Из-за большой концентрации примесей плотность заряда (т.е. примесных ионов) в области пространственного заряда также велика. Следовательно, область пространственного заряда становится узкой, а напряженность электрического поля может быть высокой. Так что пробой стабилитрона чаще всего происходит в диодах с более высокими концентрациями примесей. Если концентрация легирования мала, а область барьера широкая, пробой стабилитрона будет происходить редко.

Направленность тока большинства диодов часто называют «выпрямляющими». В диоде ток может проходить только в одном направлении (это называется прямым смещением) и отключаться в обратном направлении (это называется обратным смещением). Диод можно рассматривать как электронный обратный клапан. Однако в действительности диоды демонстрируют не такую ​​идеальную направленность включения-выключения, а довольно сложные нелинейные электронные характеристики, которые определяются конкретным типом диодов.

Напряжение и ток диода нелинейны, поэтому резисторы следует подключать, когда разные диоды включены параллельно.

Ⅲ Частотная характеристика

Из-за наличия емкости перехода, когда частота в некоторой степени высока, емкостное реактивное сопротивление настолько мало, что вызывает короткое замыкание PN перехода. В этом случае диод потеряет однонаправленную проводимость и не сможет работать. Кроме того, чем больше площадь PN перехода, тем больше емкость перехода и тем больше невозможно работать на высокой частоте.

Ⅳ Региональные рабочие характеристики

1) Переднее рабочее пространство

Диод имеет прямую проводимость, и ток проводимости определяется внешним током, и максимальный ток не превышает максимального прямого рабочего тока диода, и прямое падение напряжения постепенно увеличивается с током, но изменение не большой.

2) Зона нечувствительности

Диод находится в состоянии положительного смещения, и его напряжение прямого смещения меньше, чем его напряжение включения, поэтому диод не может быть включен, и прямой ток равен нулю.

3) Обратное рабочее пространство

Когда диод находится в обратном рабочем состоянии, его обратный ток мал. Обычно силиконовая трубка имеет сопротивление от нескольких мкА до десятков мкА, а диод не проводящий. Вместе с передним рабочим пространством это рабочее пространство отражает однонаправленную проводимость диода, которая может использоваться для выпрямления и в других случаях.

4) Зона обратного пробоя

Диод тоже в обратном рабочем состоянии, но обратное напряжение большое. Хотя обратный рабочий ток диода быстро увеличивается, обратное рабочее напряжение остается практически неизменным. Эта характеристика может быть использована для стабилитрона.

Ⅴ Кривая VI (Вольт-амперная характеристическая кривая)

Металлический проводник, когда температура существенно не изменяется, его сопротивление постоянно, поэтому его характеристика вольт-ампер представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат.Электрический компонент, имеющий такие вольт-амперные характеристики, называется линейным элементом, потому что их температура может определять значения сопротивления.

Закон Ома - экспериментальный закон с металлическими проводниками. Применим ли этот вывод к другим проводникам, все еще требует экспериментальной проверки. Эксперименты показали, что, кроме металлов, закон Ома также применим к растворам электролитов, но не к газовым проводникам (таким как люминесцентные лампы, газы в неоновых трубках) и полупроводниковым компонентам.То есть в этих случаях ток не пропорционален напряжению, и такие электрические компоненты называются нелинейными компонентами.

Соотношение между напряжением, приложенным к PN-переходу, и током, протекающим через диод, называется вольт-амперной характеристической кривой, как показано на рисунке:

Примечание: Падение напряжения на лампе диода: кремниевый диод (без подсветки) имеет прямое падение напряжения 0.7 В, а неоновая трубка - 0,3 В. Падение напряжения на передней трубке светодиодов зависит от цвета свечения. Существуют три контрольных значения основных цветов: падение напряжения красного светодиода составляет 2,0-2,2 В, желтого светодиода 1,8-2,0 В и зеленого светодиода 3,0-3,2 В. Номинальный ток при излучении света составляет примерно 20 мА.

Когда обратное напряжение превышает определенное значение U (BR), обратный ток резко увеличивается, что называется обратным пробоем.

Конденсатор, эквивалентный изменению ширины обедненного слоя, называется барьерной емкостью Cb.

Когда на PN переход подается обратное напряжение, Cb значительно изменяется с изменением u. В соответствии с этим могут изготавливаться различные варакторные диоды.

Меньшая часть PN-перехода в стабильном состоянии называется неосновной несущей.

Когда PN-переход находится в прямом смещении, дырки, которые диффундируют из области P в область N, и свободные электроны, которые диффундируют из области N в область P, называются неравновесными неосновными носителями.

Процесс накопления и высвобождения заряда в диффузионной области такой же, как процесс зарядки и разрядки конденсатора.Этот эффект называется диффузионной емкостью.

Часто задаваемые вопросы о характеристиках диодов и его кривой V-I

1. Какие характеристики диода?
Основными статическими характеристиками диодов являются прямое напряжение VF и прямой ток IF, а также обратное напряжение и ток VR и IR. Область, окруженная оранжевой пунктирной линией на диаграмме справа, указывает полезную площадь выпрямительных диодов.

2.Какие характеристики идеального диода?
Характеристики идеального диода
Пороговое напряжение: Идеальные диоды не имеют порогового напряжения.
Прямой ток: Идеальные диоды включают неограниченный прямой ток, когда любое прямое напряжение приложено к их клеммам.
Напряжение пробоя: Идеальные диоды не имеют напряжения пробоя.
Обратный (утечка) Ток

3. Каковы характеристики диода с pn переходом?
Область PN-перехода переходного диода имеет следующие важные характеристики:
Полупроводники содержат два типа мобильных носителей заряда: «дырки» и «электроны».
Дырки заряжены положительно, а электроны - отрицательно.

4. Каковы параметры диода?
Пиковое обратное напряжение, PIV: Характеристики диода представляют собой максимальное напряжение, которое диод может выдерживать в обратном направлении. ... Максимальный прямой ток: Для конструкции электронной схемы, которая пропускает любые уровни тока, необходимо обеспечить, чтобы максимальные уровни тока для диода не превышались.

5. Какова основная функция диода PN?
Диод с p-n переходом - это базовое полупроводниковое устройство, которое контролирует прохождение электрического тока в цепи.Он имеет положительную (p) сторону и отрицательную (n) сторону, создаваемую добавлением примесей с каждой стороны кремниевого полупроводника.

6. Является ли характеристика диода линейной?
Компонент схемы имеет нелинейную характеристику, если сопротивление не является постоянным на всем протяжении и является некоторой функцией напряжения или тока. Например, диод имеет разное сопротивление для разных значений напряжения. Однако он имеет линейную характеристику для узкой рабочей области.

7.Как температура влияет на кривую ВАХ диода?
Влияние повышенной температуры на характеристическую кривую диода с PN переходом показано на рисунке выше. Можно отметить, что прямая характеристика смещается вверх с повышением температуры. С другой стороны, обратная характеристика смещается вниз с повышением температуры.

8. Диоды переменного или постоянного тока?
Один или четыре диода преобразуют бытовую мощность 110 В в постоянный ток, образуя половинный (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель.Диод пропускает через себя только половину сигнала переменного тока.

9. Каковы VI характеристики диода?
ВИ-характеристики диода с PN переходом при прямом смещении нелинейны, то есть не являются прямой линией. Эта нелинейная характеристика показывает, что во время работы N-перехода сопротивление не является постоянным. Наклон диода с PN-переходом при прямом смещении показывает, что сопротивление очень низкое.

10. Увеличивают ли диоды напряжение?
Прямое напряжение
Чтобы «включиться» и проводить ток в прямом направлении, диод требует приложения определенного количества положительного напряжения к нему.... Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока по-прежнему должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения.

Вам также может понравиться

Характеристики диода Шоттки и его применение

Учебное пособие по стабилитронам

: каков принцип работы стабилитронов?

Учебное пособие по основам работы со светодиодами

Стабилитрон

- параметры, принцип работы, применение и преимущества

Стабилитрон

- это особый тип кремниевого полупроводникового прибора, который работает в области пробоя стабилитрона.В этом посте мы подробно расскажем о том, что такое стабилитрон, его параметры, как он работает, а также о применении в качестве регулятора напряжения, ограничителя и переключателя напряжения.

Что такое стабилитрон

В общем, диоды - это полупроводниковые устройства, которые позволяют протекать току при прямом смещении и предлагают сопротивление при обратном смещении. Стабилитрон - это особый тип диода, в котором может протекать критическое обратное напряжение и больший обратный ток.

Он начинает проводить в состоянии обратного смещения, когда приложенное напряжение выше напряжения пробоя, и это напряжение называется напряжением пробоя стабилитрона.Он назван в честь американского физика Кларенса Зенера, который изобрел его в 1905 году.

Рис.1 - Знакомство с стабилитроном

Он содержит сильно легированный P-N переход и, следовательно, имеет тонкую обедненную область. Он пропускает электроны из валентной зоны материала P-типа в зону проводимости материала N-типа. Другими словами, он пропускает больше электрического тока, чем другие диоды с P-N переходом. Он начинает проводить ток при обратном напряжении пробоя и продолжает работать в режиме обратного смещения.

Этот тип диодов выгоден тем, что падение напряжения в широком диапазоне напряжений остается постоянным. Кривая вольт-амперной (VI) характеристики стабилитрона и его символ показаны на рис. 2. Она показывает, что обратное сопротивление велико, а обратный ток утечки чрезвычайно мал, когда обратное напряжение ниже обратного. напряжение пробоя. Но когда обратное напряжение превышает, обратный ток внезапно возрастает, что называется пробоем, а обратное сопротивление внезапно падает до небольшого значения.

Рис.2 - Характеристики VI и символ

Параметры стабилитрона

Различные параметры влияют на характеристики VI. Их:

  • Максимальный ток стабилитрона
  • Минимальный ток стабилитрона
  • Номинальное напряжение
  • Рассеиваемая мощность

Другие параметры, которые влияют на его работу: прямой ток, прямое напряжение, тип упаковки и т. Д.

Максимальный ток стабилитрона

Он определяется как ток, который может пройти через стабилитрон при напряжении пробоя стабилитрона.

Минимальный ток стабилитрона

Это ток, который необходим для проведения стабилитрона в области пробоя.

Номинальное напряжение

Напряжение пробоя стабилитрона также называется номинальным рабочим напряжением. Это один из важных параметров при выборе стабилитрона.

Рассеиваемая мощность

Это максимальная мощность, которую может рассеять стабилитрон. Рассеиваемая мощность - важный параметр, который следует учитывать при выборе стабилитрона, поскольку чрезмерная номинальная мощность приводит к чрезмерному повышению температуры, что приводит к необратимому повреждению устройства.

Как работает стабилитрон

Устройство работает по принципу эффекта Зенера, что означает, что обратная проводимость возникает из-за электронного квантового туннелирования в коротком пространстве между высоколегированными областями P-N. В обычных диодах, когда приложенное напряжение превышает напряжение пробоя; это приводит к необратимому повреждению диода. Однако в стабилитроне напряжение пробоя не такое высокое и не приводит к необратимому повреждению устройства.

Фиг.3 - Схематическое изображение принципа работы

В основном, значение регулирования напряжения ниже 6 Вольт называется Пробой Зенера , и на этом этапе температурный коэффициент диода отрицательный, то есть при повышении температуры слой обеднения уменьшается. В этой узкой обедненной области энергия валентных электронов атома возрастает, и электрическое поле с меньшей напряженностью может возбуждать валентные электроны из атомов, вызывая пробой Зенера.

Когда слой обеднения широкий с большей напряженностью электрического поля, повышение температуры; увеличивает энергию атомов решетки, препятствуя движению носителей, вызывая лавинный пробой. Лавинный пробой происходит только при увеличении обратного напряжения и, следовательно, температурный коэффициент положительный.

Применение стабилитрона

Способность выдерживать высокое напряжение без повреждений позволяет использовать его в современных электронных схемах.Три основных приложения перечислены ниже:

  • Регулятор напряжения
  • Схема отсечения
  • Переключатель напряжения

Использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Основное применение регулятора напряжения - обеспечение постоянного выходного напряжения независимо от изменений энергии, потребляемой током нагрузки, или нестабильности напряжения питания.

Рисунок. 4 иллюстрирует свойство стабилитронов по напряжению.Резистор R1 подключен к стабилитрону последовательно. Диод подключен к обратному смещению для регулирования напряжения.

Рис.4 - Цепь регулятора напряжения

Резистор R1 рассчитывается по приведенной ниже формуле.

R1 = (V дюйм - V z ) / I z

Где,

  • I z = ток стабилитрона
  • В z = стабилитрон / выходное напряжение
  • В в = входное напряжение
  • R1 = Сопротивление

На основе формулы легко убедиться, что номинал выбранного резистора не приводит к протеканию тока выше, чем ток Зенера.

Использование стабилитрона в качестве ограничителя Схема ограничения

используется для предотвращения превышения выходным напряжением заданного напряжения без изменения входного сигнала или формы волны. Стабилитрон работает как обычный диод, когда приложенное напряжение меньше напряжения пробоя стабилитрона. Следовательно, он широко используется в схемах отсечения.

Рис.5 - Цепь машинки для стрижки

Цепи ограничения

могут быть разработаны для ограничения сигнала в положительной, отрицательной или обеих областях.Стабилитрон используется для ограничения выходного сигнала независимо от формы входного сигнала. Если устройство используется для ограничения положительного размаха цепи ограничения, то оно предотвращает превышение напряжением напряжения пробоя стабилитрона без изменения формы входного сигнала.

Во время отрицательного размаха цепи ограничения он действует как обычный кремниевый диод и ограничивает выходное напряжение. Чтобы ограничить выходной сигнал как в положительном, так и в отрицательном направлении; используется двойная стабилитронная схема ограничения.

Использование стабилитрона для переключения напряжения

Схема смещения напряжения, которая помогает преобразовывать сигнал из одной области напряжения в другую.Они обладают способностью поддерживать стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения, что делает их идеальным компонентом в качестве переключателя напряжения. Это устройство в схеме смещения напряжения минимизирует выходное напряжение на величину, равную напряжению пробоя стабилитрона. Пример схемы переключения напряжения показан ниже на рис. 6.

Рис.6 - Цепь переключателя напряжения

Преимущества стабилитрона

К преимуществам можно отнести:

  • Они дешевле других типов диодов.
  • Поддерживает стабильное выходное напряжение независимо от входного напряжения.
  • Может использоваться как обычный кремниевый диод при прямом смещении.
  • Они обладают очень высокой рассеиваемой мощностью.
  • У них очень высокие стандарты производительности.
  • Благодаря небольшому размеру они могут использоваться в небольших электронных устройствах.

Недостатки стабилитрона

Недостатки:

  • Эти диоды имеют низкий КПД при более высоких токах нагрузки.
  • У них относительно плохой коэффициент регулирования напряжения.
  • При использовании в качестве регулятора напряжения всегда есть небольшое изменение на выходе постоянного тока из-за сопротивления стабилитрона.
  Также читают:
Тиристор - рабочий, VI-характеристики, типы, применение, преимущества и недостатки
Гальванический элемент - конструкция, типы, принцип работы, применение, преимущества 
  Термистор - классификация, принцип работы, применение и преимущества 
 

Shahram Marivani - ПОЛНОВОЛНОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

ПОЛНОВОЛНОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ И ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Цель:

Целью этого эксперимента является изучение рабочих характеристик и характеристик двухполупериодных выпрямителей и источников питания постоянного тока, использующих стабилитрон в качестве устройства стабилизации напряжения.Будут изучены и измерены характеристики двухполупериодного выпрямителя, а также стабилитрона.

Введение:

Одно из важных применений диодов с P-N переходом - преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Можно использовать полуволновые выпрямители, но они крайне неэффективны при преобразовании мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Кроме того, они имеют высокое содержание гармоник, которые трудно отфильтровать и сгладить пульсации выпрямленного переменного тока.С другой стороны, двухполупериодный выпрямитель повышает эффективность преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Это также уменьшит содержание гармоник в выпрямленной форме волны и снизит требования к сглаживающему фильтру, необходимому для уменьшения пульсаций в выпрямленной форме волны. Типичная форма сигнала двухполупериодного выпрямителя показана на рисунке 1.


Рисунок 1 - Формы выходных сигналов двухполупериодного выпрямителя; темная линия - это отфильтрованный вывод, а более тонкая линия - нефильтрованный вывод.Стабилитроны

- это специальные диоды, предназначенные для поддержания фиксированного напряжения на нагрузке. Они предназначены для "пробоя" надежным и неразрушающим образом, когда они смещены в обратном направлении напряжением, превышающим напряжение пробоя. Типичная характеристика постоянного тока стабилитрона показана на рисунке 2. Перегиб в области обратного смещения на рисунке 2 - это «напряжение пробоя» стабилитрона. Однако это напряжение также известно как напряжение Зенера.


Рисунок 2 - Вольт-амперная характеристика кремниевого стабилитрона. Стабилитроны

имеют номинальное напряжение пробоя и максимальную мощность.Минимальное доступное напряжение стабилитрона составляет 2,7 В, тогда как номинальная мощность составляет 400 мВт и 1,3 Вт. Схема подключения стабилитрона в качестве базовой цепи стабилизации напряжения показана на рисунке 3.


Рисунок 3 - Подключение стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Полный и стабилизированный источник питания может быть получен с помощью выпрямительных диодов для изменения мощности переменного тока на мощность постоянного тока. Выпрямленное напряжение фильтруется, чтобы уменьшить пульсации выпрямленного сигнала. Затем используется стабилитрон для регулирования напряжения до желаемого конечного значения.Простая блок-схема источника питания показана на рисунке 4.

На блок-схеме Рисунка 4 каждый отдельный блок описан более подробно ниже:

  • Трансформатор: понижает напряжение сети переменного тока высокого напряжения до переменного тока низкого напряжения.
  • Диодный выпрямитель: преобразует переменный ток в постоянный, но на выходе постоянного тока присутствует большая составляющая пульсаций.
  • Фильтр: сглаживает постоянный ток от сильных колебаний и уменьшает составляющую пульсации.
  • Регулятор напряжения: устраняет пульсации, устанавливая на выходе постоянного тока фиксированное напряжение.
  • Нагрузка: это часть цепи, на которую подается питание постоянного тока для выполнения полезной работы.

Рисунок 4 - Простая блок-схема стабилизированного источника постоянного тока.

Лабораторные работы:

  1. Измерение постоянной характеристики стабилитрона:
    1. Установите напряжение постоянного тока источника питания на 0 В.
    2. Подключите схему стабилитрона, как показано на рисунке 5.
    3. Изменяйте напряжение питания постоянного тока небольшими шагами.Используйте цифровой вольтметр, измерьте V в , V R и V D , как показано на рисунке 5. Сведите данные измерений в таблицу.
    4. Для каждого шага рассчитайте постоянный ток через диод, который равен (V R /2000).
    5. Поменяйте полярность источника питания постоянного тока на рис. 5. Повторите шаги измерения с 1.a до 1.d.

    Рисунок 5 - Схема подключения для измерения характеристики постоянного тока стабилитрона
  2. Характеристика мостового выпрямителя:
    1. Подключите двухполупериодную схему выпрямителя, как показано на рисунке 6, на котором R L = 1 кОм.Не подключайте конденсатор к нагрузке.
    2. Монитор V o (см. Рисунок 6) на осциллографе. ЗАПРЕЩАЕТСЯ контролировать V s и V o на осциллографе одновременно. Измерьте пиковое входное и пиковое выходное напряжения. Захватите отображаемую форму волны. С помощью цифрового вольтметра измерьте напряжение постоянного тока на R L .
    3. Подключите 47 мкФ к R L . Наблюдайте за V o на осциллографе и фиксируйте осциллограмму. Повторите измерение с конденсатором 10 мкФ.Сравните две формы выпрямленного сигнала, полученные с разными конденсаторами.
    4. Измените нагрузочный резистор на 10 кОм и 100 кОм и контролируйте выпрямленное напряжение на выходе. Прокомментируйте влияние сопротивления нагрузки на пульсации на выходе.

  3. Рисунок 6 - Нефильтрованный двухполупериодный выпрямитель с мостовым соединением диодов
  4. Характеристика двухполупериодного выпрямителя с центральным отводом:
    1. Выполните необходимые измерения на трансформаторе с центральным ответвлением, чтобы определить, какой вывод является центральным ответвлением.
    2. Подключите двухполупериодную схему выпрямителя, как показано на Рисунке 7, где R L = 1 кОм. Не подключайте конденсатор к нагрузке.
    3. Контролируйте на осциллографе одновременно V s и V o (см. Рисунок 7). Измерьте пиковое входное и пиковое выходное напряжения. Захватите отображаемые формы сигналов. С помощью цифрового вольтметра измерьте напряжение постоянного тока на R L .
    4. Подключите 47 мкФ к R L . Наблюдайте за V s и V o на осциллографе и фиксируйте обе формы сигнала.

  5. Рисунок 7 - Схема нефильтрованного двухполупериодного выпрямителя, использованная в эксперименте
  6. Регулируемый источник питания постоянного тока:
    1. Рассмотрим схему источника питания постоянного тока, показанную на рисунке 8. Используя ранее измеренные выпрямленные напряжения постоянного тока и стабилитрон, вычислите минимальное значение R s , необходимое для защиты стабилитрона в условиях, когда нагрузка является разомкнутой цепью (это это наихудшее состояние). Стабилитрон рассчитан на 400 мВт, а минимальный ток стабилитрона составляет 5 мА.Обсудите результат с инструктором лаборатории, прежде чем использовать его в эксперименте.

    2. Рисунок 8 - Регулируемый источник питания постоянного тока
    3. Подключите схему, показанную на рисунке 8, и используйте значение R s , вычисленное в 4.a. Следите за напряжением на нагрузке с помощью осциллографа. Измерьте напряжение на R L и напряжение на R s . Рассчитайте ток, проходящий через стабилитрон.
    4. Отсоедините R L и измерьте напряжение и ток на стабилитроне.

Результаты и обсуждения:

В дополнение к вопросам, указанным в лабораторной процедуре, выполните следующие действия и ответьте на них:

  • Постройте вольт-амперную характеристику стабилитрона.
  • Какое значение прямого сопротивления стабилитрона?
  • Что такое напряжение стабилитрона?
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *